CN104261844A - 一种钢包用镁质引流砂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种钢包用镁质引流砂及其制备方法，成分按重量百分比含MgO65~96%，SiO22~35%，余量为Al2O3及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.5%；圆度在0.96~0.99，体积密度在3.25~3.32g/cm3，颗粒直径在0.2~1.2mm；制备方法为：（1）将氧化镁与粘土混合，或者将氧化镁、镁橄榄石与粘土混合，制成混合物料；（2）将混合物料磨细至粒度在500目以下；（3）采用圆盘造粒机造粒；（4）用回转窑进行烧结，烧结温度为1350~1500℃，烧结时间为40~200min。本发明制备的引流砂不但具有良好的流动性，而且可以形成适宜厚度的致密烧结层，进而实现钢水自开浇。
Description
技术领域
本发明属于冶金材料技术领域，特别涉及一种钢包用镁质引流砂及其制备方法。
背景技术
引流砂是一种填充在钢包滑动水口内的填料；其作用有二，一是防止钢水进入水口冷凝堵住滑动水口；另外一个就是当钢包开浇拉动滑板时，引流砂要自动落下，钢水自动开浇。因此，根据引流砂的作用以及引流砂在与高温钢水接触时的作用过程和机理，对引流砂的基本要求如下：（1）与钢水接触的引流砂表面必须形成一层致密层，以防止钢水浸入引流砂内部形成凝钢，（2）引流砂必须具有良好的流动性，以减少钢水冲破烧结层的阻力，实现自动开浇。
目前，常用的引流砂主要有硅质和铬质两种，主要以硅砂和铬矿为原料，同时配加一定量的含碳材料制备而成。硅质和铬质引流砂之所以得到广泛应用，主要是基于以下两个方面的原因。一是由于其易烧结，比较容易形成致密烧结层；二是由于硅砂和铬矿的结晶分别属于四面体和立方体结构，因此，当其破碎或自然风化时所形成的颗粒接近于球形，颗粒间接触面积小，容易流动。
但是，随着冶金工业的发展和技术进步，目前的钢水几乎都要经过炉外精炼处理后再进行浇注，因此，钢水在钢包内的滞留时间很长，一般均在45分钟以上；对于一些特殊钢种，有的甚至要达到2~3小时。另外，由于炉外精炼工艺的需要，钢水在钢包内的温度亦较高。由于硅质和铬质引流砂比较容易烧结，因此，随着钢水在钢包内滞留时间的增加以及钢水温度的升高，在引流砂表面形成的致密烧结层增厚，依靠钢水自身静压力冲破致密烧结层的难度增加，钢水自动开浇率降低。
一旦钢水不能自动开浇，就必须采用烧氧引流，这样不但会污染钢水，而且还威胁设备和操作人员的安全。
另外，由于引流砂从滑动水口落下后要进入中间包，因此，引流砂中的SiO2和Cr2O3组分将与钢水中的合金元素反应生成夹杂物，严重影响钢材质量。同时，由于硅质和铬质引流砂的构成组分均为酸性氧化物，因此，其进入中间包后对碱性中间包包衬的侵蚀加剧，影响中间包的使用寿命。
为了适应炉外精炼技术的开发和特殊钢种对钢包引流砂的需要，近年来陆续开发了一些镁质引流砂；例如，中国专利CN 103145431 A公布了一种含氧化镁引流砂，其以铝镁尖晶石和电熔镁砂为原料，并经水磨干燥后制备成MgO 45~60%、Al2O3 35~50%、SiO2 1~6%的钢包引流砂；中国专利CN 1509827 A公布了一种碱性引流砂，其含氧化镁组分主要源于镁橄榄石和镁砂，颗粒制备主要采用破碎的方式；中国专利CN 1267652 A公布了一种用于偏心电炉出钢口的含氧化镁引流砂，其主要以不同颗粒的镁橄榄石和电熔镁砂为原料，同时配加一定量的碳素材料制备而成。
上述含氧化镁引流砂通过添加烧结助剂等方法，虽然可以有效控制烧结致密层的厚度，但是，由于含镁引流砂用原料，无论是电熔镁、还是烧结镁砂以及镁橄榄石，都是经过高温熔融或烧结后获得的，因此，在将其破碎至作为引流砂使用的颗粒范围内，获得的多为片状或棱角状的颗粒；对于呈片状或棱角状的镁质原料，虽然通过各种磨料方法可以在一定程度上较少其棱角，但难以达到作为引流砂所要求的圆度（颗粒投影像面积（A）与等周长（P）圆的面积之比，用式R=（4πA/）P2），因此，不能满足引流砂对流动性的要求，这也是到目前为止，尚未有镁质引流砂在钢包浇注过程中有真正应用的原因。中国专利CN 1267652 A虽然公布了一种用于偏心电炉出钢口的含氧化镁引流砂，但是，由于电炉出钢口直径要远大于钢包水口直径，其对引流砂的流动性并无严格要求，因此，严格上来说，其专利内容和应用效果并不能代表钢包引流砂。
另外，由于使用呈片状或棱角状的镁质原料时，不能形成密实堆积，因此，为了形成致密化烧结层，引流砂中的MgO含量不能太高，并且要在引流砂中添加烧结助剂。
发明内容
针对现有钢包用引流砂在性能和制备方法上存在的上述问题，本发明提供一种钢包用镁质引流砂及其制备方法，采用氧化镁为原料，经磨细和造粒控制圆度和粒径，再经烧结，制成流动性好、烧结厚度可控、开浇率高的镁质引流砂。
本发明的钢包用镁质引流砂的成分按重量百分比含MgO 65~96%，SiO2 2~35%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.5%；钢包用镁质引流砂的圆度在0.96~0.99，体积密度在3.25~3.32g/cm3，颗粒直径在0.2~1.2mm。
本发明的钢包用镁质引流砂的优选方案的成分按重量百分比含MgO 75~96%，SiO2 2~20%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.0%；钢包用镁质引流砂的圆度在0.97~0.99，体积密度在3.25~3.32g/cm3，颗粒直径在0.3~1.0mm。
上述的钢包用镁质引流砂的制备方法按包括以下步骤：
1、将氧化镁与粘土混合，或者将氧化镁、镁橄榄石与粘土混合，制成混合物料；
2、将混合物料磨细至粒度在500目以下，制成混合粉体；
3、采用圆盘造粒机将混合粉体进行造粒，制成颗粒直径在0.2~1.2mm的球体，圆度在0.96~0.99；
4、将球体用回转窑进行烧结，烧结温度为1350~1500℃，烧结时间为40~200min，制成钢包用镁质引流砂，控制其成分按重量百分比含MgO 65~96%，SiO2 2~35%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.5%。
上述的钢包用镁质引流砂的优选方案的制备方法按以下步骤进行：
1、将氧化镁与粘土混合，或者将氧化镁、镁橄榄石与粘土混合，制成混合物料；
2、将混合物料磨细至粒度在500目以下，制成混合粉体；
3、采用圆盘造粒机将混合粉体进行造粒，制成颗粒直径在0.3~1.0mm的球体，圆度在0.97~0.99；
4、将球体用回转窑进行烧结，烧结温度为1450~1480℃，烧结时间为60~120min，制成钢包用镁质引流砂，控制其成分按重量百分比含MgO 75~96%，SiO2 2~20%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.0%。
上述的氧化镁为轻烧氧化镁、重烧氧化镁、电熔氧化镁和高纯氧化镁中的一种或两种以上的混合物，纯度≥75%，粒度≤50目。
上述的镁橄榄石的杂质含量≤2.5%，粒度≤50目。
上述的粘土的氧化硅和氧化铝的总含量≥97%，粒度≤50目。
通过研究和试验结果证明，颗粒物质的堆积密度越高，其在加热过程中越容易烧结，而颗粒的堆积密度与颗粒形状具有很大的关系，球形或近似球形颗粒的堆积密度最高；颗粒形状越不规则，则堆积密度越低；由于镁质引流砂比铬质和硅质引流砂难以烧结，因此，对于镁质引流砂来说，实现颗粒的密实堆积对于形成致密化烧结层是十分重要的。另外，形成的致密化烧结层越薄，当钢包开浇拉动滑板时，烧结层越容易被钢水的静压力冲破，钢水自开浇率亦越高；而对于颗粒形状不规则的镁质引流砂来说，由于其堆积密度较低，不易烧结，为了形成致密化烧结层，需要添加低熔点烧结助剂；通过添加低熔点烧结助剂的方法，虽然可以在引流砂表面形成致密化烧结层，但是，在引流砂内部，由于低熔点烧结助剂的作用而使氧化镁颗粒间相互粘结，进一步降低了颗粒形状不规则的镁质引流砂的流动性，基于以上研究成果，本发明设计了钢包用镁质引流砂的技术方案。
通过对上述技术方案的研究分析得出，由于氧化镁不易烧结，因此，当钢包在高温下长时间精炼时，引流砂内部亦不会烧结，可以保证引流砂的流动性不受影响；而为了保证引流砂表面致密烧结层的形成，则需要提高引流砂的堆积密度，并根据精炼条件适当调整引流砂的化学组成。
本发明钢包用镁质引流砂是在进行了多次试验后并且取得了成功效果的结果；试验过程中发现，当MgO含量小于65%、SiO2含量大于35%时，由于引流砂中SiO2和其他杂质含量较多，因此会降低引流砂的熔点，使引流砂内部的烧结层增厚，影响钢水自开浇率；当混合物料粒度大于500目时，利用圆盘造粒机造粒时成球率低，颗粒圆度小；当颗粒粒度小于0.2mm或大于1.2mm时，引流砂的堆积密度低，不利于致密化烧结；当颗粒圆度小于0.96时，引流砂流动性变差，钢水自开率降低；当烧结温度小于1350℃时，引流砂颗粒尚未完全烧结，强度较低，影响引流砂的使用。
本发明的关键技术在于：在镁质引流砂的制备过程中，通过细磨、圆盘造粒和高温烧成的方法，获得颗粒圆度在0.96~0.99，体积密度在3.25~3.32g/cm3，颗粒直径在0.2~1.2mm的镁质引流砂；具有上述特点的引流砂，不但流动性好，而且堆积密实，易于烧结；为了控制引流砂的烧结层厚度，本发明对镁质引流砂的组成进行改进，在上述的制备方法及化学组成范围内，引流砂不但具有良好的流动性，而且可以形成适宜厚度的致密烧结层，进而实现钢水自开浇。
具体实施方式
本发明实施例中采用的氧化镁、镁橄榄石和粘土为市购产品。
本发明实施例中磨细采用的设备为LXM820型离心式超细磨粉机。
本发明实施例中采用的圆盘造粒机为陶粒砂制粒机。
本发明实施例中测试圆度的设备为500Nano全自动粒度粒形分析仪。
本发明实施例中测试体积密度的方法为SM-1000型陶粒体积密度测试仪。
本发明实施例中 制备的钢包用镁质引流砂使用时的堆积密度在900~1000kg/m3，钢水自开浇率为100%。
本发明实施例中采用的氧化镁为轻烧氧化镁、重烧氧化镁、电熔氧化镁或高纯氧化镁中的一种或两种以上的混合物，纯度≥75%，粒度≤50目；采用的镁橄榄石的杂质含量≤2.5%，粒度≤50目；采用的粘土的氧化硅和氧化铝的总含量≥97%，粒度≤50目。
实施例1
将氧化镁与粘土混合制成混合物料；
将混合物料磨细至粒度在500目以下，制成混合粉体；
采用圆盘造粒机将混合粉体进行造粒，制成颗粒直径在0.2~1.2mm的球体，圆度在0.96~0.99；
将球体用回转窑烧结，烧结温度为1500℃，烧结时间为40min，制成钢包用镁质引流砂，其成分按重量百分比含MgO 96%，SiO2 2%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.5%，体积密度3.25g/cm3。
实施例2
将氧化镁与粘土混合制成混合物料；
将混合物料磨细至粒度在500目以下，制成混合粉体；
采用圆盘造粒机将混合粉体进行造粒，制成颗粒直径在0.2~1.2mm的球体，圆度在0.96~0.99；
将球体用回转窑烧结，烧结温度为1450℃，烧结时间为160min，制成钢包用镁质引流砂，其成分按重量百分比含MgO90%，SiO2 7%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.5%，体积密度3.32g/cm3。
实施例3
将氧化镁与粘土混合制成混合物料；
将混合物料磨细至粒度在500目以下，制成混合粉体；
采用圆盘造粒机将混合粉体进行造粒，制成颗粒直径在0.2~1.2mm的球体，圆度在0.96~0.99；
将球体用回转窑烧结，烧结温度为1400℃，烧结时间为100min，制成钢包用镁质引流砂，其成分按重量百分比含MgO 88%，SiO2 8%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.5%，体积密度3.28g/cm3。
实施例4
将氧化镁、镁橄榄石与粘土混合制成混合物料；
将混合物料磨细至粒度在500目以下，制成混合粉体；
采用圆盘造粒机将混合粉体进行造粒，制成颗粒直径在0.2~1.2mm的球体，圆度在0.96~0.99；
将球体用回转窑烧结，烧结温度为1350℃，烧结时间为40min，制成钢包用镁质引流砂，其成分按重量百分比含MgO80%，SiO2 15%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.5%，体积密度3.29g/cm3。
实施例5
将氧化镁、镁橄榄石与粘土混合制成混合物料；
将混合物料磨细至粒度在500目以下，制成混合粉体；
采用圆盘造粒机将混合粉体进行造粒，制成颗粒直径在0.2~1.2mm的球体，圆度在0.96~0.99；
将球体用回转窑烧结，烧结温度为1500℃，烧结时间为60min，制成钢包用镁质引流砂，其控制混合物料的成分按重量百分比含MgO74%，SiO2 20%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.5%，体积密度3.30g/cm3。
实施例6
将氧化镁、镁橄榄石与粘土混合制成混合物料；
将混合物料磨细至粒度在500目以下，制成混合粉体；
采用圆盘造粒机将混合粉体进行造粒，制成颗粒直径在0.2~1.2mm的球体，圆度在0.96~0.99；
将球体用回转窑烧结，烧结温度为1350℃，烧结时间为180min，制成钢包用镁质引流砂，其成分按重量百分比含MgO 65%，SiO2 35%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.5%，体积密度3.31g/cm3。
实施例7
将氧化镁与粘土混合制成混合物料；
将混合物料磨细至粒度在500目以下，制成混合粉体；
采用圆盘造粒机将混合粉体进行造粒，制成颗粒直径在0.3~1.0mm的球体，圆度在0.97~0.99；
将球体用回转窑烧结，烧结温度为1450℃，烧结时间为120min，制成钢包用镁质引流砂，其成分按重量百分比含MgO 96%，SiO2 2%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.0%，体积密度3.28g/cm3。
实施例8
将氧化镁与粘土混合制成混合物料；
将混合物料磨细至粒度在500目以下，制成混合粉体；
采用圆盘造粒机将混合粉体进行造粒，制成颗粒直径在0.3~1.0mm的球体，圆度在0.97~0.99；
将球体用回转窑烧结，烧结温度为1460℃，烧结时间为100min，制成钢包用镁质引流砂，其成分按重量百分比含MgO90%，SiO2 5%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.0%，体积密度3.32g/cm3。
实施例9
将氧化镁与粘土混合制成混合物料；
将混合物料磨细至粒度在500目以下，制成混合粉体；
采用圆盘造粒机将混合粉体进行造粒，制成颗粒直径在0.3~1.0mm的球体，圆度在0.97~0.99；
将球体用回转窑烧结，烧结温度为1470℃，烧结时间为80min，制成钢包用镁质引流砂，其成分按重量百分比含MgO 80%，SiO2 8%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.0%，体积密度3.29g/cm3。
实施例10
将氧化镁、镁橄榄石与粘土混合制成混合物料；
将混合物料磨细至粒度在500目以下，制成混合粉体；
采用圆盘造粒机将混合粉体进行造粒，制成颗粒直径在0.3~1.0mm的球体，圆度在0.97~0.99；
将球体用回转窑烧结，烧结温度为1480℃，烧结时间为60min，制成钢包用镁质引流砂，其成分按重量百分比含MgO 79%，SiO2 10%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.0%，体积密度3.27g/cm3。
实施例11
将氧化镁、镁橄榄石与粘土混合制成混合物料；
将混合物料磨细至粒度在500目以下，制成混合粉体；
采用圆盘造粒机将混合粉体进行造粒，制成颗粒直径在0.3~1.0mm的球体，圆度在0.97~0.99；
将球体用回转窑烧结，烧结温度为1450℃，烧结时间为120min，制成钢包用镁质引流砂，其成分按重量百分比含MgO 78%，SiO2 15%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.0%，体积密度3.30g/cm3。
实施例12
将氧化镁、镁橄榄石与粘土混合制成混合物料；
将混合物料磨细至粒度在500目以下，制成混合粉体；
采用圆盘造粒机将混合粉体进行造粒，制成颗粒直径在0.3~1.0mm的球体，圆度在0.97~0.99；
将球体用回转窑烧结，烧结温度为1480℃，烧结时间为60min，制成钢包用镁质引流砂，其成分按重量百分比含MgO 75%，SiO2 20%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.0%，体积密度3.26g/cm3。
Claims (7)
1.一种钢包用镁质引流砂，其特征在于成分按重量百分比含MgO 65~96%，SiO2 2~35%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.5%；钢包用镁质引流砂的圆度在0.96~0.99，体积密度在3.25~3.32g/cm3，颗粒直径在0.2~1.2mm。
2.一种钢包用镁质引流砂，其特征在于成分按重量百分比含MgO 75~96%，SiO2 2~20%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.0%；钢包用镁质引流砂的圆度在0.97~0.99，体积密度在3.25~3.32g/cm3，颗粒直径在0.3~1.0mm。
3.一种权利要求1所述的钢包用镁质引流砂的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）将氧化镁与粘土混合，或者将氧化镁、镁橄榄石与粘土混合，制成混合物料；
（2）将混合物料磨细至粒度在500目以下，制成混合粉体；
（3）采用圆盘造粒机将混合粉体进行造粒，制成颗粒直径在0.2~1.2mm的球体，圆度在0.96~0.99；
（4）将球体用回转窑进行烧结，烧结温度为1350~1500℃，烧结时间为40~200min，制成钢包用镁质引流砂，控制其成分按重量百分比含MgO 65~96%，SiO2 2~35%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.5%。
4.一种权利要求2所述的钢包用镁质引流砂的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）将氧化镁与粘土混合，或者将氧化镁、镁橄榄石与粘土混合，制成混合物料；
（2）将混合物料磨细至粒度在500目以下，制成混合粉体；
（3）采用圆盘造粒机将混合粉体进行造粒，制成颗粒直径在0.3~1.0mm的球体，圆度在0.97~0.99；
（4）将球体用回转窑进行烧结，烧结温度为1450~1480℃，烧结时间为60~120min，制成钢包用镁质引流砂，控制其成分按重量百分比含MgO 75~96%，SiO2 2~20%，余量为Al2O3 及不可避免杂质，其中不可避免杂质的重量含量≤1.0%。
5.根据权利要求3或4所述的钢包用镁质引流砂的制备方法，其特征在于所述的氧化镁为轻烧氧化镁、重烧氧化镁、电熔氧化镁或高纯氧化镁中的一种或两种以上的混合物，氧化镁的重量含量≥75%，粒度≤50目。
6.根据权利要求3或4所述的钢包用镁质引流砂的制备方法，其特征在于所述的镁橄榄石的杂质含量≤2.5%，粒度≤50目。
7.根据权利要求3或4所述的钢包用镁质引流砂的制备方法，其特征在于所述的粘土的氧化硅和氧化铝的总含量≥97%，粒度≤50目。
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