CN105819871A - 一种铁水包用吹气赶渣喷枪及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁水包用吹气赶渣喷枪及其制备方法，其原料包括以下重量份的组分：骨料35‑95份、共磨粉15‑60份、铝酸钙水泥2‑8份、钢纤维0.2‑3份。本发明的吹气赶渣喷枪具有良好的抵抗铁水、铁水渣的侵蚀性能，具有较好的热震稳定性、高温烧结性能，耐火材料与内芯钢管结合牢固，从而减少在使用过程产生的断裂、剥落损坏并减缓铁水渣的侵蚀冲刷损坏。
Description
技术领域
本发明涉及铁水包用喷枪耐材技术领域，特别是指一种铁水包用吹气赶渣喷枪及其制备方法。
背景技术
在铁水预处理过程中，一项重要的工作就是铁包扒渣，也就是将脱硫剂与铁水中杂质反应后的产物清除掉，从而提高铁水的纯净度，以便于后续特殊钢种的冶炼。常规的扒渣操作是将铁水包倾斜后，利用扒渣机将铁水包表面的铁渣扒出，这种操作难度大，铁包内侧铁渣清理不干净，操作时间长导致铁水温降较大，另外扒渣时造成铁水损失达5kg/吨。近年来，随着钢铁行业产能过程，市场竞争激烈，特种钢的开发冶炼成为钢铁行业改革创新的必然道路，因此对铁水的纯净度越来越高，这种吹气辅助赶渣喷枪得到快速的应用发展。采用吹气赶渣喷枪，是通过喷枪将氮气(N2)吹入铁水渣液面一下，通过控制气流和压强，将铁包表面的铁渣吹赶到包口一侧，让后使用扒渣机将包口铁水渣扒出。通过吹气赶渣抢的辅助作用，大大提高了扒渣操作效率，同时铁渣清理干净不回硫，温降小，铁损减少。
由于吹气赶渣枪自身具有以下特点，①喷枪长度达2.5～3.5米，而直径仅有80～100mm；②要达到吹扫铁水包表面渣层的作用，因此要求内部钢管直径20～30mm，并且吹气压强较大；③喷枪表面耐火材料厚度仅有25mm，而铁水温度高达1350℃。正是以上特点，吹气赶渣喷枪在使用过程中，容易出现压力不足造成堵枪，喷枪颤动导致弯曲，耐材剥落、开裂等诸多问题。近两年研究者们也通过各种方法模仿研究解决这些问题的办法。李明辉等在《100t铁水脱硫顶吹辅助扒渣工艺水模型实验和应用》中，通过水模型研究了喷吹气体流量、喷枪插入深度和插入位置等，对喷枪的使用参数提供了较高的参考价值。刘小卿、仇东丽、杜秀峰等人也都通过水模型试验研究喷吹辅助扒渣工艺参数以及透气模块的相关性能，然而针对喷枪耐材的研究较少。
发明内容
本发明提供一种铁水包用吹气赶渣喷枪及其制备方法，解决了现有铁水包脱硫处理后铁渣清理时间长，清理不彻底导致回硫的问题，大大提高的扒渣操作效率，降低操作难度。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种铁水包用吹气赶渣喷枪，其原料包括以下重量份的组分：骨料35-95份、共磨粉15-60份、铝酸钙水泥2-8份、钢纤维0.2-3份。
优选地，所述铁水包用吹气赶渣喷枪，其原料包括以下重量份的组分：骨料55-85份、共磨粉18-50份、铝酸钙水泥3-6份、钢纤维0.5-2.5份。
进一步优选地，所述铁水包用吹气赶渣喷枪，其原料包括以下重量份的组分：骨料60-65份、共磨粉20-40份、铝酸钙水泥3-5份、钢纤维1.0-2.0份。
优选地，所述骨料包括以下重量份的组分：矾土颗粒20-45份，红柱石颗粒20-50份。进一步优选地，所述骨料包括如下重量份的组分：矾土颗粒20-25份，红柱石颗粒25-40份。
优选地，所述共磨粉包括如下重量份的组分：电熔白刚玉细粉5-15份，烧结莫来石5-15份，α-Al2O3微粉3-8份，SiC 3-12份，硅微粉2-6份，防爆纤维0.05-0.2份，减水剂0.2-1.0份。
进一步优选地，所述共磨粉包括如下重量份的组分：电熔白刚玉细粉5-10份，烧结莫来石5-10份，α-Al2O3微粉3-6份，SiC 3-5份，硅微粉2-3份，防爆纤维0.1-0.2份，减水剂0.2-0.5份。
本发明所述矾土颗粒优选为含量88％-90％的特级矾土颗粒。
本发明所述烧结莫来石优选为铝含量60％、70％的烧结莫来石等中的一种或几种，更优选为铝含量60％的烧结莫来石(一般用“60烧结莫来石”表示。)实验证明，本发明采用60烧结莫来石效果更佳。
本发明所述SiC优选为有效成分含量91％、97％的SiC等中的一种或几种，更优选为有效成分含量97％的SiC(一般用“97SiC”表示)。实验证明，本发明采用97SiC效果更佳。
所述共磨粉的制备方法包括将按配方取所需原料，混合均匀，即得。
优选地，所述防爆纤维包括水溶性70防爆纤维(即溶解温度为70℃)、水溶性160防爆纤维(即溶解温度为160℃)、普通防爆裂纤维等中的一种或几种，更优选为水溶性70防爆纤维(即溶解温度为70℃)。
优选地，所述减水剂包括三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、FDN3000、ADS等中的一种或几种，更优选为减水剂ADS。
本发明所述减水剂ADS为安迈铝业(青岛)有限公司提供的高效减水剂(具体型号为ADS3)。
优选地，所述铝酸钙水泥为CA71水泥、CA70水泥中的一种或几种，更优选为CA71水泥。
优选地，所述钢纤维包括446钢纤维、304耐热钢纤维中的一种或几种，更优选为304耐热钢纤维。
优选地，所述矾土颗粒为含量88％-90％的特级矾土颗粒；其化学组成重量百分比分别为：Al2O3≥88.0，Fe2O3≤1.15，TiO2：1.5～2.5，SiO2：4.0～6.5。
所述红柱石的化学组分重量百分比分别为：Al2O3≥58.5,SiO2：38～40.0，TiO2≤0.4，Fe2O3≤1.0。
为了更好地获得质地轻、粘附性强的耐火材料，本发明对各原料的粒径进行了了优化。
优选地，所述矾土颗粒的粒级为5～3mm。
优选地，所述红柱石颗粒包括粒级3～1mm的，15-25份，粒级1～0mm的，15-25份。具体地，在本发明一个较佳的实施例中，所述红柱石颗粒包括粒级3～1mm的，25份，粒级1～0mm的，15份。
优选地，所述电熔白刚玉细粉的粒径为小于等于320目；
优选地，所述烧结莫来石的粒径为小于等于200目；
优选地，所述α-Al2O3微粉的粒径为3-5微米；
优选地，所述SiC的粒径为小于等于180目；
优选地，所述硅微粉的粒径为小于等于5微米；
优选地，所述铝酸钙水泥的粒径为小于等于200目。
本发明还发现，采用上述粒径的原料更有利于提高铁水包用吹气赶渣喷枪的强度和使用寿命。
进一步优选地，本发明所述铁水包用吹气赶渣喷枪其原料包括以下重量份的组分：
粒级为5～3mm的Al2O3含量88％-90％的矾土颗粒20-45份；
红柱石颗粒25-50份，其中包括粒级3～1mm的，15-25份，粒级1～0mm的，15-25份；
粒径小于等于320目的电熔白刚玉细粉5-15份；
粒径小于等于200目mm的烧结莫来石5-15份；
粒径3-5微米的α-Al2O3微粉3-8份；
粒径180目或200目的SiC 3-12份；
粒径小于等于5微米硅微粉2-6份；
防爆纤维0.05-0.2份；
减水剂0.2-1.0份；
粒径200目铝酸钙水泥2-8份；
钢纤维0.2-3份。
更进一步优选地，本发明所述铁水包用吹气赶渣喷枪其原料包括以下重量份的组分：
粒级为5～3mm的Al2O3含量88％-90％的矾土颗粒20-25份；
红柱石颗粒25-40份，其中包括粒级3～1mm的，15-25份，粒级1～0mm的，15-25份；
粒径小于等于320目的电熔白刚玉细粉5-10份；
粒径小于等于200目mm的烧结莫来石5-10份；
粒径3-5微米的α-Al2O3微粉3-6份；
粒径180目或200目的SiC 3-5份；
粒径小于等于5微米硅微粉2-3份；
防爆纤维0.1-0.2份；
减水剂0.2-0.5份；
粒径200目铝酸钙水泥3-5份；
钢纤维1-2.5份。
本发明所述重量份可以是μg、mg、g、kg等本领域公知的重量单位，也可以是其倍数，如1/10、1/100、10倍、100倍等。
本发明还提供上述铁水包用吹气赶渣喷枪的制备方法，包括以下步骤：按配方取所需原料，混合后搅拌均匀，成型，养护，烘烤。
具体地，上述铁水包用吹气赶渣喷枪的制备方法，包括以下步骤：
1)按配方取所需原料；
2)将骨料、共磨粉、铝酸钙水泥和钢纤维混合均匀，得预混料；
3)向步骤2)所得预混料中加水搅拌均匀，浇注成型；一般加水量为所述预混料重量的5.5％-6.5％；
4)养护；一般浇注好的产品进行带模养护，常温养护1-3天后脱模；脱模后继续自然养护3-5天；
5)烘烤；一般进窑口温度不得高于60℃，烘烤时间46小时以上，最高烘烤温度为300℃～350℃。
特别地，本发明通过电熔莫来石和红柱石颗粒，使高温下液相均匀分布于制品中，一方面促进高温烧结，提高高温强度，从而具有较好的抗冲刷性能；另一方面一定量液相的存在可显著提高制品的热震稳定性，防止热震作用导致产品的剥落损毁。红柱石在1400℃左右开始分解为莫来石相和液相伴随体积膨胀，正好弥补在此温度下其他原料开始烧结引起的体积收缩，使制品具有较好的体积稳定性。基质中氧化铝细粉的加入，根据相图理论分析，基质中合适的Al2O3/SiO2比例可以促进制品与铁水或铁渣反应生产CaO·6Al2O3和FeO·Al2O3尖晶石，有利于抵抗熔渣渗透侵蚀内部耐火材料。加入轻烧α-Al2O3微粉，一方面双峰结构提高浇注料流动性和原料之间填充性，有利于降低加水量和提高制品致密化；另一方面轻烧微粉具有较高的活性，有利于促进高温烧结产生高温强度。
本发明吹气赶渣喷枪具有良好的抵抗铁水、铁水渣的侵蚀性能，具有较好的热震稳定性、高温烧结性能，耐火材料与内芯钢管结合牢固，从而减少在使用过程产生的断裂、剥落损坏并减缓铁水渣的侵蚀冲刷损坏
本发明制备的铁水包用吹气赶渣喷枪，在青钢、首钢迁钢等进行使用，使用寿命可达到30次以上，使用过程中不开裂，不剥落，侵蚀均匀，熔损速度慢，取得较好的使用效果。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。其中，特级矾土颗粒，粒级为5～3mm，其化学组分的质量百分比均为：Al2O3≥88.0，SiO2：4～6，Fe2O3≤1.25；红柱石颗粒，其粒级为3～1mm，1～0mm；其化学组分的质量百分比分别为：Al2O3≥58.5,SiO2：38～40.0，TiO2≤0.4，Fe2O3≤1.0；电熔白刚玉细粉，粒级为320目，包含的组分及重量百分比均为：Al2O3≥99.0，SiO2≤0.4，Na2O+K2O≤0.5；二氧化硅微粉；其化学组分的质量百分比为：SiO2≥96.0％；α-Al2O3微粉，粒级为1～3μm，其中α-Al2O3微粉粒级分布曲线为双峰结构；碳化硅微粉，SiC≥97％；防爆纤维，防爆纤维粒级为4mm，水溶性，溶解温度为70℃～80℃；0.5％的减水剂ADS3；铝酸钙水泥，其化学组分的质量百分比分别为：Al2O3≥71.0；钢纤维，粒级为40mm，为耐热钢304纤维，尺寸型号为30～40mm。其中所述减水剂ADS为安迈铝业(青岛)有限公司提供的高效减水剂，型号ADS3。
实施例1
一种铁水包用吹气赶渣喷枪，其原料包括以下重量份的组分：
粒级为5～3mm的Al2O3含量含量大于88％的特级矾土颗粒20份；
红柱石颗粒40份，其中包括粒级3～1mm的25份，粒级1～0mm的15份；
粒径320目的电熔白刚玉细粉10份；
粒径200目的60烧结莫来石10份；
粒径3-5微米的α-Al2O3微粉6份；
粒径180目的97SiC 5份；
粒级为≤5μm硅微粉(其中α-Al2O3微粉粒级分布曲线为双峰结构)3份；
长度为4mm的防爆纤维(水溶性，溶解温度为70℃)0.1份；
减水剂(ADS3)0.5份；
粒径200目铝酸钙水泥(71型，Al2O3质量百分比≥71.0％)5份；
304耐热钢纤维(尺寸型号为30～40mm)1份。
本发明还提供上述铁水包用吹气赶渣喷枪的制备方法，包括以下步骤：
1)按配方取所需原料；
2)先将共磨粉、骨粉(特级矾土颗粒和红柱石颗粒)混料3分钟，然后加入铝酸钙水泥和钢纤维，其中钢纤维要均匀散开加入，混合8～10分钟后出料，得预混料；
3)向步骤2)所得预混料中加水搅拌均匀，浇注成型；加水量为所述预混料重量的5.5％-6.5％；生产时将预混料加水，搅拌约3分钟，先预震1分钟然后加入模具采用下部震动台，上部尤其是中心区域同时使用振动棒，确保排气充分，表面平整；
4)养护；一般浇注好的产品进行带模养护，常温养护1天后脱模；脱模后继续自然养护3天；
5)烘烤；进窑口温度不得高于60℃，烘烤时间92小时以上，最高烘烤温度为350℃。烘烤完成后进行检验、包装和入库。
上述铁水包用吹气赶渣喷枪的制备方法，其中共磨粉的制备方法包括将按配比取电熔白刚玉细粉、60烧结莫来石、α-Al2O3微粉、97SiC、硅微粉、防爆纤维和减水剂ADS3，混合均匀，而制成；骨粉的制备方法包括将特级矾土颗粒、红柱石颗粒混合均匀，通过高速混碾机混合均匀，而制成。
本实施例制备的铁水包用吹气赶渣喷枪的主要理化指标如下：Al2O3≥60％，SiO2≤20％。200℃烘后体积密度≥2.65g/cm3，显气孔率(110℃×24h)≤18％，耐压强度(110℃×24h)≥70MPa，线变化率(1500℃×3h)-0.8～+0.5％。本产品在首钢迁钢210吨铁水包中使用，，使用寿命平均35次，在使用过程中稳定性好，未出现剥落掉块和开裂现象。
实施例2
一种铁水包用吹气赶渣喷枪，其原料包括以下重量份的组分：
粒级为5～3mm的含量88％-90％的特级矾土颗粒25份；
红柱石颗粒40份，其中包括粒级3～1mm的25份，粒级1～0mm的15份；
粒径320目的电熔白刚玉细粉10份；
粒径200目的60烧结莫来石5份；
粒径3-1微米的α-Al2O3微粉6份；
粒径180目的97SiC 3份；
粒径≤5μm硅微粉(其中α-Al2O3微粉粒级分布曲线为双峰结构)3份；
长度为4mm的防爆纤维(水溶性，溶解温度为70℃)0.1份；
减水剂(ADS3)0.5份；
粒径200目铝酸钙水泥(71型，Al2O3质量百分比≥71.0％)5份；
304耐热钢纤维(尺寸型号为30～40mm)1份。
本发明还提供上述铁水包用吹气赶渣喷枪的制备方法，与实施例1相同。
本实施例制备的铁水包用吹气赶渣喷枪的主要理化指标如下：Al2O3≥60％，SiO2≤20％。200℃烘后体积密度≥2.65g/cm3，显气孔率(110℃×24h)≤18％，耐压强度(110℃×24h)≥80MPa，线变化率(1500℃×3h)-0.8～+0.5％。本产品在首钢迁钢210吨铁水包试用，使用平均寿命41次，在使用过程中稳定性好抗冲刷性能较好。
对比例1
一种铁水包用吹气赶渣喷枪，其原料包括以下重量份的组分：其原料与实施例1区别仅在于不包括粒级为3～1mm和1～0mm红柱石组分，采用Al2O3含量含量大于88％的特级矾土颗粒代替相应粒级的骨料。
该铁水包用吹气赶渣喷枪的制备方法与实施例1相同。
本实施例制备的铁水包用吹气赶渣喷枪的主要理化指标如下：
Al2O3≥70％，SiO2≤20％。200℃烘后体积密度≥2.8g/cm3，显气孔率(110℃×24h)≤18％，耐压强度(110℃×24h)≥70MPa，线变化率(1500℃×3h)-0.8～+1.5％。本对比例在物理性能上表现出热震稳定性较差以及体积稳定性差。采用1100℃×1h水冷热震的试验方法，实施例1热震次数可达到40次不剥落，对比例1热震次数仅仅为15次，就出现剥落掉块现象，说明热震稳定性差。在体积稳定性方面，通过高温烧后的样块表面出现微裂纹，圆柱形坩埚样品烧后有明显裂纹，而实施例1在实验过程中未出现裂纹现象，说明红柱石在体积稳定性和防止裂纹产生或扩展方面具有显著作用。因此在1500℃高温以及频繁的热冷交替使用条件下，对比例1无法满足现场使用性能要求。
对比例2
一种铁水包用吹气赶渣喷枪，其原料与实施例2区别仅在于不包括粒径180目的SiC，增加相同比例相应粒级的60烧结莫来石。
该铁水包用吹气赶渣喷枪的制备方法与实施例1相同。
一种铁水包用吹气赶渣喷枪，其原料包括以下重量份的组分：
本实施例制备的铁水包用吹气赶渣喷枪的主要理化指标如下：Al2O3≥60％，SiO2≤20％。200℃烘后体积密度≥2.65g/cm3，显气孔率(110℃×24h)≤18％，耐压强度(110℃×24h)≥80MPa，线变化率(1500℃×3h)-0.8～+0.5％。本产品在首钢迁钢210吨铁水包试用，使用平均寿命23次，在使用过程中抗冲刷性能与实施例2相比较差，影响寿命的主要因素是耐材冲刷较快，因此碳化硅对提高抗刷性能具有显著作用。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种铁水包用吹气赶渣喷枪，其特征在于，其原料包括以下重量份的组分：骨料35-95份、共磨粉15-60份、铝酸钙水泥2-8份、钢纤维0.2-3份。
2.根据权利要求1所述的铁水包用吹气赶渣喷枪，其特征在于，其原料包括以下重量份的组分：骨料55-85份、共磨粉18-50份、铝酸钙水泥3-6份、钢纤维0.5-2.5份；
优选地，所述铁水包用吹气赶渣喷枪，其原料包括以下重量份的组分：骨料60-65份、共磨粉20-40份、铝酸钙水泥3-5份、钢纤维1.0-2.0份。
3.根据权利要求1或2所述的铁水包用吹气赶渣喷枪，其特征在于，所述骨料包括以下重量份的组分：矾土颗粒20-45份，红柱石颗粒20-50份；和/或
所述共磨粉包括如下重量份的组分：电熔白刚玉细粉5-15份，烧结莫来石5-15份，α-Al2O3微粉3-8份，SiC 3-12份，硅微粉2-6份，防爆纤维0.05-0.2份，减水剂0.2-1.0份；和/或
所述防爆纤维包括水溶性70防爆纤维、水溶性160防爆纤维、普通防爆裂纤维中的一种或几种；和/或
所述减水剂包括三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、FDN3000、ADS中的一种或几种；和/或
所述铝酸钙水泥为CA71水泥、CA70水泥中的一种或两种；和/或
所述钢纤维包括446钢纤维、304耐热钢纤维中的一种或两种。
4.根据权利要求3所述的铁水包用吹气赶渣喷枪，其特征在于，所述骨料包括如下重量份的组分：矾土颗粒20-25份，红柱石颗粒25-40份；和/或
所述共磨粉包括如下重量份的组分：电熔白刚玉细粉5-10份，烧结莫来石5-10份，α-Al2O3微粉3-6份，SiC 3-5份，硅微粉2-3份，防爆纤维0.1-0.2份，减水剂0.2-0.5份。
5.根据权利要求1-4任一项所述的铁水包用吹气赶渣喷枪，其特征在于，所述矾土颗粒为含量88％-90％的特级矾土颗粒；
所述烧结莫来石为铝含量60％、70％的烧结莫来石中的一种或两种；
所述SiC为有效成分含量91％、97％的SiC中的一种或两种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的铁水包用吹气赶渣喷枪，其特征在于，所述矾土颗粒的粒级为5～3mm；
所述红柱石颗粒包括粒级3～1mm的，15-25份，粒级1～0mm的，15-25份；
所述电熔白刚玉细粉的粒径为小于等于320目；
所述烧结莫来石的粒径为小于等于200目；
所述α-Al2O3微粉的粒径为3-5微米；
所述SiC的粒径为小于等于180目；
所述硅微粉的粒径为小于等于5微米；
所述铝酸钙水泥的粒径为小于等于200目。
7.根据权利要求1所述的铁水包用吹气赶渣喷枪，其特征在于，其原料包括以下重量份的组分：
粒级为5～3mm的Al2O3含量88％-90％的矾土颗粒20-45份；
红柱石颗粒25-50份，其中包括粒级3～1mm的，15-25份，粒级1～0mm的，15-25份；
粒径小于等于320目的电熔白刚玉细粉5-15份；
粒径小于等于200目mm的烧结莫来石5-15份；
粒径3-5微米的α-Al2O3微粉3-8份；
粒径180目或200目的SiC 3-12份；
粒径小于等于5微米硅微粉2-6份；
防爆纤维0.05-0.2份；
减水剂0.2-1.0份；
粒径200目铝酸钙水泥2-8份；
钢纤维0.2-3份。
8.根据权利要求1所述的铁水包用吹气赶渣喷枪，其特征在于，其原料包括以下重量份的组分：
粒级为5～3mm的Al2O3含量88％-90％的矾土颗粒20-25份；
红柱石颗粒25-40份，其中包括粒级3～1mm的，15-25份，粒级1～0mm的，15-25份；
粒径小于等于320目的电熔白刚玉细粉5-10份；
粒径小于等于200目mm的烧结莫来石5-10份；
粒径3-5微米的α-Al2O3微粉3-6份；
粒径180目或200目的SiC 3-5份；
粒径小于等于5微米硅微粉2-3份；
防爆纤维0.1-0.2份；
减水剂0.2-0.5份；
粒径200目铝酸钙水泥3-5份；
钢纤维1-2.5份。
9.权利要求1-8任一项所述铁水包用吹气赶渣喷枪的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按配方取所需原料，混合后搅拌均匀，成型，养护，烘烤。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按配方取所需原料；
2)将骨料、共磨粉、铝酸钙水泥和钢纤维混合均匀，得预混料；
3)向步骤2)所得预混料中加水搅拌均匀，浇注成型；一般加水量为所述预混料重量的5.5％-6.5％；
4)养护；一般浇注好的产品进行带模养护，常温养护1-3天后脱模；脱模后继续自然养护3-5天；
5)烘烤；一般进窑口温度不得高于60℃，烘烤时间46小时以上，最高烘烤温度为300℃～350℃。
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