一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料，屬于耐高溫填料【技術領域】。本發(fā)明的填料用于裝填在高爐用鑄鋼冷卻壁的冷卻水管內部，該填料中各組分按如下質量份組成：鉻鐵礦砂100～106份、鋁粉11～15份、石墨粉5～7份、石灰粉3～5份、轉爐風淬渣8～10份、海泡石3～5份、無鈣鉻渣7～11份；鉻鐵礦砂由粒度為20～30目、30～40目、40～50目粉料組成。采用本發(fā)明的填料生產鑄鋼冷卻壁，能夠使得鑄鋼冷卻壁的廢品率達到最低，且在鑄鋼冷卻壁的鑄造過程中，能夠有效防止冷卻水管熔穿，并使其達到“熔而不化”且“無縫隙熔合”的技術效果。
【專利說明】一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于耐高溫填料【技術領域】，更具體地說，涉及一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料，填料用于裝填在高爐用鑄鋼冷卻壁的冷卻水管內部。

【背景技術】
[0002]煉鐵高爐中大量使用冷卻壁砌就，作為新一代高爐冷卻壁的鑄鋼冷卻壁與目前普遍采用的球墨鑄鐵冷卻壁相比，具有延伸率高、抗拉強度高、熔點高、抗熱沖擊性及整體導熱性能好等優(yōu)點。鑄鐵冷卻壁基體與冷卻水管材質相差很大，受基體材質和鑄造工藝的限制，基體與冷卻水管之間存在0.1?0.3mm的氣隙，導致熱阻增大。然而，鑄鋼冷卻壁基體與冷卻水管材質相同或相近，特別的鑄造技術使冷卻水管的外壁與基體熔合為一體無縫隙，而內壁不熔化、不變形。鑄鋼冷卻壁基體與冷卻管道融為一體，消除了球墨鑄鐵冷卻壁中基體與冷卻管之間的間隙，減少了熱阻，從而提高了高爐的使用壽命。用機械解剖和金相顯微鏡觀察熔合交界區(qū)域無氣隙和夾層，其組織為冶金結合組織。
[0003]鑄鋼冷卻壁的基體材質為熔點很高的低碳合金鋼，一般都選用與基體材質相同或相近的低碳鋼熱軋無縫鋼管作為冷卻管道，以取得良好的導熱效果。由于冷卻管道的形狀根據冷卻壁的具體使用場合往往設計成復雜不規(guī)則的形狀，所以一般只能采用鑄造工藝生產，然而在鑄造過程中，即使采用常用的氣冷、油冷等冷卻方式來降低冷卻管道溫度，但由于鑄鋼鋼水溫度很高，還是很容易使冷卻管道發(fā)生變形和熔穿，特別是可能在澆注過程中因急劇膨脹的熱氣流來不及排放而引起爆炸的危險，長期以來這一鑄造難題一直沒有得到很好解決，有些冷卻管道形狀比較復雜的鑄鋼冷卻壁甚至無法生產出來。目前，在鑄鋼冷卻壁的鑄造過程中，防止冷卻水管熔穿，并使其“熔而不化”，是鑄造工藝中的最大難點，防熔芽措施王要有兩種:
[0004](I)從外部防止冷卻水管熔穿。從外部防止冷卻水管熔穿，可以在水管外焊制一層隨型內冷鐵籠，或在水管外表涂刷隔熱涂層。此類方法雖然可以從一定程度上防止水管熔穿，但是如果設計不當，將會嚴重影響冷卻水管和冷卻壁本體之間的熔合率，使水管的散熱能力極大地降低，這也削弱了鑄鋼冷卻壁導熱性能好的優(yōu)勢。
[0005](2)從內部防止冷卻水管熔穿。從內防止水管熔穿，可以在冷卻水管內部通入氣體/固體冷卻介質。通氣可以使用氮氣或者其他稀有氣體，通氣能夠防止水管內壁在澆注過程中被氧化，并且保護冷卻水管使其“熔而不穿”。幾乎所有形狀的冷卻水管都可以用通氣的方式來冷卻，但是通氣需要額外的通氣設備，并且通氣時的氣壓、流速等諸多參數需要根據具體情況，反復摸索才能得出。灌入固體冷卻介質到冷卻水管中是一種比較簡易并且可靠的方法，對灌入的固體介質的要求是:蓄熱能力大，有較強的激冷作用；熱膨脹系數小，熱穩(wěn)定性好；不發(fā)生化學反應，不生成氣體；不熔化、不粘連管壁、易清理。通常使用多種材料混合而成，但是，固體冷卻介質(即用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料)的配比對于實現(xiàn)“熔而不穿”至關重要，且受多方面因素的影響，反復摸索才能得出。
[0006]通過專利檢索，關于鑄鋼冷卻壁的生產方法已有相關的技術方案公開。如，中國專利申請?zhí)?01144238.7，申請日:2001-12_14，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:無熱阻鑄鋼冷卻壁及鑄造方法，該申請案公開了的冷卻壁組成是在低碳鑄鋼冷卻體內鑄有冷卻水管，冷卻壁本體與鑄入的冷卻水管外壁間為冶金熔合的鑄鋼冷卻壁，該冷卻壁的鑄造方法是采用對冷卻水管內壁冷卻的一次鑄造成型方法和兩次增厚鑄造成型的方法。該申請案在冷卻壁與冷卻水管之間不涂裹防滲碳涂層，在一定程度上能夠提高冷卻壁整體的導熱性能。此外，中國專利申請?zhí)?03113465.3，申請日:2003-05_12，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:一種金屬基體冷卻壁的鑄造方法公開的技術方案。中國專利申請?zhí)?94112599.8，申請日:1994-11_02，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:一種高爐用鑄鋼冷卻壁的鑄造方法公開的技術方案。這些申請案都是從保護冷卻水管“熔而不穿”的角度進行設計改進的，但是其實際使用的效果有待進一步完善。


【發(fā)明內容】

[0007]1.發(fā)明要解決的技術問題
[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中鑄鋼冷卻壁鑄造質量難以得到有效控制的不足，提供了一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料，采用本發(fā)明的填料生產鑄鋼冷卻壁，能夠使得鑄鋼冷卻壁的廢品率達到最低，且在鑄鋼冷卻壁的鑄造過程中，能夠有效防止冷卻水管熔穿，并使其達到“熔而不化”且“無縫隙熔合”的技術效果。
[0009]2.技術方案
[0010]為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術方案為:
[0011]本發(fā)明的一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料，該填料用于裝填在高爐用鑄鋼冷卻壁的冷卻水管內部，該填料包括鉻鐵礦砂和鋁粉。
[0012]更進一步地，該填料由鉻鐵礦砂、鋁粉、石墨粉、石灰粉、轉爐風淬渣、海泡石和無鈣鉻渣組成。
[0013]更進一步地，該填料中各組分按如下質量份組成:
[0014]鉻鐵礦砂100?106份、
[0015]鋁粉11?15份、
[0016]石墨粉5?7份、
[0017]石灰粉3?5份、
[0018]轉爐風淬渣8?10份、
[0019]海泡石3?5份、
[0020]無鈣鉻渣7?11份。
[0021]更進一步地，鉻鐵礦砂由粒度為20?30目、30?40目、40?50目粉料組成，其中粒徑在20?30目的粉料占鉻鐵礦砂總質量的12%，粒徑在30?40目的粉料占鉻鐵礦砂總質量的82%，粒徑在40?50目的粉料占鉻鐵礦砂總質量的6%。
[0022]更進一步地，石墨粉、石灰粉、海泡石的粒度均為100?120目，鋁粉、轉爐風淬渣、無鈣鉻渣的粒度均為80?100目。
[0023]更進一步地，鉻鐵礦砂的密度為4.0?4.8g/cm3，莫氏硬度為5.5?6.0級，耐火度大于2000°C。
[0024]3.有益效果
[0025]采用本發(fā)明提供的技術方案，與現(xiàn)有技術相比，具有如下顯著效果:
[0026]本發(fā)明的一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料，由鉻鐵礦砂、鋁粉、石墨粉、石灰粉、轉爐風淬渣、海泡石和無鈣鉻渣組成，使用時，將彎管前的高爐用鑄鋼冷卻壁中冷卻水管的一端用木塞堵住，從冷卻水管的另一端向冷卻水管內部裝填本發(fā)明的填料，本發(fā)明配置的填料裝填在冷卻水管內部能夠保證冷卻水管在冷彎操作過程中不變形，此外，由于填料的存在使得冷卻水管與鑄鋼冷卻壁本體無縫隙熔合在一起，在高溫鋼水包熔下冷卻水管的管壁也不會熔穿，成功達到“熔而不化”而“無縫隙”的效果，使得鑄鋼冷卻壁的冷卻水管通球率達100%，冷卻水管經水壓試驗合格率達100%，大大提高了鑄鋼冷卻壁整體質量，使企業(yè)效益得到了良好的提升。

【具體實施方式】
[0027]為進一步了解本發(fā)明的內容，下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
[0028]實施例1
[0029]本實施例的一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料，該填料用于裝填在高爐用鑄鋼冷卻壁的冷卻水管內部，該填料由鉻鐵礦砂、鋁粉、石墨粉、石灰粉、轉爐風淬渣、海泡石和無鈣鉻渣組成，其各組分按如下質量份組成:鉻鐵礦砂104份、鋁粉13份、石墨粉6份、石灰粉4份、轉爐風淬渣9份、海泡石4份、無鈣鉻渣9份。其中，鉻鐵礦砂要求滿足如下條件:鉻鐵礦砂的密度為4.0?4.8g/cm3，莫氏硬度為5.5?6.0級，耐火度大于2000°C，具體本實施例采用的鉻鐵礦砂的密度為4.6g/cm3，莫氏硬度為6.0級，耐火度為2150°C。此夕卜，鉻鐵礦砂由粒度為20?30目、30?40目、40?50目粉料組成，其中粒徑在20?30目的粉料占鉻鐵礦砂總質量的12%，粒徑在30?40目的粉料占鉻鐵礦砂總質量的82%，粒徑在40?50目的粉料占鉻鐵礦砂總質量的6%。石墨粉、石灰粉、海泡石的粒度均為100?120目，鋁粉、轉爐風淬渣、無鈣鉻渣的粒度均為80?100目。
[0030]值得說明的是，本實施例中的無鈣鉻渣是利用當前最先進的無鈣焙燒工藝技術生產鉻鹽過程中排放的一種工業(yè)廢渣，無鈣鉻渣既是有害廢渣，又是可利用的二次資源，其無害化處理和綜合利用技術的開發(fā)已迫在眉睫。本實施例中的轉爐風淬渣是將轉爐渣通過渣罐車運至風淬工位后，液態(tài)的轉爐渣從渣罐車的中間罐流出，再通過拉瓦爾噴嘴噴出的空氣吹散，破碎成顆粒狀即為轉爐風淬渣，該轉爐風淬渣的成分的質量百分含量為=Al2O3:3.21 %, CaO:44.75 %, MgO:13.12%, MnO:0.71 %, Si2O:14.8 %, TFe:21.16 %, f-CaO:0.44%，其余為不可避免的雜質。本實施例中的海泡石是一種纖維狀的含水硅酸鎂，通常呈白、淺灰、淺黃等顏色，不透明也沒有光澤，其質量百分含量為=S12:56.4%，Al2O3:24.6%,其余為不可避免的雜質。
[0031]本實施例的一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料，其具體的制備過程如下:
[0032]步驟一、原料準備
[0033]根據填料的組分要求，準備鉻鐵礦砂、鋁粉、石墨粉、石灰粉、轉爐風淬渣、海泡石和無鈣鉻渣，備用。本實施例中，步驟一原料準備中各組分按如下質量份準備:鉻鐵礦砂104份、鋁粉13份、石墨粉6份、石灰粉4份、轉爐風淬渣9份、海泡石4份、無鈣鉻渣9份。步驟一原料準備中，對鉻鐵礦砂進行破碎處理并分篩，鉻鐵礦砂由粒度為20?30目、30?40目、40?50目粉料組成，其中粒徑在20?30目的粉料占鉻鐵礦砂總質量的12%，粒徑在30?40目的粉料占鉻鐵礦砂總質量的82%，粒徑在40?50目的粉料占鉻鐵礦砂總質量的6 %，鉻鐵礦砂要求滿足如下條件:鉻鐵礦砂的密度為4.0?4.8g/cm3，莫氏硬度為5.5?6.0級，耐火度大于2000°C。同時，步驟一原料準備中，對石墨粉、石灰粉、海泡石進行破碎處理并分篩，篩選的石墨粉、石灰粉、海泡石的粒度均為100?120目；對鋁粉、轉爐風淬渣、無鈣鉻渣進行破碎處理并分篩，篩選的鋁粉、轉爐風淬渣、無鈣鉻渣的粒度均為80?100 目。
[0034]步驟二、混合制備
[0035]將步驟一準備的鉻鐵礦砂和鋁粉加入到攪拌罐中，混合攪拌10?15分鐘均可，本實施例中攪拌12分鐘；然后加入步驟一準備的轉爐風淬渣和無鈣鉻渣，繼續(xù)混合攪拌10?15分鐘均可，本實施例中攪拌15分鐘；再加入步驟一準備的石墨粉、石灰粉和海泡石，并通過噴灑裝置向攪拌罐內加入水，水的加入量為填料各組分總質量的0.4?0.8%均可，本實施例中水的加入量為填料各組分總質量的0.6%，繼續(xù)攪拌10?15分鐘均可，本實施例中攪拌10分鐘。
[0036]步驟三、烘干備用
[0037]將步驟二得到的混合物在60?80°C溫度條件下烘干并真空包裝，即制得填料。本實施例中“烘干”是指將步驟二中加入的水烘干，即使得最終填料的總質量與步驟一中填料各組分的總質量相同。
[0038]本實施例中的用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料是本發(fā)明的關鍵，其粒徑為80?100目的鋁粉、轉爐風淬渣、無鈣鉻渣材料可以用于填充填料的空隙，且鉻鐵礦砂由粒度為20?30目、30?40目、40?50目三級粉料組成，配合特定的混合制備過程保證了冷卻水管的內部填實緊密，使冷卻水管在冷彎操作過程中不變形；本實施例中填料的組分及其配比決定了冷卻水管在高溫鋼液包熔下也不會熔穿管壁成被鋼液擠壓變形；而且本實施例中填料的成分設計，使得耐高溫填料耐高溫，不易燒結，使得后期方便從冷卻水管內部將耐高溫填料清出，而不粘管壁，清出的耐高溫填料仍可復用。本實施例采用鉻鐵礦砂、鋁粉、石墨粉、石灰粉、轉爐風淬渣、海泡石和無鈣鉻渣的混合物，作為冷卻水管內部填料使用，進行反復試制，終于將鑄鋼冷卻壁試驗成功，成功實現(xiàn)了“熔而不化”而“無縫隙”的效果。通過試驗發(fā)現(xiàn)，如果冷卻水管在冷彎加工前管內未加填充耐高溫填料，冷卻水管經冷彎時容易變型，而且?guī)缀醪煌ㄇ颉Ｈ绻鋮s水管內的填料采用普通石英砂，則冷卻水管在清砂時發(fā)現(xiàn)石英砂在管腔內有燒結塊難以清出，且個別點有熔穿現(xiàn)象。
[0039]采用本實施例的填料生產鑄鋼冷卻壁，對其分別進行試壓試驗和通球試驗，具體要求為:水壓試驗壓力為1.5Mpa，保壓30分鐘后，壓降< 3%，在保壓時間內用0.75kg手錘敲擊冷卻壁各部位，不允許漏水冒汗現(xiàn)象，試壓完畢后，用壓縮空氣吹干；通球直徑為水管內徑的0.76倍，選用金屬或木質球均可，通球直徑為水管內徑的0.76倍作為通球直徑的標準球，將通球直徑的標準球放進冷卻壁一端管頭內，用高壓風管從冷卻壁放球一端進行通風過球，通球直徑的標準球將會從管頭另一端飛出即為合格。實驗測得鑄鋼冷卻壁的冷卻水管通球率達100%，冷卻水管經水壓試驗合格率達100%。通過實踐證明:本實施例的鑄鋼冷卻壁完全可取代歷史上球墨鑄鐵冷卻壁和鑄銅冷卻壁，鑄鋼冷卻壁可安全安裝在高爐的任何部位，有望將高爐一代爐齡由原來的6?8年，提高到15?20年以上的先進水平。
[0040]實施例2
[0041]本實施例的一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料基本同實施例1，不同之處在于:填料中各組分按如下質量份組成:鉻鐵礦砂100份、鋁粉11份、石墨粉5份、石灰粉3份、轉爐風淬渣8份、海泡石3份、無鈣鉻渣7份。本實施例的一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料的制備方法，基本過程同實施例1，不同之處在于:步驟二中水的加入量為填料各組分總質量的0.4%。
[0042]實施例3
[0043]本實施例的一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料基本同實施例1，不同之處在于:填料中各組分按如下質量份組成:鉻鐵礦砂106份、鋁粉15份、石墨粉7份、石灰粉5份、轉爐風淬渣10份、海泡石5份、無鈣鉻渣11份。本實施例的一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料的制備方法，基本過程同實施例1，不同之處在于:步驟二中水的加入量為填料各組分總質量的0.8%。實踐證明，當石灰粉與海泡石的質量比為1:1時，填料的使用效果最好，實施例1-3中石灰粉與海泡石的質量比均為1:1。
[0044]實施例1?3的一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料，使用時，將彎管前的高爐用鑄鋼冷卻壁中冷卻水管的一端用木塞堵住，從冷卻水管的另一端向冷卻水管內部裝填本發(fā)明的填料，本發(fā)明配置的填料裝填在冷卻水管內部能夠保證冷卻水管在冷彎操作過程中不變形，此外，由于填料的存在使得冷卻水管與鑄鋼冷卻壁本體無縫隙熔合在一起，在高溫鋼水包熔下冷卻水管的管壁也不會熔穿，成功達到“熔而不化”而“無縫隙”的效果，使得鑄鋼冷卻壁的冷卻水管通球率達100%，冷卻水管經水壓試驗合格率達100%，大大提高了鑄鋼冷卻壁整體質量，使企業(yè)效益得到了良好的提升。
【權利要求】
1.一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料，其特征在于:該填料用于裝填在高爐用鑄鋼冷卻壁的冷卻水管內部，該填料包括鉻鐵礦砂和鋁粉。
2.根據權利要求1所述的一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料，其特征在于:該填料由鉻鐵礦砂、鋁粉、石墨粉、石灰粉、轉爐風淬渣、海泡石和無鈣鉻渣組成。
3.根據權利要求1所述的一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料，其特征在于:該填料中各組分按如下質量份組成: 鉻鐵礦砂100?106份、 鋁粉11?15份、 石墨粉5?7份、 石灰粉3?5份、 轉爐風淬渣8?10份、 海泡石3?5份、 無鈣鉻渣7?11份。
4.根據權利要求3所述的一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料，其特征在于:鉻鐵礦砂由粒度為20?30目、30?40目、40?50目粉料組成，其中粒徑在20?30目的粉料占鉻鐵礦砂總質量的12%，粒徑在30?40目的粉料占鉻鐵礦砂總質量的82%，粒徑在40?50目的粉料占鉻鐵礦砂總質量的6%。
5.根據權利要求3所述的一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料，其特征在于:石墨粉、石灰粉、海泡石的粒度均為100?120目，鋁粉、轉爐風淬渣、無鈣鉻渣的粒度均為80?100目。
6.根據權利要求3所述的一種用于澆注過程中防高溫鋼液擊穿的填料，其特征在于:鉻鐵礦砂的密度為4.0?4.8g/cm3，莫氏硬度為5.5?6.0級，耐火度大于2000°C。
【文檔編號】B22D19/00GK104308122SQ201410592171
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權日:2014年10月29日
【發(fā)明者】王海軍, 劉響, 王存邦 申請人:劉響