CN109750210A - 低氧、氢含量高锰钢的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低氧、氢含量高锰钢的生产方法，包括以下步骤：(1)打结坩埚；(2)设计制造气体扩散器；(3)连接吹氩气系统；(4)准备材料；(5)加料熔炼；(6)调整化学成份；(7)炉内镇静；(8)控温出钢。采用本发明的生产方法，有效降低了氧、氢含量，提高了高锰钢的综合机械性能。

Description

低氧、氢含量高锰钢的生产方法

技术领域

本发明属于高性能新材料和冶金技术领域，具体涉及一种低氧、氢含量高锰钢的生产方法。

背景技术

高锰钢是传统的耐磨材料。经过一百多年的发展，形成了锰13、锰18和锰25三个系列。其中锰13形成了国际、国内标准，比较成熟。锰18只有国际标准，锰25制作难度较大，暂时只有企业内部标准。高锰钢由于显微组织中为单相奥氏体或奥氏体加少量碳化物，因此具有良好的韧性和塑性，而且裂纹扩展速率很低，使用安全可靠。其另一特点就是在较大的冲击载荷或接触应力的作用下，表面迅速加工硬化，表面硬度急剧上升起到了良好的抗磨作用，而内部仍然保持良好的韧性，在承受大的冲击载荷时不出现断裂。高锰钢的这些特性使得它广泛用于冲击磨损和高应力磨料磨损工况条件下。如颚式破碎机颚板、圆锥式破碎机锥体、大型锤式破碎机锤头、部分滚筒式磨机衬板、回旋破碎机衬板等，是目前世界上应用最为广泛的耐磨材料之一。国内外对于高锰钢的研究至今没有停止过，但在实际生产中，能按要求生产出合符要求的高锰钢还是不太容易的。主要问题在于感应电炉生产时没有良好的造渣材料形成，锰是强氧化性元素，易于氧化形成氧化渣，同时也易于偏析，造成成分不均匀。这就是高锰钢广泛被使用，但使用效果总是不理想的主要原因。

高锰钢液纯净程度直接影响铸件质量，高锰钢液中氧化物、夹杂物、气体含量等杂质的多少直接影响材质性能。

氧是在钢的凝固过程中偏析倾向最严重的元素之一，在钢液的凝固和随后的冷却过程中，氧的溶解度急剧下降，钢中原溶解的绝大部分氧以铁氧化物、硫氧化物等微细夹杂物的形式在与γ或α晶界处富集，这些微细夹杂物会造成晶界脆化，使钢的加工和使用过程中容易成为晶界开裂的起点，最终导致钢材发生脆性破坏。

钢中氧含量的增加会降低钢材的延性、冲击韧性、抗疲劳破坏性能，提高钢的韧-脆转换温度，降低钢材的耐腐蚀性能。此外，含氧高的钢材还容易发生时效老化，在高温加工时由于晶界处的杂质偏析形成了低熔点网膜，导致钢产生热脆。

钢在冷却过程中氢还会扩散析出，由于在固态钢中扩散速度很慢，只有很少量扩散到连铸坯(或钢锭)表面，多数是扩散到显微孔隙中、或夹杂物的附近、或晶界上的小孔中，形成氢分子。由于氢分子不断地在析出的地方聚集，低温下KH值很小，pH2却很大，引起钢的内应力。这种内应力再加上组织应力、热应力、变形应力等的总和，超过了钢的强度极限，就会破裂形成裂纹。

由于上述原因，氢会引起钢材的如下缺陷：

(1)发裂。钢在热加工过程中，钢中的含有氢气的气孔会沿加工方向被拉长形成发裂，进而引起钢材的强度、塑性、冲击韧性降低，这称之为“氢脆”。氢脆对钢材的横向性能影响尤为突出。

(2)白点。在钢材横向断口上，白点表现为放射状或不规则排列的锯齿形小裂缝；在纵向断口上，有圆形或椭圆形的银白色斑点，因此得名为“白点”。实际上白点是极细小的裂纹。

(3)层状断口。由于有些钢中晶体结构的特点，使氢分子容易在树枝晶或变形晶体边界上聚集，由此引起内应力，导致晶间拉力的减弱，从而降低了钢材横向的塑性、冲击韧性，此时在钢材的断口呈针状叠层结构，称做层状断口。钢的树枝晶越发达，越容易形成层状断口缺陷。

在高锰钢液熔炼过程中因吸气、氧化等作用，致使高锰钢液中存在一定数量的氧化物、非金属夹杂物、有害气体等，为保证高锰钢液以纯净状态形成铸件，需对熔融高锰钢液进行精炼净化处理，达到净化效果。

目前国内外纯净钢的制作工艺主要有三条：

1)高炉—铸钢液预处理—转炉—炉外精炼(LF、RH)。这种工艺方法需配置炉外精炼设备，且过程繁琐，操作复杂；

2)超高功率、高功率电弧炉(EAF)——炉外精炼(LF、RH)。这种工艺方法也需要配置炉外精炼设备，且对原材料要求较高；

3)真空感应电炉(VIF)和电渣重熔(ESR)。这种工艺方法使用的真空熔炼设备投入大，且重熔需耗用电量大。

目前国内熔炼设备及工艺多数采用不氧化法熔炼工艺，但目前精炼高锰钢的系统存在以下缺点：一是不能检测高锰钢液纯净化处理过程中氩气给炉衬的冲刷程度，选择较佳的氩气压力和流量，造成成本较高；二是当熔化的高锰钢水渗出炉衬与炉壳导通时，不能很好地避免穿炉事故发生；三是精炼高锰钢净化处理氧和氢效果差，影响产品的质量；四是精炼高锰钢的系统中使用的透气砖质量差，影响吹氩效果，从而影响精炼钢水中氧和氢的净化效果，因此针对以上存在的缺陷，急需对现有的中频感应炉进行改进。

目前，国内外使用的钢包底吹氩透气砖大都是经过1500℃处理过的，不仅燃烧成本高，而且生产周期长，相应地，生产成本较高。为了缩短生产周期，并达到节能减排，降本降耗等目的，国内外的一些研究机构和企业开始了不烧钢包底吹氩透气砖的研究，但是进展和效果都不理想。在国外，主要以维苏威为代表的极少数公司采用了不烧钢包底吹氩透气砖技术，但是他们大多在产品配方中添加了钢纤维，以此来提高产品的质量稳定性，但这样一来，便降低了产品的抗蚀损性能。现有技术中，不烧钢包底吹氩透气砖存在以下急需攻克的难题：

(1)传统透气砖在使用过程中，由于受到使用温度的急剧变化，容易产生剥落、掉块等问题；有些甚至在使用中发生断裂，造成吹氩不通畅，严重的可导致钢水渗漏。无论是吹气不通畅还是钢水渗漏均严重影响钢厂正常冶炼，并造成不同程度的损失，因此解决透气砖剥落、掉块、断裂等问题是非常必要的。

(2)目前国内普遍采用的刚玉-尖晶石质透气砖因材料自身特性，在高温环境下容易产生体积膨胀，一旦透气缝道设计不合理，就会发生因膨胀而导致的吹气不畅通现象，使得透气砖部分或全部失去了透气功能。

(3)产品的中、低温强度低，中温存在强度拐点。

(4)产品各个温度段的体积不稳定，使用过程中容易产生裂纹。

(5)烧成成本高。

(6)生产周期长。

因此，如何改善传统透气砖抗渣侵蚀和抗热震性差，以及力学性能和透气性不佳等缺点，以获取更高综合性能的透气砖，是其推广与应用于更广阔的领域，满足工业生产需求亟待解决的问题。

精炼高锰钢过程中使用造渣材料，可以一定程度的降低有害气体，比如氧、氢等，但是现有的造渣材料使用久后变粘、变硬，包壁特别是包沿口很容易挂渣，在清渣时会带伤包壁耐火材料，使其寿命大幅下降；同时过粘过硬的钢渣使测温枪插入管内径变小，插入管外壁结渣壳，穿过渣层变得相当困难。传统的办法是采取扒渣措施，减少渣层厚度。但扒渣过多会使钢水表面发生二次氧化，同时会使钢水温度下降加快，也无法解决渣过粘杂质无法上浮和钢包不粘渣等问题，只不过减轻了钢壁粘渣的速度而已。

发明内容

本发明提供一种低氧、氢含量高锰钢的生产方法，以解决如何降低氧、氢含量，提高高锰钢的综合机械性能的实际技术问题。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种低氧、氢含量高锰钢的生产方法，包括以下步骤：

(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在系统底部，然后使用炉衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；

(2)根据感应电炉容积大小设计制造气体扩散器，气体扩散器由铬、镁质或刚玉质耐火材料以液压式高温烘烤成型，气体扩散器其粒度设计为能使气流最佳化并具有抗金属穿透性；

(3)将气体扩散器安装在感应炉底部中心，连接吹氩气系统，吹氩气系统由氩气瓶、减压阀、流量调节器、耐压橡胶管、活接头顺序连接组成；

(4)准备材料：按铸钢水的化学成份要求，称量好熔炼铸钢水的各种材料，备用；

(5)加料熔炼：将准备好的材料逐步投入炉中熔炼，当炉料熔化形成熔池时，即铸钢水覆过炉底30.6cm时，开始打开流量调节器吹注氩气，氩气经过透气砖参与铸钢水熔炼过程，随着熔炼继续，吹氩气的压力和流量随着铸钢水的增加而增加，具体控制过程如下：前8-13min，吹氩气压力控制在6.2-6.4kg，氩气流量控制在16-17L/min；第14-20min，吹氩气压力控制在6.5-6.7kg，氩气流量控制在17.1-17.3L/min；第21-30min，吹氩气压力控制在6.8-7kg，氩气流量控制在17.4-17.6L/min；在第31min开始时，向铸钢水表面覆盖造渣材料，所述造渣材料，以重量份为单位，包括以下原料：活性白土粉25-53份、滑石粉7-13份、坡缕石粉10-16份、蒙脱石粉4-6份、生石灰粉32-64份、氟石粉9-15份、矿棉5-8份、粘合剂1-2份；所述造渣材料添加量为0.91-0.98kg/t.s；第31-52min，吹氩气压力控制在6.3-6.5kg，氩气流量控制在17.2-17.4L/min；直至炉料熔清，取样分析炉内成份；

(6)调整化学成份：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；

(7)炉内镇静：炉内铸钢液达到要求温度后停电镇静，继续吹氩气，使铸钢液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面造渣材料结合；

(8)控温出钢：控制温度，出钢浇注，制得高纯净高锰钢，采用光谱分析，所述的高纯净高锰钢，按质量百分含量计，包括以下成分：0.75-1.76％的C、22.0-30.0％的Mn、0.1-0.8％的Si、0.021-0.043％的P、0.016-0.035％的S、0.07-2.5％的Cr、0.52-2.3％的Mo、0.01-1.34％的Ni、0.03-1.5％的Cu、0.01-0.2％的Nb、0.032-0.083％的Al、0.0006-0.0010％的O、0.00014-0.00042％的H，其余微量元素含量≤0.82％，余量为Fe。

优选地，步骤(5)中所述活性白土粉原料的质量指标为：SiO₂：59.16-62.34％；Al₂O₃：17.24-18.36％；MgO：3.61-5.44％；CaO：1.65-2.09％；粒度为800-1000目。

优选地，步骤(5)中所述滑石粉原料的质量指标为：SiO₂：58.34-62.01％；MgO：27.52-31.36％；粒度为1200-1300目。

优选地，步骤(5)中所述坡缕石粉原料的质量指标为：SiO₂：52.68-56.96％；MgO：23.83-27.19％；粒度为1000-1100目。

优选地，步骤(5)中所述蒙脱石粉原料的质量指标为：SiO₂：55.17-65.28％；Al₂O₃：12.31-25.43％；粒度为800-1000目。

优选地，步骤(5)中所述生石灰粉原料的质量指标为：CaO：≥96.32％；粒度为600-800目。

优选地，步骤(5)中所述氟石粉原料的质量指标为：CaF₂：≥72.36％；粒度为600-800目。

优选地，步骤(6)中所述的高纯净高锰钢，按质量百分含量计，包括以下成分：1.46％的C、28.64％的Mn、0.72％的Si、0.036％的P、0.028％的S、2.19％的Cr、1.57％的Mo、0.91％的Ni、1.02％的Cu、0.12％的Nb、0.058％的Al、0.0006％的O、0.00026％的H，其余微量元素含量为0.61％，余量为Fe。

本发明的技术原理及效果：

(1)配比经过改良的造渣材料，该渣料具有较低熔点和高的活性，在中频炉冶炼的条件下炉渣佷快熔化，充分参与了冶金反应，脱氧和氢、去除杂质等能力强。

(2)冶炼过程吹氩气搅拌钢液，熔化期感应电炉钢液温度均匀，保持炉衬受热均匀，消除炉衬大肚现象，同时也能带走部分夹杂物和有害气体。

(3)精炼期造新渣，炉内钢液能充分参与钢渣界面反应，钢液在氩气净化和钢渣充分反应双重作用下充分除氧和氢及清除夹杂物。

(4)本发明采用感应炉精炼钢液，在大气条件下吹氩气，可以减少炉外精炼设备投资，简化精炼工艺操作过程；氩气是一种惰性气体，它不溶解于钢液，也不与钢中的元素发生化学反应而形成夹杂物，不污染钢液；氩气通过本发明的透气砖吹入钢液中，透气砖使氩气泡细小而充分均匀分散，当氩气穿过钢液时，钢液中溶解的[H]、[O]等会自动扩散，进入氩气泡内随气泡上升而自钢液排除，非金属夹杂物则粘附在惰性气体上，其结合物浮至钢液表面，然后粘到造渣材料内，从而净化钢液；吹氩气精炼能均匀钢液化学成份和钢液温度；由于氩气比重大，熔清后在钢液中析出，在钢液面上形成一层保护膜覆盖钢液。

(5)造渣材料组份中含有低熔点、高活性的活性白土粉、滑石粉、坡缕石粉、蒙脱石粉、生石灰粉、氟石粉，有利于脱去钢水中的氢、氧等不纯物，降低钢中的有害元素及杂质的含量，达到吸渣效果，大大提高钢水的质量，有利于制得高纯净耐磨材料，同时降低造渣材料的用量，降低成本。

(6)本发明的高纯净高锰钢制备方法，有效降低了氧、氢含量，提高了高锰钢的综合机械性能。

附图说明

图1为本发明制备高纯净高锰钢系统结构示意图。

具体实施方式

为便于更好地理解本发明，通过以下实施例加以说明，这些实施例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。

所述的高纯净高锰钢的制备方法，包括制备高纯净高锰钢系统的设计和工艺参数、成分的控制。

(一)设计制备高纯净高锰钢系统

如图1所示，包括：炉壳1、炉衬2、炉壁层(坩埚)3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、炉体保护触头9、触头保护器10、导线11、炉盖12、流量调节器13、减压阀14、氩气瓶15，所述炉壳1包裹着炉衬2，所述炉衬2外表面设置有炉壁层3，所述炉壳1的底部设置有底座4，所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气砖6，所述透气砖6包裹着气体扩散器5，所述进气管7与气体扩散器5连接，所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上，所述炉体保护触头9、触头保护器10、导线11组成炉衬保护装置，所述炉体保护触头9镶嵌于炉衬2内，所述触头保护器10与炉体保护触头9通过导线11相连，所述炉盖12设置于精炼高锰钢的系统的顶部，所述进气管7连接流量调节器13，所述流量调节器13连接减压阀14，所述减压阀14连接氩气瓶15。

所述炉壁层3为耐高温的合成材料层。

所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料按重量比为5:3:2制成。

所述耐高温的合成材料层厚度为0.8cm。

所述进气管7为耐压橡胶管。

所述耐压橡胶管的内径为0.3cm。

所述炉体保护触头9采用无磁钢材料制成。

所述炉体保护触头9设置有6个。

所述透气砖，以重量份为单位，包括以下原料：颗粒半径为1.62-2.31mm的镁橄榄石砂30-42份、颗粒半径为1.08-1.62mm的镁橄榄石砂12-18份、颗粒半径为0.83-1.08mm的镁橄榄石砂18-26份、颗粒半径为1.34-1.98mm的电熔镁砂10-16份、颗粒半径为0.92-1.34mm的电熔镁砂5-9份、颗粒半径为0.75-0.92mm的电熔镁砂7-12份、颗粒半径为1.56-2.08mm的刚玉12-18份、颗粒半径为1.12-1.56mm的刚玉4-7份、硅酸镁水泥5-8份、颗粒半径为1.03-3.16nm的硅酸钠3-5份、高锰酸钠4-8份、防爆外加剂0.2-0.5份、聚羧酸分散减水剂0.4-0.9份、水10-15份；

所述三种不同颗粒半径的镁橄榄石砂MgO：≥43.46％；SiO₂：36.81-39.72％；

所述三种不同颗粒半径的电熔镁砂MgO：≥98.12％；

所述两种不同颗粒半径的刚玉砂Al₂O₃：≥97.43％；

所述防爆外加剂为防爆纤维，以聚丙烯为原材料，纤度为10-18旦尼尔，长度为3.21-6.02mm；

所述透气砖的制备方法，包括以下步骤：

S1、配料：按前述组分及重量份数配制原料；

S2、预混：将步骤S1配制好的原料置入预混装置内，在转速为200-300r/min下搅拌20-25min，制得预混料；

S3、振动成型：将步骤S2制得的预混料移入模具中，利用液压机在100-120MPa下成型，制得透气砖生坯；

S4、带模养护：将步骤S3制得的透气砖生坯置于35-45℃下，带模具养护4-8h；

S5、脱模：待步骤S4带模具养护完成后，在常温下脱模，制得透气砖坯体；

S6、养护：将步骤S5制得的透气砖坯体置于30-32℃下养护20-30h；

S7、烘烤：将步骤S6养护完成后的透气砖坯体置于400-500℃下烘烤3-5天，烘烤完成后制得透气砖成品。

本发明透气砖制备技术原理及效果：

(1)镁橄榄石砂为碱性耐火材料，具有耐高温、抗浸蚀、化学稳定性好等优点，该砂具有较高的耐火度(1710℃)和抗金属氧化侵蚀能力，在高温度下膨胀缓慢，且小于变形，没有骤然膨胀的特点，抗热震性好，铸件不易产主夹砂缺陷。

(2)电熔镁砂为碱性耐火材料，具有结构致密，抗渣性强，热震稳定性好等优点。

(3)刚玉为碱性耐火材料，具有体积稳定性好，极小的重烧收缩，良好的热震稳定性和抗弯强度等优点。

(4)硅酸镁水泥作为一种粘合剂使用。

(5)硅酸钠为纳米级材料，在透气砖引入纳米硅酸钠后，透气砖内部形成分布均匀的微气孔，这能有效阻止使用过程中裂纹的继续扩散，从而提高透气砖韧性，减少剥落，达到提高使用寿命的目的，在使用中抵抗钢水侵蚀和冲刷的能力显著提升，浇钢完成后透气砖表面粘渣很少甚至不粘渣，抗剥落效果好，这样就减轻了现场工人的劳动强度，带来了良好的社会效益。

(6)在制备透气砖时加入高锰酸钠，加入的高锰酸钠可在制砖过程中分解，在坯料体系内部产生气体，使坯料内部富含孔隙，从而使产品的透气性进一步提高。

(7)防爆外加剂为防爆纤维，它与其它耐火材料混合均匀，成形后，进行烘烤，随着烘烤温度不断升高，并达到一定温度时纤维开始软化、收缩、熔化，最后形成气孔并碳化，它们在透气砖内分布形成微小网络气孔，它能打开气孔通道，减轻内部应力，防止爆裂，从而提高了精炼过程中的安全系数。

(8)加入聚羧酸分散减水剂，起到了分散的作用，使硅酸镁水泥、纳米硅酸钠、高锰酸钠、防爆外加剂充分分散，另外还降低了透气砖制作过程中的加水量，节约了水资源，加快了干燥速度，缩短了透气砖的生产周期。

(9)本发明的透气砖直气孔少、润湿角大、不渗钢、抗熔损，可大幅度提高透气砖的使用寿命，从而减少了透气砖的更换次数，提高了钢包的周转率和罐衬的使用寿命，降低了现场工人的劳动强度和对环境的污染。

(10)本发明的透气砖可形成均匀分布的细气孔，透气量是狭缝式、弥散式透气砖的1.5倍以上，氩气通过无数气孔弥漫在钢液中，明显提高了钢水的净化率，降低了钢水中氧和氢的含量；解决了清渣铁烧氧造成少量直粗孔和氩气集中通过钢水很快在液面上跑掉等问题，明显提高了钢水的净化率。

(11)本发明的透气砖可避免因透气砖铁皮高温时熔化，产生缝隙和砖体透气直缝渗入钢水造成漏钢事故，提高了精炼过程中的安全系数。

(12)本发明利用镁橄榄石砂、电熔镁砂、刚玉等作为碱性耐火原料制成透气砖，与钢水不易发生化学反应的优势，选用镁碳材质作为钢包用透气砖的主要材质，利用液压机成型时的大压力及压力均匀性，制备密度大、抗压强度大的透气砖，解决透气砖使寿命短、工人须多次更换透气砖等问题，降低工人劳动强度、保证钢包连续周转和节省炼钢用耐火材料成本。

(13)本发明采用颗粒半径不同的实心镁橄榄石砂、电熔镁砂、刚玉球作为主要骨料制作的透气砖，不添加任何造孔剂，利用不同颗粒半径的镁橄榄石砂、电熔镁砂、刚玉球体紧密堆积原理构成连通的弥散气孔，镁橄榄石砂、电熔镁砂、刚玉球形状不同于普通镁橄榄石砂、电熔镁砂、刚玉破碎而成的颗粒，它几乎接近球体，具有纯度高、耐高温、耐高压、热震稳定性好等特点，因此，采用这些原料生产的透气砖能够满足本发明要解决的技术问题。

(14)本发明的透气砖解决了产品的中、低温强度低，中温存在强度拐点；产品各个温度段的体积不稳定，使用过程中容易产生裂纹；不烧产品的使用效果比烧成产品的使用效果差等技术问题。

(15)本发明的透气砖具有使用性能与烧成产品相当，降低的烧成成本≥1300元/吨，缩短的生产周期≥5天等优点。

(16)本发明所制备的透气砖经检测：抗折强度保持率为76.3-85.1％，1100℃水冷热震>47次，使用寿命>35次。

(二)制备高纯净高锰钢工艺参数、成分的控制

制备高纯净高锰钢系统的使用工艺简要过程如下：

打结坩埚——设计制造气体扩散器——连接吹氩气系统——准备材料——加料熔炼——调整化学成份——炉内镇静——控温出钢水。

具体实施方法：

(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在系统底部，然后使用炉衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；

(2)根据感应电炉容积大小设计制造气体扩散器，气体扩散器由铬、镁质或刚玉质耐火材料以液压式高温烘烤成型，气体扩散器其粒度设计为能使气流最佳化并具有抗金属穿透性；

(3)将气体扩散器安装在感应炉底部中心，连接吹氩气系统，吹氩气系统由氩气瓶、减压阀、流量调节器、耐压橡胶管、活接头顺序连接组成；

(4)准备材料：按铸钢水的化学成份要求，称量好熔炼铸钢水的各种材料，备用；

(5)加料熔炼：将准备好的材料逐步投入炉中熔炼，当炉料熔化形成熔池时，即铸钢水覆过炉底30.6cm时，开始打开流量调节器吹注氩气，氩气经过透气砖参与铸钢水熔炼过程，随着熔炼继续，吹氩气的压力和流量随着铸钢水的增加而增加，具体控制过程如下：前8-13min，吹氩气压力控制在6.2-6.4kg，氩气流量控制在16-17L/min；第14-20min，吹氩气压力控制在6.5-6.7kg，氩气流量控制在17.1-17.3L/min；第21-30min，吹氩气压力控制在6.8-7kg，氩气流量控制在17.4-17.6L/min；在第31min开始时，向铸钢水表面覆盖造渣材料，添加量为0.91-0.98kg/t.s，即每吨钢水中添加0.91-0.98千克的造渣材料；第31-52min，吹氩气压力控制在6.3-6.5kg，氩气流量控制在17.2-17.4L/min；直至炉料熔清，取样分析炉内成份；

(6)调整化学成份：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；

(7)炉内镇静：炉内铸钢液达到要求温度后停电镇静，继续吹氩气，使铸钢液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面造渣材料结合；

(8)控温出钢：控制温度，出钢浇注，制得高纯净高锰钢，采用光谱分析，所述的高纯净高锰钢，按质量百分含量计，包括以下成分：0.75-1.76％的C、22.0-30.0％的Mn、0.1-0.8％的Si、0.021-0.043％的P、0.016-0.035％的S、0.07-2.5％的Cr、0.52-2.3％的Mo、0.01-1.34％的Ni、0.03-1.5％的Cu、0.01-0.2％的Nb、0.032-0.083％的Al、0.0006-0.0010％的O、0.00014-0.00042％的H，其余微量元素含量≤0.82％，余量为Fe。

所述高纯净高锰钢的成分作用或影响：

C是影响合金钢硬度和韧性的主要元素，碳量高，则碳化物数量多，合金钢的硬度高，但韧性降低，在使用中易破碎；而碳量低，则韧性较高，但碳化物数量减少，硬度降低，不利于磨损，因此碳的含量需要严格控制。

Mn的主要作用是细化金属基体，但过高的Mn含量将使铸钢组织中出现奥氏体，不利于抗冲击磨损，因此Mn含量需要严格控制。

Si是改善碳化物结构和形态的主要元素，Si量高有助于共晶碳化物呈高硬度的MC型结构，有助于改善碳化物形态，但过高的含Si量将降低韧性，因此Si含量也需要严格控制。

P是有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，因此降低P含量有利于提高产品的质量。

S是有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹，因此降低S含量有利于提高产品的质量。

Cr量高，易形成M3C7型碳化物，有利于提高其耐磨性，但过高的Cr量会使铸钢的韧性降低，且生产成本过高，因此Cr含量也需要严格控制。

Mo的主要作用是细化组织，提高基体的强度和韧性，增加钢的淬透性，故Mo含量需要严格控制。

Ni能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性，Ni对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。

Cu在钢中的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合使用时，加入Cu还能提高钢的强度和屈服比，而对焊接性能没有不利的影响。

Nb在奥氏体中的形变诱导析出以及在铁素体中的脱溶析出都可以起到一定的沉淀强化作用。因此，通过Nb与钢中的C、N原子结合，形成Nb(CN)析出相来抑制再结晶及形成沉淀强化来提高强度。

Al能细化钢的晶粒组织，阻抑低碳钢的时效，提高钢在低温下的韧性，还能提高钢的抗氧化性，提高钢的耐磨性和疲劳强度等。

O是在钢的凝固过程中偏析倾向最严重的元素之一，在钢液的凝固和随后的冷却过程中，O的溶解度急剧下降，钢中原溶解的绝大部分O以铁O化物、硫O化物等微细夹杂物的形式在与γ或α晶界处富集，这些微细夹杂物会造成晶界脆化，使钢的加工和使用过程中容易成为晶界开裂的起点，最终导致钢材发生脆性破坏。

钢中O含量的增加会降低钢材的延性、冲击韧性、抗疲劳破坏性能，提高钢的韧-脆转换温度，降低钢材的耐腐蚀性能。此外，含O高的钢材还容易发生时效老化，在高温加工时由于晶界处的杂质偏析形成了低熔点网膜，导致钢产生热脆。因此降低O含量有利于提高产品的质量。

钢在冷却过程中H还会扩散析出，由于在固态钢中扩散速度很慢，只有很少量扩散到连铸坯(或钢锭)表面，多数是扩散到显微孔隙中、或夹杂物的附近、或晶界上的小孔中，形成H分子。由于H分子不断地在析出的地方聚集，低温下KH值很小，pH2却很大，引起钢的内应力。这种内应力再加上组织应力、热应力、变形应力等的总和，超过了钢的强度极限，就会破裂形成裂纹。因此降低H含量有利于提高产品的质量。

采用上述方法熔炼，能够均匀铸钢液化学成份和铸钢液温度，提高铸钢液冶金质量。

步骤(5)中所述造渣材料，以重量份为单位，包括以下原料：活性白土粉25-53份、滑石粉7-13份、坡缕石粉10-16份、蒙脱石粉4-6份、生石灰粉32-64份、氟石粉9-15份、矿棉5-8份、粘合剂1-2份；

所述活性白土粉原料的质量指标为：SiO₂：59.16-62.34％；Al₂O₃：17.24-18.36％；MgO：3.61-5.44％；CaO：1.65-2.09％；粒度为800-1000目；

所述滑石粉原料的质量指标为：SiO₂：58.34-62.01％；MgO：27.52-31.36％；粒度为1200-1300目；

所述坡缕石粉原料的质量指标为：SiO₂：52.68-56.96％；MgO：23.83-27.19％；粒度为1000-1100目；

所述蒙脱石粉原料的质量指标为：SiO₂：55.17-65.28％；Al₂O₃：12.31-25.43％；粒度为800-1000目；

所述生石灰粉原料的质量指标为：CaO：≥96.32％；粒度为600-800目；

所述氟石粉原料的质量指标为：CaF₂：≥72.36％；粒度为600-800目；

所述粘合剂为木薯淀粉；粒度为400-600目；

所述造渣材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量份数，将活性白土粉、滑石粉、坡缕石粉、蒙脱石粉、生石灰粉、氟石粉、矿棉、粘合剂加入搅拌机，同时加22-30份水，在转速300-500r/min下搅拌1-1.5h，制得均匀浆料；

(2)将步骤(1)制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为0.8-1.2cm的颗粒；

(3)将步骤(2)制得的颗粒送入烘箱中，在82-93℃下干燥8-10h，制得造渣材料。

本发明造渣材料的技术原理及效果：

(1)活性白土主要化学成分是三氧化二铝、二氧化硅、水及少量铁、镁、钙等，是用粘土(主要是膨润土)为原料，经无机酸化处理，再经水漂洗、干燥制成的吸附剂，有较高吸附性性能，有利于吸附钢水中的氧、氢等不纯物。此外活性白土加热至300℃以上便开始失去结晶水，使结构发生变化，因此具有较低的熔点。(2)滑石粉具有助流、耐火性、吸附力强等优良的物理特性，有利于吸附钢水中的氧、氢等不纯物。主含氧化镁和氧化硅，此外还含氧化铝等杂质，熔点约为800℃，熔点较低。(3)坡缕石具有很大的比表面积和吸附能力，很好的流变性和催化性能，同时，具有理想的胶体性能和耐热性能，是一种较好的吸附材料，有利于吸附钢水中的氧、氢等不纯物。也是隔热材料和膨胀材料，加热过程中的热效应：90-150℃，失去吸附水和沸石水；240-300℃，失去结晶水；450-520℃，失去晶格水，放热效应在900-1000℃之间，是低熔点的材料。(4)蒙脱石是由二层共顶联接的硅氧四面体片夹一层共棱联接的铝(镁)氧(氢氧)八面体片，构成2:1型含结晶水的硅酸盐矿物，是一种良好的热膨胀材料，加热后体积能增加，具有很强的吸附力及阳离子交换性能，有利于吸附钢水中的氧、氢等不纯物。(5)造渣材料中生石灰粉的CaO组分可以控制钢包渣碱度，是实现钢水脱硫和减少钢水再氧化污染的重要组元。过高或过低的CaO含量都不能很好地控制造渣材料的碱度。(6)造渣材料中蒙脱石等的SiO₂组分是造渣材料碱度控制的另一个重要因素，渣中的SiO₂含量需要严格控制，过高或过低都影响造渣材料碱度的控制以及造渣材料对夹杂物的吸附作用。(7)造渣材料中活性白土的Al₂O₃含量的控制主要为了使得造渣材料具有理想的对钢液中夹杂物的吸附能力，并对造渣材料的流动性等物性产生重要影响。过高的Al₂O₃含量会使Al₂O₃进入钢液中形成新的夹杂物，恶化造渣材料物性，过低的Al₂O₃含量则会使夹杂物的吸附作用减弱，因此需要严格控制Al₂O₃含量。(8)造渣材料中氟石粉的CaF₂是为了改善钢包渣的物性，降低其熔点和粘度，提高其流动性，从而有利于冶金反应的进行，过高的CaF₂含量会使造渣材料太稀，影响耐火材料的寿命，对造渣材料碱度和夹杂物吸附能力的控制也不利。(9)造渣材料中滑石粉的MgO保护钢包内衬的耐火材料，减少钢包渣对钢包和RH处理装置耐火材料的侵蚀，过高的MgO含量使得造渣材料粘度太大，不利于冶金反应的进行，过低的MgO含量则达不到保护耐火材料的目的。(10)造渣材料组份中加入坡缕石、蒙脱石等膨胀性材料和矿棉，并将造渣材料制成可直接投放在钢水渣层表面的轻质保温颗粒形式，以利于悬浮于液面持续保温，有效地减少钢液表层温度的散失，从而不用钢包覆盖剂，有效降低生产成本；(11)造渣材料组份中含有低熔点、高活性的活性白土粉、滑石粉、坡缕石粉、蒙脱石粉、生石灰粉、氟石粉，有利于脱去钢水中的氢、氧等不纯物，降低钢中的有害元素及杂质的含量，达到吸渣效果，大大提高钢水的质量，有利于制得高纯净耐磨材料，同时降低造渣材料的用量，降低成本。(12)本发明采用活性白土粉、滑石粉、坡缕石粉、蒙脱石粉、生石灰粉、氟石粉制备的造渣材料具有低熔点、高活性的优点，每吨钢水中的添加量仅为0.82-0.95kg，大大降低了生产成本。

下面通过更具体的实施例加以说明。

(一)透气砖的研究开发

实施例1

一种透气砖，以重量份为单位，包括以下原料：颗粒半径为1.62-2.31mm的镁橄榄石砂32份、颗粒半径为1.08-1.62mm的镁橄榄石砂12份、颗粒半径为0.87-1.08mm的镁橄榄石砂20份、颗粒半径为1.34-1.79mm的电熔镁砂11份、颗粒半径为0.92-1.34mm的电熔镁砂6份、颗粒半径为0.81-0.92mm的电熔镁砂12份、颗粒半径为1.56-2.08mm的刚玉12份、颗粒半径为1.07-1.56mm的刚玉4份、硅酸镁水泥5份、颗粒半径为1.52-2.94nm的硅酸钠3份、高锰酸钠5份、防爆外加剂0.2份、聚羧酸分散减水剂0.4份、水12份；

所述三种不同颗粒半径的镁橄榄石砂MgO：≥43.46％；SiO₂：36.92-39.27％；

所述三种不同颗粒半径的电熔镁砂MgO：≥98.35％；

所述两种不同颗粒半径的刚玉砂Al₂O₃：≥97.61％；

所述防爆外加剂为防爆纤维，以聚丙烯为原材料，纤度为10-17旦尼尔，长度为3.58-5.67mm；

所述透气砖的制备方法，包括以下步骤：

S1、配料：按前述组分及重量份数配制原料；

S2、预混：将步骤S1配制好的原料置入预混装置内，在转速为200r/min下搅拌25min，制得预混料；

S3、振动成型：将步骤S2制得的预混料移入模具中，利用液压机在100MPa下成型，制得透气砖生坯；

S4、带模养护：将步骤S3制得的透气砖生坯置于35℃下，带模具养护8h；

S5、脱模：待步骤S4带模具养护完成后，在常温下脱模，制得透气砖坯体；

S6、养护：将步骤S5制得的透气砖坯体置于30℃下养护30h；

S7、烘烤：将步骤S6养护完成后的透气砖坯体置于400℃下烘烤5天，烘烤完成后制得透气砖成品。

实施例2

一种透气砖，以重量份为单位，包括以下原料：颗粒半径为1.62-2.06mm的镁橄榄石砂36份、颗粒半径为1.08-1.62mm的镁橄榄石砂16份、颗粒半径为0.94-1.08mm的镁橄榄石砂22份、颗粒半径为1.34-1.76mm的电熔镁砂14份、颗粒半径为0.92-1.34mm的电熔镁砂8份、颗粒半径为0.81-0.92mm的电熔镁砂10份、颗粒半径为1.56-1.96mm的刚玉15份、颗粒半径为1.35-1.56mm的刚玉6份、硅酸镁水泥6份、颗粒半径为1.23-3.07nm的硅酸钠4份、高锰酸钠6份、防爆外加剂0.4份、聚羧酸分散减水剂0.6份、水13份；

所述三种不同颗粒半径的镁橄榄石砂MgO：≥46.02％；SiO₂：36.92-39.04％；

所述三种不同颗粒半径的电熔镁砂MgO：≥98.25％；

所述两种不同颗粒半径的刚玉砂Al₂O₃：≥97.68％；

所述防爆外加剂为防爆纤维，以聚丙烯为原材料，纤度为12-16旦尼尔，长度为3.35-5.86mm；

所述透气砖的制备方法，包括以下步骤：

S1、配料：按前述组分及重量份数配制原料；

S2、预混：将步骤S1配制好的原料置入预混装置内，在转速为300r/min下搅拌23min，制得预混料；

S3、振动成型：将步骤S2制得的预混料移入模具中，利用液压机在120MPa下成型，制得透气砖生坯；

S4、带模养护：将步骤S3制得的透气砖生坯置于42℃下，带模具养护6h；

S5、脱模：待步骤S4带模具养护完成后，在常温下脱模，制得透气砖坯体；

S6、养护：将步骤S5制得的透气砖坯体置于31℃下养护26h；

S7、烘烤：将步骤S6养护完成后的透气砖坯体置于460℃下烘烤4天，烘烤完成后制得透气砖成品。

实施例3

一种透气砖，以重量份为单位，包括以下原料：颗粒半径为1.62-1.98mm的镁橄榄石砂40份、颗粒半径为1.08-1.62mm的镁橄榄石砂17份、颗粒半径为0.92-1.08mm的镁橄榄石砂24份、颗粒半径为1.34-1.76mm的电熔镁砂15份、颗粒半径为0.92-1.34mm的电熔镁砂8份、颗粒半径为0.79-0.92mm的电熔镁砂12份、颗粒半径为1.56-1.83mm的刚玉16份、颗粒半径为1.57-1.56mm的刚玉7份、硅酸镁水泥8份、颗粒半径为1.76-3.02nm的硅酸钠5份、高锰酸钠8份、防爆外加剂0.4份、聚羧酸分散减水剂0.9份、水15份；

所述三种不同颗粒半径的镁橄榄石砂MgO：≥45.01％；SiO₂：37.38-39.04％；

所述三种不同颗粒半径的电熔镁砂MgO：≥98.25％；

所述两种不同颗粒半径的刚玉砂Al₂O₃：≥98.01％；

所述防爆外加剂为防爆纤维，以聚丙烯为原材料，纤度为12-18旦尼尔，长度为3.71-5.63mm；

所述透气砖的制备方法，包括以下步骤：

S1、配料：按前述组分及重量份数配制原料；

S2、预混：将步骤S1配制好的原料置入预混装置内，在转速为300r/min下搅拌20min，制得预混料；

S3、振动成型：将步骤S2制得的预混料移入模具中，利用液压机在110MPa下成型，制得透气砖生坯；

S4、带模养护：将步骤S3制得的透气砖生坯置于42℃下，带模具养护8h；

S5、脱模：待步骤S4带模具养护完成后，在常温下脱模，制得透气砖坯体；

S6、养护：将步骤S5制得的透气砖坯体置于32℃下养护20h；

S7、烘烤：将步骤S6养护完成后的透气砖坯体置于500℃下烘烤3天，烘烤完成后制得透气砖成品。

对比例1

与实施例2的制备透气砖工艺基本相同，唯有不同的是制备透气砖的原料中缺少颗粒半径为1.62-2.06mm的镁橄榄石砂36份、颗粒半径为1.08-1.62mm的镁橄榄石砂16份、颗粒半径为0.94-1.08mm的镁橄榄石砂22份、颗粒半径为1.34-1.76mm的电熔镁砂14份、颗粒半径为0.92-1.34mm的电熔镁砂8份、颗粒半径为0.81-0.92mm的电熔镁砂10份、颗粒半径为1.56-1.96mm的刚玉15份、颗粒半径为1.35-1.56mm的刚玉6份。

对比例2

与实施例2的制备透气砖工艺基本相同，唯有不同的是制备透气砖的原料中缺少颗粒半径为1.62-2.06mm的镁橄榄石砂36份、颗粒半径为1.08-1.62mm的镁橄榄石砂16份、颗粒半径为0.94-1.08mm的镁橄榄石砂22份。

对比例3

与实施例2的制备透气砖工艺基本相同，唯有不同的是制备透气砖的原料中缺少颗粒半径为1.34-1.76mm的电熔镁砂14份、颗粒半径为0.92-1.34mm的电熔镁砂8份、颗粒半径为0.81-0.92mm的电熔镁砂10份。

对比例4

与实施例2的制备透气砖工艺基本相同，唯有不同的是制备透气砖的原料中缺少颗粒半径为1.56-1.96mm的刚玉15份、颗粒半径为1.35-1.56mm的刚玉6份。

对比例5

与实施例2的制备透气砖工艺基本相同，唯有不同的是制备透气砖的原料中缺少颗粒半径为1.23-3.07nm的硅酸钠4份。

对比例6

与实施例2的制备透气砖工艺基本相同，唯有不同的是制备透气砖的原料中缺少高锰酸钠。

对比例7

采用中国申请专利文献“镁碳质钢包用透气砖及其生产方法(申请号：200710012906.5)”实施例4的方法制备透气砖，具体如下：将70％电熔镁砂、14％鳞片石墨、8％的烧结板状刚玉、4％的部分稳定氧化锆、3％的防氧化剂金属Al粉、1％的防氧化剂CaB6粉末、0.5％的防氧化剂B4C粉末混合均匀，外加5％液态的热固性酚醛树脂作为结合剂，混练40分钟，至全部物料均匀即为泥料；将塑料条按照气孔布置形式安装到模具中；将混练好的泥料加入到模具中，利用等静压设备在200MPa下成型；经200℃热处理24小时；利用车床将坯体按图纸尺寸进行车削，车削干燥后，按照透气砖的组装工艺组装即制得透气砖制品。

其中所述的电熔镁砂为MgO 96-98％，粒度<5mm；

其中所述的烧结板状刚玉为Al₂O₃99.5-99.8％，粒度<2mm；

其中所述的部分稳定氧化锆为CaO稳定的ZrO₂93-95％，粒度<0.088mm；

其中所述的鳞片石墨为C 96-98％，粒度<0.15mm；

其中所述的结合剂为常温下为液态的热固性酚醛树脂，残碳率45-48％。

将实例1-3所制得的透气砖及对比例1-7的透气砖进行力学性能、抗热震性检测，具体检测方法如下：

1.力学性能：按照YB/T5201对试件经110℃24h、1550℃3h热处理后常温耐压强度进行检测；

2.抗热震性：将试样在1100℃保温20min后，风冷15min，反复3次后测定其残余抗折强度，并计算热震后的抗折强度保持率；以热震后的抗折强度保持率(强度保持率＝热震后抗折强度/热震前抗折强度×100％)来评价材料的抗热震性；

将实例1-3所制得的透气砖及对比例5的透气砖进行透气性、抗渣侵蚀性检测，具体检测方法如下：

1.透气性：按照YB/T5200对试件经110℃24h、1550℃3h热处理后显气孔率进行检测；

2.抗渣侵蚀性：分别将试样装入1#-10#坩埚中，再取粒度<0.5mm的LF炉终渣装入1#-10#坩埚，每个坩埚的装渣量均为120g，在电炉中升温至1600℃保温4h后自然冷却至室温，然后取出试样并将试样对称切为两半，测量侵蚀深度；其值越小，则抗渣侵蚀性越好。

以上检测结果如下表所示：

由上表可知：(1)由实施例1-3和对比例7的数据可见，实施例1-3的透气砖的力学性能、抗热震性、透气性、抗渣侵蚀性均优于现有技术；同时由实施例1-3的数据可见，实施例2为最优实施例。

(2)由实施例2和对比例1-4的数据可见，不同颗粒半径球形的镁橄榄石砂、电熔镁砂、刚玉在制备透气砖中起到了协同作用，协同提高了透气砖的抗压强度和抗折强度保持率，这是：镁橄榄石砂为碱性耐火材料，具有耐高温、抗浸蚀、化学稳定性好、高抗压强度和抗折强度保持率等优点，该砂具有较高的耐火度(1710℃)和抗金属氧化侵蚀能力，在高温度下膨胀缓慢，且小于变形，没有骤然膨胀的特点，抗热震性好，铸件不易产主夹砂缺陷。电熔镁砂为碱性耐火材料，具有结构致密，抗渣性强，热震稳定性好，高抗压强度和抗折强度保持率等优点。刚玉为碱性耐火材料，具有体积稳定性好，极小的重烧收缩，良好的热震稳定性和抗压强度和抗折强度保持率等优点。采用颗粒半径不同的实心镁橄榄石砂、电熔镁砂、刚玉球作为主要骨料制作的透气砖，不添加任何造孔剂，利用不同颗粒半径的镁橄榄石砂、电熔镁砂、刚玉球体紧密堆积原理构成连通的弥散气孔，镁橄榄石砂、电熔镁砂、刚玉球形状不同于普通镁橄榄石砂、电熔镁砂、刚玉破碎而成的颗粒，它几乎接近球体，利用不同颗粒半径球形的镁橄榄石砂、电熔镁砂、刚玉在制备透气砖中的协同作用，协同提高了透气砖的抗压强度和抗折强度保持率。

(3)由实施例2和对比例5的数据可见，缺少纳米级硅酸钠作为制备透气砖的原材料，影响了抗压强度和抗折强度保持率的提高，这是：在透气砖引入纳米硅酸钠后，透气砖内部形成分布均匀的微气孔，这能有效阻止使用过程中裂纹的继续扩散，从而提高抗压强度和抗折强度保持率，提高透气砖韧性，减少剥落，达到提高使用寿命的目的。

(4)由实施例2和对比例6的数据可见，缺少高锰酸钠作为制备透气砖的原材料，影响了显气孔率的提高，这是：在制备透气砖时加入高锰酸钠，加入的高锰酸钠可在制砖过程的烘烤中分解，在坯料体系内部产生气体，使坯料内部富含孔隙，从而使产品的透气性进一步提高，提高了显气孔率。

(二)造渣材料的研究开发

实施例4

一种造渣材料，以重量份为单位，包括以下原料：活性白土粉42份、滑石粉10份、坡缕石粉12份、蒙脱石粉5份、生石灰粉55份、氟石粉13份、矿棉7份、粘合剂1.6份；

所述活性白土粉原料的质量指标为：SiO₂：60.52％；Al₂O₃：17.94％；MgO：4.85％；CaO：1.79％；粒度为1000目；

所述滑石粉原料的质量指标为：SiO₂：59.67％；MgO：29.05％；粒度为1300目；

所述坡缕石粉原料的质量指标为：SiO₂：55.78％；MgO：25.61％；粒度为1100目；

所述蒙脱石粉原料的质量指标为：SiO₂：63.74％；Al₂O₃：24.61％；粒度为1000目；

所述生石灰粉原料的质量指标为：CaO：96.5％；粒度为800目；

所述氟石粉原料的质量指标为：CaF₂：72.91％；粒度为800目；

所述粘合剂为木薯淀粉；粒度为600目；

所述造渣材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量份数，将活性白土粉、滑石粉、坡缕石粉、蒙脱石粉、生石灰粉、氟石粉、矿棉、粘合剂加入搅拌机，同时加28份水，在转速500r/min下搅拌1h，制得均匀浆料；

(2)将步骤(1)制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1.1cm的颗粒；

(3)将步骤(2)制得的颗粒送入烘箱中，在92℃下干燥9h，制得造渣材料。

产品经物理检测：熔点为1362℃。

将实施例4制得的造渣材料进行炼钢实际使用。用量为0.82kg/吨钢。经观测：产品辅展性好，能真接与残渣发生反应降低残渣熔点和粘度，测温枪能轻易透过渣层快速测量钢水温度；同时使用该造渣材料后，比原钢包单纯覆盖保温剂，平均每炉钢的温降少3.4℃；改善了渣流动性，减少了扒渣环节，清除了包壁挂渣。可见实施例4制得的造渣材料熔点低，活性高。

实施例5

一种造渣材料，以重量份为单位，包括以下原料：活性白土粉27份、滑石粉7份、坡缕石粉10份、蒙脱石粉4份、生石灰粉34份、氟石粉9份、矿棉7份、粘合剂1份；

所述活性白土粉原料的质量指标为：SiO₂：59.16％；Al₂O₃：18.36％；MgO：5.44％；CaO：2.09％；粒度为800目；

所述滑石粉原料的质量指标为：SiO₂：62.01％；MgO：27.52％；粒度为1200目；

所述坡缕石粉原料的质量指标为：SiO₂：52.68％；MgO：27.19％；粒度为1000目；

所述蒙脱石粉原料的质量指标为：SiO₂：65.28％；Al₂O₃：12.31％；粒度为1000目；

所述生石灰粉原料的质量指标为：CaO：96.32％；粒度为600目；

所述氟石粉原料的质量指标为：CaF₂：72.36％；粒度为600目；

所述粘合剂为木薯淀粉；粒度为500目；

所述造渣材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量份数，将活性白土粉、滑石粉、坡缕石粉、蒙脱石粉、生石灰粉、氟石粉、矿棉、粘合剂加入搅拌机，同时加23份水，在转速300r/min下搅拌1.5h，制得均匀浆料；

(2)将步骤(1)制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为0.8cm的颗粒；

(3)将步骤(2)制得的颗粒送入烘箱中，在82℃下干燥10h，制得造渣材料。

产品经物理检测：熔点为1397℃。

将实施例5制得的造渣材料进行炼钢实际使用。用量为0.95kg/吨钢。经观测：产品辅展性好，能真接与残渣发生反应降低残渣熔点和粘度，测温枪能轻易透过渣层快速测量钢水温度；同时使用该造渣材料后，比原钢包单纯覆盖保温剂，平均每炉钢的温降少4.6℃；改善了渣流动性，减少了扒渣环节，清除了包壁挂渣。可见实施例5制得的造渣材料熔点低，活性高。

实施例6

一种造渣材料，以重量份为单位，包括以下原料：活性白土粉50份、滑石粉12份、坡缕石粉16份、蒙脱石粉6份、生石灰粉64份、氟石粉15份、矿棉8份、粘合剂2份；

所述活性白土粉原料的质量指标为：SiO₂：62.34％；Al₂O₃：17.24％；MgO：3.61％；CaO：1.65％；粒度为1000目；

所述滑石粉原料的质量指标为：SiO₂：58.34％；MgO：31.36％；粒度为1200目；

所述坡缕石粉原料的质量指标为：SiO₂：53.47％；MgO：23.98％；粒度为1100目；

所述蒙脱石粉原料的质量指标为：SiO₂：65.28％；Al₂O₃：12.31％；粒度为1000目；

所述生石灰粉原料的质量指标为：CaO：97.26％；粒度为700目；

所述氟石粉原料的质量指标为：CaF₂：78.15％；粒度为800目；

所述粘合剂为木薯淀粉；粒度为400目；

所述造渣材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量份数，将活性白土粉、滑石粉、坡缕石粉、蒙脱石粉、生石灰粉、氟石粉、矿棉、粘合剂加入搅拌机，同时加27份水，在转速500r/min下搅拌1，制得均匀浆料；

(2)将步骤(1)制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1.2cm的颗粒；

(3)将步骤(2)制得的颗粒送入烘箱中，在93℃下干燥8h，制得造渣材料。

产品经物理检测：熔点为1381℃。

将实施例6制得的造渣材料进行炼钢实际使用。用量为0.86kg/吨钢。经观测：产品辅展性好，能真接与残渣发生反应降低残渣熔点和粘度，测温枪能轻易透过渣层快速测量钢水温度；同时使用该造渣材料后，比原钢包单纯覆盖保温剂，平均每炉钢的温降少4.1℃；改善了渣流动性，减少了扒渣环节，清除了包壁挂渣。可见实施例6制得的造渣材料熔点低，活性高。

(三)设计制备高纯净高锰钢系统和制备高纯净高锰钢工艺参数、成分的研究

实施例7

如图1所示，包括：炉壳1、炉衬2、炉壁层(坩埚)3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、炉体保护触头9、触头保护器10、导线11、炉盖12、流量调节器13、减压阀14、氩气瓶15，所述炉壳1包裹着炉衬2，所述炉衬2外表面设置有炉壁层3，所述炉壳1的底部设置有底座4，所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气砖6，所述透气砖6包裹着气体扩散器5，所述进气管7与气体扩散器5连接，所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上，所述炉体保护触头9、触头保护器10、导线11组成炉衬保护装置，所述炉体保护触头9镶嵌于炉衬2内，所述触头保护器10与炉体保护触头9通过导线11相连，所述炉盖12设置于精炼高锰钢的系统的顶部，所述进气管7连接流量调节器13，所述流量调节器13连接减压阀14，所述减压阀14连接氩气瓶15。

所述炉壁层3为耐高温的合成材料层。

所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料按重量比为5:3:2制成。

所述耐高温的合成材料层厚度为0.8cm。

所述进气管7为耐压橡胶管。

所述耐压橡胶管的内径为0.3cm。

所述炉体保护触头9采用无磁钢材料制成。

所述炉体保护触头9设置有6个。

所述透气砖，采用最优实施例2的工艺制备，具体如下：透气砖以重量份为单位，包括以下原料：颗粒半径为1.62-2.06mm的镁橄榄石砂36份、颗粒半径为1.08-1.62mm的镁橄榄石砂16份、颗粒半径为0.94-1.08mm的镁橄榄石砂22份、颗粒半径为1.34-1.76mm的电熔镁砂14份、颗粒半径为0.92-1.34mm的电熔镁砂8份、颗粒半径为0.81-0.92mm的电熔镁砂10份、颗粒半径为1.56-1.96mm的刚玉15份、颗粒半径为1.35-1.56mm的刚玉6份、硅酸镁水泥6份、颗粒半径为1.23-3.07nm的硅酸钠4份、高锰酸钠6份、防爆外加剂0.4份、聚羧酸分散减水剂0.6份、水13份；

所述三种不同颗粒半径的镁橄榄石砂MgO：≥46.02％；SiO₂：36.92-39.04％；

所述三种不同颗粒半径的电熔镁砂MgO：≥98.25％；

所述两种不同颗粒半径的刚玉砂Al₂O₃：≥97.68％；

所述防爆外加剂为防爆纤维，以聚丙烯为原材料，纤度为12-16旦尼尔，长度为3.35-5.86mm；

所述透气砖的制备方法，包括以下步骤：

S1、配料：按前述组分及重量份数配制原料；

S2、预混：将步骤S1配制好的原料置入预混装置内，在转速为300r/min下搅拌23min，制得预混料；

S3、振动成型：将步骤S2制得的预混料移入模具中，利用液压机在120MPa下成型，制得透气砖生坯；

S4、带模养护：将步骤S3制得的透气砖生坯置于42℃下，带模具养护6h；

S5、脱模：待步骤S4带模具养护完成后，在常温下脱模，制得透气砖坯体；

S6、养护：将步骤S5制得的透气砖坯体置于31℃下养护26h；

S7、烘烤：将步骤S6养护完成后的透气砖坯体置于460℃下烘烤4天，烘烤完成后制得透气砖成品。

制备高纯净高锰钢系统的使用工艺简要过程如下：

打结坩埚——设计制造气体扩散器——连接吹氩气系统——准备材料——加料熔炼——调整化学成份——炉内镇静——控温出钢水。

具体实施方法：

(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在系统底部，然后使用炉衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；

(2)根据感应电炉容积大小设计制造气体扩散器，气体扩散器由铬、镁质或刚玉质耐火材料以液压式高温烘烤成型，气体扩散器其粒度设计为能使气流最佳化并具有抗金属穿透性；

(3)将气体扩散器安装在感应炉底部中心，连接吹氩气系统，吹氩气系统由氩气瓶、减压阀、流量调节器、耐压橡胶管、活接头顺序连接组成；

(4)准备材料：按铸钢水的化学成份要求，称量好熔炼铸钢水的各种材料，包括：废钢、高碳锰铁、电解锰、微碳铬铁、钼铁、镍铁、铜，备用；

(5)加料熔炼：将准备好的材料逐步投入炉中熔炼，当炉料熔化形成熔池时，即铸钢水覆过炉底30.6cm时，开始打开流量调节器吹注氩气，氩气经过透气砖参与铸钢水熔炼过程，随着熔炼继续，吹氩气的压力和流量随着铸钢水的增加而增加，具体控制过程如下：前8-13min，吹氩气压力控制在6.2-6.4kg，氩气流量控制在16-17L/min；第14-20min，吹氩气压力控制在6.5-6.7kg，氩气流量控制在17.1-17.3L/min；第21-30min，吹氩气压力控制在6.8-7kg，氩气流量控制在17.4-17.6L/min；在第31min开始时，向铸钢水表面覆盖造渣材料，添加量为0.95kg/t.s，即每吨钢水中添加0.95千克的造渣材料；第31-52min，吹氩气压力控制在6.3-6.5kg，氩气流量控制在17.2-17.4L/min；直至炉料熔清，取样分析炉内成份；

(6)调整化学成份：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；

(7)炉内镇静：炉内铸钢液达到要求温度后停电镇静，继续吹氩气，使铸钢液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面造渣材料结合；

(8)控温出钢：控制温度，出钢浇注，制得高纯净高锰钢，采用光谱分析，所述的高纯净高锰钢，按质量百分含量计，包括以下成分：1.46％的C、28.64％的Mn、0.72％的Si、0.036％的P、0.028％的S、2.19％的Cr、1.57％的Mo、0.91％的Ni、1.02％的Cu、0.12％的Nb、0.058％的Al、0.0006％的O、0.00026％的H，其余微量元素含量为0.61％，余量为Fe。

采用上述方法熔炼，能够均匀铸钢液化学成份和铸钢液温度，提高铸钢液冶金质量。

步骤(5)中所述造渣材料，采用最优实施例4的工艺制备，具体如下：造渣材料以重量份为单位，包括以下原料：活性白土粉42份、滑石粉10份、坡缕石粉12份、蒙脱石粉5份、生石灰粉55份、氟石粉13份、矿棉7份、粘合剂1.6份；

所述活性白土粉原料的质量指标为：SiO₂：60.52％；Al₂O₃：17.94％；MgO：4.85％；CaO：1.79％；粒度为1000目；

所述滑石粉原料的质量指标为：SiO₂：59.67％；MgO：29.05％；粒度为1300目；

所述坡缕石粉原料的质量指标为：SiO₂：55.78％；MgO：25.61％；粒度为1100目；

所述蒙脱石粉原料的质量指标为：SiO₂：63.74％；Al₂O₃：24.61％；粒度为1000目；

所述生石灰粉原料的质量指标为：CaO：96.5％；粒度为800目；

所述氟石粉原料的质量指标为：CaF₂：72.91％；粒度为800目；

所述粘合剂为木薯淀粉；粒度为600目；

所述造渣材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量份数，将活性白土粉、滑石粉、坡缕石粉、蒙脱石粉、生石灰粉、氟石粉、矿棉、粘合剂加入搅拌机，同时加28份水，在转速500r/min下搅拌1h，制得均匀浆料；

(2)将步骤(1)制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1.1cm的颗粒；

(3)将步骤(2)制得的颗粒送入烘箱中，在92℃下干燥9h，制得造渣材料。

对比例8

与实施例7的制备高纯净高锰钢工艺基本相同，唯有不同的是采用的透气砖不同，采用的透气砖为对比例7的工艺制备所得。

对比例9

与实施例7的制备高纯净高锰钢工艺基本相同，唯有不同的是采用的造渣材料不同，采用的是中国专利文献“一种超低铝钢精炼用预熔渣及制备方法和使用方法(申请号：201310668245.7)”实施例3的方法制备造渣材料。

对比例10

与实施例7的制备高纯净高锰钢工艺基本相同，唯有不同的是步骤(5)加料熔炼中不进行吹氩气除杂。

对实施例7、对比例8-10生产的高锰钢的综合机械性能及氧、氢含量进行检测，结果如下：

注：抗拉强度、屈服强度、延伸率、冲击功采用GB/T5680-2010的相关规定检测；氧、氢含量采用光谱分析检测。

由上表可知：(1)由实施例7和对比例8的数据可见，使用透气砖不同，将会影响高锰钢的综合机械性能及氧、氢含量，这可能是采用的透气砖为对比例7的工艺制备所得，得到的透气砖显气孔率太低，导致吹氩气不够充分，降低了高锰钢的综合机械性能和提高了氧、氢含量。

(2)由实施例7和对比例9的数据可见，使用造渣材料不同，将会影响高锰钢的综合机械性能及氧、氢含量，这可能是采用的造渣材料中含除氧效果好的成分，除氢成分过少所致。

(3)由实施例7和对比例10的数据可见，加料熔炼过程中不进行吹氩气除杂，将会影响高锰钢的综合机械性能及氧、氢含量，这是：

氩气是一种惰性气体，它不溶解于钢液，也不与钢中的元素发生化学反应而形成夹杂物，不污染钢液；氩气通过本发明的透气砖吹入钢液中，透气砖使氩气泡细小而充分均匀分散，当氩气穿过钢液时，钢液中溶解的[H]、[O]等会自动扩散，进入氩气泡内随气泡上升而自钢液排除，非金属夹杂物则粘附在惰性气体上，其结合物浮至钢液表面，然后粘到造渣材料内，从而净化钢液，降低氧、氢含量，提高高锰钢的综合机械性能。

Claims (8)

1.一种低氧、氢含量高锰钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在系统底部，然后使用炉衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；

(2)根据感应电炉容积大小设计制造气体扩散器，气体扩散器由铬、镁质或刚玉质耐火材料以液压式高温烘烤成型，气体扩散器其粒度设计为能使气流最佳化并具有抗金属穿透性；

(3)将气体扩散器安装在感应炉底部中心，连接吹氩气系统，吹氩气系统由氩气瓶、减压阀、流量调节器、耐压橡胶管、活接头顺序连接组成；

(4)准备材料：按铸钢水的化学成份要求，称量好熔炼铸钢水的各种材料，备用；

(5)加料熔炼：将准备好的材料逐步投入炉中熔炼，当炉料熔化形成熔池时，即铸钢水覆过炉底30.6cm时，开始打开流量调节器吹注氩气，氩气经过透气砖参与铸钢水熔炼过程，随着熔炼继续，吹氩气的压力和流量随着铸钢水的增加而增加，具体控制过程如下：前8-13min，吹氩气压力控制在6.2-6.4kg，氩气流量控制在16-17L/min；第14-20min，吹氩气压力控制在6.5-6.7kg，氩气流量控制在17.1-17.3L/min；第21-30min，吹氩气压力控制在6.8-7kg，氩气流量控制在17.4-17.6L/min；在第31min开始时，向铸钢水表面覆盖造渣材料，所述造渣材料，以重量份为单位，包括以下原料：活性白土粉25-53份、滑石粉7-13份、坡缕石粉10-16份、蒙脱石粉4-6份、生石灰粉32-64份、氟石粉9-15份、矿棉5-8份、粘合剂1-2份；所述造渣材料添加量为0.91-0.98kg/t.s；第31-52min，吹氩气压力控制在6.3-6.5kg，氩气流量控制在17.2-17.4L/min；直至炉料熔清，取样分析炉内成份；

(6)调整化学成份：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；

(7)炉内镇静：炉内铸钢液达到要求温度后停电镇静，继续吹氩气，使铸钢液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面造渣材料结合；

(8)控温出钢：控制温度，出钢浇注，制得高纯净高锰钢，采用光谱分析，所述的高纯净高锰钢，按质量百分含量计，包括以下成分：0.75-1.76％的C、22.0-30.0％的Mn、0.1-0.8％的Si、0.021-0.043％的P、0.016-0.035％的S、0.07-2.5％的Cr、0.52-2.3％的Mo、0.01-1.34％的Ni、0.03-1.5％的Cu、0.01-0.2％的Nb、0.032-0.083％的Al、0.0006-0.0010％的O、0.00014-0.00042％的H，其余微量元素含量≤0.82％，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的低氧、氢含量高锰钢的生产方法，其特征在于，步骤(5)中所述活性白土粉原料的质量指标为：SiO₂：59.16-62.34％；Al₂O₃：17.24-18.36％；MgO：3.61-5.44％；CaO：1.65-2.09％；粒度为800-1000目。

3.根据权利要求1所述的低氧、氢含量高锰钢的生产方法，其特征在于，步骤(5)中所述滑石粉原料的质量指标为：SiO₂：58.34-62.01％；MgO：27.52-31.36％；粒度为1200-1300目。

4.根据权利要求1所述的低氧、氢含量高锰钢的生产方法，其特征在于，步骤(5)中所述坡缕石粉原料的质量指标为：SiO₂：52.68-56.96％；MgO：23.83-27.19％；粒度为1000-1100目。

5.根据权利要求1所述的低氧、氢含量高锰钢的生产方法，其特征在于，步骤(5)中所述蒙脱石粉原料的质量指标为：SiO₂：55.17-65.28％；Al₂O₃：12.31-25.43％；粒度为800-1000目。

6.根据权利要求1所述的低氧、氢含量高锰钢的生产方法，其特征在于，步骤(5)中所述生石灰粉原料的质量指标为：CaO：≥96.32％；粒度为600-800目。

7.根据权利要求1所述的低氧、氢含量高锰钢的生产方法，其特征在于，步骤(5)中所述氟石粉原料的质量指标为：CaF₂：≥72.36％；粒度为600-800目。

8.根据权利要求1所述的低氧、氢含量高锰钢的生产方法，其特征在于，步骤(6)中所述的高纯净高锰钢，按质量百分含量计，包括以下成分：1.46％的C、28.64％的Mn、0.72％的Si、0.036％的P、0.028％的S、2.19％的Cr、1.57％的Mo、0.91％的Ni、1.02％的Cu、0.12％的Nb、0.058％的Al、0.0006％的O、0.00026％的H，其余微量元素含量为0.61％，余量为Fe。