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)格過高，多用于中間包的引流。
當(dāng)前形勢下，鋼鐵等耐材下游企業(yè)采購成本壓縮嚴(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)性的測定。引流砂流動(dòng)性的測定主要通過兩種方法：一是測定引流砂的流動(dòng)速度，即用一定量的引流砂流過水口的時(shí)間來衡量。引流砂流過水口的時(shí)間越短，說明它的流動(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，但所測結(jié)果對不同引流砂流動(dòng)性的比較還是有用的；然而由于實(shí)驗(yàn)條件下引流砂流過水口的時(shí)間均很短，給計(jì)時(shí)帶來麻煩，人為誤差較大，所以不是定量評價(jià)引流砂流動(dòng)性的好方法。二是定性評價(jià)引流砂流動(dòng)性的方法：測定引流砂的安息角（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定。研究人員將引流砂裝滿500ml的容量瓶，在振動(dòng)臺上振動(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)性能的測定方法。引流砂的燒結(jié)性能測定一直停留于定性的表述上。但隨著對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)分成若干級別，來表征引流砂的燒結(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，無法根據(jù)級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)性能的測定方法。還有研究人員采用熱震性來表征引流砂的燒結(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，無法確定什么樣的開裂程度(如裂紋長度、寬度、深度)能夠保證自開?；诖耍环N量化引流砂燒結(jié)性的試驗(yàn)方法順勢而生，其原理是：引流砂的燒結(jié)性通過試樣焙燒后的強(qiáng)度來體現(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量方法。引流砂熱膨脹率的測定方法采用分度值為0.02mm游標(biāo)卡尺測量引流砂樣塊在各個(gè)溫度熱處理前后的試樣長度，利用相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算而得到。
對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，待海砂顆粒完全潤濕后，加入復(fù)合碳質(zhì)潤滑劑、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測定熱處理后試樣的顯氣孔率和體積密度；采用GB-T3001-2007檢測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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