鋼包引流砂作為鋼包底部水口填充材料,其主要作用是引導(dǎo)鋼水自開。其作用機(jī)理為,填充于鋼包水口中的引流砂上表面在鋼水的熱作用下產(chǎn)生了較薄的燒結(jié)層,形成“殼體”,一旦滑板打開,水口內(nèi)絕大多數(shù)未燒結(jié)的砂體自由下落,同時(shí)由鋼水的靜壓力壓破“殼體”,鋼水自動(dòng)流出。
目前國(guó)內(nèi)外使用的引流砂主要有四類:硅質(zhì)、鉻質(zhì)、鎂質(zhì)和鋯質(zhì)。硅質(zhì)引流砂以石英砂(多用天然石英砂)為基料,屬酸性引流砂,SiO2含量在93%以上,基料中加入一定量低熔點(diǎn)堿性物長(zhǎng)石(Na2O+K2O)和石墨等成分。鉻質(zhì)引流砂以鉻礦砂為主,主要應(yīng)用于電爐煉鋼和爐外精煉中。此類引流砂具有很高的耐火度和很強(qiáng)的抗?jié)B透性,在較長(zhǎng)的鋼液靜置時(shí)間下,仍能保持較高自開澆率。但是鉻礦砂原料主要依賴國(guó)外進(jìn)口,成本較高且容易受到資源限制。此外,高溫環(huán)境下鉻鐵礦中的Cr2O3在堿性氣氛下會(huì)與堿金屬氧化物相形成水溶性有毒的Cr6+化合物R2CrO4,造成Cr6+污染。鎂質(zhì)引流砂以鎂橄欖石和鎂砂為主要原料,加入石英砂和鉻礦砂控制燒結(jié)。但目前使用的大多鎂質(zhì)引流砂仍存在難于燒結(jié)、堿度低,對(duì)中間包去除夾雜物的堿性環(huán)境貢獻(xiàn)小的缺點(diǎn)。鋯質(zhì)引流砂其主要原料鋯英砂受限價(jià)格過(guò)高,多用于中間包的引流。
當(dāng)前形勢(shì)下,鋼鐵等耐材下游企業(yè)采購(gòu)成本壓縮嚴(yán)重,上游原材料供貨廠家價(jià)格大幅度上漲,處于中游的耐材生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品利潤(rùn)空間受到極大擠壓,鑒于此,研究人員依據(jù)某鋼廠的特殊煉鋼條件將寶珠砂引入引流砂,開發(fā)了一種無(wú)鉻環(huán)保引流砂,在滿足了該鋼廠煉鋼要求的同時(shí),降低了原料成本,減輕了環(huán)境壓力。同時(shí)由于寶珠砂具有接近真球的球形顆粒、較低的熱膨脹率和較高的耐火度等特點(diǎn),實(shí)際使用中流動(dòng)性能好、燒結(jié)性能適中,自開效果良好。
科學(xué)制訂方案確保實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確有效
引流砂流動(dòng)性的測(cè)定。引流砂流動(dòng)性的測(cè)定主要通過(guò)兩種方法:一是測(cè)定引流砂的流動(dòng)速度,即用一定量的引流砂流過(guò)水口的時(shí)間來(lái)衡量。引流砂流過(guò)水口的時(shí)間越短,說(shuō)明它的流動(dòng)性越好。盡管實(shí)驗(yàn)是在冷態(tài)條件下進(jìn)行的,與熱態(tài)條件有一定的差別,但所測(cè)結(jié)果對(duì)不同引流砂流動(dòng)性的比較還是有用的;然而由于實(shí)驗(yàn)條件下引流砂流過(guò)水口的時(shí)間均很短,給計(jì)時(shí)帶來(lái)麻煩,人為誤差較大,所以不是定量評(píng)價(jià)引流砂流動(dòng)性的好方法。二是定性評(píng)價(jià)引流砂流動(dòng)性的方法:測(cè)定引流砂的安息角(又稱休止角),安息角是靜止試樣表面與水平面相交形成的夾角,其大小直接反映樣品的流動(dòng)性能,安息角越小,試樣的摩擦系數(shù)也越小,流動(dòng)性也越好。
安息角的測(cè)定裝置由支架、漏斗、圓平板和刻度尺組成。研究人員將一定量的引流砂樣品倒入漏斗內(nèi),使引流砂樣品通過(guò)漏斗落在直徑為200mm的圓平板上。為保持實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)一和對(duì)比,每次實(shí)驗(yàn)的引流砂樣品數(shù)量要保持一致。
引流砂堆積密度的測(cè)定。研究人員將引流砂裝滿500ml的容量瓶,在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)1分鐘,邊振動(dòng)邊添加砂至滿。將稱量的總重減去空瓶重,再除以容量瓶的總?cè)萘浚?30ml),所得即為砂子的堆積密度。
引流砂燒結(jié)性能的測(cè)定方法。引流砂的燒結(jié)性能測(cè)定一直停留于定性的表述上。但隨著對(duì)引流砂研究的深入進(jìn)行如用手摳動(dòng)焙燒后的引流砂,依據(jù)可摳動(dòng)的程度,從未燒結(jié)到嚴(yán)重?zé)Y(jié)分成若干級(jí)別,來(lái)表征引流砂的燒結(jié)程度。這種定性的方法所描述的引流砂燒結(jié)性受外界因素影響太大,而且未能與鋼包鋼水靜壓力聯(lián)系起來(lái),無(wú)法根據(jù)級(jí)別掌握引流砂表層的燒結(jié)層是否能被鋼水壓碎而實(shí)現(xiàn)自開。這是第一種引流砂燒結(jié)性能的測(cè)定方法。還有研究人員采用熱震性來(lái)表征引流砂的燒結(jié)性,根據(jù)焙燒的引流砂試樣的開裂程度來(lái)判斷是否能夠自開。該方法雖然較前一種方法準(zhǔn)確些,但是仍然是一種定性的方法,無(wú)法確定什么樣的開裂程度(如裂紋長(zhǎng)度、寬度、深度)能夠保證自開?;诖?,一種量化引流砂燒結(jié)性的試驗(yàn)方法順勢(shì)而生,其原理是:引流砂的燒結(jié)性通過(guò)試樣焙燒后的強(qiáng)度來(lái)體現(xiàn),以引流砂焙燒試樣的抗折強(qiáng)度值大小表征引流砂在高溫下的燒結(jié)性的強(qiáng)弱。實(shí)現(xiàn)了量化引流砂的燒結(jié)性,以便準(zhǔn)確判斷引流砂能否在鋼水靜壓力下被壓碎、能否實(shí)現(xiàn)自開。
引流砂熱膨脹率的測(cè)量方法。引流砂熱膨脹率的測(cè)定方法采用分度值為0.02mm游標(biāo)卡尺測(cè)量引流砂樣塊在各個(gè)溫度熱處理前后的試樣長(zhǎng)度,利用相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算而得到。
對(duì)比分析助引流砂成功應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)原料。為確保實(shí)驗(yàn)的科學(xué)有效,研究人員選用了以下實(shí)驗(yàn)原料:SiO2含量≥95%的南方某地海砂,粒度為1.5mm~0.8mm和1.0mm~0.5mm;寶珠砂(Al2O3含量≥70%,SiO2含量≤18%,成球率90%,耐火度≥1790℃),粒度1.0mm~0.5mm,復(fù)合碳質(zhì)潤(rùn)滑劑(C含量≥97%)、促燒結(jié)劑、有機(jī)類結(jié)合劑、臨時(shí)結(jié)合劑(HEC溶液)。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程。研究人員將按照配方比例稱量好的海砂倒入強(qiáng)制式攪拌機(jī)內(nèi),攪拌1分鐘~2分鐘,再加入有機(jī)類結(jié)合劑,待海砂顆粒完全潤(rùn)濕后,加入復(fù)合碳質(zhì)潤(rùn)滑劑、促燒結(jié)劑以及寶珠砂,混合10分鐘~15分鐘,出料。將此混合料在干燥器內(nèi)180℃干燥8小時(shí),自然冷卻至室溫,取一部分檢測(cè)堆積密度和安息角;剩下的混合料倒入攪拌機(jī)內(nèi)并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的HEC溶液2%進(jìn)行攪拌,攪拌好的料在壓力機(jī)上成型為25mm×25mm×145mm的長(zhǎng)條樣塊,成型壓力為50MPa。樣塊在室溫下養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后于110 ℃干燥器干燥24小時(shí)后,在高溫爐內(nèi)分別經(jīng)1500℃環(huán)境下1小時(shí)、1550℃環(huán)境下1小時(shí)、1600℃環(huán)境下1小時(shí)進(jìn)行熱處理,采用GB-T2997-2000測(cè)定熱處理后試樣的顯氣孔率和體積密度;采用GB-T3001-2007檢測(cè)熱處理后試樣的常溫抗折強(qiáng)度。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,隨著熱處理溫度的升高,引流砂樣塊的抗折強(qiáng)度有所增大,這說(shuō)明隨著鋼水溫度的升高,引流砂燒結(jié)層會(huì)變厚,但是由表2還可以看出,熱處理溫度高于1550 ℃時(shí),引流砂樣塊的熱膨脹率下降,體積密度增大,顯氣孔率減小,阻礙了鋼水滲透到引流砂內(nèi)部,不易形成高強(qiáng)度的鋼砂混凝體,有利于鋼水自開。
鋼廠應(yīng)用情況。研究人員將研制的上述引流砂在某鋼廠連續(xù)批量使用100噸,使用效果良好。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì),鋼包自開率達(dá)到96.9%。該鋼廠煉鋼條件為鋼包容量120噸,冶煉主要鋼種包括Q195、Q195L、Q235B、Q345B等,50%鋼種過(guò)LF精煉,精煉溫度1600℃左右,精煉時(shí)間為20分鐘~30分鐘,鋼包澆鋼溫度1580℃至1610℃,澆鋼時(shí)間在30~35分鐘,鋼包周轉(zhuǎn)周期為2小時(shí)~2.5小時(shí)左右。
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