CN101347832A - 一种用于钢水浇注的燃烧型防氧化保护圈及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于钢水浇注的燃烧型防氧化保护圈及其制备方法，保护圈是以可燃性材料制成套圈，在套圈中渗入可燃性有机物。上述套圈由干稻草编织而成。而可燃性有机物最好为石蜡。保护圈的制备方法主要包括套圈的制备和浸蜡两个步骤。使用时将本发明置于中注管上方并和钢包水口对准，钢流流经套圈时，在钢水的高温下，套圈发生燃烧，通过燃烧消耗钢流附近的氧，可有效降低氧分压，最大限度地减少了空气中的氧向钢水渗透和熔解。

Description

一种用于钢水浇注的燃烧型防氧化保护圈及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种钢水浇注过程中用于提高浇注质量的工艺装置，属于金属冶炼领域，具体是一种燃烧型防氧化保护圈，此外，还提供了该保护圈的制备方法。

背景技术：

随着炼钢技术的进步，钢水中的杂质含量创低的记录被一次次刷新，钢水变得越来越洁净。炼钢过程中因脱氧反应产生的一次夹杂物已被控制在很低的水平，这是二次精炼技术应用的结果。接着人们开始将注意力转向防钢水的二次氧化方面。钢水的二次氧化是指：脱氧后的钢水与大气、熔渣、耐火材料等接触时，发生反应形成新的夹杂物。钢包(中间包)浇注时钢水注流与大气接触产生的二次氧化，使得钢水精炼的效果打上折扣。有研究表明：二次氧化夹杂物比脱氧产物的颗粒要大得多。无疑其危害性也更大。

为减少二次氧化夹杂物，保护浇注技术应运而生，保护浇注技术是对浇注过程裸露于空气中的钢水采取保护措施，是避免钢水被二次氧化的一项重要的技术手段。经过多年的发展，各种保护浇注技术已成功应用于钢水浇注，钢水的洁净度得到充分保证。目前已成熟的浇注保护技术有二类：

1)物理保护法：利用真空和隔绝空气的方法将钢水置于无氧或低氧的环境下，达到防止钢水的二次氧化，这种方法的效果较好，但由于浇注过程中需要保持真空状态，必须使用专门的抽真空设备，其投入成本较大。

2)气体保护法：通过向连接于钢流二端的密封圈吹氩，稀释钢流周围的氧，从而达到保护浇注的作用。中国专利200620128477.9(公开日2007年12月5日)即公开了一种“氩封保护浇注密封圈”，它主要通过在保护圈开有通气孔，外接氩气输入装置，通过吹入氩气防止或减少钢水在浇注过程中与大气中的氧、氮发生二次氧化，提高产品合格率，该专利产品相对真空设备的投入小，但结构仍比较复杂，还需要氩气输入，重复使用过程中，高温状态飞溅的钢水可能造成通气孔堵塞。

上述保护技术的应用，对进一步提高钢水洁净度功不可没。但考虑到成本、操作等因素，国内仍有不少钢铁企业在浇注钢锭时依旧是敞开式，这成了制约钢材质量进一步提高的一个瓶颈。

发明内容：

本发明的目的是提供一种成本低廉，使用非常简单，应用效果良好的一次性燃烧型防氧化保护圈。

本发明所述的用于钢水浇注的燃烧型防氧化保护圈，包括可燃性材料制成的套圈，该套圈的内径与浇包中注管相适配，在套圈中渗入可燃性有机物。

上述套圈由采自一年后的干稻草编织而成。而可燃性有机物最好为石蜡。

上述燃烧型防氧化保护圈的制备方法，包括以下步骤：

1)套圈的制备：选择干稻草作为套圈材料，编织前先对干稻草进行修剪，使其符合编织要求；然后编织成套圈，该套圈的内径与浇包中注管相适配，套圈高度略小于浇注过程中裸露在大气中的钢流高度，根据所需燃烧时间确定套圈的重量，而燃烧时间大于钢水浇注时间，套圈重量的确定方法是：套圈和石蜡的重量比通过浸蜡控制在0.9～1.1，浸蜡后的套圈每公斤可维持燃烧时间为10min左右；

2)浸蜡：固体蜡放入可控温的炉内升温熔化，待炉内的石蜡完全熔化形成蜡池后，将套圈放入炉内蜡池中浸没，套圈在蜡池内停留3-50s后提起，待冷却后包装入库。

针对钢铁企业在钢锭保护浇注方面存在的经济性和有效性之间的矛盾，本发明提出了一种简便、有效、价格低廉的解决方案，通过降低氧分压的方法取得防二次氧化的作用，使用时将套圈置于中注管上方并和钢包水口对准，钢流流经套圈时，在钢水的高温作用下，套圈发生燃烧，通过燃烧消耗钢流附近的氧，可有效降低氧分压，最大限度地减少了空气中的氧向钢水渗透和熔解。某公司在浇注轴承钢钢锭时使用本发明的保护圈60只进行测试试验，按厂内控标准，要求成品钢最终氧含量≤12ppm；使用保护圈之后，钢水只增氧0～1ppm，说明保护圈在防止浇注过程钢水的二次氧化方面起到了很好的作用。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的俯视图。

具体实施方式：

本发明通过降低氧分压的方法取得防二次氧化的作用，此原理可归类于化学保护法。具体方案是：制作一个可燃性套圈，在套圈上渗入可燃有机物，将套圈置于中注管上方和钢包水口对准，钢流流经套圈时，套圈发生燃烧，通过燃烧消耗钢流附近的氧，可有效降低氧分压，最大限度地减少了空气中的氧向钢水渗透和熔解。

1、保护圈组成及工作原理

如图1和图2所示，保护圈由二部分组成：套圈1和石蜡。套圈1材料采自完全干燥的干稻草，由人工按模型(控制内径大小)编织而成；当内径一定时，根据所需燃烧时间确定套圈的重量(燃烧时间必须大于钢水浇注时间)，高度由实际操作需要确定。上述三个参数构成一个合格的套圈。由上可知，套圈1的内径及高度与模注的尺寸及操作习惯有关，套圈的重量和浇注的时间有关。

石蜡是一种碳氢化合物，分子通式为：C_nH_2n+2，其中碳原子数n＝17～36，n越大，石蜡的熔点越高，相应石蜡的沸点亦越高，选择高熔点的石蜡有助于延长燃烧时间。套圈和石蜡的重量比通过浸蜡时间控制在0.9～1.1，该时间为3s-50s。浸蜡后的套圈每公斤可维持燃烧时间为10分钟左右，根据套圈每公斤燃烧的时间和工艺中需要套圈燃烧的时间，即可以计算出所需套圈的重量，其中工艺中需要套圈燃烧时间应当大于钢水浇注时间。

空气中的氧气接触到高温钢水时，立即溶解进入钢水，进入钢水即分解为O元素。

1/2O₂＝[O]，其标准溶解自由焓为：ΔG⁰＝-117110-3.39T  (J/mol)，

ΔG⁰＝-RTlnK，其中平衡常数K＝f_O2[O]/P_O2 ^1/2，钢液中的熔解氧符合亨利稀溶液，f_O2＝1，K＝[O]/P_O2 ^1/2，上式变为：lnK＝6115.4+0.177T，

最后得：[O]＝exp(6115.4+0.177T)P₀₂ ^1/2。

上式中：P_O2-氧分压；T-温度K。

空气中的氧进入钢水取决于氧的分压，当氧分压降至一定值时，氧停止进入钢水。一般情况下，钢流周围气氛中氧含量小于1％就可以取得较好的防止钢液二次氧化的效果。

当石蜡燃烧时需要消耗大量的氧气，在钢流周围形成一个低氧压氛围，可最大限度地减少钢水的二次氧化。

2、保护圈制备方法

保护圈制作分二步进行：套圈编织和浸蜡。每一步由若干工序组成，工艺流程简述如下：

1)套圈的制备：套圈材料选择次年的干稻草，此类稻草含水量低，不会影响浸蜡效果。编织前先对稻草进行一番修剪，使其符合编织要求；准备工作就绪后，制作人员按工艺卡(每批次套圈的形状尺寸不同)要求，按模型(固定内径)编织套圈，每完成一只套圈，由专人负责检验，凡不符合要求，退回上道工序修整。套圈经检验合格转至下道工序。

2)浸蜡：浸蜡是整个工艺流程中重要的一步，它直接关系到保护圈的使用质量，因此必须严格控制浸蜡质量。浸蜡在一个可控温的炉子中进行，固体蜡放入炉内升温熔化，当温度达到石蜡的熔点之上40-180℃后(普通石蜡的熔点在55-65℃，而沸点在300℃以上)，炉子停止升温转向保温，此时炉内温度保持恒定；石蜡完全熔化形成蜡池后，通过钢钩将套圈放入炉内浸没，套圈在蜡池内停留若干分钟后提起，待冷却后包装入库。

3、使用方法

浇注前预先将保护圈放置在中注管上方，其高出部分略小于裸露在大气中的钢流高度，在浇注时仍存在一个缝隙，作为操作工人控制钢流大小观察之用；为最大限度地减小缝隙，在保护圈上开一个缺口，作为观察孔；要求保护圈的燃烧时间大于浇注时间，否则保护效果降低。

本发明提供了用于钢水浇注的燃烧型防氧化保护圈及其制备方法，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变化达到本发明同样的目的，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成均可用现有技术加以实现。

Claims (5)

1、一种用于钢水浇注的燃烧型防氧化保护圈，其特征是：包括可燃性材料制成的套圈(1)，该套圈(1)的内径与浇包中注管相适配，在套圈(1)中渗入可燃性有机物。

2、根据权利要求1所述的用于钢水浇注的燃烧型防氧化保护圈，其特征是：套圈(1)由干稻草编织而成。

3、根据权利要求1或2所述的用于钢水浇注的燃烧型防氧化保护圈，其特征是：可燃性有机物为石蜡。

4、权利要求1所述燃烧型防氧化保护圈的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)套圈的制备：选择干稻草作为套圈材料，编织前先对干稻草进行修剪，使其符合编织要求；然后编织成套圈，该套圈的内径与浇包中注管相适配，套圈高度略小于浇注过程中裸露在大气中的钢流高度，根据所需燃烧时间确定套圈的重量，而燃烧时间大于钢水浇注时间，套圈重量的确定方法是：套圈和石蜡的重量比通过浸蜡控制在0.9～1.1，浸蜡后的套圈每公斤可维持燃烧时间为10min，根据套圈每公斤燃烧的时间和需要套圈燃烧的时间，即可以计算出所需套圈的重量；

2)浸蜡：固体蜡放入可控温的炉内升温熔化，待炉内的石蜡完全熔化形成蜡池后，将套圈放入炉内蜡池中浸没，套圈在蜡池内停留3-50s后提起，待冷却后包装入库。

5、根据权利要求4所述燃烧型防氧化保护圈的制备方法，其特征在于步骤1)套圈是以完全干燥的干稻草作为套圈材料。

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