一种用于精炼钢包的引流砂填充结构及加砂工艺的制作方法

本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及一种用于精炼钢包的引流砂填充结构及加砂工艺。

背景技术：

随着社会对高品位钢种需求的不断增加，目前钢水几乎都要经过炉外精炼处理后再进行浇注，但因钢水精炼工况条件复杂，会存在如下问题：

1)钢水精炼时间长，例如不锈钢、某些特殊电炉钢种冶炼，容易导致引流砂烧成层过厚；

2)钢水传搁时间长，由于其不可控性，有时传搁时间甚至超过10h，导致引流砂烧结层过厚；

3)包底水口温度低，新包、大修包、中修包或热态周转过程中的停用包等，包底温度往往不到600℃，导致钢水与引流砂形成冷凝结块；

上述问题极易影响钢包水口内引流砂的自动开浇率。

同时，目前许多国内钢厂正推广机器人进行钢水自动浇注，对人工烧氧开浇大加限制，进行钢水自动浇注时，对引流砂的开浇率要求甚至超过99.5％，若仍然采用目前市场在用的普通引流砂，已不能适应钢水精炼复杂多变的工艺使用需求。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于精炼钢包的引流砂填充结构及加砂工艺，能够显著提高钢水浇注时的自开率，有效保证精炼钢水的质量和连铸工艺的安全顺利进行。

一种用于精炼钢包的引流砂填充结构，所述精炼钢包包括位于精炼钢包底部且通过滑板机构相互对接的上水口和下水口，上水口的外周设有水口座砖，该水口座砖设有与上水口相连通的内孔，所述引流砂填充结构包括：使用状态下由下至上填充在上水口和水口座砖内孔中的第一引流砂和第二引流砂，所述第一引流砂的烧结温度>1500℃，第二引流砂的烧结温度为1450～1500℃。

本发明中采用两种引流砂填充上水口和水口座砖内孔，其中下层填充烧结温度较高的引流砂，上层投入烧结温度较低的引流砂，上层引流砂与钢水接触后可以迅速形成烧结层，阻止钢水的持续渗入，避免因产生冷凝结块而导致不能自动开浇，下层引流砂的烧结温度较高，可以防止在钢水精炼时间长或传搁时间长的工况下因出现烧结层过厚而导致不能自动开浇。

两种引流砂的加砂量可以根据不同钢种、不同精炼时间以及钢包烘烤条件进行调整，以适应多种精炼工况，显著改善精炼时间长、钢水传搁时间久、或包底温度低等情形下的钢包自动开浇率，有效保证精炼钢水的质量及连铸工艺的安全顺利进行。

本发明中精炼钢包的结构采用现有技术，改进仅在于引流砂的填充结构。

作为优选，上水口中填充有所述第一引流砂，水口座砖内孔中填充有所述第一引流砂和第二引流砂。

上水口中填充第一引流砂，水口座砖内孔中根据需要调整第一引流砂和第二引流砂的用量。

作为优选，所述第二引流砂暴露在水口座砖内孔外的部分自然堆积为球冠状。

第一引流砂和第二引流砂均采用加砂管进行填充，第二引流砂暴露在钢包内侧底部的部分自然堆积为球冠状，避免钢水冲刷钢包底部时，因第二引流砂被部分冲蚀而在水口座砖内孔处形成凹陷。

作为优选，水口座砖内孔包括：与上水口相对接的直线段以及与直线段相衔接且沿背离上水口方向逐渐扩口的锥形段，所述直线段内填充有所述第一引流砂，所述锥形段内填充有所述第二引流砂。

水口座砖内孔的直线段与上水口相互连通且等径延伸，直线段与水口座砖内孔的直线段与上水口内均填充第一引流砂。

作为优选，所述第一引流砂为铬质引流砂、石英质引流砂、镁质引流砂中的至少一种。

所述铬质引流砂、石英质引流砂、镁质引流砂采用现有技术中的引流砂品种，只需要满足烧结温度的需求即可。

作为优选，所述第二引流砂包括铬铁矿和如下组分中的至少一种：

a)钛铝酸钙球；

b)铸宝砂。

所述第二引流砂以铬铁矿为主要原料，铬铁矿的化学成分包括：

cr2o3、al2o3、mgo和fe2o3，当铬铁矿加入量很大，成片堆积在一起时，在1450℃便能发生较显著的烧结并产生强度，烧结产物中镁铬尖晶石、镁铝尖晶石、铁铝尖晶石、铬刚玉固溶体都是高熔点物相，在使用温度下不会出现液相，烧结层厚度和强度适当。

所述第二引流砂以钛铝酸钙球和铸宝砂为辅助原料，钛铝酸钙球和铸宝砂均为球状，在第二引流砂中可以同时添加，或单独添加。

钛铝酸钙球和铸宝砂能够明显改善第二引流砂的流动性能，使第二引流砂能够填满水口座砖内孔且在水口座砖表面自然堆积为球冠状，与此同时，钛铝酸钙球和铸宝砂的加入可以调控第二引流砂的烧结温度在1450～1500℃范围内波动，以适应不同的钢包工况条件。

作为优选，第二引流砂中铬铁矿的质量分数不小于85％。第二引流砂中铬铁矿的粒度为14～100目，铬铁矿中cr2o3质量分数≥47.0％。

铬铁矿的粒度为14～100目是指铬铁矿的粒径为150μm(对应100目筛网)～1180μm(对应14目筛网)。

作为优选，第二引流砂中钛铝酸钙球的质量分数为5～15％，钛铝酸钙球的粒度为14～40目；第二引流砂中铸宝砂的质量分数为5～15％，铸宝砂的粒度为14～40目。

钛铝酸钙球中al2o3质量分数≥65.0％、cao+tio2质量分数＝20.0～30.0％；铸宝砂中al2o3质量分数≥70.0％、sio2质量分数≤20.0％。

钛铝酸钙球的粒度为14～40目是指钛铝酸钙球的粒径为380μm(对应40目筛网)～1180μm(对应14目筛网)。

铸宝砂的粒度为14～40目是指铸宝砂的粒径为380μm(对应40目筛网)～1180μm(对应14目筛网)。

本发明还提供了一种实现所述的引流砂填充结构的引流砂加砂工艺，包括如下步骤：

依次向精炼钢包底部连通的上水口和水口座砖内孔中填充第一引流砂和第二引流砂，其中第一引流砂的烧结温度>1500℃，第二引流砂的烧结温度为1450～1500℃。

在热修结束后，翻转精炼钢包，在水口座砖正上方放置一根加砂管，通过加砂管向上水口和水口座砖内孔中依次填充第一引流砂和第二引流砂。

本发明提供的用于精炼钢包的引流砂填充结构及加砂工艺，可适应多种精炼工况条件，尤其适用于精炼时间长、钢水传搁时间久、以及包底温度低的工况，开浇率高且开浇率稳定，有效保证精炼钢水的质量及连铸工艺的安全顺行。

附图说明

图1为本发明用于精炼钢包的引流砂填充结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明用于精炼钢包的引流砂填充结构及加砂工艺做详细描述。

实施例1

如图1所示，一种用于精炼钢包的引流砂填充结构，精炼钢包包括位于精炼钢包底部且通过滑板机构相互对接的上水口6和下水口7，上水口6的外周设有水口座砖3，水口座砖3设有与上水口6相连通的内孔。

滑板机构包括相互滑动配合的上滑板4和下滑板5，上滑板4和上水口6相对固定，下滑板5和下水口7相对固定，通过推动下滑板5可以实现上水口6和下水口7的相互连通和隔断。

水口座砖3内孔包括：与上水口6相对接的直线段以及与直线段相衔接且沿背离上水口6方向逐渐扩口的锥形段。

上水口6中填充有第一引流砂2，水口座砖3内孔的直线段内填充有第一引流砂2，锥形段内填充有第二引流砂1，第二引流砂1暴露在水口座砖3内孔外的部分自然堆积为球冠状。

实施例2～9中均采用与实施例1相同的引流砂填充结构，区别在于钢包精炼条件以及第一引流砂和第二引流砂的组分不同。

实施例2

150吨电炉钢包，电炉出钢温度1650～1700℃，钢水精炼工艺为lf(精炼)+vod(真空脱氧)，精炼时间在3～5h。钢水浇注结束后，对水口座砖及上水口内部残留钢渣进行清洁，关闭滑板(即上水口和下水口处于如图1所示的隔断状态)，将钢包转正，通过引流砂加砂导管先添加15公斤烧结温度较高(>1550℃)的普通镁质引流砂(即第一引流砂)，再加入35公斤烧结温度较低(≈1500℃)的高铬引流砂(即第二引流砂)，确保水口座砖上端自然堆积成球冠状。钢水精炼时间4h，总传搁时间5h，当钢包连铸开浇时，打开滑板(即上水口和下水口连通)，由于下层普通镁质引流砂烧结程度低，在失去滑板支撑力的情况下，由于自身重力自上水口自行流出；上层高铬引流砂形成的合适厚度的烧结层在失去下层砂与滑板支撑力的情况下，由于钢水静压力作用而将烧结层压破，使得引流砂自动从上水口和水口座砖内流出，从而实现钢包引流砂自动开浇的目的。

本实施例的第二引流砂中，铬铁矿的质量分数为85％，铬铁矿的粒度为14～100目(即能通过14目筛网，不能通过100目筛网)，铬铁矿中cr2o3质量分数≥47.0％；钛铝酸钙球的质量分数为5％，钛铝酸钙球的粒度为14～40目(即能通过14目筛网，不能通过40目筛网)；第二引流砂中铸宝砂的质量分数为10％，铸宝砂的粒度为14～40目。

实施例3

300吨转炉钢包，转炉出钢温度1600～1650℃，因工况条件，钢水在钢包中的传搁时间经常达5～10h。钢水浇注结束后，工作人员对水口座砖及上水口内部残留钢渣进行清洁，关闭滑板，将钢包转正，通过引流砂加砂导管先添加30公斤烧结温度较高(>1550℃)的普通铬质引流砂(即第一引流砂)，再加入50公斤烧结温度较低(≈1500℃)的高铬引流砂(即第二引流砂)，确保水口座砖上端自然堆积成球冠状。钢水精炼时间1.5h，总传搁时间10h，当钢包连铸开浇时，打开滑板，由于下层普通铬质引流砂烧结程度低，在失去滑板支撑力的情况下，由于自身重力自上水口自行流出；而上层高铬引流砂形成的合适厚度的烧结层在失去下层砂与滑板支撑力的情况下，由于钢水静压力作用而将烧结层压破，使得引流砂自动从上水口和水口座砖内流出，从而可实现钢包自动开浇。

本实施例的第二引流砂中，铬铁矿的质量分数为88％，铬铁矿的粒度为14～100目，铬铁矿中cr2o3质量分数≥47.0％；钛铝酸钙球的质量分数为5％，钛铝酸钙球的粒度为14～40目；第二引流砂中铸宝砂的质量分数为7％，铸宝砂的粒度为14～40目。

实施例4

300吨转炉钢包，转炉出钢温度1600～1650℃，因烘烤条件限制，新砌包、大修包、中修包上线前，包底温度约600℃。钢水浇注结束后，工作人员对水口座砖及上水口内部残留钢渣进行清洁，关闭滑板，将钢包转正，通过引流砂加砂导管先添加25公斤烧结温度较高(>1550℃)的普通石英质引流砂(即第一引流砂)，再加入50公斤烧结温度较低(≈1450℃)的高铬引流砂(即第二引流砂)，确保水口座砖上端自然堆积成球冠状。钢水精炼时间1h，总传搁时间3h，当钢包连铸开浇时，打开滑板，由于下层普通石英质引流砂烧结程度低，在失去滑板支撑力的情况下，由于自身重力自上水口自行流出；而上层高铬引流砂形成的合适厚度的烧结层在失去下层砂与滑板支撑力的情况下，由于钢水静压力作用而将烧结层压破，使得引流砂自动从上水口和水口座砖内流出，从而可实现钢包自动开浇。

本实施例的第二引流砂中，铬铁矿的质量分数为90％，铬铁矿的粒度为14～100目，铬铁矿中cr2o3质量分数≥47.0％；钛铝酸钙球的质量分数为6％，钛铝酸钙球的粒度为14～40目；第二引流砂中铸宝砂的质量分数为4％，铸宝砂的粒度为14～40目。

实施例5

300吨转炉钢包，转炉出钢温度1600～1650℃，钢水浇注采用机器人自动开浇。钢水浇注结束后，工作人员对水口座砖及上水口内部残留钢渣进行清洁，关闭滑板，将钢包转正，通过引流砂加砂导管先添加30公斤烧结温度较高(>1550℃)的普通铬质引流砂(即第一引流砂)，再加入50公斤烧结温度较低(≈1500℃)的高铬引流砂(即第二引流砂)，确保水口座砖上端自然堆积成球冠状。钢水精炼时间2h，总传搁时间4h，当钢包连铸开浇时，打开滑板，由于下层普通铬质引流砂烧结程度低，在失去滑板支撑力的情况下，由于自身重力自上水口自行流出；而上层高铬引流砂形成的合适厚度的烧结层在失去下层砂与滑板支撑力的情况下，由于钢水静压力作用而将烧结层压破，使得引流砂自动从上水口和水口座砖内流出，从而可实现钢包自动开浇。

本实施例的第二引流砂中，铬铁矿的质量分数为88％，铬铁矿的粒度为14～100目，铬铁矿中cr2o3质量分数≥47.0％；钛铝酸钙球的质量分数为6％，钛铝酸钙球的粒度为14～40目；第二引流砂中铸宝砂的质量分数为6％，铸宝砂的粒度为14～40目。

实施例6

100吨电炉钢包，电炉出钢温度1650～1700℃，钢水精炼工艺为lf+vod，精炼时间在3～5h。钢水浇注结束后，工作人员对水口座砖及上水口内部残留钢渣进行清洁，关闭滑板，将钢包转正，通过引流砂加砂导管先添加10公斤烧结温度较高(>1550℃)的普通石英质引流砂(即第一引流砂)，再加入25公斤烧结温度较低(≈1500℃)的高铬引流砂(即第二引流砂)，确保水口座砖上端自然堆积成球冠状。钢水精炼时间4.5h，总传搁时间6h，当钢包连铸开浇时，打开滑板，由于下层普通石英质引流砂烧结程度低，在失去滑板支撑力的情况下，由于自身重力而自上水口自行流出；而上层高铬引流砂形成的合适厚度的烧结层在失去下层砂及滑板支撑力的情况下，由于钢水静压力作用而将烧结层压破，使得引流砂自动从上水口和水口座砖内流出，从而实现钢包引流砂自动开浇的目的。

本实施例的第二引流砂中，铬铁矿的质量分数为90％，铬铁矿的粒度为14～100目，铬铁矿中cr2o3质量分数≥47.0％；铸宝砂的质量分数为10％，铸宝砂的粒度为14～40目。

实施例7

250吨的转炉钢包，转炉出钢温度1600～1650℃，因工况条件，钢水在钢包中的传搁时间经常达3～8h。钢水浇注结束后，工作人员对水口座砖及上水口内部残留钢渣进行清洁，关闭滑板，将钢包转正，通过引流砂加砂导管先添加28公斤烧结温度较高(>1550℃)的普通镁质引流砂(即第一引流砂)，再加入45公斤烧结温度较低(≈1500℃)的高铬引流砂(即第二引流砂)，确保水口座砖上端自然堆积成球冠状。钢水精炼时间1h，总传搁时间8h，钢包连铸开浇时，打开滑板，由于下层普通镁质引流砂烧结程度低，在失去滑板支撑力的情况下，由于自身重力自上水口自行流出；而上层的高铬引流砂形成的合适厚度的烧结层在失去下层砂及滑板支撑力的情况下，由于钢水静压力作用而将烧结层压破，使得引流砂自动从上水口和水口座砖内流出，从而可实现自动开浇。

本实施例的第二引流砂中，铬铁矿的质量分数为88％，铬铁矿的粒度为14～100目，铬铁矿中cr2o3质量分数≥47.0％；钛铝酸钙球的质量分数为12％，钛铝酸钙球的粒度为14～40目。

实施例8

250吨转炉钢包，转炉出钢温度1600～1650℃，因工况条件，因烘烤条件限制，新砌包、大修包、中修包上线前，包底温度约650℃。钢水浇注结束后，工作人员对水口座砖及上水口内部残留钢渣进行清洁，关闭滑板，将钢包转正，通过引流砂加砂导管先添加30公斤烧结温度较高(>1550℃)的普通铬质引流砂(即第一引流砂)，再加入50公斤烧结温度较低(≈1450℃)的高铬引流砂(即第二引流砂)，确保水口座砖上端自然堆积成球冠状。钢水精炼时间1h，总传搁时间3h，当钢包连铸开浇时，打开滑板，由于下层普通铬质引流砂烧结程度低，在失去滑板支撑力的情况下，由于自身重力自上水口自行流出；而上层高铬引流砂形成的合适厚度的烧结层在失去下层砂与滑板支撑力的情况下，由于钢水静压力作用而将烧结层压破，使得引流砂自动从上水口和水口座砖内流出，从而可实现钢包自动开浇。

本实施例的第二引流砂中，铬铁矿的质量分数为92％，铬铁矿的粒度为14～100目，铬铁矿中cr2o3质量分数≥47.0％；钛铝酸钙球的质量分数为4％，钛铝酸钙球的粒度为14～40目；第二引流砂中铸宝砂的质量分数为4％，铸宝砂的粒度为14～40目。

实施例9

250吨转炉钢包，转炉出钢温度1600～1650℃，钢水浇注采用机器人自动开浇。钢水浇注结束后，工作人员对水口座砖及上水口内部残留钢渣进行清洁，关闭滑板，将钢包转正，通过引流砂加砂导管先添加28公斤烧结温度较高(>1550℃)的普通石英质引流砂(即第一引流砂)，再加入60公斤烧结温度较低(≈1500℃)的高铬引流砂(即第二引流砂)，确保水口座砖上端自然堆积成球冠状。钢水精炼时间2h，总传搁时间4h，当钢包连铸开浇时，打开滑板，由于下层普通石英质引流砂烧结程度低，在失去滑板支撑力的情况下，由于自身重力自上水口自行流出；而上层高铬引流砂形成的合适厚度的烧结层在失去下层砂与滑板支撑力的情况下，由于钢水静压力作用而将烧结层压破，使得引流砂自动从上水口和水口座砖内流出，从而可实现钢包自动开浇。

本实施例的第二引流砂中，铬铁矿的质量分数为94％，铬铁矿的粒度为14～100目，铬铁矿中cr2o3质量分数≥47.0％；铸宝砂的质量分数为6％，铸宝砂的粒度为14～40目。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。