一种高锰高铝钢专用引流砂及使用方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，涉及精炼和连铸，尤其涉及高锰高铝钢引流砂及使用方法。
背景技术
高锰高铝钢拥有高强度，以及优秀的塑性、韧性、加工硬化性能和抗冲击安全性，而且强塑积高且密度低。由于这些优势，高锰高铝钢在海洋工程和军工领域具有良好的应用前景。此外，其在汽车制造领域满足轻量化、环境友好和安全性的要求。高锰高铝钢的高效化生产倍受关注。高锰高铝钢中锰元素和铝元素的含量都很高，一般w(Mn)>5％，w(Al)>1％。
引流砂是钢包出钢口的填充物质，起到填充钢包水口，将钢液与滑板隔离并在浇铸时起到引流作用。在钢包装钢水之前，向钢包水口中填充引流砂；钢液加入后，引流砂上层与钢液接触形成烧结层，阻止钢液继续向下渗透，保护滑板。钢包开浇时滑板开启，引流砂未烧结层向下流出，烧结层在钢水静压力作用下被破坏，钢液顺利流出。这个过程称之为钢包自动开浇。钢包如果无法自动开浇，就需要进行烧氧处理，严重打乱生产节奏。钢包烧氧操作往往采用人工进行，存在安全风险，而且严重影响钢液的洁净度。因此，提升钢包的自动开浇率对生产效率和产品质量的提高具有重要的意义。
研究发现，发现铬铁矿相与石英反应生成液相是铬质引流砂烧结的机理。钢中的锰元素和铝元素会参与烧结反应，从而加重引流砂的烧结，是影响钢包自动开浇的最主要元素。由于高锰高铝中的锰元素和铝元素含量高，在钢包精炼过程中，铬质引流砂与钢液长时间接触，从而形成较厚的烧结层，导致高锰高铝钢的钢包自动开浇率低，严重影响其产品质量。
研究表明，相比铬铁矿砂，氧化铝与高锰高铝钢的反应性相对较弱，其耐火度也更高。利用氧化铝的这些特点，可以抑制高锰高铝钢与引流砂的烧结反应，从而抑制引流砂的过度烧结，形成适度的烧结层，改善高锰高铝钢的钢包自动开浇率。另一方面，相比铬铁矿砂，氧化铝砂价格昂贵，其大量使用会导致生产成本的上升。为此，本发明提供一种新型引流砂，既可改善高锰高铝钢的自动开浇率，又可以有效控制成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种高锰高铝钢专用引流砂，一方面提高高锰高铝钢浇注过程钢包自动开浇率，另一方面有效控制成本。
为解决高锰高铝钢自动开浇率低的问题，本发明采用的技术方案是，提供一种高锰高铝钢专用引流砂，该专用引流砂的引流填充物质为氧化铝颗粒和铬质引流砂，填充方式为上下两层，上层为氧化铝颗粒层，下层为铬质引流砂层；
其中氧化铝颗粒层各成分质量百分比为：Al2O398～99.5％、SiO20.3～2％、H2O 0～0.1％；氧化铝的粒径为0.1～1mm；
其中铬质引流砂层由铬铁矿砂和石英砂组成，满足如下要求：
铬铁矿砂各成分质量百分比为：Cr2O3 40～60％、Al2O38～15％、SiO20.5～1.5％、Fe2O320～35％、 MgO 6～13％；石英砂成分为SiO298～99.9％；将铬铁矿砂和石英砂按照目标比例混合搅拌 5～10min，将混合好的物料放入回转式加热炉中进行烘烤，在200～240℃下烘烤20～30min；制备好的铬质引流砂各成分质量百分比为：Cr2O330～40％、Al2O37～14％、SiO215～30％、 Fe2O315～30％、MgO 5～10％；砂粒度0.1～1mm。
进一步地，上述氧化铝颗粒层中氧化铝的粒径在<0.3mm范围的颗粒占5～35％，粒径在 0.3～0.7mm范围的颗粒占30～70％，粒径在>0.7范围的颗粒占10～40％。
进一步地，上述铬质引流砂层中粒径在<0.3mm范围的颗粒占5～30％，粒径在0.3～0.7mm 范围的颗粒占35～75％，粒径在>0.7范围的颗粒占10～40％。
上述的高锰高铝钢专用引流砂的使用方法，包括如下步骤：
步骤1，将钢包水口清理干净；
步骤2，添加铬质引流砂；将水口处理干净的钢包位于引流砂加装平台下方，将引流砂加装导管下移对准钢包水口座砖，通过导管向钢包水口座砖中加入铬质引流砂，所述铬质引流砂的加入量为引流砂总重量的80～95％，使铬质引流砂的上表面低于水口座砖顶端3～7cm；
添加氧化铝颗粒；添加完铬质引流砂之后，将引流填充物换成氧化铝颗粒，继续通过引流砂加装导管向水口座砖内添加氧化铝，使钢包水口座砖填满且上部呈球冠状，加入氧化铝颗粒的质量为引流砂总质量的5～20％，厚度在3～7cm；
步骤3，准备承接钢水，进行精炼操作。
进一步地，上述步骤1，将钢包水口清理具体为，在钢包完成一个炉次的使用之后，通过烧氧的方式清洗下水口、滑板和上水口；吹氧管与水口对中，平行推进，清洗水口内的冷钢和残渣。
本发明的有益效果是：
1.提高高锰高铝钢钢包自动开浇率。与铬质引流砂相比，氧化铝颗粒与高锰高铝钢的反应性相对较弱，可以形成适度的烧结层，改善高锰高铝钢的钢包自动开浇率。
2.提高高锰高铝钢的生产效率。由于自动开浇率提高，减少了烧氧引流的操作，简化工序，使生产顺利进行，高锰高铝钢的生产效率得到提高。
3.提高高锰高铝钢产品质量。同样由于钢包自动开浇率提高，可以减少由于烧氧过程带入钢中夹杂物的数量，使高锰高铝钢产品的质量得到提高。
4.有效控制成本。高锰高铝钢专用引流砂上层氧化铝颗粒的成本是下层铬质引流砂的 3～5倍。但本发明中上层使用的氧化铝颗粒厚度仅3～7cm，下层使用铬质引流砂代替氧化铝颗粒，可以使成本大幅降低。
5.降低高锰高铝钢生产风险。钢包烧氧操作危险性很高，使用高锰高铝钢专用引流砂降低钢包不自动开浇的概率，从而降低高锰钢生产过程中的风险。
附图说明
图1为钢包水口结构及高锰高铝钢专用引流砂填充结构纵剖面示意图。
图中：1上水口；2铬质引流砂层；3氧化铝颗粒层；4水口座砖；5钢包耐火材料；6钢包外壳；7座砖套；8上水口套；9上滑板；10下滑板；11下水口。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明，但不仅限于此。
实施例1
一种高锰高铝钢专用引流砂及使用方法，如图1所示。本实施例应用于120吨钢包，生产 20Mn23AlV的工艺流程。
如图1所示，在钢包完成一个炉次的使用之后，通过烧氧的方式清洗下水口、滑板和上水口；吹氧管与水口对中，平行推进，清洗水口内的冷钢和残渣，时间在3min左右。将水口清洗干净的钢包吊运至钢包车上，把钢包通过钢包车运送到引流砂加装平台，关闭滑动水口，通过引流砂加装导管，将铬质引流砂添加到钢包水口座砖中，所述铬质引流砂，Cr2O3＝40％， Al2O3＝10％，SiO2＝20％，Fe2O3＝25％，MgO＝5％，砂粒度：0.1～1mm，其中粒径在0.1～0.3mm 范围的颗粒占15％，粒径在0.3～0.7mm范围的颗粒占60％，粒径在0.7～1mm范围的颗粒占25％。将铬质引流砂填充到上表面低于水口座砖顶端3～7cm，铬质引流砂填充完毕以后，将氧化铝颗粒填充入水口座砖的剩余空间中，并使水口座砖顶部的引流砂呈球冠状。所述氧化铝颗粒， Al2O3含量为98％，SiO2含量为1.6％；粒度上：氧化铝颗粒的粒径为0.1～1mm，其中粒径在 0.1～0.3mm范围的颗粒占30％，粒径在0.3～0.7mm范围的颗粒占60％，粒径在0.7～1mm范围的颗粒占10％。引流砂加装完毕以后，等待承接钢水。钢水注入钢包之后钢液与引流砂上表面的氧化铝颗粒接触，形成一定厚度的烧结层。当滑板开启准备浇铸时，下层没有烧结的引流砂向下流出，钢液的静压力将上层的烧结层压破，钢水顺利流出，完成自动开浇过程。
实施例2
一种高锰高铝钢专用引流砂及使用方法，如图1所示。本实施例应用于80吨钢包，生产 X35Mn18的工艺流程。
如图1所示，在钢包使用一个炉次之后，对钢包进行维护，将水口清洗干净的钢包吊运至钢包车上，把钢包通过钢包车运送到引流砂加装平台，关闭滑动水口，通过引流砂加装导管，将铬质引流砂添加到钢包水口座砖中，所述铬质引流砂，Cr2O3＝35％，Al2O3＝7％，SiO2＝25％， Fe2O3＝25％，MgO＝8％，砂粒度：0.1～1mm，其中粒径在0.1～0.3mm范围的颗粒占20％，粒径在0.3～0.7mm范围的颗粒占60％，粒径在0.7～1mm范围的颗粒占20％。将铬质引流砂填充到上表面低于水口座砖顶端3～7cm，铬质引流砂填充完毕以后，将氧化铝颗粒填充入水口座砖的剩余空间中，并使水口座砖顶部的引流砂呈球冠状。所述氧化铝颗粒，Al2O3含量为99％，SiO2含量为0.8％；粒度上：氧化铝颗粒的粒径为0.1～1mm，其中粒径在0.1～0.3mm范围的颗粒占 15％，粒径在0.3～0.7mm范围的颗粒占65％，粒径在0.7～1mm范围的颗粒占20％。引流砂加装完毕以后，等待承接钢水。钢水注入钢包之后钢液与引流砂上表面的氧化铝颗粒接触，形成一定厚度的烧结层。当滑板开启准备浇铸时，下层没有烧结的引流砂向下流出，钢液的静压力将上层的烧结层压破，钢水顺利流出，完成自动开浇过程。
实施例3
一种高锰高铝钢专用引流砂及使用方法，如图1所示。本实施例应用于100吨钢包，生产 X120Mn12的工艺流程。
如图1所示，在钢包使用一个炉次之后，对钢包进行维护，将水口清洗干净的钢包吊运至钢包车上，把钢包通过钢包车运送到引流砂加装平台，关闭滑动水口，通过引流砂加装导管，将铬质引流砂添加到钢包水口座砖中，所述铬质引流砂，Cr2O3＝30％，Al2O3＝12％，SiO2＝28％， Fe2O3＝20％，MgO＝10％，砂粒度：0.1～1mm，其中粒径在0.1～0.3mm范围的颗粒占30％，粒径在0.3～0.7mm范围的颗粒占60％，粒径在0.7～1mm范围的颗粒占10％。将铬质引流砂填充到上表面低于水口座砖顶端3～7cm，铬质引流砂填充完毕以后，将氧化铝颗粒填充入水口座砖的剩余空间中，并使水口座砖顶部的引流砂呈球冠状。所述氧化铝颗粒，Al2O3含量为99.5％， SiO2含量为0.4％；粒度上：氧化铝颗粒的粒径为0.1～1mm，其中粒径在0.1～0.3mm范围的颗粒占10％，粒径在0.3～0.7mm范围的颗粒占70％，粒径在0.7～1mm范围的颗粒占20％。引流砂加装完毕以后，等待承接钢水。钢水注入钢包之后钢液与引流砂上表面的氧化铝颗粒接触，形成一定厚度的烧结层。当滑板开启准备浇铸时，下层没有烧结的引流砂向下流出，钢液的静压力将上层的烧结层压破，钢水顺利流出，完成自动开浇过程。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用同等替换或有效变形形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
