CN114180948A - 一种长石类新型引流砂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种长石类新型引流砂，属于钢铁冶炼技术领域，以质量分数计，所述引流砂的化学成分包括：Al2O3：90～95％，SiO2：3.0～3.5％，K2O：1.2～1.4％，C：0.3～0.6％，S：0.008～0.012％，H2O：0.06～0.1％；所述引流砂的粒径为0.3～1.5mm，安息角为30°～35°。该引流砂能够在保证钢水自动开浇率的情况下，在经济性上较传统的锆质和铬质引流砂有明显优势，在实际应用中能够更好的推广，同时减少对环境的污染。本发明还提供了一种长石类新型引流砂的制备方法。

Description

一种长石类新型引流砂及其制备方法
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，特别涉及一种长石类新型引流砂及其制备方法。
背景技术
引流砂用于钢包底部注流孔处堵塞于引流处，是钢包用必不可少的耐火材料。在注入钢水于钢包前，先用引流砂来堵住注流孔，然后倒入钢水，填充在钢包上水口的粉末状引流砂与高温钢水接触的烧结层，形成具有一定的强度“壳体”，并且部分钢水进入到烧结层的空隙中凝固，起到密封堵塞钢水的作用，一旦滑板打开，水口内绝大多数未烧结的砂体自由下落，同时由钢水的静压力压破“壳体”，钢水自动流出。在实际生产过程中，为了保证钢包自开率，常用的引流砂主要是锆质或者铬质，而其制作原料锆英石和铬铁矿价格较高，且Cr2O3是低级别氧化物，容易对环境造成污染。
发明内容
为了解决现有引流砂成本高、不环保的技术问题，本发明提供了一种长石类新型引流砂，该引流砂能够在保证钢水自动开浇率的情况下，在经济性上较传统的锆质和铬质引流砂有明显优势，在实际应用中能够更好的推广，同时减少对环境的污染。
本发明还提供了一种长石类新型引流砂的制备方法。
本发明通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供一种长石类新型引流砂，以质量分数计，所述引流砂的化学成分包括：
Al2O3：90～95％，SiO2：3.0～3.5％，K2O：1.2～1.4％，C：0.3～0.6％，S：0.008～0.012％，H2O：0.06～0.1％；
所述引流砂的粒径为0.3～1.5mm，安息角为30°～35°。
或者，一种长石类新型引流砂，以质量分数计，所述引流砂的原料包括：
氧化铝球：10～15％，钾长石：10～15％，碳黑：0.5～1％，刚玉：75～80％；
所述氧化铝球中，Al2O3≥70％，SiO2＞20％；
所述钾长石中，K2O＞8％，Al2O3≥20％，SiO2＞60％；
所述炭黑中，C＞99％；
所述刚玉中，Al2O3≥99％。
可选的，所述原料粒径为0.3～1.5mm。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种长石类新型引流砂的制备方法，所述制备方法包括：
获取引流砂的原料，所述原料以质量分数计包括：氧化铝球：10～15％，钾长石：10～15％，碳黑：0.5～1％，刚玉：75～80％；
将所述刚玉分为重量相同的第一刚玉和第二刚玉；
将所述第一刚玉、所述钾长石和所述氧化铝球加水混合，获得第一混合料；
将所述炭黑与所述第一混合料混合，获得第二混合料；
将所述第二刚玉与所述第二混合料混合，获得第三混合料；
将第三混合料进行共熔，获得共熔料；
将所述共熔料进行造粒，后干燥，获得所述引流砂。
可选的，所述原料各成分满足：
所述氧化铝球中，Al2O3≥70％，SiO2＞20％；
所述钾长石中，K2O＞8％，Al2O3≥20％，SiO2＞60％；
所述炭黑中，C＞99％；
所述刚玉中，Al2O3≥99％；
所述原料粒径为0.3～1.5mm。
可选的，所述将50％所述刚玉、所述钾长石和所述氧化铝球加水混合，获得第一混合料，具体包括：
将所述第一刚玉、所述钾长石和所述氧化铝球加水搅拌10-15min，获得第一混合料。
可选的，所述将所述炭黑与所述第一混合料混合，获得第二混合料，具体包括：
将所述炭黑与所述第一混合料进行搅拌，获得第二混合料，其中，搅拌时间为10-15min。
可选的，所述将剩余的50％所述刚玉与所述第二混合料混合，得到第三混合料，具体包括：
将所述第二刚玉与所述第二混合料进行搅拌，得到第三混合料，其中，搅拌时间为5-10min。
可选的，所述将第三混合料进行共熔，获得共熔料，具体包括：
将第三混合料置于1550-1600℃温度下共熔1440-1500min，获得共熔料。
可选的，所述将所述共熔料进行造粒，后干燥，获得所述引流砂，具体包括：
将所述共熔料采用预融镇静工艺进行造粒，获得粒径为0.3～1.5mm的颗粒物；
将所述颗粒物置于550-580℃温度下进行干燥，获得所述引流砂。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的一种长石类新型引流砂，以SiO2为主料，配以Al2O3、K2O、C和S，在保证钢水自动开浇率的情况下，在经济性上较传统的锆质和铬质引流砂有明显优势，原料成本更低，在实际应用中能够更好的推广，且由于引流砂不含铬，更加安全环保。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图逐一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例引流砂制备方法工艺流程图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
还需要说明的是，本发明中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
同时，本发明中的术语“第一”、“第二”等，不表示任何顺序或次数，可将这些单词解释为名称。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供本发明实施例提供一种长石类新型引流砂，以质量分数计，所述引流砂的化学成分包括：
Al2O3：90～95％，SiO2：3.0～3.5％，K2O：1.2～1.4％，C：0.3～0.6％，S：0.008～0.012％，H2O：0.06～0.1％；
所述引流砂的粒径为0.3～1.5mm，安息角为30°～35°。
为了顺利开浇，选取0.3～1.5mm的引流砂投放堆积后可形成30°～35°的最佳安息角，有助于顺利下落，钢包接钢水后上部少量引流砂烧结，在钢包水口内下方绝大多数未烧结的砂体顺利自由下落，同时由钢水的静压力压破“壳体”，钢水自动流出。如选取上述范围以外的粒径及安息角，低于该范围则会造成引流砂烧结面小钢水渗透深度大造成滑板打开后钢水静压力压不破烧结层，会造成钢包不自开；高于该范围则引流砂量大单位时间内下落速度变慢，钢包也不易自开。
或者，一种长石类新型引流砂，以质量分数计，所述引流砂的原料包括：
氧化铝球：10～15％，钾长石：10～15％，碳黑：0.5～1％，刚玉：75～80％；
所述氧化铝球中，Al2O3≥70％，SiO2＞20％；
所述钾长石中，K2O＞8％，Al2O3≥20％，SiO2＞60％；
所述炭黑中，C＞99％；
所述刚玉中，Al2O3≥99％。
可选的，所述原料粒径为0.3～1.5mm。
本发明实施例引流砂的化学成分中，Al2O3是主体材料，可替换现有锆质或者铬质引流砂，降低普通引流砂(Fe2O3-Cr2O3-SiO2)中的低级别氧化物对钢水洁净度的影响，因此选用了Al2O3，K2O和SiO2的含量则是为了保证引流砂的烧结温度。
本发明实施例的原料按照上述成分及配比调配，混合材料在高温下反应共熔，形成的的复合材料熔化温度为1660～1680℃，钢水进入钢包内引流砂快速烧结形成具有一定的强度烧结层，加入一定量的炭黑可以抵抗钢液的浸润从而防止引流砂过度烧结，保证了钢包滑板打开后在0.244Mpa钢水静压力条件下压破烧结层顺利开浇率。合适的耐火度是保证开浇率的关键，主材Al2O3的耐火度为2050℃，出钢温度为1680℃，为了保证快速烧结，配备相应的K2O、SiO2以降低合成引流砂的耐火度，辅材偏高或者过低会导致材料耐火度不匹配，不利于钢包开浇。
本发明实施例的基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种长石类新型引流砂的制备方法，所述制备方法包括：
获取引流砂的原料，所述原料以质量分数计包括：氧化铝球：10～15％，钾长石：10～15％，碳黑：0.5～1％，刚玉：75～80％；
将所述刚玉分为重量相同的第一刚玉和第二刚玉；
将所述第一刚玉、所述钾长石和所述氧化铝球加水混合，获得第一混合料；
将所述炭黑与所述第一混合料混合，获得第二混合料；
将所述第二刚玉与所述第二混合料混合，获得第三混合料；
将第三混合料进行共熔，获得共熔料；
将所述共熔料进行造粒，后干燥，获得所述引流砂。
作为一种可选的实施方式，所述原料各成分满足：
所述氧化铝球中，Al2O3≥70％，SiO2＞20％；
所述钾长石中，K2O＞8％，Al2O3≥20％，SiO2＞60％；
所述炭黑中，C＞99％；
所述刚玉中，Al2O3≥99％；
所述原料粒径为0.3～1.5mm。
作为一种可选的实施方式，所述将50％所述刚玉、所述钾长石和所述氧化铝球加水混合，获得第一混合料，具体包括：
将所述第一刚玉、所述钾长石和所述氧化铝球加水搅拌10-15min，获得第一混合料。
作为一种可选的实施方式，所述将所述炭黑与所述第一混合料混合，获得第二混合料，具体包括：
将所述炭黑与所述第一混合料进行搅拌，获得第二混合料，其中，搅拌时间为10-15min。
作为一种可选的实施方式，所述将剩余的50％所述刚玉与所述第二混合料混合，得到第三混合料，具体包括：
将所述第二刚玉与所述第二混合料进行搅拌，得到第三混合料，其中，搅拌时间为5-10min。
作为一种可选的实施方式，所述将第三混合料进行共熔，获得共熔料，具体包括：
将第三混合料置于1550-1600℃温度下共熔1440-1500min，获得共熔料。
作为一种可选的实施方式，所述将所述共熔料进行造粒，后干燥，获得所述引流砂，具体包括：
将所述共熔料采用预融镇静工艺进行造粒，获得粒径为0.3～1.5mm的颗粒物；
将所述颗粒物置于550-580℃温度下进行干燥，获得所述引流砂。
本发明实施例一种长石类新型引流砂的制备方法，根据各原料的物理特点进行分段混合，本发明实施例引流砂以刚玉为主材，其配比量远大于其他材料，申请人曾做过一次加入的实验室试验，发现从物理搅拌上不能与其他材料充分混匀，故采用分段加入的方式以促进混合均匀。对于炭黑的混合，根据物料的体积密度不同，炭黑密度远小于其它几种材料，一起搅拌难以混匀，经过实验验证待其它材料搅拌均匀之后再加入效果较佳。
下面将结合实施例、对比例及实验数据对本申请一种长石类新型引流砂及其制备方法进行详细说明。
实施例1
一种长石类新型引流砂的制备方法，包括：
(1)原料准备：氧化铝球14.5％，钾长石10％，碳黑0.5％和刚玉75％，原料粒度为0.3-1.5mm；
(2)将所述刚玉分为重量相同的第一刚玉和第二刚玉，先将所述第一刚玉倒入搅拌机中，然后将计量准确的钾长石、氧化铝材料加入搅拌机中，然后搅拌15min，使之搅拌均匀；
(3)搅拌均匀后，将炭黑加入该搅拌机中，再搅拌10分钟；
(4)最后将所述第二刚玉加入搅拌机内二次混合搅拌5min；
(5)将步骤(4)所得产物置于1580℃温度下共熔1440min，获得共熔料，共熔料采用预融镇静工艺进行造粒，获得粒径为0.7mm的颗粒物；
(6)将热风炉炉温升至550℃，将步骤(5)所得颗粒物加入干燥塔，启动抽风机将产生的粉尘抽出，干燥后的成品引流砂从底部流出，温度降低至20℃后包装入库。
实施例2：
一种长石类新型引流砂的制备方法，包括：
(1)原料准备：氧化铝球12.5％，钾长石10％，碳黑0.5％和刚玉77％，原料粒度为0.3-1.5mm；
(2)先将所述第一刚玉倒入搅拌机中，然后将计量准确的钾长石、氧化铝材料加入搅拌机中；
(3)搅拌均匀后，将炭黑加入该搅拌机中，再搅拌10分钟；
(4)最后将所述第二刚玉加入搅拌机内二次混合搅拌5min；
(5)将步骤(4)所得产物置于1600℃温度下共熔1480min，获得共熔料，共熔料采用预融镇静工艺进行造粒，获得粒径为0.9mm的颗粒物；
(6)将热风炉炉温升至550℃，将步骤(5)所得颗粒物加入干燥塔，启动抽风机将产生的粉尘抽出，干燥后的成品引流砂从底部流出，温度降低至20℃后包装入库。
对比例1
一种铬质引流砂的制备方法，包括：
(1)原料准备：氧化铝球8％，钾长石4％，炭黑1％，铬矿砂70％、石英砂12％、镁砂5％，原料粒度为0.3-1.5mm；
(2)先将50％铬矿砂倒入搅拌机中，然后将计量准确的石英砂、氧化铝球、镁砂、钾长石材料加入搅拌机中，然后搅拌10min，使之搅拌均匀；
(3)搅拌均匀后，将炭黑加入该搅拌机中，再搅拌10分钟；
(4)最后将剩余的铬矿砂加入搅拌机内二次混合搅拌8min；
(5)将热风炉炉温升至580℃，将二次混合搅拌均匀的长石引流砂加入干燥塔，启动抽风机将产生的粉尘抽出，干燥后的成品引流砂从底部流出，温度降低至20℃后包装入库。
对比例2：
一种硅质引流砂的制备方法，包括：
(1)原料准备：石英砂96％、鳞片石墨3.5％和酚醛树脂粘合剂0.5％；，原料粒度为0.3-1.5mm；
(2)将检验合格的石英砂按照相应比重称量后，在烘干滚筒内烘干至水份≤0.1％(w/w)；
(3)加入到高速筒式搅拌机中，先搅拌2分钟；
(4)加入粘合剂，继续搅拌5分钟；
(5)最后加入鳞片石墨，继续搅拌10分钟
(6)将搅拌均匀的硅质引流砂加入到炉温升至600℃热风炉内，将搅拌均匀的硅质引流砂加入干燥塔，同时干燥塔侧面的抽风机启动，将产生的粉尘抽出，防止硅质引流砂粉尘大，干燥后的成品从干燥塔底部流出，将硅质引流砂温降至20℃后包装入库。
相关实验：
将实施例1、2和对比例1、2制得的引流砂进行自动开浇率测试：
具体的，分别将实施例1、2和对比例1、2制得的引流砂应用在某钢厂210吨钢包，炉数为600炉，在LF、RH工艺路线情况下，试验统计自动开浇炉数，测试结果如表1所示：
表1 实施例1、2和对比例1、2引流砂自动开浇率
Figure BDA0003334293730000071
Figure BDA0003334293730000081
由表1可知：实施例1、2的引流砂自动开浇率高于对比例1、2，且成本更加低廉，更加环保。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例所述引流砂在保证钢水自动开浇率的情况下，在经济性上较传统的锆质和铬质引流砂有明显优势，在实际应用中能够更好的推广。
(2)本发明实施例所述引流砂以SiO2为主料，配以Al2O3、K2O、C和S，不含铬，在保证钢水自动开浇率的情况下，更加安全环保。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种长石类新型引流砂，其特征在于，以质量分数计，所述引流砂的化学成分包括：
Al2O3：90～95％，SiO2：3.0～3.5％，K2O：1.2～1.4％，C：0.3～0.6％，S：0.008～0.012％，H2O：0.06～0.1％；
所述引流砂的粒径为0.3～1.5mm，安息角为30°～35°。
2.一种长石类新型引流砂，其特征在于，以质量分数计，所述引流砂的原料包括：
氧化铝球：10～15％，钾长石：10～15％，碳黑：0.5～1％，刚玉：75～80％；
所述氧化铝球中，Al2O3≥70％，SiO2＞20％；
所述钾长石中，K2O＞8％，Al2O3≥20％，SiO2＞60％；
所述炭黑中，C＞99％；
所述刚玉中，Al2O3≥99％。
3.根据权利要求2所述的一种长石类新型引流砂，其特征在于，所述原料粒径为0.3～1.5mm。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的长石类新型引流砂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
获取引流砂的原料，所述原料以质量分数计包括：氧化铝球：10～15％，钾长石：10～15％，碳黑：0.5～1％，刚玉：75～80％；
将所述刚玉分为重量相同的第一刚玉和第二刚玉；
将所述第一刚玉、所述钾长石和所述氧化铝球加水混合，获得第一混合料；
将所述炭黑与所述第一混合料混合，获得第二混合料；
将所述第二刚玉与所述第二混合料混合，获得第三混合料；
将第三混合料进行共熔，获得共熔料；
将所述共熔料进行造粒，后干燥，获得所述引流砂。
5.根据权利要求4所述的一种长石类新型引流砂的制备方法，其特征在于，所述原料各成分满足：
所述氧化铝球中，Al2O3≥70％，SiO2＞20％；
所述钾长石中，K2O＞8％，Al2O3≥20％，SiO2＞60％；
所述炭黑中，C＞99％；
所述刚玉中，Al2O3≥99％；
所述原料粒径为0.3～1.5mm。
6.根据权利要求4所述的一种长石类新型引流砂的制备方法，其特征在于，所述将50％所述刚玉、所述钾长石和所述氧化铝球加水混合，获得第一混合料，具体包括：
将所述第一刚玉、所述钾长石和所述氧化铝球加水搅拌10-15min，获得第一混合料。
7.根据权利要求4所述的一种长石类新型引流砂的制备方法，其特征在于，所述将所述炭黑与所述第一混合料混合，获得第二混合料，具体包括：
将所述炭黑与所述第一混合料进行搅拌，获得第二混合料，其中，搅拌时间为10-15min。
8.根据权利要求4所述的一种长石类新型引流砂的制备方法，其特征在于，所述将剩余的50％所述刚玉与所述第二混合料混合，得到第三混合料，具体包括：
将所述第二刚玉与所述第二混合料进行搅拌，得到第三混合料，其中，搅拌时间为5-10min。
9.根据权利要求4所述的一种长石类新型引流砂的制备方法，其特征在于，所述将第三混合料进行共熔，获得共熔料，具体包括：
将第三混合料置于1550-1600℃温度下共熔1440-1500min，获得共熔料。
10.根据权利要求4所述的一种长石类新型引流砂的制备方法，其特征在于，所述将所述共熔料进行造粒，后干燥，获得所述引流砂，具体包括：
将所述共熔料采用预融镇静工艺进行造粒，获得粒径为0.3～1.5mm的颗粒物；
将所述颗粒物置于550-580℃温度下进行干燥，获得所述引流砂。
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