一种铝质环保型引流砂及其生产工艺和应用的制作方法

本发明涉及钢铁冶炼技术领域，具体是一种铝质环保型引流砂及其生产工艺和应用。

背景技术：

引流砂用于钢包底部出钢孔处堵塞与引流，钢包开浇时，打开水口，从而打开了浇注的出钢孔，而由于钢液的静压力的作用，破坏凝结的烧结层，孔中的引流砂能自动落入中间包，从而实现顺利开浇。

随着各行业对优质结构钢的使用，人们对钢种品质的要求更高，在钢包精炼过程中钢水精炼时间变得更长、精炼温度变得更高，引流砂处在这种苛刻的工作环境中，对钢包引流砂质量提出更高要求。同时国家对环境质量更加重视，对钢厂污染问题的监管更加严格，因此，环保型钢包引流砂将逐步成为一种趋势。

目前国内大多数钢厂钢包采用高铬质和硅质两种引流砂。其中，铬质引流砂熔点为1730～1750℃，具有高温烧结性能好、自开浇率高等优点，但价格昂贵，且会将钢液中的[al]还原为al2o3夹杂，对钢液的污染严重；硅质引流砂熔点为1680～1700℃，不会污染钢液，但盛钢时间长，自动开浇率低，严重影响了连铸工艺的生产效率和高品质钢种的发展，同时硅质砂会降低中包内顶渣的碱度，加剧了对中包的浸蚀，降低了中包使用次数。

经检索，中国专利，申请公布号：cn102000790a，申请公布日：2011年04月06号，公开了一种低铬环保引流砂的制造方法，该方法将铸宝砂引入到了引流砂的制造，在生产中它可以部分代替或全部代替铬矿砂，所述的铸宝砂采用预熔喷雾成形，形状为圆球形，其主要成分为：al2o3≥76％，fe2o3≤5％，sio2≤11％，tio2≤3.5，cao≤0.3，k2o+na2o≤1.4。该发明的优点在于本发明中加入铸宝砂后的引流砂，由于其铝含量较高，其熔点≥1790℃，故不过度烧结；配方采用优化颗粒级配，因此抗钢水渗透性好；再者加入其铸宝砂为圆球形状，自身流动性好，利于自开，产品自开率高，低铬环保，而且解决了原料依赖进口、成本高等问题；但该低铬环保引流砂烧结温度过高，向钢包注入钢水时，引流砂不能够在较低温度下及时烧结形成烧结层，进而容易导致大量引流砂在注入钢水时上浮，因此，实际应用时自开浇率较差。

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

本发明为了同时克服现有的铬质引流砂污染钢水，硅质引流砂自动开浇率低的不足，提供了一种铝质环保型引流砂及其生产工艺和应用。本发明的铝质环保型引流砂，具有耐高温，表面球形光洁度高，流动性好，透气性高，结构致密填充性好，无粉尘，无矽尘危害，自动开浇率高，对钢水造成的氧污染小等优点。

技术方案

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种铝质环保型引流砂，其化学成分以重量百分数计包括：al2o3≥65％，sio2≤25％，fe2o3≤4.5％，cao+mgo≤3％，h2o≤0.5％，其余为不可避免的杂质。引流砂中主要成分为al2o3，不会还原钢水中的[al]，不会造成钢水铝损；且fe2o3和h2o含量少，降低对钢水的氧污染；同时，合理控制了sio2含量，能够降低该铝质环保型引流砂的熔点，进一步研究发现，当15％≤sio2≤25％时，该铝质环保型引流砂的熔点为1750～1770℃，与钢水接触时能很快形成烧结层，且烧结层厚度适中，能够减少因引流砂上浮导致钢液进入到上水口内而不能自动开浇的情况产生；另外，由于硅质砂成分会降低中间包顶渣的碱度，加剧了对中间包的侵蚀，减少了中间包的使用次数，利用cao+mgo成分调节引流砂碱性，能够有效解决中间包的腐蚀问题，延长中间包的使用寿命。

进一步地，所述铝质环保型引流砂的粒度分布为：0.15～1.5mm≥95％，0.1～0.15mm≤5％。通过控制合适的粒度分布，能够避免因粒度过细导致烧结层太厚，而影响自动开浇。

一种上述所述铝质环保型引流砂的生产工艺，所述铝质环保型引流砂采用al2o3质基料、sio2质基料和cao+mgo质基料按照(10～20)∶(2.5～4)∶1的配比混合制备而成。所述al2o3质基料为白刚玉、硬水铝石和铝矾土经化学提纯制得产物中的一种或几种混合，al2o3含量为95wt％以上，含有少量fe2o3，其余杂质小于0.5wt％；所述sio2质基料为石英砂，sio2含量为90wt％以上；所述cao+mgo质基料为长石分解产物，其中cao含量约为10wt％，mgo含量约为40wt％，其余主要为sio2，以及少量不可避免杂质。

进一步地，方法步骤包括：

s01、选料：按照配比要求分别称取所述的三种基料；

s02、破碎：将三种基料分别放入破碎机中破碎至粒度为0.15～2mm；目的是为了通过控制三种基料的破碎粒度，使得筛选工序前的半成品粒度分布为0.1～1.5mm≥90％，进而提高生产效率；

s03、配料、混料：将破碎后的三种基料依次加入搅拌机中搅拌2～3分钟，使三种基料充分混合，然后加入粘结剂后再搅拌10～15分钟，促使粒径偏小的粉粒粘结或粘附在粒径较大的砂粒上，形成成分均匀的混合砂粒，提高砂粒表面球形光洁度；

s04、恒温旋转干燥：将混合料放入旋转干燥机中进行恒温烘烤，对混合料进行脱水，降低引流砂中水分含量，减少氧污染；烘烤温度200℃～230℃，烘烤时间为20～25分钟，将水分含量降至目标值；然后冷却至常温；

s05、筛选：然后过筛筛选出粒径符合要求的引流砂。

进一步地，所述配料、混料步骤中，搅拌机的转速控制在30～50r/min，避免三种基料在混合时二次破碎。

进一步地，所述筛选步骤中，先过粗筛，筛选出粒径在1.5mm以下的引流砂，然后过细筛，筛选出粒径在0.15～1.5mm的引流砂；在保证相对填充致密性的同时提高堆积透气性；另外，使用时无粉尘产生，无矽尘危害。

进一步地，所述铝质环保型引流砂采用内衬塑料薄膜的编织袋打包，避免长时间放置后受潮，定量为7.5±0.5公斤/袋，方便300t钢包整袋填充引流砂。

一种上述所述铝质环保型引流砂的应用，将所述铝质环保型引流砂与铬质引流砂分层灌装于钢包底部出钢孔内，且上层为铬质引流砂层，下层为铝质环保型引流砂层。铬质引流砂大部分成分为铬砂，熔点为1730～1750℃，因此能在更低的温度下烧结，在向钢包中加入钢水时更容易及时形成烧结层，烧结层均匀且厚度适中，将铬质引流砂铺在上层，能够有效杜绝钢包水口内引流砂上浮导致钢水进入水口引起不能自动开浇的现象的发生，同时，下层采用所述的铝质环保型引流砂，能够减少引流砂对钢水的污染和对中间包的腐蚀。

进一步地，所述铝质环保型引流砂与铬质引流砂按1∶3～1∶1的配比进行灌装，钢包自开浇率高达99以上％，且不存在过度烧结。

进一步地，生产硅钢和双联钢时，所述铝质环保型引流砂与铬质引流砂按1∶3的配比进行灌装，生产其它钢种时按1∶1的配比进行灌装。这是由于双联、硅钢盛钢时间较长，钢水与引流砂作用时间长，导致烧结层变厚，钢水静压力不能将厚烧结层冲破，影响钢包自开浇率，而铬质引流砂的抗烧结性能要优于铝质引流砂，将两种引流砂按照1∶3的配比灌装能够避免过度烧结，同时保证钢包自开浇率在99％以上；同理，其它钢种盛钢时间短，因此两种引流砂按照1∶1的配比灌装，能够取得最佳的效果。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明提供的一种铝质环保型引流砂，主要成分为al2o3，不会还原钢水中的[al]，不会造成钢水铝损；耐高温，砂粒表面球形光洁度高；

(2)本发明提供的一种铝质环保型引流砂，通过严格控制fe2o3和h2o的含量，能够有效降低对钢水的氧污染；

(3)本发明提供的一种铝质环保型引流砂，控制15％≤sio2≤25％时，自动开浇率高达97％以上；

(4)本发明提供的一种铝质环保型引流砂，粒度分布为：0.15～1.5mm≥95％，0.1～0.15mm≤5％，具有透气性高，结构致密填充性好，不易导致过度烧结，且无粉尘，无矽尘危害；

(5)本发明提供的一种铝质环保型引流砂的生产工艺，步骤为：选料→破碎→配料、混料→恒温旋转干燥→筛选→成品检验→包装→入库，制备工艺简单，成本低；

(6)本发明提供的一种铝质环保型引流砂的生产工艺，基料初始破碎粒度控制为0.15～2mm，使得筛选工序前的半成品粒度分布为0.1～1.5mm≥90％，进而提高了生产效率；

(7)本发明提供的一种铝质环保型引流砂的生产工艺，混料工序中，先搅拌2～3分钟，使三种基料充分混合，然后加入粘结剂后再搅拌10～15分钟，促使粒径偏小的粉粒粘结或粘附在粒径较大的砂粒上，形成成分均匀的混合砂粒，提高砂粒表面球形光洁度；

(8)本发明提供的一种铝质环保型引流砂的生产工艺，采用200℃～230℃高温对混合料烘烤20～25分钟，能够将成品含水量控制在5％以内；

(9)本发明提供的一种铝质环保型引流砂的生产工艺，先后使用粗筛和细筛筛选粒度符合要求的引流砂，在保证填充致密性的同时提高堆积透气性，粉尘避免产生粉尘和矽尘危害；

(10)本发明提供的一种铝质环保型引流砂的生产工艺，采用内衬塑料薄膜的编织袋打包，避免长时间放置后受潮，定量为7.5±0.5公斤/袋，方便300t钢包整袋填充引流砂；

(11)本发明提供的一种铝质环保型引流砂的应用，将所述铝质环保型引流砂与铬质引流砂分层灌装于钢包底部出钢孔内，且上层为铬质引流砂层，下层为铝质环保型引流砂层，自动开浇率高；相比仅使用铬质引流砂的灌装方式对钢水的总氧污染小，平均铝损低；

(12)本发明提供的一种铝质环保型引流砂的应用，生产硅钢和双联钢时，将所述铝质环保型引流砂与铬质引流砂按1∶3的配比进行灌装，自开浇率高达99.1％，相比仅使用铬质引流砂的灌装方式对钢水的总氧污染降低58.56％，平均铝损小于52.0ppm，生产其它钢种时按1∶1的配比进行灌装，自开浇率高达99.3％；相比仅使用铬质引流砂的灌装方式对钢水的总氧污染降低66.24％，平均铝损小于50.0ppm。

附图说明

图1、本发明的引流砂的制备工艺流程图；

图2、钢包底部出钢孔内引流砂分层灌装示意图；

图3、按照1袋铝质环保型引流砂+3袋铬质引流砂灌装时钢包水口内部状态图；

图4、按照2袋铝质环保型引流砂+2袋铬质引流砂灌装时钢包水口内部状态图；

图5、不同状态模式下钢水铝损的箱线图；

附图中：1、铬质引流砂层；2、铝质环保型引流砂层。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。

实施例1

一种铝质环保型引流砂，其化学成分以重量百分数计包括al2o3：79％，sio2：12％，fe2o3≤4.5％，cao+mgo：2％，h2o＜0.5％，其余为不可避免的杂质。

所述铝质环保型引流砂采用al2o3质基料、sio2质基料和cao+mgo质基料按照约为20∶2.5∶1的配比混合制备而成。所述al2o3质基料为白刚玉、硬水铝石和铝矾土经化学提纯制得产物中的一种或几种混合，al2o3含量为95wt％以上，含有少量fe2o3，其余杂质小于0.5wt％；所述sio2质基料为石英砂，sio2含量为90wt％以上；所述cao+mgo质基料为长石分解产物，其中cao含量约为10wt％，mgo含量约为40wt％，其余主要为sio2，以及少量不可避免杂质。如图1所示，制备方法步骤包括：

s01、选料：按照配比要求分别称取所述的三种基料，三种基料依次对应图1中a基料、b基料和c基料；

s02、破碎：将三种基料分别放入破碎机中破碎至粒度为0.15～2mm；

s03、配料、混料：将破碎后的三种基料依次加入搅拌机中搅拌2～3分钟，然后加入羧甲基纤维素钠溶液粘结剂后再搅拌10～15分钟；搅拌机的转速控制在30～50r/min；

s04、恒温旋转干燥：将混合料放入旋转干燥机中进行恒温烘烤，烘烤温度200℃～230℃，烘烤时间为20～25分钟，然后冷却至常温；

s05、筛选：然后过筛筛选出粒径符合要求的引流砂；筛选时，先过粗筛，筛选出粒径在1.5mm以下的引流砂，然后过细筛，筛选出粒径在0.15～1.5mm的引流砂；

s06、成品检验：对引流砂成品的成分、粒度分布等参数进行抽检；

s07、包装：采用内衬塑料薄膜的编织袋打包，定量为7.5±0.5公斤/袋；

s08、入库。

所述铝质环保型引流砂成品的粒度分布为：0.15～1.5mm≥95％，0.1～0.15mm≤5％。

本实施例中的铝质环保型引流砂，具有耐高温，表面球形光洁度高，流动性好，透气性高，结构致密填充性好，无粉尘，无矽尘危害；使用同批次生产的320袋所述铝质环保型引流砂灌装80炉，炉数为78炉，有2炉不自引，自动开浇率高达97.5％。

实施例2

本实施例的一种铝质环保型引流砂，与实施例1的不同和改进之处在于，该铝质环保型引流砂的化学成分以重量百分数计包括al2o3：76％，sio2：15％，fe2o3≤3.5％，cao+mgo：2.5％，h2o＜0.5％，其余为不可避免的杂质。

本实施例中的铝质环保型引流砂采用al2o3质基料、sio2质基料和cao+mgo质基料按照约为15∶2.5∶1的配比混合制备而成。

本实施例中的铝质环保型引流砂，使用同批次生产的260袋所述铝质环保型引流砂灌装65炉，炉数为64炉，有1炉不自引，自动开浇率高达98％以上。

实施例3

本实施例的一种铝质环保型引流砂，与实施例1和2的不同和改进之处在于，该铝质环保型引流砂的化学成分以重量百分数计包括al2o3：70％，sio2：20％，fe2o3≤3.5％，cao+mgo：3％，h2o＜0.5％，其余为不可避免的杂质。

本实施例中的铝质环保型引流砂采用al2o3质基料、sio2质基料和cao+mgo质基料按照约为12∶3∶1的配比混合制备而成。

本实施例中的铝质环保型引流砂，使用同批次生产的400袋所述铝质环保型引流砂灌装100炉，炉数为99炉，有1炉不自引，自动开浇率高达99％。

实施例4

本实施例的一种铝质环保型引流砂，与实施例1至3的不同和改进之处在于，该铝质环保型引流砂的化学成分以重量百分数计包括al2o3：65％，sio2：25％，fe2o3≤3％，cao+mgo：3％，h2o＜0.5％，其余为不可避免的杂质。

本实施例中的铝质环保型引流砂采用al2o3质基料、sio2质基料和cao+mgo质基料按照约为10∶4∶1的配比混合制备而成。

本实施例中的铝质环保型引流砂，使用同批次生产的300袋所述铝质环保型引流砂灌装75炉，炉数为73炉，有2炉不自引，自动开浇率高达97％以上。

实施例5

一种实施例1至4中所述铝质环保型引流砂的应用，本实施例中生产的钢种为硅钢或双联钢，钢包规格为300t，如图2所示，将所述铝质环保型引流砂与铬质引流砂按1∶3的配比分层灌装于钢包底部出钢孔内，且上层为铬质引流砂层1，下层为铝质环保型引流砂层2。所用的铬质引流砂的物理指标为：

所述铝质环保型引流砂和铬质引流砂定量均为7.5±0.5公斤/袋，按照1袋铝质环保型引流砂+3袋铬质引流砂灌装122炉，自引炉数为121炉，仅有1炉不自引，自开浇率高达99.1％，钢包水口内部状态如图3所示；相比仅使用铬质引流砂的灌装方式对钢水的总氧污染降低58.56％，平均铝损小于52.0ppm(如图5所示)。

实施例6

本实施例中的一种实施例1至4中所述铝质环保型引流砂的应用，与实施例5的不同和改进之处在于，生产的钢种为硅钢和双联钢以外的其它钢种，同样使用300t钢包，将所述铝质环保型引流砂与铬质引流砂按1∶1的配比进行灌装，灌装方式如图2所示。

本实施例中所用的铬质引流砂的物理指标同实施例5中，铝质环保型引流砂和铬质引流砂定量均为7.5±0.5公斤/袋，按照2袋铝质环保型引流砂+2袋铬质引流砂灌装150炉，自引炉数为149炉，仅有1炉不自引，自开浇率高达99.3％，钢包水口内部状态如图4所示；相比仅使用铬质引流砂的灌装方式对钢水的总氧污染降低66.24％，平均铝损小于50.0ppm(如图5所示)。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的方案，均应属于本发明的保护范围。