CN115156517B - 一种上层引流砂及双层引流砂与其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种上层引流砂及双层引流砂与其应用，属于炼钢辅料技术领域。按重量百分比计，上层引流砂含84‑93％的铬矿砂A、4‑13％的石英砂A、0.7‑1％的复合碳质润滑剂及2‑4％的助烧结剂；铬矿砂A中Cr2O3的含量≥46wt％，至少90wt％的铬矿砂A的粒径为0.25‑0.85mm；石英砂A中SiO2的含量≥95wt％，石英砂A为圆球状，且至少90wt％的石英砂A的粒径为0.425‑0.85mm。该上层引流砂的颗粒度适当，耐热度高，其与钢水接触形成的烧结层厚度适宜，滑板打开过程中引流砂能快速流出，整体流动性好，不存在烧结层过厚压不破的现象，钢包自开率达到99.7％以上，适用于高温钢包。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢辅料技术领域，具体而言，涉及一种上层引流砂及双层引流砂与其应用。
背景技术
目前，部分钢铁企业为降低能耗、提高钢包周转节奏、节约成本，采用钢包加盖，这样在降低钢包烘烤时间的同时，可有效减少钢包温降、降低能耗。但其容易导致：钢包加盖后空包温度与不加盖比普遍高很多，如以往正常周转空钢包包底温度在600-850℃间，而钢包加盖后，空钢包包底温度基本在1000℃以上，甚至大部分超过1100℃，高温钢包占比达90％以上。
在钢包空包温度升高后，转炉出钢控制温度与以往相比要低30-100℃，在这种复杂多变的非常规工况控制情况下，使用以往常规的钢包引流砂到连铸开浇时则出现频繁引流，甚至严重出现引流杆数多、引流不开、险肇、生产中断、停机等事故，给连续浇铸顺行带来较大隐患。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种上层引流砂，以解决上述钢包加盖后空包包底温度过高导致的引流频繁、引流事故增多、自开率低等一系列问题。
本发明的目的之二在于提供一种含有上述上层引流砂的双层引流砂。
本发明的目的之三在于提供一种上述双层引流砂的应用。
本申请可这样实现：
第一方面，本申请提供一种上层引流砂，按重量百分比计，其包括84-93％的铬矿砂A、4-13％的石英砂A、0.7-1％的复合碳质润滑剂以及2-4％的助烧结剂；
铬矿砂A中Cr2O3的含量≥46wt％，至少90wt％的铬矿砂A的粒径为0.25-0.85mm；
石英砂A中SiO2的含量≥95wt％；石英砂A为圆球状，且至少90wt％的石英砂A的粒径为0.425-0.85mm。
在可选的实施方式中，复合碳质润滑剂包括炭黑和中碳石墨。
在可选的实施方式中，按质量百分数计，复合碳质润滑剂包括30-43％的炭黑和57-70％的中碳石墨。
在可选的实施方式中，炭黑的含碳量≥98.5wt％，炭黑的细度为200-500nm。
在可选的实施方式中，中碳石墨的含碳量≥90wt％，中碳石墨的细度为100-500μm。
在可选的实施方式中，助烧结剂包括钾长石。
在可选的实施方式中，至少86wt％的钾长石的粒径为0.5-1mm。
第二方面，本申请提供一种双层引流砂，其包括下层引流砂以及前述实施方式任一项的上层引流砂。
在可选的实施方式中，按重量百分比计，下层引流砂包括25-50％的铬矿砂B、49-74.5％的石英砂B以及0.5-1％的复合碳质润滑剂；
铬矿砂B中Cr2O3的含量≥45wt％，至少95wt％的铬矿砂B的粒径为0.18-1.5mm；
石英砂B中SiO2的含量≥90％；至少90wt％的石英砂B的粒径为0.40-1.2mm。
在可选的实施方式中，上层引流砂和下层引流砂在使用时的质量比为1:1-3。
第三方面，本申请提供如前述实施方式任一项的双层引流砂的应用，例如可用于在高温钢包周转时使用。
在可选的实施方式中，双层引流砂用于在包底温度超过850℃的空钢包周转时使用。
本申请的有益效果包括：
本申请通过将至少90wt％的铬矿砂A的粒径控制在0.25-0.85mm，且具体使用Cr2O3含量≥46wt％的铬矿砂A作为上层引流砂的主要成分，不仅能够使上层引流砂具有耐烧结温度高的特点，又能够有效避免粒度过大导致的堆积的空隙过大，钢水易进入空隙，造成烧结层过厚，不易开浇的现象发生。
通过控制石英砂A中SiO2≥95％(纯度高)，可改善上层砂因与钢水直接接触出现的易烧结的问题。在此基础上，将至少90wt％的石英砂A的粒径控制在0.425-0.85范围内并限定形状为圆球状，可确保最终产品具有良好的流动铺展性，使钢包出口的上表层出现馒头形的凸起状，使烧结层尽可能避免到达出钢孔内。
复合碳质润滑剂的使用可在一定程度上改善自润滑性和流动性；助烧结剂的使用可促使上层引流砂在钢液进入钢包初期快速形成一定厚度的烧结层，阻止钢液渗入引流砂中。
与目前现用引流砂相比，本申请提供上层砂颗粒度适当，耐热度高，上层引流砂与钢水接触形成的烧结层厚度适宜，滑板打开过程中引流砂能快速流出，整体流动性好，不存在烧结层过厚压不破现象，钢包自开率高。含有上述上层引流砂的双层引流砂在具有以上效果的基础上，还具有成本低的特点。该双层引流砂尤其适于在包底温度超过850℃的空钢包周转时使用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请提供的上层引流砂及双层引流砂与其应用进行具体说明。
本申请提出一种上层引流砂，按重量百分比计，其包括84-93％的铬矿砂A、4-13％的石英砂A、0.7-1％的复合碳质润滑剂以及2-4％的助烧结剂。
作为参考地，铬矿砂A的用量可以为84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％或93％等，也可以为84-93％范围内的其它任意值。
石英砂A的用量可以为4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％或13％等，也可以为4-13％范围内的其它任意值。
复合碳质润滑剂的用量可以为0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％或1％等，也可以为0.7-1％范围内的其它任意值。
助烧结剂的用量可以为2％、2.2％、2.5％、2.8％、3％、3.2％、3.5％、3.8％或4％等。
在一些具体的实施方案中，上层引流砂中，铬矿砂A、石英砂A、复合碳质润滑剂以及助烧结剂的用量总和达100％。
在另一些实施方式中，上层引流砂中，铬矿砂A、石英砂A、复合碳质润滑剂以及助烧结剂的用量总和可小于100％，余量可根据需要适当地添加其它本领域常用的辅料成分，在此不做过多限定。
本申请中，铬矿砂A中Cr2O3的含量≥46wt％，示例性但非限定性地可以为46％、46.1％、46.3％、46.4％、46.6％或50％等，也可以为≥46wt％范围内的其它值。优选地，铬矿砂A中Cr2O3的含量为46-48wt％。
至少90wt％(如90％、92％、94.3％、94.7％、95％、96％、98％、99％或100％等)的铬矿砂A的粒径为0.25-0.85mm。
在配料时，可将铬矿砂经过0.25mm和0.85mm两种孔径的筛网进行筛分以确保筛选所得的铬矿砂A中，至少90wt％的最终粒径范围在0.25-0.85mm范围。
需说明的是，将至少90wt％的铬矿砂A的粒径控制在0.25-0.85mm，且具体使用Cr2O3含量≥46wt％的铬矿砂A作为上层引流砂的主要成分，不仅能够使上层引流砂具有耐烧结温度高的特点，又能够有效避免粒度过大导致的堆积的空隙过大，钢水易进入空隙，造成烧结层过厚，不易开浇的现象发生。
石英砂A中SiO2的含量≥95wt％，示例性但非限定性地可以为95％、96.4％、96.5％、97.2％、97.6％或98％等，也可以为≥95wt％范围内的其它值。优选地，石英砂A中SiO2的含量为95-98wt％。
石英砂A为圆球状，且至少90wt％(如90％、92％、94.3％、94.7％、95％、96％、98％或99％等)的石英砂A的粒径为0.425-0.85mm。
在配料时，可将石英砂经过0.425mm和0.85mm两种孔径的筛网进行筛分以确保筛选所得的石英砂A中，至少90wt％的最终粒径范围在0.425-0.85mm范围。
需说明的是，本申请控制石英砂A中SiO2≥95％(纯度高)，可改善上层砂因与钢水直接接触出现的易烧结的问题。在此基础上，将至少90wt％的石英砂A的粒径控制在0.425-0.85范围内并限定形状为圆球状，可确保最终产品具有良好的流动铺展性，使钢包出口的上表层出现馒头形的凸起状，使烧结层尽可能避免到达出钢孔内。
本申请中，复合碳质润滑剂包括炭黑和中碳石墨，可提高引流砂的润滑和流动性。
按质量百分数计，复合碳质润滑剂可包括30-43％的炭黑和57-70％的中碳石墨。
其中，炭黑在复合碳质润滑剂中的含量可以为30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％或43％等，也可以为30-43％范围内的其它任意值。
中碳石墨在复合碳质润滑剂中的含量可以为57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％或70％等，也可以为57-70％范围内的其它任意值。
上述炭黑的含碳量≥98.5wt％，炭黑的细度为200-500nm。中碳石墨的含碳量≥90wt％，中碳石墨的细度为100-500μm。
需说明的是，本申请以特定细度和含碳量的碳黑和中碳石墨复合形成复合碳质润滑剂，其中，碳黑为极细的粉末(200-500nm)，比表面积非常大，加入引流砂产品中可有效发挥其骨架作用，减缓引流砂在高温情况下的烧结速度；中碳石墨具有鳞片结晶完整、良好的耐温性、自润滑性、抗热震性等，加入引流砂产品后可有效提高产品在开浇下砂过程中的流动性及延缓烧结。
本申请中，助烧结剂包括钾长石。
可参考地，至少86wt％(如86％、87.9％、88.6％、90.3％、96.4％或98％等)的钾长石的粒径为0.5-1mm。
需说明的是，由于上层引流砂与钢液直接接触，本申请采用上述特定的钾长石作为助烧结剂加入至上层引流砂中，可防止在钢液进入钢包初期，上层引流砂不能快速形成一定厚度的烧结层，导致钢液渗入较深的引流砂中，影响后期到钢包自开的问题，促使上层引流砂在钢液进入钢包初期快速形成一定厚度的烧结层，阻止钢液渗入引流砂中。
作为参地，本申请提供的上层引流砂可由上述铬矿砂A、石英砂A、复合碳质润滑剂以及助烧结剂按配比直接混合而得。
进一步地，本申请还提供了一种双层引流砂，其包括下层引流砂以及上述上层引流砂。
按重量百分比计，下层引流砂可包括25-50％的铬矿砂B、49-74.5％的石英砂B以及0.5-1％的复合碳质润滑剂。
作为参考地，铬矿砂B的用量可以为25％、28％、30％、32％、35％、38％、40％、42％、45％、48％或50％等，也可以为25-50％范围内的其它任意值。
石英砂B的用量可以为49％、50％、52％、55％、58％、60％、62％、65％、68％、70％、72％或74.5％等，也可以为49-74.5％范围内的其它任意值。
复合碳质润滑剂在下层引流砂中的用量可以为0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％或1％等，也可以为0.5-1％范围内的其它任意值。
在一些具体的实施方案中，下层引流砂中，铬矿砂B、石英砂B和复合碳质润滑剂的用量总和达100％。
在另一些实施方式中，下层引流砂中，铬矿砂B、石英砂B和复合碳质润滑剂的用量总和可小于100％，余量可根据需要适当地添加其它本领域常用的辅料成分，在此不做过多限定。
本申请中，铬矿砂B中Cr2O3的含量≥45wt％，示例性但非限定性地可以为45％、45.7％、45.8％、46.1％、46.6％或50％等，也可以为≥45wt％范围内的其它值。优选地，铬矿砂B中Cr2O3的含量为45-47wt％。
至少95wt％(如95％、95.6％、96.1％、96.3％、97％、98％、99％或100％等)的铬矿砂B的粒径为0.18-1.5mm。
石英砂B中SiO2的含量≥90％，示例性但非限定性地可以为90％、91.5％、92.3％、92.4％、93％、95％或98％等，也可以为≥90wt％范围内的其它值。优选地，石英砂B中SiO2的含量为90-95wt％。
至少90wt％(如90％、91.4％、92.8％、94.5％、94.7％、95％、96％、98％、99％或100％等)的石英砂B的粒径为0.40-1.2mm。
可参考地，下层引流砂与上层引流砂所用的复合碳质润滑剂相同。
同理地，本申请提供的下层引流砂可由上述铬矿砂B、石英砂B和复合碳质润滑剂按配比直接混合而得。
较佳地，上层引流砂和下层引流砂在使用时的质量比为1:1-3，如1:1、1:1.5、1:2、1:2.5或1:3等，也可以为1:1-3范围内的其它任意值。
承上，与目前现用引流砂相比，本申请提供的双层引流砂中上层砂颗粒度适当，耐热度高，上层引流砂与钢水接触形成的烧结层厚度适宜，滑板打开过程中引流砂能快速流出，整体流动性好，不存在烧结层过厚压不破现象，钢包自开率达到99.7％以上。同时占总量50％以上的下层引流砂，其主要原料为品位相对较低的石英砂和铬矿砂，材料成本较现用引流砂降低10-30％，可有效降低钢厂总体炼钢成本。
相应地，本申请还提供了上述双层引流砂的应用，例如可用于在高温钢包周转时使用。
在一些具体的实施方式中，双层引流砂用于在包底温度超过850℃的空钢包周转时使用。
通过在包底温度超过850℃的空钢包周转时使用本申请提供的双层引流砂，可有效地降低引流次数，防止险肇、生产中断或停机等事故发生，提高钢包自开率至99.7％以上，同时降低因引流产生的人工劳效、因引流用氧管烧导致的钢液氧化问题，有效降低引流造成的事故损失，确保连续浇铸顺行。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种双层引流砂，其包括上层引流砂和下层引流砂。
上层引流砂由以下原料组成(按重量百分数计)：85％的铬矿砂A、10％的圆球状的石英砂A、0.4％的碳黑、0.6％的中碳石墨以及4.0％的钾长石。
上述铬矿砂A中Cr2O3的含量为46.3wt％，粒径在0.25-0.85mm范围内的占94.3wt％。
上述石英砂A中SiO2的含量为96.5wt％，粒径在0.425-0.85mm范围内的占94.2wt％。
上述炭黑的含碳量≥98.5％，细度为200-500nm；中碳石墨的含碳量≥90％，细度为100-500μm。
上述钾长石中粒径在0.5-1.0mm范围内的占88.6％。
下层引流砂由以下原料组成(按重量百分数计)：50％的铬矿砂B、49.5％的石英砂B、0.2％的碳黑以及0.3％的中碳石墨。
上述铬矿砂B中Cr2O3的含量为45.7wt％，粒径在0.18-1.5mm范围内的占95.6wt％。
上述石英砂B中SiO2的含量为92.4wt％，粒径在0.40-1.2mm范围内的占94.7wt％。
下层引流砂与上层引流砂所用的炭黑和中碳石墨相同。
在某钢厂试验，周转空钢包包底温度超过1000℃，先向水口中加入20公斤的下层引流砂，再加入13公斤上层引流砂，上层砂完全覆盖下层砂，且高出水口端面部分呈馒头状。
实施例2
本实施例提供了一种双层引流砂，其包括上层引流砂和下层引流砂。
上层引流砂由以下原料组成(按重量百分数计)：90％的铬矿砂A、6.3％的圆球状的石英砂A、0.3％的碳黑、0.4％的中碳石墨以及3.0％的钾长石。
上述铬矿砂A中Cr2O3的含量为46.1wt％，粒径在0.25-0.85mm范围内的占94.3wt％。
上述石英砂A中SiO2的含量为97.6wt％，粒径在0.425-0.85mm范围内的占94.2wt％。
上述炭黑的含碳量≥98.5％，细度为200-500nm；中碳石墨的含碳量≥90％，细度为100-500μm。
上述钾长石中粒径在0.5-1.0mm范围内的占87.9％。
下层引流砂由以下原料组成(按重量百分数计)：35％的铬矿砂B、64.2％的石英砂B、0.3％的碳黑以及0.5％的中碳石墨。
上述铬矿砂B中Cr2O3的含量为45.8wt％，粒径在0.18-1.5mm范围内的占95.6wt％。
上述石英砂B中SiO2的含量为93.5wt％，粒径在0.40-1.2mm范围内的占91.4wt％。
下层引流砂与上层引流砂所用的炭黑和中碳石墨相同。
周转空钢包包底温度超过980℃，先向水口中加入22公斤的下层引流砂，再加入11公斤上层引流砂。
实施例3
本实施例提供了一种双层引流砂，其包括上层引流砂和下层引流砂。
上层引流砂由以下原料组成(按重量百分数计)：93％的铬矿砂A、4.1％的圆球状的石英砂A、0.36％的碳黑、0.54％的中碳石墨以及2.0％的钾长石。
上述铬矿砂A中Cr2O3的含量为46.4wt％，粒径在0.25-0.85mm范围内的占94.7wt％。
上述石英砂A中SiO2的含量为97.2wt％，粒径在0.425-0.85mm范围内的占94.1wt％。
上述炭黑的含碳量≥98.5％，细度为200-500nm；中碳石墨的含碳量≥90％，细度为100-500μm。
上述钾长石中粒径在0.5-1.0mm范围内的占90.3％。
下层引流砂由以下原料组成(按重量百分数计)：25％的铬矿砂B、74.5％的石英砂B、0.2％的碳黑以及0.3％的中碳石墨。
上述铬矿砂B中Cr2O3的含量为46.1wt％，粒径在0.18-1.5mm范围内的占96.1wt％。
上述石英砂B中SiO2的含量为91.5wt％，粒径在0.40-1.2mm范围内的占92.8wt％。
下层引流砂与上层引流砂所用的炭黑和中碳石墨相同。
周转空钢包包底温度超过1000℃，先向水口中加入19公斤的下层引流砂，再加入18公斤上层引流砂。
实施例4
本实施例提供了一种双层引流砂，其包括上层引流砂和下层引流砂。
上层引流砂由以下原料组成(按重量百分数计)：90％的铬矿砂A、6.3％的圆球状的石英砂A、0.32％的碳黑、0.48％的中碳石墨以及2.9％的钾长石。
上述铬矿砂A中Cr2O3的含量为46.6wt％，粒径在0.25-0.85mm范围内的占94.7wt％。
上述石英砂A中SiO2的含量为96.4wt％，粒径在0.425-0.85mm范围内的占94.3wt％。
上述炭黑的含碳量≥98.5％，细度为200-500nm；中碳石墨的含碳量≥90％，细度为100-500μm。
上述钾长石中粒径在0.5-1.0mm范围内的占89.6％。
下层引流砂由以下原料组成(按重量百分数计)：45％的铬矿砂B、54.5％的石英砂B、0.2％的碳黑以及0.3％的中碳石墨。
上述铬矿砂B中Cr2O3的含量为46.2wt％，粒径在0.18-1.5mm范围内的占96.3wt％。
上述石英砂B中SiO2的含量为92.3wt％，粒径在0.40-1.2mm范围内的占94.5wt％。
下层引流砂与上层引流砂所用的炭黑和中碳石墨相同。
周转空钢包包底温度超过950℃，先向水口中加入24公斤的下层引流砂，再加入10公斤上层引流砂。
上述实施例1-4提供的双层引流砂均能很好地满足市场工业生产使用，达到钢包自开率99.7％以上，且上层引流砂的整体耐烧结温度高，烧结层厚度合适，整体流动性好。下层引流砂流动性好，未出现烧结，钢包在连铸打开滑板时能快速流出，未出现下少量砂后不下、引流过程下红色烧结块、水口挂渣等现象，同时两层砂配合加入，有效降低了引流砂原料成本，进而降低炼钢成本。
对比例1
该对比例与实施例1的区别在于：高温钢包用单层铬质引流砂，所用的原材料为实施例1中下层砂所用的铬矿砂B和石英砂B，同时加入一定比例的助烧结剂((同实施例1的上层引流砂所用的钾长石))。
具体配比为(按重量百分数计)：75％的铬矿砂B、20.3％的石英砂B、0.3％的碳黑、0.4％的中碳石墨以及4％的钾长石。
该产品在工业试验过程中出现开浇下少量砂后不自开，用氧管引流时伴随大量红色烧结块，说明引流砂过度烧结。
对比例2
该对比例与实施例4的区别在于：高温钢包用单层铬质引流砂，所用的原材料为实施例4中下层砂所用的铬矿砂B和石英砂B，同时加入一定比例的助烧结剂(同实施例4的上层引流砂所用的钾长石)。
具体配比为(按重量百分数计)：83％的铬矿砂B、12.2％的石英砂B、0.3％的碳黑、0.5％的中碳石墨以及4％的钾长石。
该产品在工业试验过程中，虽然未出现像对比例1引流时伴随大量红色烧结块现象，但出现开浇下少量黑沙，引流管漏在外面30cm左右，有氧管引流黑沙下，然后引开。
由此可以看出，本申请实施例所提供的高温钢包用双层引流砂较对比例中的高温钢包用单层铬质引流砂各项性能均更佳，本申请提供的双层引流砂能够满足钢包自开率99.7％的要求。
综上所述，本申请提供的双层引流砂在包底温度超过850℃的空钢包周转时使用，可有效地降低引流次数，防止险肇、生产中断或停机等事故发生，提高钢包自开率至99.7％以上，同时降低因引流产生的人工劳效、因引流用氧管烧导致的钢液氧化问题，有效降低引流造成的事故损失，确保连续浇铸顺行。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种双层引流砂，其特征在于，所述双层引流砂包括下层引流砂以及上层引流砂；
按重量百分比计，所述上层引流砂由84-93%的铬矿砂A、4-13%的石英砂A、0.7-1%的复合碳质润滑剂以及2-4%的助烧结剂组成；
所述铬矿砂A中Cr2O3的含量≥46wt%，至少90wt%的所述铬矿砂A的粒径为0.25-0.85mm；所述石英砂A中SiO2的含量≥95wt%；所述石英砂A为圆球状，且至少90wt%的所述石英砂A的粒径为0.425-0.85mm；
所述复合碳质润滑剂包括炭黑和中碳石墨；按质量百分数计，所述复合碳质润滑剂包括30-43%的炭黑和57-70%的中碳石墨；所述炭黑的含碳量≥98.5wt%，所述炭黑的细度为200-500nm；所述中碳石墨的含碳量≥90wt%，所述中碳石墨的细度为100-500μm；
所述助烧结剂包括钾长石；至少86wt%的所述钾长石的粒径为0.5-1mm；
按重量百分比计，所述下层引流砂由25-50%的铬矿砂B、49-74.5%的石英砂B以及0.5-1%的复合碳质润滑剂组成；
所述铬矿砂B中Cr2O3的含量≥45wt%，至少95wt%的所述铬矿砂B的粒径为0.18-1.5mm；
所述石英砂B中SiO2的含量≥90%；至少90wt%的所述石英砂B的粒径为0.40-1.2mm；
所述双层引流砂用于在高温钢包周转时使用。
2.根据权利要求1所述的双层引流砂，其特征在于，所述上层引流砂和所述下层引流砂在使用时的质量比为1:1-3。
3.一种如权利要求1或2所述的双层引流砂的应用，其特征在于，所述双层引流砂用于在包底温度超过850℃的空钢包周转时使用。
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