CN106565254A

CN106565254A - 用于制备吹气辅助扒渣喷枪的耐火浇注料

Info

Publication number: CN106565254A
Application number: CN201610946970.XA
Authority: CN
Inventors: 李明晖; 李远兵; 欧阳德刚; 罗巍; 韩斌; 丁翠娇; 朱善合
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2036-10-26
Also published as: CN106565254B

Abstract

本发明公开了一种用于制备吹气辅助扒渣喷枪的耐火浇注料，所述耐火浇注料的原料按重量份数比计包括40～60份的电熔纯莫来石、15～30份的红柱石、1～9份的氧化铝空心球、1～4份的碳化硅、5～10份的致密刚玉细粉、5～10份的а‑Al₂O₃微粉、2～5份的硅微粉、3～6份的纯铝酸钙水泥和1～5份的耐热钢纤维。本发明通过在重质浇注料料中引入颗粒直径合适的适量氧化铝空心球，由于空心球的球状外形更加有利于浇注料浆的流动，大幅度提高了浇注料施工流动性，降低了浇注料气孔率，提高了体积密度，增加了浇注料致密性。从而提高了枪衬力学性能和抗渣性能，其中，抗折强度相对于常规浇注料提高20％，耐压强度提高45％。

Description

用于制备吹气辅助扒渣喷枪的耐火浇注料

技术领域

本发明涉及转炉炼钢前铁水预处理用耐火材料领域，具体地指一种用于制备吹气辅助扒渣喷枪的耐火浇注料。

背景技术

铁水脱硫后，在铁水罐内铁水表面漂浮大量的脱硫渣，为了避免渣中有害元素返回铁水影响高附加值钢种的洁净度和产品质量，必须采取有效的手段将这些渣滓扒除。因而，铁水扒渣是钢水洁净度控制的关键技术之一，也是洁净钢高效、稳定、低成本大规模生产的必备手段。

目前，国内外普遍采用的铁水罐扒渣方式为机械扒渣法，即先将铁水罐倾翻到扒渣工作位置，通过扒渣板前后往复和左右弧线运动，将铁水液面浮渣扒除，但由于铁水罐后墙区域难以触及，形成扒渣死区，导致扒渣效率低、铁损高、回硫控制困难等不足。为此，国内外学者以提高传统机械扒渣效率为目的，开发了多种铁水罐吹气辅助扒渣工艺，并在实际生产中取得了缩短扒渣时间的优良效果。其中，顶枪吹气辅助扒渣工艺以其实施便利、操控灵活、无渗铁风险等优点而得到钢铁企业青睐；其具体工艺过程为：铁水罐倾斜后，将顶吹喷枪沿铁水罐后壁插入铁水深处，通过喷吹惰性气体，依靠喷吹气体的膨胀上浮，驱赶铁水液面脱硫渣向罐嘴聚集，从而方便扒渣机操作。由上述工艺过程可见，顶吹喷枪是吹气辅助扒渣工艺的关键设备，其使用寿命不仅关系到钢铁企业生产成本，而且会影响到扒渣工序的顺行和生产效率。

实际生产中，由于服役环境恶劣，吹气辅助扒渣喷枪使用过程中枪头磨损、脱落、枪身裂纹剥落和断裂现象严重，导致平均使用寿命仅为15-20次/支，更换频繁，导致铁水预处理工序生产时间延长，影响了作业效率，增加了工人劳动强度。然而，由于吹气喷枪插入深度小、功能单一以及喷枪驱动装置安装布局与投资的限制，顶吹喷枪尺度小，重量轻、价格低、结构简单，目前对于顶吹喷枪的研究主要集中在优化喷枪喷口结构提升聚渣作用方面，如“一种辅助铁水扒渣的吹气枪(授权公告号：CN202006279U)”、“辅助铁水扒渣的吹气聚渣喷枪及其使用方法(申请公布号：CN 103114177A)”、“透气聚渣用顶部插入式喷枪及其制备方法(申请公布号“CN 104164535 A)”等专利均提出了新型喷口结构，以增强喷吹气流的驱渣作用、降低气流对铁水罐罐壁的冲刷。目前，对于延长喷枪使用寿命方面研究较少，仅有数则专利报道，中国专利“用于吹气赶渣的吹气枪”公告号CN201778055U，通过在外接气源钢管外设置内保护层和外保护层的双层保护结构，来提高吹气枪的使用寿命，其中内保护层采用市售轻质浇注料，外保护层采用市售高强浇注料。中国专利“用于铁水吹气赶渣的吹气枪”公告号CN201793624U，公开了一种顶吹喷枪，其耐火浇注料层包括加厚部分、未加厚部分，加厚部分靠近出气端，通过在顶吹喷枪作业时，与铁水接触的部分采用加厚的耐火浇注料层，使其具有较高强度，以提高其使用寿命。

由上述分析可知，顶吹喷枪作为吹气辅助扒渣的关键设备，目前对于提高其使用寿命研究较少，尤其是对于喷枪枪衬耐火材料还没有进行针对性的开发，导致使用寿命较短，维护更换频繁，降低了铁水预处理工序生产效率，增加了工人劳动强度。

发明内容

本发明的目的是提供了一种用于制备吹气辅助扒渣喷枪的耐火浇注料，该耐火浇注料具有性能优良、成本低廉、原材料来源广的特点，其可满足吹气辅助扒渣恶劣工况条件下吹气喷枪枪衬耐火材料的使用性能要求，与常规浇注料制备的吹气喷枪相比，本发明浇注料制备的顶吹喷枪平均使用寿命可提高15次/支以上。

为实现上述目的，本发明提供的一种用于制备吹气辅助扒渣喷枪的耐火浇注料，所述耐火浇注料的原料按重量份数比计包括40～60份的电熔纯莫来石、15～30份的红柱石、1～9份的氧化铝空心球、1～4份的碳化硅、5～10份的致密刚玉细粉、5～10份的а-Al₂O₃微粉、2～5份的硅微粉、3～6份的纯铝酸钙水泥和1～5份的耐热钢纤维。

进一步地，所述耐火浇注料的原料按重量份数比计还包括0.05～0.2份的三聚磷酸钠和0.05～0.2份的减水剂。

再进一步地，所述电熔纯莫来石的粒径为0.15～5mm、红柱石的粒径为0.15～3mm、氧化铝空心球的粒径为0.5～1mm、碳化硅的粒径为0.15～1mm、致密刚玉细粉的粒径为325目。

再进一步地，所述电熔纯莫来石按粒径大小分为：3mm＜粒径≤5mm、1mm＜粒径≤3mm、0.045＜粒径≤1mm和0＜粒径≤0.045mm四个级配，其重量百分比分别为：40～60％、20～40％、0～20％和10～30％。

再进一步地，所述红柱石按粒径大小分为：1mm＜粒径≤3mm和0.15mm＜粒径≤1mm二个级配；其重量百分比分别为：10～50％和50～90％。

再进一步地，所述耐火浇注料的原料按重量份数比计包括：

3mm＜粒径≤5mm的电熔纯莫来石	23～25份
		1mm＜粒径≤3mm的电熔纯莫来石	12～14份
0.045mm＜粒径≤1mm的电熔纯莫来石	5～8份
		0＜粒径≤0.045mm的电熔纯莫来石	5～8份
1mm＜粒径≤3mm的红柱石	7～12份
		0.15mm＜粒径≤1mm的红柱石	11～16份
氧化铝空心球	2～8份
		碳化硅	1～4份
致密刚玉细粉	5～10份
		а-Al₂O₃微粉	5～10份
硅微粉	2～5份
		纯铝酸钙水泥	3～6份
耐热钢纤维	1～5份
		三聚磷酸钠	0.05～0.2份
减水剂	0.05～0.2份

其中，氧化铝空心球的粒径为0.5～1mm、碳化硅的粒径为0.15～1mm、致密刚玉细粉的粒径为325目。

再进一步地，所述耐火浇注料的原料按重量份数比计包括：

3mm＜粒径≤5mm的电熔纯莫来石	24份
		1mm＜粒径≤3mm的电熔纯莫来石	12份
0.045＜粒径≤1mm的电熔纯莫来石	7份
		0＜粒径≤0.045mm的电熔纯莫来石	7份
1mm＜粒径≤3mm的红柱石	7份
		0.15mm＜粒径≤1mm的红柱石	14份
氧化铝空心球	4份
		碳化硅	2份
致密刚玉细粉	7份
		а-Al₂O₃微粉	5份
硅微粉	4份
		纯铝酸钙水泥	5份
耐热钢纤维	2份
		三聚磷酸钠	0.1份
减水剂	0.1份

本发明的设计原理

本发明通过国内相关钢铁企业铁水脱硫顶枪吹气辅助扒渣过程的现场调研与顶吹喷枪破损过程的现场跟踪，分析了顶吹喷枪的使用功能需求。基于顶吹喷枪使用工况条件、结构特征、制备材料性能特点与破损状况，探讨了喷枪的损毁机理。分析认为，顶吹喷枪同轴向下吹气，向下喷射动能迟滞了喷吹气体流股的上浮，延长了枪头喷口区域气流的停留时间，强化了该区域气体流股的铁水加热与膨胀，加剧了喷射气流对枪头的冲刷磨损；单一喷射流股吹气方式搅拌动能集中，液面隆起、震荡波动、渣铁飞溅严重，引起喷枪跳跃与剧烈摆动，易引起喷枪疲劳断裂；顶吹喷枪金属枪芯和耐火材料枪衬复合体结构热应力引起喷枪裂纹剥落、烧穿、断裂。由上述分析可见，枪衬耐火材料热震稳定性能是引起枪衬龟裂剥落的主要原因，喷枪的综合强度与刚度是引起喷枪弯曲、折断的主要原因，进一步提高顶吹喷枪枪衬耐火材料的力学强度、抗侵蚀性能、高温性能、热震稳定性能以及降低喷枪金属芯与枪衬接合面机械应力将能延缓喷枪破损进程、提高顶吹喷枪使用寿命。

本发明的具体有益效果为：

(1)提高了顶吹喷枪耐火材料枪衬力学性能和抗渣性能。

本发明通过在重质浇注料料中引入颗粒直径合适的适量氧化铝空心球，由于空心球的球状外形更加有利于浇注料浆的流动，大幅度提高了浇注料施工流动性，降低了浇注料气孔率，提高了体积密度，增加了浇注料致密性。从而提高了枪衬力学性能和抗渣性能，其中，抗折强度相对于常规浇注料提高20％，耐压强度提高45％。

(2)降低了顶吹喷枪耐火材料枪衬与金属枪芯复合体结构热应力。

通过浇注料中引入空心球，降低了浇注料显气孔率，

进一步提高了枪衬的导热系数，减小了顶吹喷枪使用过程中的温度梯度，缓解了由于金属枪芯和耐火材料热膨胀性能不匹配，数值模拟结果表明，降低顶吹喷枪复合体结构热应力10％以上；

(3)提高了顶吹喷枪耐火材料枪衬高温性能和热震稳定性。

通过电镜分析，发明浇注料1400℃×3h烧后试样中氧化铝空心球高温状态下与基质周围富余的SiO₂反应，在空心球球壁生成向基质生长的二次莫来石网状结构，有利于高温性能的提高；同时，由于氧化铝空心球壁面比较光滑，引入的氧化铝空心球周围与基质结合部位不紧密，存在一定裂纹，有利于阻碍热震裂纹的扩展，可以提高浇注料的热震稳定性能，水冷实验结果表明，试样热震次数较常规浇注料提高20％以上。

(4)通过上述措施，与常规浇注料制备的铁水吹气辅助扒渣顶吹喷枪相比，本发明浇注料制备的顶吹喷枪平均使用寿命可提高15次/支以上。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

铁水吹气辅助扒渣顶吹喷枪用耐火浇注料1的组份按重量份数为：

浇注制备了一批吹气辅助扒渣喷枪，在某炼钢厂进行了对比试验，试验结果表明，采用耐火浇注料1制备的辅助扒渣喷枪平均使用寿命比常规喷枪延长15次/支。

实施例2

铁水吹气辅助扒渣顶吹喷枪用耐火浇注料2组份的重量份数为：

浇注制备了一批吹气辅助扒渣喷枪，在某炼钢厂进行了对比试验，试验结果表明，采用耐火浇注料2制备的辅助扒渣喷枪平均使用寿命比常规喷枪延长10次/支。

实施例3

铁水吹气辅助扒渣顶吹喷枪用耐火浇注料组份3的重量百分数为：

浇注制备了一批吹气辅助扒渣喷枪，在某炼钢厂进行了对比试验，试验结果表明，采用耐火浇注料3制备的辅助扒渣喷枪平均使用寿命比常规喷枪延长5次/支。

实施例4

铁水吹气辅助扒渣顶吹喷枪用耐火浇注料组份4的重量百分数为：

浇注制备了一批吹气辅助扒渣喷枪，在某炼钢厂进行了对比试验，试验结果表明，采用耐火浇注料4制备的辅助扒渣喷枪平均使用寿命比常规喷枪延长25次/支。

上述，氧化铝空心球的粒径为0.5～1mm、碳化硅的粒径为0.15～1mm、致密刚玉细粉的粒径为325目，FS20减水剂等原料均可以购于市场。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims

1.一种用于制备吹气辅助扒渣喷枪的耐火浇注料，其特征在于：所述耐火浇注料的原料按重量份数比计包括40～60份的电熔纯莫来石、15～30份的红柱石、2～6份的氧化铝空心球、1～4份的碳化硅、5～10份的致密刚玉细粉、5～10份的а-Al₂O₃微粉、2～5份的硅微粉、3～6份的纯铝酸钙水泥和1～5份的耐热钢纤维。

2.根据权利要求1所述用于制备吹气辅助扒渣喷枪的耐火浇注料，其特征在于：所述耐火浇注料的原料按重量份数比计还包括0.05～0.2份的三聚磷酸钠和0.05～0.2份的减水剂。

3.根据权利要求2所述用于制备吹气辅助扒渣喷枪的耐火浇注料，其特征在于：所述电熔纯莫来石的粒径为0.15～5mm、红柱石的粒径为0.15～3mm、氧化铝空心球的粒径为0.5～1mm、碳化硅的粒径为0.15～1mm、致密刚玉细粉的粒径为325目。

4.根据权利要求3所述用于制备吹气辅助扒渣喷枪的耐火浇注料，其特征在于：所述电熔纯莫来石按粒径大小分为：3mm＜粒径≤5mm、1mm＜粒径≤3mm、0.045mm＜粒径≤1mm和0＜粒径≤0.045mm三个级配，其重量百分比分别为：40～60％、20～40％、0～20％和10～30％。

5.根据权利要求3所述用于制备吹气辅助扒渣喷枪的耐火浇注料，其特征在于：所述红柱石按粒径大小分为：1mm＜粒径≤3mm和0.15mm＜粒径≤1mm二个级配；其重量百分比分别为：10～50％和50～90％。

6.根据权利要求4或5所述用于制备吹气辅助扒渣喷枪的耐火浇注料，其特征在于：所述耐火浇注料的原料按重量份数比计包括：

3mm＜粒径≤5mm的电熔纯莫来石 23～25份 1mm＜粒径≤3mm的电熔纯莫来石 12～14份 0.045mm＜粒径≤1mm的电熔纯莫来石 5～8份 0＜粒径≤0.045mm的电熔纯莫来石 5～8份 1mm＜粒径≤3mm的红柱石 7～12份 0.15mm＜粒径≤1mm的红柱石 11～16份氧化铝空心球 2～8份碳化硅 1～4份致密刚玉细粉 5～10份 а-Al₂O₃微粉 5～10份硅微粉 2～5份纯铝酸钙水泥 3～6份耐热钢纤维 1～5份三聚磷酸钠 0.05～0.2份减水剂 0.05～0.2份

7.根据权利要求6所述用于制备吹气辅助扒渣喷枪的耐火浇注料，其特征在于：所述耐火浇注料的原料按重量份数比计包括