王長春 陳花朵 呂培中   

　　鋼包引流砂作為鋼包底部水口填充材料，其主要作用是引導鋼水自開。其作用機理為，填充于鋼包水口中的引流砂上表面在鋼水的熱作用下產生了較薄的燒結層，形成“殼體”，一旦滑板打開，水口內絕大多數未燒結的砂體自由下落，同時由鋼水的靜壓力壓破“殼體”，鋼水自動流出。

　　目前國內外使用的引流砂主要有四類：硅質、鉻質、鎂質和鋯質。硅質引流砂以石英砂(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堿性物長石（Na2O+K2O）和石墨等成分。鉻質引流砂以鉻礦砂為主，主要應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的抗滲透性，在較長的鋼液靜置時間下，仍能保持較高自開澆率。但是鉻礦砂原料主要依賴國外進口，成本較高且容易受到資源限制。此外，高溫環境下鉻鐵礦中的Cr2O3在堿性氣氛下會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。但目前使用的大多鎂質引流砂仍存在難于燒結、堿度低，對中間包去除夾雜物的堿性環境貢獻小的缺點。鋯質引流砂其主要原料鋯英砂受限價格過高，多用于中間包的引流。

　　當前形勢下，鋼鐵等耐材下游企業采購成本壓縮嚴重，上游原材料供貨廠家價格大幅度上漲，處于中游的耐材生產企業產品利潤空間受到極大擠壓，鑒于此，研究人員依據某鋼廠的特殊煉鋼條件將寶珠砂引入引流砂，開發了一種無鉻環保引流砂，在滿足了該鋼廠煉鋼要求的同時，降低了原料成本，減輕了環境壓力。同時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，實際使用中流動性能好、燒結性能適中，自開效果良好。

　　科學制訂方案確保實驗準確有效

　　引流砂流動性的測定。引流砂流動性的測定主要通過兩種方法：一是測定引流砂的流動速度，即用一定量的引流砂流過水口的時間來衡量。引流砂流過水口的時間越短，說明它的流動性越好。盡管實驗是在冷態條件下進行的，與熱態條件有一定的差別，但所測結果對不同引流砂流動性的比較還是有用的；然而由于實驗條件下引流砂流過水口的時間均很短，給計時帶來麻煩，人為誤差較大，所以不是定量評價引流砂流動性的好方法。二是定性評價引流砂流動性的方法：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性能，安息角越小，試樣的摩擦系數也越小，流動性也越好。

　　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，使引流砂樣品通過漏斗落在直徑為200mm的圓平板上。為保持實驗的統一和對比，每次實驗的引流砂樣品數量要保持一致。

　　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，在振動臺上振動1分鐘，邊振動邊添加砂至滿。將稱量的總重減去空瓶重，再除以容量瓶的總容量（530ml），所得即為砂子的堆積密度。

　　引流砂燒結性能的測定方法。引流砂的燒結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行如用手摳動焙燒后的引流砂，依據可摳動的程度，從未燒結到嚴重燒結分成若干級別，來表征引流砂的燒結程度。這種定性的方法所描述的引流砂燒結性受外界因素影響太大，而且未能與鋼包鋼水靜壓力聯系起來，無法根據級別掌握引流砂表層的燒結層是否能被鋼水壓碎而實現自開。這是第一種引流砂燒結性能的測定方法。還有研究人員采用熱震性來表征引流砂的燒結性，根據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。基于此，一種量化引流砂燒結性的試驗方法順勢而生，其原理是：引流砂的燒結性通過試樣焙燒后的強度來體現，以引流砂焙燒試樣的抗折強度值大小表征引流砂在高溫下的燒結性的強弱。實現了量化引流砂的燒結性，以便準確判斷引流砂能否在鋼水靜壓力下被壓碎、能否實現自開。

　　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游標卡尺測量引流砂樣塊在各個溫度熱處理前后的試樣長度，利用相關公式進行計算而得到。

　　對比分析助引流砂成功應用

　　實驗原料。為確保實驗的科學有效，研究人員選用了以下實驗原料：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，復合碳質潤滑劑（C含量≥97%）、促燒結劑、有機類結合劑、臨時結合劑（HEC溶液）。

　　實驗過程。研究人員將按照配方比例稱量好的海砂倒入強制式攪拌機內，攪拌1分鐘～2分鐘，再加入有機類結合劑，待海砂顆粒完全潤濕后，加入復合碳質潤滑劑、促燒結劑以及寶珠砂，混合10分鐘～15分鐘，出料。將此混合料在干燥器內180℃干燥8小時，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內并加入質量分數2%的HEC溶液2%進行攪拌，攪拌好的料在壓力機上成型為25mm×25mm×145mm的長條樣塊，成型壓力為50MPa。樣塊在室溫下養護24小時后于110 ℃干燥器干燥24小時后，在高溫爐內分別經1500℃環境下1小時、1550℃環境下1小時、1600℃環境下1小時進行熱處理，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度。    

　　實驗結果和分析。由實驗結果可知，隨著熱處理溫度的升高，引流砂樣塊的抗折強度有所增大，這說明隨著鋼水溫度的升高，引流砂燒結層會變厚，但是由表2還可以看出，熱處理溫度高于1550 ℃時，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部，不易形成高強度的鋼砂混凝體，有利于鋼水自開。 

　　鋼廠應用情況。研究人員將研制的上述引流砂在某鋼廠連續批量使用100噸，使用效果良好。經過統計，鋼包自開率達到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，精煉時間為20分鐘~30分鐘，鋼包澆鋼溫度1580℃至1610℃，澆鋼時間在30~35分鐘，鋼包周轉周期為2小時~2.5小時左右。