CN104193353B

CN104193353B - 一种板状刚玉质引流砂及其制备方法

Info

Publication number: CN104193353B
Application number: CN201410380216.5A
Authority: CN
Inventors: 沈明科; 方义能; 方斌祥; 吴斌; 薛军柱
Original assignee: ZHEJIANG ZILI CO Ltd
Current assignee: Zhejiang Zili High Temperature Technology Co., Ltd
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2034-08-04
Also published as: CN104193353A

Abstract

本发明公开了一种板状刚玉质引流砂及其制备方法，所述板状刚玉质引流砂的原料重量份组成为：板状刚玉砂83～95；镁砂0.5～10；石墨0.2～5；高温烧结剂1～5；低温促烧剂0.2～2。所述板状刚玉砂的粒径为0.15～2mm。所述镁砂的粒径为0.088～1mm。所述石墨的粒径≤0.088mm。所述高温烧结剂为金属硅、碳化硼、金属铝中的至少一种。所述低温促烧剂为硼砂或硼酸。本发明提供的板状刚玉质引流砂中不含氧化铬和SiO₂，对钢水以及环境都不会产生污染，同时能够实现较高的钢包水口自然开浇率。

Description

一种板状刚玉质引流砂及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种板状刚玉质引流砂及其制备方法。

背景技术

引流砂是钢包底部的水口填充材料，在连铸工艺中开始进行浇注时，将钢包底部的滑板打开，水口内未烧结的引流砂在自身重力的作用下，经上水口、滑板和下水口流出，引流砂的烧结层也会在钢水的静压力以及自身重力的作用下破裂并滑落，整个过程称为钢包的自动开浇。

引流砂和滑动水口的配合，代替了传统工艺中的陶瓷塞棒，能够实现自动开浇，提高钢水的质量，引流砂的填充通常是在钢包热修处理的过程中完成，具体操作为：在清洁完水口座砖以及上水口内部残留的钢渣后，关闭滑板，采用导管直接灌装或者人工投包的方法将引流砂注入到上水口和水口座砖内，在水口座砖腔体上方形成凸起的馒头状，并在馒头状的外表面形成一层轻微烧结层。

在钢包转炉接钢的过程中，引流砂馒头状的外表面与高温钢水直接接触，快速形成一层烧结层，该烧结层不能够防止钢水进入水口座砖和上水口形成冷钢，同时，还可以有效地防止引流砂在钢包精炼的过程中被湍流卷入到钢水中，造成钢水污染。

引流砂的自动开浇是引流砂自身性能的重要指标，如果引流砂不能实现自动开浇，则需要通过氧枪烧开，辅以引流，这将导致相当数量的钢水敞开浇注，造成二次氧化，影响钢水质量，增加浇注成本。

在滑板打开之后，未烧结的引流砂在自身重力作用下迅速从水口流出，此时引流砂烧结层受力包括向下的钢水静压力和烧结层自身的重力，以及向上的内部支撑力，如果向下的钢水静压力和烧结层自身的重力大于向上的内部支撑力，则引流砂烧结层完全自动破裂，实现自动开浇，否则，钢包不能实现自动开浇。

现有技术中，引流砂通常有以下四类：

A、铬质引流砂，以铬铁砂、石英砂为主原料，添加碳质结合剂混合烘干制成。

铬质引流砂的开浇率高，但是，所含氧化铬会对钢水及环境产生污染，SiO₂也对钢水造成污染。

B、镁橄榄石质引流砂，将镁橄榄石与添加剂等原料混合烘干制成。

镁橄榄石质引流砂的价格便宜，但是连铸自动开浇率低，且引流砂中的硅和镁也可能污染钢水，特别不适应于对硅、镁限制较严格的高品位钢冶炼。

C、硅质引流砂，由海砂或者石英砂、钾长石及添加剂混合烘干制成。

虽然硅砂的熔点为1680～1700℃，但硅质引流砂在1200℃会发生相变，由此引起较大的体积膨胀，导致填砂与水口内壁的附着力增加，严重影响引流砂的流动性，不利于开浇时引流砂的自由下落。

硅质引流砂虽然价格便宜，但是开浇率较低，且硅含量太高，会对钢水产生污染，不适合高品位精炼钢种的需要。

D、锆质引流砂，以锆英石为主要原料，加入少量的碳粉混合烘干而成。

锆英石中硅酸锆的含量不低于97％，耐火度高于1800℃，锆英石具有比重大、抗钢水侵蚀渗透能力强以及稳定性强等优良性能，是做钢包引流砂的理想原料，但是价格昂贵，在实际生产过程中基本没有使用。

因此，需要提供一种自动开浇率高、无污染、低能耗且成本低廉的引流砂，以满足实际生产的需要。

发明内容

本发明提供了一种板状刚玉质引流砂及其制备方法，板状刚玉质引流砂中完全不含氧化铬和SiO₂，对钢水以及环境都不会产生污染，尤其适合于连铸生产，能够提供冶炼特殊品种钢以及洁净钢所需要的有利于去除钢吸附中杂质的中性环境，并同时实现很高的钢包水口自然开浇率。

一种板状刚玉质引流砂，所述板状刚玉质引流砂的原料重量份组成为：

引流砂的主要原料为矿物质，不同矿物质的耐火度、抗钢水侵蚀渗透性都存在显著差别，这些差别都会影响钢包的自动开浇率，采用普通的高铝质原料，如高铝矾土(Al₂O₃％的质量百分数一般在85％左右，最高可以达到92％)等，由于自身的杂质含量较高，与钢水、钢渣接触时容易产生过烧结现象，影响引流砂的自动开浇率。

本发明采用板状刚玉砂为主要原料，得到的引流砂具有较高自动开浇率，所采用的板状刚玉砂的各指标范围为：Al₂O₃的质量百分数≥98.5％，体积密度≥3.50g/cm³，水份≤0.5％。

引流砂的自动开浇率与引流砂的流动性、引流砂在不同温度下的烧结性能、引流砂的耐火度以及引流砂的抗钢水侵蚀渗透性能等因素都有关系。

引流砂通常填充在钢包水口和水口座砖内，引流砂表面的烧结层与高温钢水直接接触，钢水进行精炼处理时，精炼温度越来越高，精炼时间越来越长，对引流砂的烧结层的耐火度要求很高，否则不能够很好地抵御高温钢水的侵蚀。

本发明提供的引流砂以板状刚玉为主要原料，板状刚玉烧结层尽管能够满足耐火度的要求，但是在抗钢水侵蚀渗透性以及烧结性等方面还需要辅以必要的添加剂。

引流砂用于钢包中接触高温钢水后，需要在短时间内迅速形成烧结层，该烧结层能够有效抵御钢水的渗透，因此，引流砂的起始烧结温度不能过高，本发明在板状刚玉质引流砂中加入适量的低温促烧剂，能够保证引流砂在使用过程中快速的形成表面烧结层，满足迅速烧结的需求。

为了达到良好的促烧效果，优选地，所述低温促烧剂为硼砂或硼酸。

本发明还在引流砂中加入高温烧结剂，用以调节板状刚玉砂的熔点，通常来说，如果引流砂的熔点过低，在高温钢水长时间的作用下，会导致烧结层过厚，强度过大，在连铸开浇时，钢水静压力不能冲破烧结层，导致钢包不能自动开浇；如果引流砂的熔点过高，引流砂不能够快速烧结，会被钢水冲刷走，钢水进入水口冷凝，也会导致钢包的自动开浇率降低。

为了配合板状刚玉砂达到理想的烧结性能，优选地，所述高温烧结剂为金属硅、碳化硼、金属铝中的至少一种。

为了进一步增加钢水的抗侵蚀性能，在引流砂中加入少量的镁砂，镁砂能够与板状刚玉在高温条件下生成尖晶石相，从而产生轻微的体积膨胀，使引流砂与水口座砖更好地贴合，进一步增加引流砂对钢水的抗渗透性能。

在引流砂中加入适量的石墨，由于石墨与钢水不润湿，位于引流砂表面的石墨也能够起到良好的抗钢水侵蚀的效果，而且，石墨能够避免各原料之间的直接接触，起到一定的隔离作用，与高温烧结剂配合使用，使烧结层具有理想的厚度。但是，石墨的用量不易过多，否则，不能适用于低碳钢的冶炼需要。

引流砂的粒度组成也将直接影响烧结性能和抗钢水渗透性能，引流砂的粒度过细，容易导致高温下的烧结层过后，降低钢包的自动开浇率；引流砂的粒度过粗，不能很好地阻碍钢水的浸透，钢水会进入水口内与引流砂形成高强度的钢砂混凝体，浇钢时，钢水静压力不能将其冲破，导致钢包的自动开浇率降低。

因此，本发明对各组分的颗粒进行了合理配置，使引流砂具有良好的流动性，优选的，所述板状刚玉砂的粒径为0.15～2mm。所述镁砂的粒径为0.088～1mm。所述石墨的粒径≤0.088mm。所述高温烧结剂的粒径≤1mm。所述低温促烧剂的粒径≤1mm。

所述板状刚玉砂的粒度级配为2～1mm15～30wt％，1～0.15mm70～85wt％，本发明中所述粒度级配中的百分数是指重量百分数，例如：2～1mm30wt％是指：若板状刚玉砂的重量为100kg，则2～1mm粒度的板状刚玉砂为30kg。

本发明中的粒径如无特殊注明，均指数均粒径。

本发明中所采用的石墨为鳞片状石墨，其中的C的质量百分数≥95.00％。

本发明中所采用的镁砂为电熔镁砂，其中MgO的质量百分数≥96.00％。

引流砂中的水分含量直接影响引流砂的烧结层性能和显气孔率大小，如果引流砂中的水分含量较高，在转炉出钢时，高温的钢水会促使引流砂内部的水分蒸发，阻碍引流砂烧结层的形成，致使引流砂堆积表面层的流失，使钢水渗透到引流砂的内部，并进一步导致引流砂的烧结层增厚、显气孔率增加，钢包的自动开浇率降低，因此，需要严格控制引流砂中的水分含量。

因此，引流砂砂中的各原料的水分质量百分含量均≤0.5％，并在使用前进一步进行烘烤干燥处理，确保引流砂中的水分含量在0.5％以内。

对所述的板状刚玉质引流砂的原料重量份组成进一步进行优选，以提高引流砂的性能，优选地，所述板状刚玉质引流砂的原料重量份组成为：

进一步优选，所述板状刚玉质引流砂的原料重量份组成为：

更进一步优选，所述板状刚玉质引流砂的原料重量份组成为：

本发明还提供了一种所述的板状刚玉质引流砂的制备方法，将板状刚玉质引流砂的各原料按重量份组成混合均匀，在150～200℃温度下烘烤3～5h，得到所述的板状刚玉质引流砂。

本发明提供的板状刚玉质引流砂中不含氧化铬和SiO₂，对钢水以及环境都不会产生污染，同时能够实现较高的钢包水口自然开浇率。

具体实施方式

实施例1～8

各实施例的原料配比见表1，板状刚玉砂中Al₂O₃的质量百分数≥98.5％，体积密度≥3.50g/cm³；鳞片石墨中碳的质量百分数≥95.00％；镁砂中MgO的质量百分数≥96.00％，各原料的水分含量均小于0.5％。

按照表1中的重量份组成将各原料在搅拌机中干混5～10min后置于烘干窑中，在180℃条件下，烘烤3～5小时，干燥冷却，得到板状刚玉引流砂，板状刚玉引流砂中的水分含量≤0.5％。

实际生产中，采用5公斤密封塑料衬纺织袋包装，贮藏于干燥仓库中，出厂使用时，检验成品水分含量，确保水分含量不高于0.5％。

表1

性能表征

表2

	自流值/mm	自动开浇率
			实施例1	185	98％
实施例2	190	99％
			实施例3	190	99％
实施例4	190	99％
			实施例5	185	98％
实施例6	180	98％
			实施例7	180	98％

实施例8

180

98％

自流值的表征方法：

采用流动度测定仪，将引流砂放入检测仪的锥形料斗中，锥形料斗的尺寸为上直径/下直径/高度＝70/100/60mm，引流砂灌注入锥形料斗中，引流砂的上表面与锥形料斗的上端面平齐，提起料斗，引流砂自动流出并铺展，测量引流砂的铺展的直径，即得到引流砂的自流值。

实施例2中所生产的板状刚玉质引流砂的主要化学成份为Al₂O₃93.56％、MgO1.92％、C0.5％，属于高铝低碳无硅无铬引流砂，对钢水几乎没有污染，从表2中的自流值可以看出，各实施例的引流砂都具有良好的流动性(现有市售的铬质引流砂的自流值通常在160～170mm)。

在烧结实验中，各实施例在1100～1510℃有轻微烧结，在1550～1600℃具有良好的烧结作用，钢包渣对刚玉质引流砂的渗透作用非常浅。

Claims

1.一种板状刚玉质引流砂，其特征在于，所述板状刚玉质引流砂的原料重量份组成为：

所述高温烧结剂为金属硅、碳化硼、金属铝中的至少一种；

所述低温促烧剂为硼砂或硼酸。

2.如权利要求1所述的板状刚玉质引流砂，其特征在于，所述板状刚玉砂的粒径为0.15～2mm。

3.如权利要求1所述的板状刚玉质引流砂，其特征在于，所述镁砂的粒径为0.088～1mm。

4.如权利要求1所述的板状刚玉质引流砂，其特征在于，所述石墨的粒径≤0.088mm。

5.如权利要求1～4任一项所述的板状刚玉质引流砂，其特征在于，所述板状刚玉质引流砂的原料重量份组成为：

6.一种如权利要求1～5任一项所述的板状刚玉质引流砂的制备方法，其特征在于，将板状刚玉质引流砂的各原料按重量份组成混合均匀，在150～200℃温度下烘烤3～5h，得到所述的板状刚玉质引流砂。