CN113774188A - 一种预熔精炼渣、制备方法及其在精炼高纯净锰25超高锰钢材料中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预熔精炼渣，以重量份为单位，包括以下原料：大理石粉12‑16份、萤石粉4‑6份、氧化钇粉8‑13份、长石粉5‑7份、铝酸钙粉28‑50份、浮石粉7‑11份，所述的预熔精炼渣是经过原料混合、制粒、烘干等步骤制成的。采用本发明的预熔精炼渣应用于精炼锰25超高锰钢材料中，可以有效降低氧、氢含量，从而获得高纯净锰25超高锰钢材料。
Description
技术领域
本发明属于精炼净化技术领域，具体涉及一种预熔精炼渣、制备方法及其在精炼高纯净锰25超高锰钢材料中的应用。
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。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。
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。
目前国内生产高锰钢熔炼系统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氮气给包衬的冲刷程度；二是当熔化的高锰钢水渗出包衬与包壳导通时，不能很好地避免穿炉事故发生；三是缺乏安全性结构，高锰钢水容易从熔炼系统中飞溅，造成操作人员不安全。因此针对以上存在的缺陷，急需对现有的高锰钢熔炼系统进行改进。
精炼高锰钢过程中使用预熔精炼渣，可以一定程度的降低有害气体，比如氧、氢等，但是现有的预熔精炼渣使用效果稍差，还需进一步优化才行。
发明内容
本发明提供一种预熔精炼渣、制备方法及其在精炼高纯净锰25超高锰钢材料中的应用，以解决背景技术中存在的问题。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种预熔精炼渣，以重量份为单位，包括以下原料：大理石粉12-16份、萤石粉4-6份、氧化钇粉8-13份、长石粉5-7份、铝酸钙粉28-50份、浮石粉7-11份。
进一步地，所述大理石粉的粒度为700-1100目。
进一步地，所述萤石粉的粒度为800-1000目。
进一步地，所述氧化钇粉的粒度为900-1200目。
进一步地，所述长石粉的粒度为800-900目。
进一步地，所述铝酸钙粉的粒度为700-800目。
进一步地，所述浮石粉的粒度为600-1000目。
本发明还提供一种预熔精炼渣的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数，将大理石粉、萤石粉、氧化钇粉、长石粉、铝酸钙粉、浮石粉加入搅拌机，同时加18-25份水，在转速400-600r/min下搅拌0.8-1.2h，制得均匀浆料；
S2：将步骤S1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0.7-1.3cm的颗粒；
S3：将步骤S2制得的颗粒送入烘箱中，在80-90℃下干燥至含水量≤1％，制得预熔精炼渣。
本发明还提供一种预熔精炼渣在精炼高纯净锰25超高锰钢材料中的应用，包括以下步骤：
(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在精炼高纯净锰25超高锰钢材料系统底部，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，连接吹氮气系统，吹氮气系统由氮气瓶、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：按铸钢水的化学成分要求，称量好熔炼铸钢水的各种材料，备用；
(5)加料熔炼：将准备好的原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28.7-29.6cm时，开始打开流量调节器吹注氮气，氮气经过透气砖参与铸钢水熔炼过程，随着熔炼继续，吹氮气的流量随着铸钢水的增加而增加，具体控制过程如下：前7-11min，控制氮气流量为1.24-1.37Nm3/h；第12-17min，控制氮气流量为1.42-1.49Nm3/h；第18-26min，控制氮气流量为1.63-1.75Nm3/h；在第27min开始时，向铸钢水表面覆盖预熔精炼渣，添加量为0.67-0.72kg/吨钢；第27-49min，控制氮气流量为1.54-1.61Nm3/h；直至炉料熔清，取样分析炉内成分；
(6)调整化学成分：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，继续吹氮气，使铸钢液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面预熔精炼渣结合；
(8)控温出钢：控制温度，出钢浇注，制得高纯净锰25超高锰钢材料，采用光谱分析，所述的高纯净锰25超高锰钢材料，按质量百分含量计，包括以下成分：22.05-27.91％的Mn、0.90-1.36％的C、0.43-0.87％的Si、0.25-1.73％的Cr、0.24-0.81％的Mo、0.16-0.95％的Cu、O元素含量≤5.2ppm、H元素含量≤1.1ppm，其它微量元素含量≤0.94％，余量为Fe。
本发明具有以下有益效果：
(1)采用本发明的预熔精炼渣，获得的锰25超高锰钢材料的延伸率为22.3％，氧含量4.7ppm，氢含量为0.9ppm；而采用现有技术的预熔精炼渣，获得的锰25超高锰钢材料的延伸率为20.1％，氧含量7.1ppm，氢含量为2.8ppm，可见与现有技术相比，本发明延伸率提高10.9％，氧含量降低33.8％，氢含量降低67.9％，说明本发明制备的预熔精炼渣比现有技术制备的预熔精炼渣具有显著进步。
(2)采用本发明加料熔炼中进行吹氮气除杂，获得的锰25超高锰钢材料的延伸率为22.3％，氧含量4.7ppm，氢含量为0.9ppm；而改成吹氩气除杂，获得的锰25超高锰钢材料的延伸率为20.7％，氧含量6.3ppm，氢含量为1.6ppm，可见与吹氩气除杂技术相比，本发明延伸率提高7.7％，氧含量降低25.4％，氢含量降低43.8％，这是对本发明吹氮气工艺程序参数进一步优化，使得本发明制备的锰25超高锰钢材料的延伸率与现有技术制得的延伸率相当，而氧含量和氢含量降低值效果更好，与吹氩气相比，由于氮气比氩气价格便宜得多，因此本发明可以明显降低成本，突出技术的显著进步。
附图说明
图1为本发明精炼高纯净锰25超高锰钢材料系统结构示意图；
图2是包底保护触头、导线a分布示意图；
图3是炉体保护装置的结构示意图。
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。
本发明的高纯净锰25超高锰钢材料的制备方法，包括精炼高纯净锰25超高锰钢材料系统的设计和工艺参数、成分的控制。
(一)设计精炼高纯净锰25超高锰钢材料系统
如图1、2、3所示，一种精炼高纯净锰25超高锰钢材料系统，包括：包壳1、包衬2、包壁层(坩埚)3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、包底保护触头9、触头保护器10、导线a 11、炉盖12、流量调节器13、减压阀14、氮气瓶15、炉体保护装置16、挡板17，其中包壳1、包衬2、包壁层3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、包底保护触头9、触头保护器10、导线a 11、炉盖12、炉体保护装置16、挡板17组成熔炼炉，所述包壳1包裹着包衬2，所述包衬2外表面设置有包壁层3，所述包壳1的底部设置有底4座，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，所述包底保护触头9、触头保护器10、导线a 11组成包底保护装置，所述包底保护触头9镶嵌于包衬2内，所述触头保护器10与包底保护触头9通过导线a 11相连，所述炉盖12设置于精炼高纯净锰25超高锰钢材料系统的顶部，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连接氮气瓶15，所述炉体保护装置16由加热感应圈16-1、温度感应器16-2、导线b 16-3组成，所述温度感应器16-2与加热感应圈16-1通过导线b 16-3相连，所述加热感应圈16-1上设置有4个感应触点16-1-1，每个加热感应圈16-1设置在包衬2内部水平方向，且每个加热感应圈16-1隔500mm设置，所述加热感应圈16-1设置有3个，所述挡板17设置在炉盖12一旁，靠近出高锰钢水出口处。
所述包壁层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制成。
所述耐高温的合成材料层厚度为1cm。
所述进气管7为耐压橡胶管。
所述耐压橡胶管的内径为0.5cm。
所述包底保护触头9采用无磁钢材料制成。
所述包底保护触头9设置有6个。
所述挡板17为耐火材料板件。
本发明创新设计的精炼高纯净锰25超高锰钢材料系统具有以下有益效果：
(1)与现有技术对比，本发明的精炼高纯净锰25超高锰钢材料系统通过增加设置包底保护装置、炉体保护装置、挡板，可以达到如下效果：
1)可以检测高纯净高锰钢液纯净化处理过程中氮气给包衬的冲刷程度，从而选择较佳的氮气压力和流量，节约成本；
2)炉体保护装置可以精准控制包衬的使用寿命，当包衬由于高温高锰钢水造成的熔蚀点触碰到感应触点时，预警包衬寿命已至，需更换包衬；可以有效保护包衬及整套熔炼炉控制系统，当熔化的高锰钢水渗出包衬与包壳导通时，炉体保护装置开启，及时关闭熔体总电源，避免穿炉事故发生；
3)本发明新增设置有防护安全性结构，所述防护安全性结构为挡板，所述防护板为耐火材料板件，为在精炼高纯净锰25超高锰钢材料系统一侧作业的工人提供遮挡。工人到本发明的精炼高纯净锰25超高锰钢材料系统旁边作业前，先安装上挡板，从而为作业人员起到身部遮挡作用，避免在高温的精炼高纯净锰25超高锰钢材料系统前进行手动操作，保障不了工人安全，工人作业结束，拆卸下挡板。
(2)与现有技术相比，本发明在熔炼包底部合理设置透气砖，通过注入氮气，有助于高纯净高锰钢水中的渣、氧化物等杂质迅速上浮，净化充分且有效避免高纯净高锰钢水成分氧化和损失，有助于节能增效，安全实用。
(3)透气砖与包衬整体使用，在大气条件下吹氮气，可以减少炉外精炼设备投资，简化精炼工艺操作过程；与吹氩气相比，由于氮气比氩气价格便宜得多，因此可以明显降低成本。
(二)精炼高纯净锰25超高锰钢材料材料工艺参数、成分的控制
精炼高纯净锰25超高锰钢材料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——连接吹氮气系统——准备材料——加料熔炼——调整化学成分——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精炼高纯净锰25超高锰钢材料系统底部，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，连接吹氮气系统，吹氮气系统由氮气瓶、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：按铸钢水的化学成分要求，称量好熔炼铸钢水的各种材料，备用；
(5)加料熔炼：将准备好的原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28.7-29.6cm时，开始打开流量调节器吹注氮气，氮气经过透气砖参与铸钢水熔炼过程，随着熔炼继续，吹氮气的流量随着铸钢水的增加而增加，具体控制过程如下：前7-11min，控制氮气流量为1.24-1.37Nm3/h；第12-17min，控制氮气流量为1.42-1.49Nm3/h；第18-26min，控制氮气流量为1.63-1.75Nm3/h；在第27min开始时，向铸钢水表面覆盖预熔精炼渣，添加量为0.67-0.72kg/吨钢；第27-49min，控制氮气流量为1.54-1.61Nm3/h；直至炉料熔清，取样分析炉内成分；
(6)调整化学成分：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，继续吹氮气，使铸钢液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面预熔精炼渣结合；
(8)控温出钢：控制温度，出钢浇注，制得高纯净锰25超高锰钢材料，采用光谱分析，所述的高纯净锰25超高锰钢材料，按质量百分含量计，包括以下成分：22.05-27.91％的Mn、0.90-1.36％的C、0.43-0.87％的Si、0.25-1.73％的Cr、0.24-0.81％的Mo、0.16-0.95％的Cu、O元素含量≤5.2ppm、H元素含量≤1.1ppm，其它微量元素含量≤0.94％，余量为Fe。
步骤(5)中所述预熔精炼渣，以重量份为单位，包括以下原料：大理石粉12-16份、萤石粉4-6份、氧化钇粉8-13份、长石粉5-7份、铝酸钙粉28-50份、浮石粉7-11份；
所述大理石粉的粒度为700-1100目；
所述萤石粉的粒度为800-1000目；
所述氧化钇粉的粒度为900-1200目；
所述长石粉的粒度为800-900目；
所述铝酸钙粉的粒度为700-800目；
所述浮石粉的粒度为600-1000目；
所述预熔精炼渣的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数，将大理石粉、萤石粉、氧化钇粉、长石粉、铝酸钙粉、浮石粉加入搅拌机，同时加18-25份水，在转速400-600r/min下搅拌0.8-1.2h，制得均匀浆料；
S2：将步骤S1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0.7-1.3cm的颗粒；
S3：将步骤S2制得的颗粒送入烘箱中，在80-90℃下干燥至含水量≤1％，制得预熔精炼渣。
本发明预熔精炼渣的技术原理及效果：
大理石粉受热分解产生的CaO属于碱性氧化物，能提高预熔精炼渣的碱度，增强预熔精炼渣的脱硫、脱磷等能力，而分解产生的CO2降低了锰25超高锰钢材料中H的含量。萤石可降低预熔精炼渣的粘度、熔点和表张力，增加预熔精炼渣的流动性，适量的萤石可以改善预熔精炼渣科对锰25超高锰钢材料吸氢量。氧化钇可起净化锰25超高锰钢材料杂质，特别是降低扩散氢含量的作用。长石含SiO2，而SiO2与萤石中的CaF2反应达到脱氢的效果。铝酸钙的引入，有利于脱去锰25超高锰钢材料中的氧等不纯物，降低锰25超高锰钢材料中的有害元素及杂质的含量，达到吸渣效果。浮石的表面吸附能力比较强，具有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。本发明的预熔精炼渣在大理石粉、萤石粉、氧化钇粉、长石粉、铝酸钙粉、浮石粉的相互配合，协同作用下，降低了锰25超高锰钢材料中O和H的含量，大大提高钢水的质量，有利于制得锰25超高锰钢材料，同时降低预熔精炼渣的用量，降低成本，由于本发明制备的预熔精炼渣具有低熔点、高活性的优点，每吨钢水中的添加量仅为0.67-0.72kg，比现有技术(中国专利文献“高纯净超高锰钢及其制备方法(专利号：ZL201811628836.0)”实施例7的方法制备预熔精炼渣)制得的预熔精炼渣用量少，至少少12.2％以上，因此能大大降低生产成本，提高经济效益。
下面通过更具体的实施例加以说明。
(一)预熔精炼渣的研究开发
实施例1
一种预熔精炼渣，以重量份为单位，包括以下原料：大理石粉15份、萤石粉5份、氧化钇粉11份、长石粉6份、铝酸钙粉40份、浮石粉10份；
所述大理石粉的粒度为1000目；
所述萤石粉的粒度为900目；
所述氧化钇粉的粒度为1100目；
所述长石粉的粒度为900目；
所述铝酸钙粉的粒度为700目；
所述浮石粉的粒度为900目；
所述预熔精炼渣的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数，将大理石粉、萤石粉、氧化钇粉、长石粉、铝酸钙粉、浮石粉加入搅拌机，同时加23份水，在转速600r/min下搅拌0.8h，制得均匀浆料；
S2：将步骤S1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1cm的颗粒；
S3：将步骤S2制得的颗粒送入烘箱中，在86℃下干燥至含水量为0.9％，制得预熔精炼渣。
产品经物理检测：熔点为1291℃。
将实施例1制得的预熔精炼渣进行炼锰25超高锰钢材料实际使用。用量为0.67kg/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；同时使用该预熔精炼渣后，比原钢包单纯覆盖保温剂，平均每炉钢的温降少4.5℃；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1制得的预熔精炼渣熔点低，活性高。
实施例2
一种预熔精炼渣，以重量份为单位，包括以下原料：大理石粉13份、萤石粉4份、氧化钇粉9份、长石粉5份、铝酸钙粉30份、浮石粉8份；
所述大理石粉的粒度为800目；
所述萤石粉的粒度为800目；
所述氧化钇粉的粒度为900目；
所述长石粉的粒度为800目；
所述铝酸钙粉的粒度为700目；
所述浮石粉的粒度为700目；
所述预熔精炼渣的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数，将大理石粉、萤石粉、氧化钇粉、长石粉、铝酸钙粉、浮石粉加入搅拌机，同时加19份水，在转速400r/min下搅拌1.2h，制得均匀浆料；
S2：将步骤S1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；
S3：将步骤S2制得的颗粒送入烘箱中，在82℃下干燥至含水量为0.86％，制得预熔精炼渣。
产品经物理检测：熔点为1343℃。
将实施例2制得的预熔精炼渣进行炼锰25超高锰钢材料实际使用。用量为0.72kg/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；同时使用该预熔精炼渣后，比原钢包单纯覆盖保温剂，平均每炉钢的温降少5.0℃；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2制得的预熔精炼渣熔点低，活性高。
实施例3
一种预熔精炼渣，以重量份为单位，包括以下原料：大理石粉16份、萤石粉6份、氧化钇粉12份、长石粉7份、铝酸钙粉48份、浮石粉11份；
所述大理石粉的粒度为1100目；
所述萤石粉的粒度为1000目；
所述氧化钇粉的粒度为900目；
所述长石粉的粒度为800目；
所述铝酸钙粉的粒度为700目；
所述浮石粉的粒度为1000目；
所述预熔精炼渣的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数，将大理石粉、萤石粉、氧化钇粉、长石粉、铝酸钙粉、浮石粉加入搅拌机，同时加24份水，在转速500r/min下搅拌1.1h，制得均匀浆料；
S2：将步骤S1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；
S3：将步骤S2制得的颗粒送入烘箱中，在90℃下干燥至含水量为0.92％，制得预熔精炼渣。
产品经物理检测：熔点为1320℃。
将实施例3制得的预熔精炼渣进行炼锰25超高锰钢材料实际使用。用量为0.7kg/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；同时使用该预熔精炼渣后，比原钢包单纯覆盖保温剂，平均每炉钢的温降少4.8℃；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3制得的预熔精炼渣熔点低，活性高。
(二)设计精炼高纯净锰25超高锰钢材料材料系统和精炼高纯净锰25超高锰钢材料材料工艺参数、成分的研究
实施例4
如图1、2、3所示，一种精炼高纯净锰25超高锰钢材料系统，包括：包壳1、包衬2、包壁层(坩埚)3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、包底保护触头9、触头保护器10、导线a 11、炉盖12、流量调节器13、减压阀14、氮气瓶15、炉体保护装置16、挡板17，其中包壳1、包衬2、包壁层3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、包底保护触头9、触头保护器10、导线a 11、炉盖12、炉体保护装置16、挡板17组成熔炼炉，所述包壳1包裹着包衬2，所述包衬2外表面设置有包壁层3，所述包壳1的底部设置有底4座，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，所述包底保护触头9、触头保护器10、导线a 11组成包底保护装置，所述包底保护触头9镶嵌于包衬2内，所述触头保护器10与包底保护触头9通过导线a 11相连，所述炉盖12设置于精炼高纯净锰25超高锰钢材料系统的顶部，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连接氮气瓶15，所述炉体保护装置16由加热感应圈16-1、温度感应器16-2、导线b 16-3组成，所述温度感应器16-2与加热感应圈16-1通过导线b 16-3相连，所述加热感应圈16-1上设置有4个感应触点16-1-1，每个加热感应圈16-1设置在包衬2内部水平方向，且每个加热感应圈16-1隔500mm设置，所述加热感应圈16-1设置有3个，所述挡板17设置在炉盖12一旁，靠近出高锰钢水出口处。
所述包壁层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制成。
所述耐高温的合成材料层厚度为1cm。
所述进气管7为耐压橡胶管。
所述耐压橡胶管的内径为0.5cm。
所述包底保护触头9采用无磁钢材料制成。
所述包底保护触头9设置有6个。
所述挡板17为耐火材料板件。
精炼高纯净锰25超高锰钢材料系统的使用工艺简要过程如下：
(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在精炼高纯净锰25超高锰钢材料系统底部，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，连接吹氮气系统，吹氮气系统由氮气瓶、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：按铸钢水的化学成分要求，称量好熔炼铸钢水的各种材料，备用；
(5)加料熔炼：将准备好的原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29.1cm时，开始打开流量调节器吹注氮气，氮气经过透气砖参与铸钢水熔炼过程，随着熔炼继续，吹氮气的流量随着铸钢水的增加而增加，具体控制过程如下：前7-11min，控制氮气流量为1.24-1.37Nm3/h；第12-17min，控制氮气流量为1.42-1.49Nm3/h；第18-26min，控制氮气流量为1.63-1.75Nm3/h；在第27min开始时，向铸钢水表面覆盖预熔精炼渣，添加量为0.67kg/吨钢；第27-49min，控制氮气流量为1.54-1.61Nm3/h；直至炉料熔清，取样分析炉内成分；
(6)调整化学成分：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，继续吹氮气，使铸钢液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面预熔精炼渣结合；
(8)控温出钢：控制温度，出钢浇注，制得高纯净锰25超高锰钢材料，采用光谱分析，所述的高纯净锰25超高锰钢材料，按质量百分含量计，包括以下成分：26.57％的Mn、1.12％的C、0.63％的Si、1.54％的Cr、0.50％的Mo、0.44％的Cu、O元素含量为4.7ppm、H元素含量为0.9ppm，其它微量元素含量为0.72％，余量为Fe。
步骤(5)中所述的预熔精炼渣，以重量份为单位，包括以下原料：大理石粉15份、萤石粉5份、氧化钇粉11份、长石粉6份、铝酸钙粉40份、浮石粉10份；
所述大理石粉的粒度为1000目；
所述萤石粉的粒度为900目；
所述氧化钇粉的粒度为1100目；
所述长石粉的粒度为900目；
所述铝酸钙粉的粒度为700目；
所述浮石粉的粒度为900目；
所述预熔精炼渣的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份数，将大理石粉、萤石粉、氧化钇粉、长石粉、铝酸钙粉、浮石粉加入搅拌机，同时加23份水，在转速600r/min下搅拌0.8h，制得均匀浆料；
S2：将步骤S1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1cm的颗粒；
S3：将步骤S2制得的颗粒送入烘箱中，在86℃下干燥至含水量为0.9％，制得预熔精炼渣。
对比例1
与实施例4的精炼高纯净锰25超高锰钢材料工艺基本相同，唯有不同的是采用的预熔精炼渣不同，采用的是中国专利文献“高纯净超高锰钢及其制备方法(专利号：ZL201811628836.0)”实施例7的方法制备预熔精炼渣。
对比例2
与实施例4的精炼高纯净锰25超高锰钢材料工艺基本相同，唯有不同的是制备预熔精炼渣的原料中缺少萤石粉、长石粉、浮石粉。
对比例3
与实施例4的精炼高纯净锰25超高锰钢材料工艺基本相同，唯有不同的是制备预熔精炼渣的原料中缺少萤石粉。
对比例4
与实施例4的精炼高纯净锰25超高锰钢材料工艺基本相同，唯有不同的是制备预熔精炼渣的原料中缺少长石粉。
对比例5
与实施例4的精炼高纯净锰25超高锰钢材料工艺基本相同，唯有不同的是制备预熔精炼渣的原料中缺少浮石粉。
对比例6
与实施例4的精炼高纯净锰25超高锰钢材料工艺基本相同，唯有不同的是步骤(5)加料熔炼中不进行吹氮气除杂，而是改成吹氩气除杂。
对实施例4、对比例1-6生产的锰25超高锰钢材料的延伸率及氧、氢含量进行检测，结果如下：
| 试验组 | 延伸率(％) | 氧含量/ppm | 氢含量/ppm |
| 实施例4 | 22.3 | 4.7 | 0.9 |
| 对比例1 | 20.1 | 7.1 | 2.8 |
| 对比例2 | 11.8 | - | - |
| 对比例3 | 19.3 | - | - |
| 对比例4 | 19.8 | - | - |
| 对比例5 | 18.9 | - | - |
| 对比例6 | 20.7 | 6.3 | 1.6 |
注：延伸率采用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4和对比例1的数据可见，采用本发明的预熔精炼渣，获得的锰25超高锰钢材料的延伸率为22.3％，氧含量4.7ppm，氢含量为0.9ppm；而采用现有技术的预熔精炼渣，获得的锰25超高锰钢材料的延伸率为20.1％，氧含量7.1ppm，氢含量为2.8ppm，可见与现有技术相比，本发明延伸率提高10.9％，氧含量降低33.8％，氢含量降低67.9％，说明本发明制备的预熔精炼渣比现有技术制备的预熔精炼渣具有显著进步。
(2)由实施例4和对比例2的延伸率数据，可以计算得出萤石粉、长石粉、浮石粉一起使用时产生的延伸率的效果值＝22.3-11.8＝10.5(％)；由实施例4和对比例3的延伸率数据，可以计算得出萤石粉单独使用时产生的延伸率的效果值＝22.3-19.3＝3(％)；由实施例4和对比例4的延伸率数据，可以计算得出长石粉单独使用时产生的延伸率的效果值＝22.3-19.8＝2.5(％)；由实施例4和对比例5的延伸率数据，可以计算得出浮石粉单独使用时产生的延伸率的效果值＝22.3-18.9＝3.4(％)；结合以上数据可以计算得出萤石粉、长石粉、浮石粉分别单独使用时叠加产生的延伸率的效果值＝3+2.5+3.4＝8.9(％)，综上，可以计算得出萤石粉、长石粉、浮石粉一起使用时产生的延伸率的效果值比萤石粉、长石粉、浮石粉分别单独使用时叠加产生的延伸率的效果值提高的百分数(10.5-8.9)÷8.9×100％＝18.0％＞10％，该值大于10％，说明了萤石粉、长石粉、浮石粉在制备锰25超高锰钢材料中起到了协同作用，协同提高了延伸率。这是因为：萤石可降低预熔精炼渣的粘度、熔点和表张力，增加预熔精炼渣的流动性，适量的萤石可以改善预熔精炼渣科对锰25超高锰钢材料吸氢量，降低氢含量后进而提高锰25超高锰钢材料的延伸率；长石含SiO2，而SiO2与萤石中的CaF2反应达到脱氢的效果，降低氢含量后进而提高锰25超高锰钢材料的延伸率；浮石的表面吸附能力比较强，具有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，降低氧、氢含量后进而提高锰25超高锰钢材料的延伸率，故本发明在萤石粉、长石粉、浮石粉相互配合下，协同提高了锰25超高锰钢材料的延伸率。
(3)由实施例4和对比例6的数据可见，采用本发明加料熔炼中进行吹氮气除杂，获得的锰25超高锰钢材料的延伸率为22.3％，氧含量4.7ppm，氢含量为0.9ppm；而改成吹氩气除杂，获得的锰25超高锰钢材料的延伸率为20.7％，氧含量6.3ppm，氢含量为1.6ppm，可见与吹氩气除杂技术相比，本发明延伸率提高7.7％，氧含量降低25.4％，氢含量降低43.8％，这是对本发明吹氮气工艺程序参数进一步优化，使得本发明制备的锰25超高锰钢材料的延伸率与现有技术制得的延伸率相当，而氧含量和氢含量降低值效果更好，与吹氩气相比，由于氮气比氩气价格便宜得多，因此本发明可以明显降低成本，突出技术的显著进步。
本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例和附图仅是用来描述特定实施方式。
尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。
Claims (9)
1.一种预熔精炼渣，其特征在于，以重量份为单位，包括以下原料：大理石粉12-16份、萤石粉4-6份、氧化钇粉8-13份、长石粉5-7份、铝酸钙粉28-50份、浮石粉7-11份。
2.根据权利要求1所述的预熔精炼渣，其特征在于，所述大理石粉的粒度为700-1100目。
3.根据权利要求1所述的预熔精炼渣，其特征在于，所述萤石粉的粒度为800-1000目。
4.根据权利要求1所述的预熔精炼渣，其特征在于，所述氧化钇粉的粒度为900-1200目。
5.根据权利要求1所述的预熔精炼渣，其特征在于，所述长石粉的粒度为800-900目。
6.根据权利要求1所述的预熔精炼渣，其特征在于，所述铝酸钙粉的粒度为700-800目。
7.根据权利要求1所述的预熔精炼渣，其特征在于，所述浮石粉的粒度为600-1000目。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的预熔精炼渣的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按重量份数，将大理石粉、萤石粉、氧化钇粉、长石粉、铝酸钙粉、浮石粉加入搅拌机，同时加18-25份水，在转速400-600r/min下搅拌0.8-1.2h，制得均匀浆料；
S2：将步骤S1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0.7-1.3cm的颗粒；
S3：将步骤S2制得的颗粒送入烘箱中，在80-90℃下干燥至含水量≤1％，制得预熔精炼渣。
9.一种根据权利要求8所述方法制备的预熔精炼渣在精炼高纯净锰25超高锰钢材料中的应用，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精炼高纯净锰25超高锰钢材料系统底部，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，连接吹氮气系统，吹氮气系统由氮气瓶、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：按铸钢水的化学成分要求，称量好熔炼铸钢水的各种材料，备用；
(5)加料熔炼：将准备好的原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28.7-29.6cm时，开始打开流量调节器吹注氮气，氮气经过透气砖参与铸钢水熔炼过程，随着熔炼继续，吹氮气的流量随着铸钢水的增加而增加，具体控制过程如下：前7-11min，控制氮气流量为1.24-1.37Nm3/h；第12-17min，控制氮气流量为1.42-1.49Nm3/h；第18-26min，控制氮气流量为1.63-1.75Nm3/h；在第27min开始时，向铸钢水表面覆盖预熔精炼渣，添加量为0.67-0.72kg/吨钢；第27-49min，控制氮气流量为1.54-1.61Nm3/h；直至炉料熔清，取样分析炉内成分；
(6)调整化学成分：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，继续吹氮气，使铸钢液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面预熔精炼渣结合；
(8)控温出钢：控制温度，出钢浇注，制得高纯净锰25超高锰钢材料，采用光谱分析，所述的高纯净锰25超高锰钢材料，按质量百分含量计，包括以下成分：22.05-27.91％的Mn、0.90-1.36％的C、0.43-0.87％的Si、0.25-1.73％的Cr、0.24-0.81％的Mo、0.16-0.95％的Cu、O元素含量≤5.2ppm、H元素含量≤1.1ppm，其它微量元素含量≤0.94％，余量为Fe。
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