CN102826864B - 复合材质铁水脱硫喷枪及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种复合材质铁水脱硫喷枪及其制备工艺，该脱硫喷枪包括喷枪枪芯和喷枪浇注体，所述喷枪浇注体包括喷枪浇注体上部和喷枪浇注体下部，所述喷枪浇注体上部由用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料浇注而成，高度H为900~1100mm；所述喷枪浇注体下部由高铝质浇注料浇注而成。本发明提供一种使用寿命长、制造成本低、施工方便、经济环保型的复合材质铁水脱硫喷枪及其生产工艺，生产得到了一种枪体上部与下部使用不同材质耐火材料的复合式脱硫喷枪，在不接触铁水部位使用低成本耐火材料，来降低生产成本；接触铁水部位使用高成本耐火材料，来提高脱硫喷枪使用寿命及浸泡时间60~80%，进而达到降本增效的效果。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，具体涉及一种转炉炼钢前铁水预处理的喷吹脱硫工序使用的复合材质铁水脱硫喷枪及其制备工艺。
背景技术
铁水预处理技术作为优化炼钢过程的重要工艺手段，是连接炼钢与炼铁的桥梁，直接影响到钢铁产品质量，钢材品种扩大，节约炼钢成本等，近年来在钢铁行业中迅速发展。而脱硫作为铁水预处理工艺中一道非常重要的工序，受到冶金工作者的极大重视。
脱硫喷枪作为铁水预处理工艺中一种极为重要的冶金设备，其使用性能的优劣将直接影响到脱硫预处理生产的技术经济指标。国内外各大钢铁公司也加大了对脱硫喷枪的研制开发与改进。脱硫喷枪是在金属内管上浇注一层耐火材料而成，使用时将脱硫喷枪插入铁水中，然后将脱硫粉剂由枪芯喷入铁水中。
目前的钢铁行业中脱硫喷枪的使用寿命普遍不高，因喷枪的使用寿命问题打乱炼钢节奏的事件时常发生，这对缩短炼钢时间不利，故而脱硫喷枪的使用寿命成为了关键因素。据统计脱硫喷枪的寿命一般只有25~27次/支，平均浸泡时间为450~550min/支。影响脱硫喷枪使用寿命的因素主要包括：原材料的材质、浇注方式、喷枪结构、烧制过程以及用户使用过程的后续处理等。
钢厂大多数脱硫喷枪的枪体为相同耐火材料浇注而成，但随着原料价格上涨，生产成本提高，许多厂家开始使用低档次原料替代原有原料进行生产供货，这直接导致脱硫喷枪的使用寿命不能得以迅速提高，甚至出现下降情况。同时，不接触铁水部位采用较好的耐火材料实属浪费。
大多数脱硫喷枪枪体上部与下部使用相同的耐火材料，但由于原料价格上涨，产品成本提高，许多厂家开始使用低档次原料替代原有原料进行生产供货，这也直接导致的脱硫喷枪的使用寿命不能得以迅速提高，甚至出现下降情况。对1985年至2010年的中国发明专利、万方数据库、金属文摘进行了检索，未发现有关枪体上部与下部使用不同耐火材料的复合式脱硫喷枪的技术报道。
公开号为CN101148364A的中国发明专利公开了一种脱硫喷枪用耐火材料及脱硫喷枪生产工艺，其中涉及到分两段浇注脱硫喷枪，但其以渣线与非渣线区域划分，而且没有明确的长度划分，因使用过程中铁水渣线高低具有不确定性，使其给生产带来的困难极大，施工极为不便。所以该发明脱硫喷枪不具有适用性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种使用寿命长、制造成本低、施工方便、经济环保型的复合材质铁水脱硫喷枪及其制备工艺，研制一种枪体上部与下部使用不同材质耐火材料的复合式脱硫喷枪，在不接触铁水部位使用低成本耐火材料，来降低生产成本；接触铁水部位使用高成本耐火材料，提高了脱硫喷枪使用寿命，同时浸泡时间提高了60~80%，进而达到降本增效的效果。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种复合材质铁水脱硫喷枪，它包括喷枪枪芯和喷枪浇注体，所述喷枪浇注体包括喷枪浇注体上部和喷枪浇注体下部，所述喷枪浇注体上部由用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料浇注而成，其高度H=900~1100mm；所述喷枪浇注体下部由高铝质浇注料浇注而成；
所述回收料制备的浇注料中各组重量百分比为：
其中，微粉为SiO2微粉和活性α-Al2O3微粉的一种或两种的混合物；
所述高铝质浇注料中各组分重量百分比为：
其中，微粉为SiO2微粉、SiC微粉和活性α-Al2O3微粉中的一种或几种的混合物。
进一步地，所述的回收料制备的浇注料中，铁水喷枪回收料的粒径≤15mm，红柱石的粒径≤1mm，焦宝石的粒径≤0.088mm。
再进一步地，所述的高铝质浇注料中，焦宝石的粒径≤15mm，莫来石的粒径≤5mm，红柱石的粒径：1~3mm，锆莫来石的粒径≤1mm，电熔白刚玉的粒径≤0.088mm。
再进一步地，所述铁水喷枪回收料中，5mm＜粒径≤15mm的占其总重量的45~65%，粒径≤5mm的占其总重量的35~55%。
再进一步地，所述的高铝质浇注料中，焦宝石中，8mm＜粒径≤15mm的占其总重量的45~70%，5mm≤粒径≤8mm的占其总重量的30~55%；莫来石中，3mm＜粒径≤5mm的占其总重量的65~92%；粒径≤3mm的占其总重量的8~35%。
再进一步地，所述莫来石为烧结莫来石。
再进一步地，所述结合剂为铝酸钙水泥、水合氧化铝中的一种或二种的混合物。
再进一步地，所述减水剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、分散氧化铝中的一种或几种的混合物。
再进一步地，所述复合材质铁水脱硫喷枪的外形为倒T形或喇叭形。
本发明还提供了一种所述的复合材质铁水脱硫喷枪的制备工艺，包括以下步骤：
1）将铁水脱硫喷枪枪芯及相应配套模具安装到位：物料搅拌之前，先将模具装配好，吊入喷枪枪芯，然后将模具接缝处均匀涂抹石膏，防止物料流出；
2）制备用于复合材质铁水脱硫喷枪浇注体下部的高铝质浇注料：将所述高铝质浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合3~5min，加入物料总量的6.1~6.5%的水，再搅拌4~5min后，混合均匀后准备出料；
3）将步骤2）中混合均匀的高铝质浇注料加入模具中喷枪浇注体下部内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm，此后边加高铝质浇注料边震动成型；
4）制备用于喷枪浇注体上部的由用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料：将所述浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合3~5min，加入物料总量的6.5~6.8%的水，再搅拌4~5min后，混合均匀后准备出料；
5）将步骤4）中混合均匀的用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料加入模具中喷枪浇注体上部内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm，此后边加料边震动成型，震动至无大的气泡冒出时，复合材质铁水脱硫喷枪成型完成；
6）步骤5）中成型的复合材质铁水脱硫喷枪养护脱模：当室温低于15℃时，自然养护48h再脱模；当室温高于15℃时，自然养护24h再脱模；
7）脱模后继续自然养护72~96h后再烘烤，在烘烤过程中，首先以10~12℃/h的升温速度从室温升到70℃；在70℃时保温12h；再以7~9℃/h的升温速度升温到120℃；在120℃时保温24h；再以13~15℃/h的升温速度升温到250℃；在250℃时保温12h；再以18~20℃/h的升温速度升温到450℃；在450℃时保温12h后停火，自然冷却，冷却时间为12~24h，即可得到复合材质铁水脱硫喷枪。
本发明所制备的复合材质铁水脱硫喷枪与现有的脱硫喷枪相比，具有以下优点：
1）本发明的复合材质铁水脱硫喷枪的枪芯与常用的脱硫喷枪相同，改进耐火材料覆盖层的设计与工艺，施工简单方便。
2）本发明采用用后铁水脱硫喷枪回收料代替特级焦宝石及烧结合成莫来石作为复合材质铁水脱硫喷枪上部的骨料，不仅大幅降低了制造成本，而且有效缓解了耐火材料资源紧缺的问题。
3）本发明制备的复合材质铁水脱硫喷枪，其上部（不接触铁水部分）的耐火材料的原料成本得以大幅地降低；其下部（接触铁水部分）的耐火材料经过提高档次和配方优化，使得脱硫喷枪的实际使用寿命及浸泡时间提高60~80%。
4）本发明的复合材质铁水脱硫喷枪工作过程中，铁水面以上不接触铁水部位与接触铁水的工作部位采用的浇注料，在非工作部位采用用后脱硫喷枪回收料替代价格较昂贵的耐火原料，来降低成本。通过提高工作部位耐火材料的档次，进一步提高脱硫喷枪的使用寿命。
附图说明
图1为铁水脱硫喷枪成型后示意图；
图2为铁水脱硫喷枪在铁水中使用示意图；
图中，喷枪浇注体上部1，喷枪浇注体下部2，喷枪枪芯3，铁水4，喷枪浇注体5。
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：
一种复合材质铁水脱硫喷枪，其外形为倒T形，它包括喷枪枪芯3和喷枪浇注体5，所述喷枪浇注体5包括喷枪浇注体上部1和喷枪浇注体下部2，所述喷枪浇注体上部1由用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料浇注而成，高度H为900mm；所述喷枪浇注体下部2由高铝质浇注料浇注而成；
所述回收料制备的浇注料按重量百分比为：
其中，微粉为SiO2微粉和活性α-Al2O3微粉的混合物；结合剂为铝酸钙水泥；减水剂为三聚磷酸钠与六偏磷酸钠的混合物。
本实施例与以下实施例中，铁水喷枪回收料中Al2O3含量≥60%；焦宝石中Al2O3含量≥44%；SiO2微粉中SiO2含量≥92%，活性α-Al2O3微粉中Al2O3含量≥99%；
所述高铝质浇注料按重量百分比为：
其中，微粉为SiO2微粉、SiC微粉和活性α-Al2O3微粉的混合物；结合剂为铝酸钙水泥；减水剂为三聚磷酸钠。
本实施例与以下实施例中，焦宝石中Al2O3含量≥44%；烧结莫来石中Al2O3含量：70~77%，SiO2含量：22~29%，岩相分析：烧结莫莫来石晶相量≥90%；锆莫来石中ZrO2含量≥34%，Al2O3含量≥45%，并且ZrO2+Al2O3含量≥80%；电熔白刚玉中Al2O3含量≥98.5%；SiO2微粉中SiO2含量≥92%，SiC微粉中SiC含量≥97%，活性α-Al2O3微粉中Al2O3含量≥99%。
所述的复合材质铁水脱硫喷枪的制备工艺，包括以下步骤：
1）将铁水脱硫喷枪枪芯4及相应配套模具安装到位：物料搅拌之前，先将模具装配好，吊入喷枪枪芯3，然后将模具接缝处均匀涂抹石膏，防止物料流出；
2）制备用于复合材质铁水脱硫喷枪浇注体下部2的高铝质浇注料：将所述高铝质浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合5min，加入物料总量的6.1%的水，再搅拌5min后，混合均匀后准备出料；
3）将步骤2）中混合均匀的高铝质浇注料加入模具中喷枪浇注体下部2内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm，此后边加高铝质浇注料边震动成型；
4）制备用于喷枪浇注体上部1的用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料：将所述浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合3min，加入物料总量的6.5%的水，再搅拌4~5min后，混合均匀后准备出料；
5）将步骤4）中混合均匀的高铝质浇注料加入模具中喷枪浇注体上部1内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm，此后边加料边震动成型，震动至无大的气泡冒出时，复合材质铁水脱硫喷枪成型完成；
6）步骤5）中成型的复合材质铁水脱硫喷枪养护脱模：在室温低于15℃时，自然养护48h再脱模；
7）脱模后继续自然养护72h后再烘烤，在烘烤过程中，首先以10℃/h的升温速度从室温升到70℃；在70℃时保温12h；再以9℃/h的升温速度升温到120℃；在120℃时保温24h；再以13℃/h的升温速度升温到250℃；在250℃时保温12h；再以18℃/h的升温速度升温到450℃；在450℃时保温12h后停火，自然冷却，冷却时间为12h，即可得到复合材质铁水脱硫喷枪。
实施例2
一种复合材质铁水脱硫喷枪，其外形为喇叭形，它包括喷枪枪芯4和喷枪浇注体5，所述喷枪浇注体5包括喷枪浇注体上部1和喷枪浇注体下部2，所述喷枪浇注体上部1由用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料浇注而成，高度H为1100mm；所述喷枪浇注体下部2由高铝质浇注料浇注而成；
所述回收料制备的浇注料按重量百分比为：
其中，微粉为SiO2微粉；结合剂为水合氧化铝；减水剂为分散氧化铝，分散氧化铝购于青岛安迈铝业公司，牌号为：ADS1/ADW1。
所述高铝质浇注料按重量百分比为：
其中，微粉为SiC微粉和活性α-Al2O3微粉中的混合物；结合剂为铝酸钙水泥；减水剂为三聚磷酸钠与六偏磷酸钠的混合物。
所述的复合材质铁水脱硫喷枪的制备工艺，包括以下步骤：
1）将铁水脱硫喷枪枪芯3及相应配套模具安装到位：物料搅拌之前，先将模具装配好，吊入喷枪枪芯3，然后将模具接缝处均匀涂抹石膏，防止物料流出；
2）制备用于复合材质铁水脱硫喷枪浇注体下部2的高铝质浇注料：将所述高铝质浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合3min，加入物料总量的6.1%的水，再搅拌4min后，混合均匀后准备出料；
3）将步骤2）中混合均匀的高铝质浇注料加入模具中喷枪浇注体下部2内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm，此后边加高铝质浇注料边震动成型；
4）制备用于喷枪浇注体上部1的用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料：将所述浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合3min，加入物料总量的6.58%的水，再搅拌4min后，混合均匀后准备出料；
5）将步骤4）中混合均匀的用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料加入模具中喷枪浇注体上部1内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm，此后边加料边震动成型，震动至无大的气泡冒出时，复合材质铁水脱硫喷枪成型完成；
6）步骤5）中成型的复合材质铁水脱硫喷枪养护脱模：室温高于15℃，自然养护24h再脱模；
7）脱模后继续自然养护72h后再烘烤，在烘烤过程中，首先以12℃/h的升温速度从室温升到70℃；在70℃时保温12h；再以7℃/h的升温速度升温到120℃；在120℃时保温24h；再以15℃/h的升温速度升温到250℃；在250℃时保温12h；再以20℃/h的升温速度升温到450℃；在450℃时保温12h后停火，自然冷却，冷却时间为24h，即可得到复合材质铁水脱硫喷枪。
实施例3
一种复合材质铁水脱硫喷枪，其外形为倒T形，它包括喷枪枪芯3和喷枪浇注体4，所述喷枪浇注体包括喷枪浇注体上部1和喷枪浇注体下部2，所述喷枪浇注体上部1由用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料浇注而成，高度H为900~1100mm；所述喷枪浇注体下部2由高铝质浇注料浇注而成；
所述回收料制备的浇注料按重量百分比为：
其中，微粉为活性α-Al2O3微粉；结合剂为水合氧化铝；减水剂为六偏磷酸钠。
所述高铝质浇注料按重量百分比为：
其中，微粉为SiO2微粉、SiC微粉和活性α-Al2O3微粉的混合物；
结合剂为铝酸钙水泥；减水剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物。
所述的复合材质铁水脱硫喷枪的制备工艺，包括以下步骤：
1）将铁水脱硫喷枪枪芯3及相应配套模具安装到位：物料搅拌之前，先将模具装配好，吊入喷枪枪芯3，然后将模具接缝处均匀涂抹石膏，防止物料流出；
2）制备用于复合材质铁水脱硫喷枪浇注体下部2的高铝质浇注料：将所述高铝质浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合4min，加入物料总量的6.13%的水，再搅拌5min后，混合均匀后准备出料；
3）将步骤2）中混合均匀的高铝质浇注料加入模具中喷枪浇注体下部2内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm，此后边加高铝质浇注料边震动成型；
4）制备用于喷枪浇注体上部1的用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料：将所述浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合4min，加入物料总量的6.6%的水，再搅拌5min后，混合均匀后准备出料；
5）将步骤4）中混合均匀的用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料加入模具中喷枪浇注体上部1内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm，此后边加料边震动成型，震动至无大的气泡冒出时，复合材质铁水脱硫喷枪成型完成；
6）步骤5）中成型的复合材质铁水脱硫喷枪养护脱模：室温高于15℃时，自然养护24h再脱模；
7）脱模后继续自然养护84h后再烘烤，在烘烤过程中，首先以10℃/h的升温速度从室温升到70℃；在70℃时保温12h；再以8℃/h的升温速度升温到120℃；在120℃时保温24h；再以13℃/h的升温速度升温到250℃；在250℃时保温12h；再以18℃/h的升温速度升温到450℃；在450℃时保温12h后停火，自然冷却，冷却时间为20h，即可得到复合材质铁水脱硫喷枪。
Claims (10)
1.一种复合材质铁水脱硫喷枪，它包括喷枪枪芯和喷枪浇注体，所述喷枪浇注体包括喷枪浇注体上部和喷枪浇注体下部，其特征在于：所述喷枪浇注体上部由用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料浇注而成，其高度H=900～1100mm；所述喷枪浇注体下部由高铝质浇注料浇注而成；
所述回收料制备的浇注料中各组重量百分比为：
铁水喷枪回收料 45～65%；
红柱石 5～15%；
焦宝石 15～25%；
微粉 5～10%；
结合剂 3～8%；
减水剂 0.1～0.2%；
有机防爆纤维 0.05～0.15%；
其中，微粉为SiO2微粉和活性α-Al2O3微粉的一种或两种的混合物；
所述高铝质浇注料中各组分重量百分比为：
焦宝石 25～43%；
莫来石 17～33%；
红柱石 10～25%；
锆莫来石 5～15%；
电熔白刚玉 10～20%；
微粉 8～15%；
结合剂 3～8%；
减水剂 0.1～0.2%；
有机防爆纤维 0.05～0.15%；
其中，微粉为SiO2微粉、SiC微粉和活性α-Al2O3微粉中的一种或几种的混合物。
2.根据权利要求1所述的复合材质铁水脱硫喷枪，其特征在于：所述的回收料制备的浇注料中，铁水喷枪回收料的粒径≤15mm，红柱石的粒径≤1mm，焦宝石的粒径≤0.088mm。
3.根据权利要求1所述的复合材质铁水脱硫喷枪，其特征在于：所述的高铝质浇注料中，焦宝石的粒径≤15mm，莫来石的粒径≤5mm，红柱石的粒径：1～3mm，锆莫来石的粒径≤1mm，电熔白刚玉的粒径≤0.088mm。
4.根据权利要求2或3所述的复合材质铁水脱硫喷枪，其特征在于：所述铁水喷枪回收料中，5mm＜粒径≤15mm的占其总重量的45～65%，粒径≤5mm的占其总重量的35～55%。
5.根据权利要求2或3所述的复合材质铁水脱硫喷枪，其特征在于：所述的高铝质浇注料中，焦宝石中，8mm＜粒径≤15mm的占其总重量的45～70%，5mm≤粒径≤8mm的占其总重量的30～55%；莫来石中，3mm＜粒径≤5mm的占其总重量的65～92%；粒径≤3mm的占其总重量的8～35%。
6.根据权利要求1所述的复合材质铁水脱硫喷枪，其特征在于：所述莫来石为烧结莫来石。
7.根据权利要求1所述的复合材质铁水脱硫喷枪，其特征在于：所述结合剂为铝酸钙水泥、水合氧化铝中的一种或二种的混合物。
8.根据权利要求1所述的复合材质铁水脱硫喷枪，其特征在于：所述减水剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、分散氧化铝中的一种或几种的混合物。
9.根据权利要求1所述的复合材质铁水脱硫喷枪，其特征在于：所述复合材质铁水脱硫喷枪的外形为倒T形或喇叭形。
10.一种权利要求1所述的复合材质铁水脱硫喷枪的制备工艺，包括以下步骤：
1）将铁水脱硫喷枪枪芯及相应配套模具安装到位：物料搅拌之前，先将模具装配好，吊入喷枪枪芯，然后将模具接缝处均匀涂抹石膏，防止物料流出；
2）制备用于复合材质铁水脱硫喷枪浇注体下部的高铝质浇注料：将所述高铝质浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合3～5min，加入物料总量的6.1～6.5%的水，再搅拌4～5min后，混合均匀后准备出料；
3）将步骤2）中混合均匀的高铝质浇注料加入模具中喷枪浇注体下部内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm，此后边加高铝质浇注料边震动成型；
4）制备用于喷枪浇注体上部的由用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料：将所述浇注料按照相应配比称重后，搅拌混合3～5min，加入物料总量的6.5～6.8%的水，再搅拌4～5min后，混合均匀后准备出料；
5）将步骤4）中混合均匀的用后脱硫喷枪回收料制备的浇注料加入模具中喷枪浇注体上部内，一次性加料在模具内的高度不得高于200mm，此后边加料边震动成型，震动至无大的气泡冒出时，复合材质铁水脱硫喷枪成型完成；
6）步骤5）中成型的复合材质铁水脱硫喷枪养护脱模：当室温低于15℃时，自然养护48h再脱模；当室温高于15℃时，自然养护24h再脱模；
7）脱模后继续自然养护72～96h后再烘烤，在烘烤过程中，首先以10～12℃/h的升温速度从室温升到70℃；在70℃时保温12h；再以7～9℃/h的升温速度升温到120℃；在120℃时保温24h；再以13～15℃/h的升温速度升温到250℃；在250℃时保温12h；再以18～20℃/h的升温速度升温到450℃；在450℃时保温12h后停火，自然冷却，冷却时间为12～24h，即可得到复合材质铁水脱硫喷枪。
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