CN114105658A - 一种无碳引流剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无碳引流剂，属于自耗截流装置技术领域。一种无碳引流剂，由骨架材料、漂珠和粘结剂制成，按骨架材料和漂珠的总重量为100份计，所述漂珠的重量份数为1‑5份，所述粘结剂的重量份数为0.4‑1.5份。本发明利用漂珠代替碳质材料，在不影响现有引流剂自开率的前提下，实现引流剂无碳生产，以更好地满足超低碳钢种对耐火材料的无碳要求。
Description
技术领域
本发明属于自耗截流装置技术领域，具体涉及一种无碳引流剂及其制备方法。
背景技术
引流剂是一种用于填充钢包水口内部，保证钢包自动开浇的关键性耐火材料。其设计和作用原理是：由耐高温、热稳定性好的颗粒材料搭配混匀，在出钢前加入钢包滑动水口内部，铸钢开始时，钢包滑板打开，水口下部引流砂未达到烧结温度呈散状自动流出，因钢液温度自上而下传递，水口中、上部引流剂依次轻度烧结、完全烧结。烧结层厚度以既能实现对水口内部引流剂的覆盖保护、防止上浮，又不能太厚，以钢水静压力可以顺利冲破烧结层自动流出实现开浇为宜。
为提高钢包自动开浇率，研究人员做出了大量工作，并且取得了较好的使用效果，目前，在引流剂的配方设计中，主要设计依据是跟据钢种实际情况，从产品耐火度、热膨胀性、流动性、粒级搭配、导热率等多个方面综合考虑，除了必须的骨架材料，如：铬矿砂、石英砂、镁橄榄石、镁砂、刚玉砂、尖晶石粒等；碳质材料的搭配也尤为关键，碳质材料具有堆积密度低、颗粒小、比表面积大等特点，可以对骨架材料起到很好的优化效果：一方面可以覆着颗粒材料，产生隔离作用，抵消颗粒材料热膨胀应力，增加流动性；另一方面热负荷期间，钢包水口区域下部滑板闭合、上部钢水覆盖，在钢包水口内形成了一个封闭的类真空环境，该环境下碳质材料耐火度可以达到2000℃以上，可优化产品效果。
随着工业需求的不断变化，尤其是金属制品工业的多样性发展，超低碳钢因其优良的加工性能和使用性能得到了越来越广泛的应用，随之带来的不仅是对上游钢铁冶炼企业超低碳钢生产数量的需求激增，更是对超低碳钢的品种多元化和质量精细化提出了更为严格的要求标准。
超低碳钢的碳含量没有绝对范围，一般来说，钢液中[C]≤300ppm即可视为超低碳钢；并且进一步降低钢中的碳含量还可大幅度改善钢的金属性能。一般是通过强脱氧、真空处理等复杂的处理工序来实现钢中碳含量的进一步降低，冶金人员在实际生产中发现，超低碳钢中碳含量的控制关键不仅需要对钢液冶炼工序的严格组织，更需要对钢液接触的所有原料也严格控制碳含量，以避免钢液的碳污染问题。因此，引流剂作为炼钢必须使用的原材料之一，其产品中的碳含量必须加以控制，最佳效果是既不含碳，又能保证钢包自开率不受影响。
为更好的实现上述要求，冶金工作者一直在开发超低碳钢专用引流剂，到目前为止，(1)中国专利文献CN102233421A公布了一种超低碳钢用无碳钢包引流剂，由以下质量百分配比组成：铬砂50-80％，白石英10-30％，电熔刚玉8-20％。该引流剂不含碳质成分，其设计原理只是将产品中碳质材料去掉，仅使用骨架材料；而原本碳质材料在引流剂中的关键作用未通过其它材料进行弥补，引流剂的开浇引流作用必然会受到不良影响。(2)中国专利文献CN103145431A公布了一种超低碳钢用钢包引流砂及制备方法，由以下质量百分配比组成：镁铬尖晶石55-70％，电熔刚玉30-45％，白稻壳1-5％。该生产方案中，未使用碳质材料，通过在骨架材料中添加白稻壳来优化产品流动性和调整产品烧结层厚度；资料显示，白稻壳中SiO2组分含量一般在90％以上，熔点在1280℃以下。引流剂在水口上部接近钢水部分热负荷温度为1500-1600℃；在钢水滞留时间短的情况下，热量未大量传递至水口中、下部，其温度稍低，钢包自开率一般没有太大问题；但前述超低碳钢大多需要经过脱氧-电弧加热-真空处理等工序，钢水处理时间普遍较长，随着钢水滞留时间的延长，热量向下传递必将大幅度增加，造成水口内中、下部温度升高，白稻壳熔点远远低于热负荷温度，熔化后会造成骨架材料粘连结块，会造成引流砂过度烧结，严重影响钢包自开率。
因此，理论上可行且实际使用中自开率稳定的无碳引流剂的开发和研究仍是亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种无碳引流剂，利用漂珠代替碳质材料，在不影响现有引流剂自开率的前提下，实现引流剂无碳生产，以更好地满足超低碳钢种对耐火材料的无碳要求。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种无碳引流剂，由骨架材料、漂珠和粘结剂制成，按骨架材料和漂珠的总重量为100份计，所述漂珠的重量份数为1-5份，所述粘结剂的重量份数为0.4-1.5份。
漂珠是指能浮在水面上的粉煤灰空心微珠，它是从燃烧粉煤锅炉排放出来的粉煤灰，采用物理方法分选出来的一种轻质、中空的球状微粒，来源广泛；热稳定性好，耐火度一般为1630-1700℃，粒径为20-250μm，比表面积3000-3200cm2/g，常用作水口内衬材料和保温耐火材料，在引流剂方面的开发及应用尚未见相关技术报道。本发明基于漂珠与引流剂原料的协配优化，使得漂珠能够在引流剂骨架材料表面达到良好的覆着效果，实践证明漂珠对骨架材料颗粒间的隔离作用不亚于碳质材料；可抵消颗粒材料热膨胀应力，增加流动性；900℃热面温度下，引流剂骨架材料的热导率为60-130W·(m·K)-1，而漂珠的热导率为0.609W·(m·K)-1，远低于骨架材料的热导率，覆着于骨架材料表面后，在骨架材料颗粒间形成阻热层；水口内引流剂与钢水接触区域会形成烧结层，而水口中、下部引流剂因阻热层的存在，即使钢水滞留时间延长，热传递量也不会明显增加，能防止水口中、下部引流砂过度烧结现象产生，可有效替代碳质材料在引流剂中的关键作用，在实现稳定并提高钢包自开率的前提下，达到引流剂无碳生产的目的。
优选地，所述骨架材料为镁铬尖晶石、铬矿砂、石英砂和电熔刚玉的至少一种。
优选地，所述镁铬尖晶石的重量份数为0-75份，所述铬矿砂的重量份数为0-75份，所述石英砂的重量份数为0-30份，所述电熔刚玉的重量份数为0-75份，
其中，所述镁铬尖晶石、铬矿砂、石英砂和电熔刚玉的两种以上的组合物与所述漂珠的重量份数合计为100份。
优选地，所述漂珠含SiO2的重量百分比≥58％，含Al2O3的重量百分比≥30％，含Fe2O3的重量百分比≤4％，粒度为50μm-150μm。
优选地，所述镁铬尖晶石含MgO的重量百分比≥20％，含Cr2O3的重量百分比≥78％，粒度为0.5mm-1.5mm。
优选地，所述铬矿砂含Cr2O3的重量百分比≥45％，含Fe2O3的重量百分比≤27.5％，含Al2O3的重量百分比≤16％，粒度为0.15mm-0.8mm。
优选地，所述石英砂含SiO2的重量百分比≥94％，粒度为0.3mm-1.2mm。
优选地，所述电熔刚玉含Al2O3的重量百分比≥95％，粒度为0.3mm-1.2mm。
优选地，所述粘结剂为液体水玻璃，模数为2.0-3.2。
优选地，所述无碳引流剂，其有效成分的质量百分比为：MgO：0％-15％，Al2O3：4％-73％，Cr2O3：0％-68％，SiO2：0.5％-31％，Fe2O3：0％-21％。
优选地，上述无碳引流剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：将镁铬尖晶石、铬矿砂、石英砂和电熔刚玉的至少一种骨架材料、漂珠进行准确计量后，投放到筒式搅拌机中搅拌5-10分钟，加入准确计量后的液体水玻璃继续搅拌7-12分钟后下盘；
步骤S2：将步骤S1均匀搅拌所得的半成品物料经滚筒烘干处理，烘干后的产品含水量＜0.1％，得成品；
步骤S3：将所得成品传送至成品仓进行计量包装。
优选地，所述烘干处理的送风温度为200℃-550℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)本发明引流剂以漂珠覆着于引流剂骨架材料表面，代替碳质材料在引流剂中发挥其覆着和隔离的关键作用；通过引流剂组成的合理搭配，能够在不降低钢包自开率的前提下，实现引流剂无碳生产的目的，满足超低碳钢的生产需求。
2)本发明所用漂珠，热导率远低于引流剂骨架材料，其覆着于引流剂骨架材料表面后，在骨架材料颗粒间形成阻热层，大幅度降低热传递量，减弱引流剂高温烧结状况，对于冶炼工艺复杂、钢液滞留时间长的钢包，自开率提升尤其明显。
3)本发明所用骨架材料为镁铬尖晶石、铬矿砂、石英砂和电熔刚玉的至少一种，覆着材料为漂珠，粘结剂为液体水玻璃；热稳定性良好，烘干工序不需要考虑含碳引流剂生产过程中存在的碳质材料高温氧化、烧损问题；烘干温度范围宽，热源可由热风炉专门提供，也可以引入其它生产行业高温尾气，具有节能、环保的积极效果。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
本发明无碳引流剂以镁铬尖晶石、铬矿砂、石英砂和电熔刚玉的至少一种作为骨架原料；以漂珠代替原有碳质材料发挥覆着和隔离作用；以液体水玻璃为粘结剂，使漂珠更好地覆着在骨架材料表面制备而成。
一种无碳引流剂，由骨架材料、漂珠和粘结剂制成，按骨架材料和漂珠的总重量为100份计，所述漂珠的重量份数为1-5份，所述粘结剂的重量份数为0.4-1.5份。
在一些实施例中，所述骨架材料为镁铬尖晶石、铬矿砂、石英砂和电熔刚玉的至少一种。
在一些更优选的实施例中，所述骨架材料为镁铬尖晶石、铬矿砂、石英砂和电熔刚玉的至少两种的组合物；
在进一步优选的实施例中，所述骨架材料为石英砂和电熔刚玉的组合物；或铬矿砂、石英砂和电熔刚玉的组合物；或镁铬尖晶石和铬矿砂的组合物；或镁铬尖晶石、石英砂和电熔刚玉的组合物；或镁铬尖晶石和电熔刚玉的组合物；不限于此；
更具体的，所述镁铬尖晶石的重量份数为0-75份，所述铬矿砂的重量份数为0-75份，所述石英砂的重量份数为0-30份，所述电熔刚玉的重量份数为0-75份，
其中，所述镁铬尖晶石、铬矿砂、石英砂和电熔刚玉的两种以上的组合物与所述漂珠的重量份数合计为100份。
基于上述骨架材料的优化配合，漂珠在骨架材料中的覆着与隔离作用发挥得更好，引流剂整体性能表现更突出，对于冶炼工艺复杂、钢液滞留时间长的钢包，自开率提升效果更为显著。
在一些实施例中，所述漂珠含SiO2的重量百分比≥58％，含Al2O3的重量百分比≥30％，含Fe2O3的重量百分比≤4％，粒度为50μm-150μm。
在一些实施例中，所述镁铬尖晶石含MgO的重量百分比≥20％，含Cr2O3的重量百分比≥78％，粒度为0.5mm-1.5mm。
在一些实施例中，所述铬矿砂含Cr2O3的重量百分比≥45％，含Fe2O3的重量百分比≤27.5％，含Al2O3的重量百分比≤16％，粒度为0.15mm-0.8mm。
在一些实施例中，所述石英砂含SiO2的重量百分比≥94％，粒度为0.3mm-1.2mm。
在一些实施例中，所述电熔刚玉砂含Al2O3的重量百分比≥95％，粒度为0.3mm-1.2mm。
在一些实施例中，所述粘结剂为液体水玻璃，模数为2.0-3.2，在该模数范围内，漂珠对骨架材料的覆着及隔离效果突出，引流效果显著。
在一些实施例中，所述无碳引流剂，其有效成分的质量百分比为：MgO：0％-15％，Al2O3：4％-73％，Cr2O3：0％-68％，SiO2：0.5％-31％，Fe2O3：0％-21％。
在一些更优选的实施例中，所述无碳引流剂，其有效成分的质量百分比为：Al2O3：4％-73％，SiO2：0.5％-31％，Fe2O3：0.01％-21％。
在一些更优选的实施例中，所述无碳引流剂，其有效成分的质量百分比为：Al2O3：4％-73％，Cr2O3：0.01％-68％，SiO2：0.5％-31％，Fe2O3：0.01％-21％。
在一些更优选的实施例中，所述无碳引流剂，其有效成分的质量百分比为：MgO：0.01％-15％，Al2O3：4％-73％，Cr2O3：0.01％-68％，SiO2：0.5％-31％，Fe2O3：0.01％-21％。
实施例1：无碳引流剂的制备
将镁铬尖晶石、铬矿砂、漂珠进行准确计量后，投放到筒式搅拌机中搅拌10分钟，加入准确计量后的液体水玻璃继续搅拌12分钟后下盘；然后将均匀搅拌所得的半成品物料经滚筒烘干处理，所述烘干的送风温度为550℃，烘干后的产品含水量＜0.1％，得成品；将所得成品传送至成品仓进行计量包装。
实施例2：无碳引流剂的制备
将铬矿砂、石英砂、电熔刚玉、漂珠进行准确计量后，投放到筒式搅拌机中搅拌5分钟，加入准确计量后的液体水玻璃继续搅拌7分钟后下盘；将均匀搅拌所得的半成品物料经滚筒烘干处理，所述烘干的送风温度为200℃，烘干后的产品含水量＜0.1％，得成品；将所得成品传送至成品仓进行计量包装。
实施例3：无碳引流剂的制备
将石英砂、电熔刚玉、漂珠进行准确计量后，投放到筒式搅拌机中搅拌8分钟，加入准确计量后的液体水玻璃继续搅拌10分钟后下盘；将均匀搅拌所得的半成品物料经滚筒烘干处理，所述烘干的送风温度为350℃，烘干后的产品含水量＜0.1％，得成品；将所得成品传送至成品仓进行计量包装。
实施例4：无碳引流剂的制备
将镁铬尖晶石、石英砂、电熔刚玉、漂珠进行准确计量后，投放到筒式搅拌机中搅拌8分钟，加入准确计量后的液体水玻璃继续搅拌10分钟后下盘；将均匀搅拌所得的半成品物料经滚筒烘干处理，所述烘干的送风温度为300℃，烘干后的产品含水量＜0.1％，得成品；将所得成品传送至成品仓进行计量包装。
实施例5：无碳引流剂的制备
将铬矿砂、石英砂、电熔刚玉、漂珠进行准确计量后，投放到筒式搅拌机中搅拌8分钟，加入准确计量后的液体水玻璃继续搅拌10分钟后下盘；将均匀搅拌所得的半成品物料经滚筒烘干处理，所述烘干的送风温度为320℃，烘干后的产品含水量＜0.1％，得成品；将所得成品传送至成品仓进行计量包装。
实施例6：无碳引流剂的制备
将镁铬尖晶石、电熔刚玉、漂珠进行准确计量后，投放到筒式搅拌机中搅拌10分钟，加入准确计量后的液体水玻璃继续搅拌12分钟后下盘；将均匀搅拌所得的半成品物料经滚筒烘干处理，所述烘干的送风温度为250℃，烘干后的产品含水量＜0.1％，得成品；将所得成品传送至成品仓进行计量包装。
实施例7：无碳引流剂的制备
将镁铬尖晶石、电熔刚玉、漂珠进行准确计量后，投放到筒式搅拌机中搅拌5分钟，加入准确计量后的液体水玻璃继续搅拌7分钟后下盘；将均匀搅拌所得的半成品物料经滚筒烘干处理，所述烘干的送风温度为430℃，烘干后的产品含水量＜0.1％，得成品；将所得成品传送至成品仓进行计量包装。
实施例8：无碳引流剂的制备
将石英砂、电熔刚玉、漂珠进行准确计量后，投放到筒式搅拌机中搅拌9分钟，加入准确计量后的液体水玻璃继续搅拌10分钟后下盘；将均匀搅拌所得的半成品物料经滚筒烘干处理，所述烘干的送风温度为380℃，烘干后的产品含水量＜0.1％，得成品；将所得成品传送至成品仓进行计量包装。
对比例1：引流剂的制备
与实施例1不同的是：将镁铬尖晶石、铬矿砂、石墨进行准确计量后，投放到筒式搅拌机中搅拌10分钟，加入准确计量后的液体水玻璃继续搅拌12分钟后下盘。
对比例2：引流剂的制备
与实施例2不同的是：将铬矿砂、石英砂、电熔刚玉、石墨进行准确计量后，投放到筒式搅拌机中搅拌5分钟，加入准确计量后的液体水玻璃继续搅拌7分钟后下盘。
对比例3：引流剂的制备
与实施例3不同的是：将石英砂、电熔刚玉、石墨进行准确计量后，投放到筒式搅拌机中搅拌8分钟，加入准确计量后的液体水玻璃继续搅拌10分钟后下盘。
对比例4：引流剂的制备
与实施例4不同的是：将镁铬尖晶石、石英砂、电熔刚玉、石墨进行准确计量后，投放到筒式搅拌机中搅拌8分钟，加入准确计量后的液体水玻璃继续搅拌10分钟后下盘。
对比例5：引流剂的制备
与实施例5不同的是：将铬矿砂、石英砂、电熔刚玉进行准确计量后，投放到筒式搅拌机中搅拌12分钟后下盘。
对比例6：引流剂的制备
与实施例6不同的是：将镁铬尖晶石、电熔刚玉、白稻壳进行准确计量后，投放到筒式搅拌机中搅拌15分钟后下盘。
对比例7：引流剂的制备
与实施例7不同的是：将镁铬尖晶石、电熔刚玉、白稻壳进行准确计量后，投放到筒式搅拌机中搅拌12分钟后下盘。
对比例8：引流剂的制备
提供如表1所示的原料，制备方法与实施例8相同。
实施例1-8及对比例1-8的原料及其重量份组成如表1所示。
表1实施例1-8和对比例1-8的原料及其重量份
其中，白稻壳中含SiO2的重量百分比为92％，粒度为50μm-150μm；
石墨中含固定碳的重量百分比≥95％；
实施例1-8及对比例1-8的有效化学成分及其重量百分比组成如表2所示。
表2实施例1-8和对比例1-8的有效化学成分组成
实际生产中发现，漂珠的添加量超过骨架材料和漂珠总重量的5％，在搅拌过程中容易与粘结剂产生结团现象，对引流剂中骨架材料并未产生良好的覆着效果。漂珠的重量份数越高，结团现象越明显；且漂珠在引流剂原材料中属低熔点材料，产生结团后必然会对引流剂整体性能造成质量隐患，故漂珠的添加量超过骨架材料和漂珠总重量5％的产品方案没有进行实际应用。
将实施例1-8及对比例1-8所得引流剂应用于钢包引流，具体应用情况如表3所示。
表3实施例1-8及对比例1-8的应用情况
从表5可以看出，对比例1-4，为含碳引流剂，自开率较好，但是对钢液增碳现象明显；对比例5-8，为无碳引流剂，对钢液无增碳现象，但是自开率明显不及本发明，或在钢水滞留时间超过4h之后，自开率明显不及本发明无碳引流剂的使用效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种无碳引流剂，其特征在于：由骨架材料、漂珠和粘结剂制成，按骨架材料和漂珠的总重量为100份计，所述漂珠的重量份数为1-5份，所述粘结剂的重量份数为0.4-1.5份。
2.如权利要求1所述的无碳引流剂，其特征在于：所述骨架材料为镁铬尖晶石、铬矿砂、石英砂和电熔刚玉的至少一种。
3.如权利要求2所述的无碳引流剂，其特征在于：所述镁铬尖晶石的重量份数为0-75份，所述铬矿砂的重量份数为0-75份，所述石英砂的重量份数为0-30份，所述电熔刚玉的重量份数为0-75份，
其中，所述镁铬尖晶石、铬矿砂、石英砂和电熔刚玉的两种以上的组合物与所述漂珠的重量份数合计为100份。
4.如权利要求1-3任一项所述的无碳引流剂，其特征在于：所述漂珠含SiO2的重量百分比≥58％，含Al2O3的重量百分比≥30％，含Fe2O3的重量百分比≤4％；优选地，粒度为50μm-150μm。
5.如权利要求4所述的无碳引流剂，其特征在于：所述镁铬尖晶石含MgO的重量百分比≥20％，含Cr2O3的重量百分比≥78％；优选地，粒度为0.5mm-1.5mm；
所述铬矿砂含Cr2O3的重量百分比≥45％，含Fe2O3的重量百分比≤27.5％，含Al2O3的重量百分比≤16％；粒度为0.15mm-0.8mm。
6.如权利要求5所述的无碳引流剂，其特征在于：所述石英砂含SiO2的重量百分比≥94％；优选地，粒度为0.3mm-1.2mm。
7.如权利要求6所述的无碳引流剂，其特征在于：所述电熔刚玉含Al2O3的重量百分比≥95％；优选地，粒度为0.3mm-1.2mm。
8.如权利要求7所述的无碳引流剂，其特征在于：所述粘结剂为液体水玻璃；优选地，模数为2.0-3.2。
9.如权利要求1所述的无碳引流剂，其特征在于：所述无碳引流剂，其有效成分的质量百分比为：MgO：0％-15％，Al2O3：4％-73％，Cr2O3：0％-68％，SiO2：0.5％-31％，Fe2O3：0％-21％。
10.如权利要求9所述的无碳引流剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：将镁铬尖晶石、铬矿砂、石英砂和电熔刚玉的至少一种骨架材料、漂珠进行准确计量后，投放到筒式搅拌机中搅拌5-10分钟，加入准确计量后的液体水玻璃继续搅拌7-12分钟后下盘；
步骤S2：将步骤S1均匀搅拌所得的半成品物料经滚筒烘干处理，烘干后的产品含水量＜0.1％，得成品；
步骤S3：将所得成品传送至成品仓进行计量包装；
优选地，所述烘干处理的送风温度为200℃-550℃。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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