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一种提高钢水洁净度的引流方法及其装置，属于冶金技术领域，方法包括将引流物质填充到引流装置的注流孔中；填充方式为：在钢包空包时，向注流孔处填充下段引流物质，再填入引流砂作为上段引流物质；其中下段引流物质的填充方式为：将棒状物质和/或颗粒状物质填入上水口砖内孔中，然后在上水口砖内孔中填入碳质粉末或不填入碳质粉末。装置包括上水口砖，其内孔为直筒式。本发明方法简单、材料易得，采用本发明的方法及装置，可使产生的6价Cr化合物减少50％以上，并且钢液中的杂质也有明显减少。本发明具有良好的应用前景。

1、  一种提高钢水洁净度的引流方法，包括(1)将引流物质填充到引流装置的注流孔中，其填充的方式为：在钢包空包时，向注流孔处填充下段引流物质，再填入引流砂作为上段引流物质；(2)出钢时，拉开下滑板，将引流物质和钢液放出；其特征在于：下段引流物质的填充方式为：将棒状物质和/或颗粒状物质填入引流装置的上水口砖内孔中，然后在引流装置的上水口砖内孔中填入碳质粉末或不填入碳质粉末；所述上下两段引流物质的填充高度为：引流砂填入到引流装置的注流孔内的高度84～105mm。

2、  根据权利要求1所述的一种提高钢水洁净度的引流方法，其特征在于所述的棒状物质为铁质棒状材料和/或高纯石墨棒，所述的颗粒状物质为铁质颗粒和/或高纯石墨颗粒；所述的碳质粉末为普通碳粉和石墨粉。

3、  根据权利要求1或2所述的一种提高钢水洁净度的引流方法，其特征在于所述的铁质棒状材料或铁质颗粒的主要成分为铁或铁合金，铁含量90wt％以上，熔点不低于1100℃；所述的颗粒状物质的粒度为2～10mm；所述的碳质粉末的粒度为不大于1mm。

4、  根据权利要求1所述的一种提高钢水洁净度的引流方法，其特征在于下段引流物质填充前，要烘干去除水分；当下段引流物质为棒状物质时，填充前需要经过处理至表面光滑。

5、  根据权利要求1所述的一种提高钢水洁净度的引流方法，其特征在于所述的棒状物质的要求为：能够在重力作用下通过引流装置的注流孔，并且棒状物质与引流装置的上水口砖内孔壁之间的最小距离不小于1mm。

6、  一种实施权利要求1所述的引流方法的装置，包括上水口砖，其特征在于：上水口砖的内孔为直筒式。

一种提高钢水洁净度的引流方法及其装置
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种提高钢水洁净度的引流方法及其装置。
背景技术
随着科学技术的发展，对钢材性能要求日益严格，对钢材质量要求不断提高，进一步减少钢中夹杂含量，提高钢的洁净度，是本世纪钢铁生产的发展方向之一。随着新产品的不断开发，钢的纯净度问题已经成为了生产高端冶金产品的瓶颈，因此，钢铁工业对钢的纯净度问题也越来越重视，如何降低钢中的夹杂物的含量已经成为人们越来越关注的课题。
钢的生产过程主要分为炼钢和浇注两大环节。浇注作业就是将成分合格的钢水铸成适合于轧钢和锻压加工所需要的一定形状的固体，是衔接炼钢和轧钢之间的一项特殊作业。它的特殊性表现为把钢水转变为固体的凝固过程。当钢水一旦凝固成固体后，在以后的轧钢过程中就很难对夹杂物的数量有本质上的影响了。因此，浇注作业对产品质量和成本有重大影响，必须予以特别重视。
连铸生产过程中钢液能否从钢包或中间包中顺利并稳定地向中间包或结晶器连续地供给，并与连铸机的拉坯速度相匹配，对于防止溢漏钢水事故的发生，减少钢流夹杂物，改善铸坯的表面质量和内部缺陷以及提高连铸生产率有着重要的作用。因此，作为浇注过程中的重要环节，出钢装置起着非常重要的作用。滑动水口浇注工艺，就是利用安装在钢包和中间包底部铁壳外面的两块用耐火材料制成的平板(上面的称上滑板，下面的称下滑板)，并依靠机械的力量把两块板靠紧，达到近乎没有间隙的程度。通过外部的驱动力量，移动下滑板，使上、下滑板产生平行位移，由于上、下滑板上都有同样大小的浇注孔，且上滑板的浇注孔连接上水口砖，直通钢包内的钢水，下滑板的浇注孔连接下水口砖。当上、下浇注孔在移动中重合时，钢包内的钢水就可以通过上水口砖、上滑板、下滑板、下水口砖流出，进行浇注作业。当上、下浇注孔错开时，则浇注口关闭，浇注作业停止。由于滑板的移动是和水口连接在一起进行的，所以称之为滑动水口。
引流砂用于钢包底部注流孔处堵塞于引流，是钢包用必不可少的耐火材料，在注入钢水于钢包前，先用引流砂来堵住注流孔，然后倒入钢水。对于引流砂的使用而言，现有的引流砂一般有较好的高温烧结性能，即在钢液接触后可以迅速的结壳形成能够阻挡钢液下流的壳。而在下部的引流砂更多的起到的是有一定的流动性能。钢包开浇时，打开水口，从而打开了浇注的注流孔，孔中的引流砂能自动落下，而由于钢液的静压力的作用，破坏凝结的壳，从而实现顺利开浇。
然而，工业中使用的引流砂是各种金属氧化物或非金属氧化物组成的混合物。引流砂的使用，实现了顺利出钢的同时，也引入了对钢液有害的夹杂物，这些夹杂物在之后的工艺中很难去除，并将会在中间包中被钢液中的[Al]还原为Al₂O₃夹杂，存在于钢液中，并最终成为钢材成品中的有害夹杂物影响钢材的质量和性能。由于对于引流砂上部和下部的性质要求有着明显的差别，有学者已经提出过利用两段式引流砂的方法提高钢包的自动开浇率(T.Suruga：Refractories，39(1987)，298.)。在此基础上，Tanaka(H.Tanaka：ISIJ，34(1994)，868)提出了用上段为SiO₂为主的引流砂，而下段为Al₂O₃或者Al₂O₃-MgO尖晶石为主的引流砂。用Al₂O₃或者Al₂O₃-MgO尖晶石为主的引流砂(较少与钢液中的[Al]反应)替代传统的Si质引流砂可以保持钢液中的[Al]的含量，从而，减少引入引流砂对钢液的污染。然而，下段的引流物质的引入，也将给钢液带来新的有害夹杂物，并未彻底改变下段引流砂的流入消除对钢液引入有害夹杂物的问题。不仅如此，现有的连铸工艺中大量使用的硅质和铬质引流砂，都含有数量相当的Cr₂O₃，会形成大量的6价Cr化合物，对环境会造成严重的污染。
发明内容
针对以上现有的技术问题，本发明提供一种提高钢水洁净度的引流方法及其装置；目的在于在不影响自动开浇率的情况下，减少对钢液带来夹杂物和对环境有污染的引流砂使用量。
本发明的方法包括将引流物质填充到引流装置的注流孔中；出钢时，拉开下滑板，将引流物质和钢液放出；引流物质的填充到引流装置的注流孔的方式为：在钢包空包时，向注流孔(上水口砖内孔、上水口砖顶端面到座砖顶端面内部之间的空间和上滑板内孔之间的空间)处填充下段引流物质，再填入现有工业中使用的引流砂作为上段引流物质。其中下段引流物质的填充方式为，将棒状物质和/或颗粒状物质填入上水口砖内孔中，然后在上水口砖内孔中填入碳质粉末或不填入碳质粉末。
填充后注流孔内的引流物质分为两段：上段引流物质为现有工业中使用的引流砂，在注流孔内的高度为84～105mm，下段引流物质为碳质和/或铁质等不会向钢液中引入夹杂物的材料。其中棒状物质为铁质棒状材料和/或高纯石墨棒，颗粒状物质为铁质颗粒和/或高纯石墨颗粒。
本发明中铁质棒状材料或铁质颗粒的主要成分为铁或铁合金，铁含量90wt％以上，并且熔点不低于1100℃；碳质粉末包括普通碳粉和石墨粉。
本发明中，下段引流物质填充前，烘干去除水分或不烘干去除水分；当下段引流物质为一个或多个棒状物质时，各棒状物质的外观为直筒式，填充前需要经过处理至表面光滑。
本发明的引流装置包括座砖、上水口砖、下水口砖、上滑板和下滑板，其中上水口砖的内孔由原来倒角式改为直筒式。
本发明中，棒状物质(铁质棒状材料或高纯石墨棒)的要求为：能够在重力作用下通过注流孔，并且棒状物质与上水口砖内孔壁之间的最小距离不小于1mm；颗粒状物质(铁质颗粒或高纯石墨颗粒)的粒度为2～10mm；碳质粉末的粒度为不大于1mm。
本发明中上水口砖内孔(上水口砖内壁的顶端到底端之间的空间)为直筒式；上滑板和下滑板的内孔为直筒式。
本发明基于将引流砂分层处理，利用传统的引流砂的高温烧结性能作为上层，利用铸钢/石墨等棒状物或钢或石墨颗粒等颗粒状物等同时具有良好的流下性能和对于钢液和环境洁净性能的特点，作为钢包水口处的引流物质。为了保证替代物质能够具有良好的流动性，并在滑板拉开的瞬间可以稳定安全的流下，要对现有工业中应用的钢包上水口进行改动。现有工业中应用的钢包上水口内孔一般带有倒角，本发明将此上水口内孔设计成没有倒角的直筒式，能够在下段引流物质为棒状物质时，顺利从注流孔中掉落；通过在棒状物质与上水口砖内孔中填充碳质粉末，能够提高棒状物质与上水口砖之间的润滑性能。
本发明与现有引流技术的区别在于：现有的引流方法是，当空包时，将引流砂从上至下装入注流孔中，直至填满注流孔，为了确保注流孔被填满，在实际的装填过程中往往要填出一个鼓包。当要实现顺利出钢时，需要拉开下滑板，待引流砂全部流出后，钢液会随着引流砂的流出而流出。传统的引流砂的使用都是用粉状的耐火氧化物，然而，对于引流砂的性能上的要求是，引流砂上段要有较好的烧结性能来阻止钢液流入注流孔，而下段需要在拉开滑板时能顺利的流入中间包中。本发明基于两段式引流物质的思路，就是在上段仍保持传统的引流砂(部分引流砂通过增加氧化钾或氧化钠来增加上段引流砂的烧结性能，仍属于传统引流砂)；而下段用对钢液害处小的甚至无害的物质进行填充，这样既可以保证钢包能够自动开浇，又可以使由于引流砂对钢液带来的污染减少。然而，由于钢的主要成分为Fe和C，因此，从理论上讲，只有引流砂的成分为Fe质或C质的材料或者二者所组成的材料，才能不带入对钢液的污染。对于粉状的C来讲，虽然其流动性很好，但是，实验证明，C粉的强度较小，在高的钢液静压力下，C粉起不到一个支撑的作用，这样，将使得钢液冲破上段引流砂形成的结壳而流入注流孔。因此，C粉不能作为引流砂的下半部材料被使用。然而，Fe粉虽然强度较大，可以起到在注流孔中的支撑作用，但是Fe粉在较高温度作用下(＞700℃)将会烧结，降低了其流动性能。在钢包的下段注流孔中，温度在600～1100℃之间，足以使Fe粉烧结丧失流动性。因此，Fe粉和C粉都不能单独作为引流砂的下段材料使用。然而，对于两段式的引流砂而言，下段部分可以利用棒状物质或者颗粒状物质，只要保证拉开滑板时引流砂可以顺利的流入中间包就可以了。对于本发明至关重要的技术问题是，要掌握钢包注流孔处引流砂烧结的厚度，有资料表明，钢包注流孔处的引流砂的烧结厚度一般不超过70mm。本发明给出最大安全系数为1.5，上段引流物质的填充高度为引流砂最大烧结厚度的1.2到1.5倍，其余部分为下段引流物质，将引流砂的两层设计为上层为84～105mm的引流砂区，下层为洁净材料区。引流砂烧结厚度为引流砂与钢水接触后烧结成壳时，成壳部分在滑动水口内的高度。
本发明方法简单、材料易得，采用本发明的方法及装置，可使产生的6价Cr化合物减少50％以上，并且钢液中的杂质也有明显减少。本发明具有良好的应用前景。
附图说明
图1为现有引流装置结构示意图；图中1、Cr质引流砂；2、注流孔；3、钢包外壳；4、钢液；5、耐火材料；6、座砖；7、倒角式上水口砖；8、上滑板；9、下滑板；10、下水口砖。
图2为本发明实施例中的的引流装置结构示意图；图中3、钢包外壳；4、钢液；5、耐火材料；6、座砖；8、上滑板；9、下滑板；10、下水口砖：11、上段引流物质(Cr质引流砂)；12、下段引流物质；13、直筒式上水口砖；14、直筒式注流孔。
图3为本发明实施例中的直筒式上水口砖的主视图和俯视图。
具体实施方式
本发明实施例均为在钢铁生产企业的钢包内使用，在尽量保持钢包的结构和整体不变的情况下，改进钢包上水口的尺寸和结构，同时改变引流砂的成分和结构。在实施的过程中需要考虑钢包上水口处的温度，从而设计铸钢块的尺寸。
本发明实施例中表面光滑处理的方式为砂纸打磨或其它能将表面处理得满足顺利引流的打磨方法。
本发明实施例中采用的高纯石墨棒或高纯石墨颗粒纯度99.9wt％以上。
本发明实施例中采用的铸钢块、铁合金、铁粉或铁颗粒的铁含量在90wt％以上，熔点不低于1100℃。
实施例1
引流装置结构如图2所示，包括座砖、上水口砖、下水口砖、上滑板和下滑板；其中直筒式上水口砖内孔部分为直径40mm的直筒型，结构如图3所示；注流孔(上水口砖内孔、上水口砖顶端面到座砖顶端面内部之间的空间和上滑板砖内孔之间的空间)高度为340mm。
将机械加工好的Φ35×235mm的铸钢块放入干燥箱，在温度为200℃条件下烘烤1h，经过表面光滑处理后装入注流孔作为下段引流物质。接着将Cr质引流砂装入注流孔作为上段引流物质，覆盖到铸钢块上直至装满注流孔，引流砂的填充高度为105mm。
将钢水由转炉注入钢包，此时，钢包上水口处的Cr质引流砂(上段引流物质)会烧结，结壳厚度最大不会超过70mm(随着钢水的温度变化和承装钢水的时间变化而变化)，钢包上水口处将存在自上而下的烧结层，半烧结层，疏松层以及铸钢层。经过精炼工艺后，钢包会通过吊车从精炼位吊到连铸位。出钢时，打开滑板，铸钢会由于本身的重力作用从滑板处落下进入中间包，疏松层的引流砂也会随着流下进入中间包，而烧结层、半烧结层结壳的引流砂则会由于钢水的静压力的作用破坏，从而实现钢包的顺利引流。
采用上述方法精炼后，与全部采用Cr质引流砂作为引流物质生产工艺相比，产生的6价Cr化合物减少50％以上，并且引流物质带入钢液中的有害杂质降低60％以上。
实施例2
引流装置同实施例1，不同点在于注流孔高度为360mm。
将机械加工好的Φ35×140mm的高纯石墨棒和机械加工好的Φ35×130mm的铸钢块分别放入干燥箱，在温度为200℃条件下烘烤1h，经过表面光滑处理后同时装入注流孔作为下段引流物质，引流砂的填充高度为90mm，其他部分同实施例1。
采用上述方法精炼后，与全部采用Cr质引流砂作为引流物质生产工艺相比，产生的6价Cr化合物减少50％以上，并且引流物质带入钢液中的有害杂质降低60％以上。
实施例3
引流装置同实施例1，不同点在于注流孔高度为400mm。
将两个机械加工好的Φ38×150mm的高纯石墨棒放入干燥箱，在温度为200℃条件下烘烤1h，经过表面光滑处理后同时装入注流孔作为下段引流物质，引流砂的填充高度为100mm，其他部分同实施例1。
采用上述方法精炼后，与全部采用Cr质引流砂作为引流物质生产工艺相比，产生的6价Cr化合物减少50％以上，并且引流物质带入钢液中的有害杂质降低60％以上。
实施例4
引流装置同实施例1，不同点在于注流孔高度为440mm。
将机械加工好的Φ36×356mm的高纯石墨棒放入干燥箱，在温度为200℃条件下烘烤1h，然后装入注流孔，并在高纯石墨棒与上水口砖内孔之间填充石墨粉至与高纯石墨棒高度相同，石墨粉粒度为0.01～0.1mm，至填满上水口砖内孔，高纯石墨棒和石墨粉共同作为下段引流物质，引流砂的填充高度为84mm，其他部分同实施例1。
采用上述方法精炼后，与全部采用Cr质引流砂作为引流物质生产工艺相比，产生的6价Cr化合物减少50％以上，并且引流物质带入钢液中的有害杂质降低60％以上。
实施例5
引流装置同实施例1，不同点在于注流孔高度为360mm。
将机械加工好的Φ30×255mm的铁锰合金放入干燥箱，在温度为200℃条件下烘烤1h，装入注流孔，并在铁锰合金与上水口砖内孔之间填充碳粉至与铁锰合金高度相同，碳粉粒度为0.01～1mm，铁锰合金和碳粉共同作为下段引流物质，引流砂的填充高度为105mm；其他部分同实施例1。
采用上述方法精炼后，与全部采用Cr质引流砂作为引流物质生产工艺相比，产生的6价Cr化合物减少50％以上，并且引流物质带入钢液中的有害杂质降低60％以上。
实施例6
引流装置同实施例1，不同点在于注流孔高度为360mm。
将粒度为2～8mm的铁颗粒和粒度为3～8mm的高纯石墨颗粒放入干燥箱，在温度为200℃条件下烘烤1h，装入注流孔，铁颗粒和高纯石墨颗粒的混合物作为下段引流物质，填充高度为265mm；引流砂的填充高度为105mm，其他部分同实施例1。
采用上述方法精炼后，与全部采用Cr质引流砂作为引流物质生产工艺相比，产生的6价Cr化合物减少50％以上，并且引流物质带入钢液中的有害杂质降低60％以上。
实施例7
引流装置同实施例1，不同点在于注流孔高度为360mm。
将粒度为5～10mm的铁颗粒和粒度为5～10mm的高纯石墨颗粒放入干燥箱，在温度为200℃条件下烘烤1h，装入注流孔，至超过上水口砖内孔，并在铁颗粒和高纯石墨颗粒与上水口砖之间的空隙中填入铁粉和碳粉，碳粉和铁粉粒度为0.01～0.1mm，碳粉、铁粉、铁颗粒和高纯石墨颗粒的混合物作为下段引流物质，填充高度为260mm；引流砂的填充高度为100mm，其他部分同实施例1。
采用上述方法精炼后，与全部采用Cr质引流砂作为引流物质生产工艺相比，产生的6价Cr化合物减少50％以上，并且引流物质带入钢液中的有害杂质降低60％以上。
实施例8
引流装置同实施例1，不同点在于注流孔高度为360mm。
将机械加工好的Φ35×100mm的铸钢块和粒度为8～10mm的高纯石墨颗粒放入干燥箱，在温度为200℃条件下烘烤1h，先将铸钢块装入注流孔，然后放入高纯石墨颗粒，铸钢块和高纯石墨颗粒作为下段引流物质，填充高度为260mm；引流砂的填充高度为100mm，其他部分同实施例1。
采用上述方法精炼后，与全部采用Cr质引流砂作为引流物质生产工艺相比，产生的6价Cr化合物减少50％以上，并且引流物质带入钢液中的有害杂质降低60％以上。