CN101413046B - 一种转炉出钢用均质挡渣器 - Google Patents
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Abstract
一种转炉出钢用均质挡渣器，属于转炉炼钢技术领域。采用转炉喷溅渣经过磁选之后的粒钢和高铝细粉等密度较高的原材料，通过铝酸钙水泥结合制作成均质挡渣球，将均质挡渣球制成球缺体，球缺体外表面制成多个三角形和正方形组成的多面体。该挡渣器整体密度均匀，在钢水中定位准确，挡渣过程中球缺体与出钢口为点接触，钢水顺着球缺体凹槽位置流入钢包，避免了因挡钢时间长造成挡渣器熔化失去挡渣效果的问题，提高了钢水质量和钢包寿命。与现代技术相比价格便宜，资源相对丰富，有利于钢厂进一步优化生产，提高综合效益。
Description
技术领域：
本发明属于转炉炼钢技术领域，具体说是一种转炉出钢用均质挡渣器。
背景技术：
转炉炼钢过程中，需在出钢时进行挡渣操作，以减少出钢过程下渣，从而减少下渣回磷和炉渣对钢包耐材的侵蚀，减少钢中夹杂物，提高钢水质量。目前钢铁行业竞争激烈，品种钢冶炼越来越受各钢铁企业的重视，而有效控制转炉出钢下渣减少下渣是提高品种钢冶炼水平的途径之一。向炉内投加挡渣球是目前挡渣技术的一种常用手段。
现有的挡渣球有两种，一种是：将铁芯铸在球的中心部位，其外表面用耐火材料包裹，如：CN2522427公开了一种球状挡渣器，包括内层铁球，内层铁球上包裹耐火材料层，球状挡渣器的表面设有凹槽。其不足之处是因为挡渣器比较重，在运输过程中磕碰容易造成表面耐火材料破损，挡渣过程中钢水从破损处进入球体熔损铁芯导致挡渣器密度过低失去挡渣效果。另一种是均质挡渣球，如：CN1844411公开了一种转炉炼钢用全均质含钡挡渣球，原料及重量百分比含量是：重金石1～95，铁粒或钢粒0～79，铝酸盐水泥5～15，镁沙0～5，将重金石、铁粒或钢粒、铝酸盐水泥、镁沙按比例加水混合，装模振动成型制成球体，在球体表面设置有垂直交叉的贯穿球体最大圆周的环形凹槽。CN1554777公开了一种均质挡渣球及其制作方法。特征是由镁砂、铁矿石、水玻璃粘接剂、高铝水泥组成。生产方法是首先将镁砂耐火材料及不同比重的铁矿石进行破碎、粉碎，然后进行筛分将物料分成各种不同粒度；将镁砂、铁矿石、高铝水泥原材料放入搅拌机中，并添加水玻璃粘合剂相互混合，混合好后，将混合物放入挡渣球模具中，在振动台上振动成型，成型后放入干燥箱中干燥5h-15h，自然冷却脱模。CN1760159公开了一种挡渣塞塞头用耐火浇注料及其制备方法。耐火浇注料主要组分：重量百分数为25.0～40.0的增重骨料、余量为耐火混合料；制备方法：1)制备增重骨料：将金属屑55.0～75.0，特级高铝熟料12.0～35.0，棕刚玉4.0～15.0，硅微粉0～3.0，α-Al2O3微粉0～2.0，水玻璃5.0～10.0，氟硅酸钠0.2～1.0，三聚氰胺0～0.2混合并捣打成块；在450℃～600℃温度下将块状的增重骨料烘干2～4小时；将烘干后的块状增重骨料破碎并筛分，使其粒度在1～5mm，备用；2)将重量百分比为25.0～40.0的待用增重骨料与余量耐火混合料混合。上述现有均质挡渣球的不足之处是：首先外形设计上采取环形凹槽的方式容易出现挡钢的现象，出钢后期钢水流通不畅，其次产品的烘烤过程增加了能源的消耗，另外添加的部分耐火材料成本较高。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的诸多不足，提供一种外形设计合理，内外均质，体积密度一致，挡渣时在钢液中定位准确，且不挡钢的炼钢用全均质挡渣器。
本发明的技术方案是：一种转炉出钢用挡渣器，采用耐火材料浇注而成，其特征是：按重量百分比由28-32％的硫钢、38-42％的粒钢、6-10％的钢精粉、10-14％的高铝细粉、7-10％的耐火结合剂和0.2％的减水剂组成。
所述的耐火材料包括硫钢、粒钢、钢精粉等，转炉喷溅渣经过磁选之后用来制造挡渣器。
所述耐火结合剂为铝酸钙水泥。
上述减水剂为柠檬酸钠或三聚磷酸钠；优选三聚磷酸钠。
所述的耐火材料、耐火结合剂和减水剂选择临界粒度为30mm、颗粒4级级配，颗粒的具体配比为：
| 粒度级配(mm) | 配比(％) |
| 30--10 | 18-26％ |
| 5-10 | 20-28％ |
| 3--5 | 10-14％ |
| 0--3 | 6-14％ |
上述配比是所述粒度的重量占所有原料总重量的比例。
挡渣器的外表面制成多个三角形和正方形组成的球缺体；球缺体外接圆直径为180mm～250mm，多面体具有27～37个面，改进成一个缺体后变成20～30个面，根据理论计算所缺的体积占原有体积的13～18％。
优选的，所述球缺体外接圆直径为180mm～250mm，多面体一般具有32个面，改进成一个缺体后变成25个面，根据理论计算所缺的体积占原有体积的15.6％。
本发明还提供所述的挡渣球的制备方法，包括下列步骤：
1)按重量百分比，28-32％的硫钢、38-42％的粒钢、6-10％的钢精粉、10-14％的高铝细粉、7-10％的耐火结合剂和0.2％的减水剂，进行配料；
2)硫钢、粒钢和钢精粉混合后粉碎，选择临界粒度为30mm、颗粒4级级配，颗粒的具体配比为：
| 粒度级配(mm) | 配比(％) |
| 30--10 | 18-26％ |
| 5--10 | 20-28％ |
| 3--5 | 10-14％ |
| 0--3 | 6-14％ |
上述配比为所述粒度是占所有原料总重量的比例。
3)将上述粒度配比的硫钢、粒钢、钢精粉和10-14％的高铝细粉高铝细粉按照配比放入搅拌机中，同时添加耐火结合剂和减水剂进行干料混合，混合时间5～8分钟，然后加水进行湿料混合，加水量控制在6.5～7.5％之间，混合时间在8～10分钟，混合好后，将湿料放进专用模具中，在振动平台上进行振动成型，边振动边成型，成型后自然放置6～8个小时，进行脱模，脱模后进行外观和重量检测，然后入库放置5—9天；
4)使用模具将均质球制成球缺体，球缺体外表面制成多个三角形和正方形组成的多面体；模具使用4～6mm的铁板焊接而成。
模具的制造，首先根据挡渣球的外形尺寸，计算出各个组成多面体的三角形和正方形的尺寸，进行下料；然后把这些铁片进行焊接，焊接过程要求焊线在外面，以确保挡渣球棱角的完整；最后在上方保留一个加料口，采取减少一个正方形的方法。
步骤3)中，一般夏季和冬季由于原料的吸水量影响，加水量稍有变化，本领域技术人员可以根据实际需要进行调整。脱模后进行外观和重量检测，然后入库，一般放置7天左右自然养护，排除游离水分就可以使用了，根据环境温度的不同，放置时间可以进行必要的调整。
所述硫钢、粒钢、钢精粉，转炉喷溅渣经过磁选之后用来制造挡渣器。
所述耐火结合剂为铝酸钙水泥。减水剂为柠檬酸钠或三聚磷酸钠。
本发明的有益效果是：挡渣器内外均质，球体密度均匀，在钢液中定位准确；其外形设计改为球缺体，彻底解决了挡钢问题，提高了钢水的收得率，挡渣效率、金属收得率高，有效地降低了钢包渣层厚度，提高了钢水质量；本实用新型采用转炉喷溅渣经过磁选之后的粒钢和高铝细粉等密度较高的材料为主要原材料，强度高，不易熔损，价格便宜，有效使用寿命长，降低了成本。
附图说明：
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明表面形状示意图；
1.均质多面体挡渣器，改变了原有球体中心作为重心的不足
2.均质多面体挡渣器外表面上的三角形面
3.均质多面体挡渣器外表面上的正方形面
图3是本发明减水剂用量对产品强度的影响图。其中横坐标为减水剂用量/％，纵坐标为烘干抗折强度/MPa；A-柠檬酸钠；B-三聚磷酸钠。
具体实施方式
一种转炉出钢用挡渣器，采用转炉喷溅渣经过磁选之后的硫钢、粒钢、钢精粉等密度较高的耐火材料浇注而成，其特征是：按重量百分比由28-32％的硫钢、38-42％的粒钢、6-10％的钢精粉、10-14％的高铝细粉、7-10％的耐火结合剂和0.2％的减水剂组成。
1.主要原材料的选择：
转炉中钢水的密度一般在7.0g/cm3左右，钢渣的密度一般在3.0g/cm3左右，为保证挡渣器在使用中处于钢水和钢渣的界面上，设计过程以原有的配重式挡渣器4.0g/cm3为基础。选用硫钢、粒钢、钢精粉等体积密度较高且价格比较便宜的原材料。
主要化验指标如下：
2.耐火结合剂的选择：
挡渣器的使用量比较高，考虑批量生产，生产周期越短越好，由于体积不大，所以在生产组织中考虑具有较早强度的结合剂，同时考虑半成品的堆积存放，必须要求早期强度较高，这样我们选择了铝酸钙水泥作为主要的结合剂。
结合剂的主要理化指标：
3.减水剂的选择：
减水剂对挡渣器的密度和强度都有很大影响，所以对减水剂进行了全面分析，得出两种减水剂比较适合，并分别对两种减水剂A(柠檬酸钠)和B(三聚磷酸钠)进行比较，发现在同种加入量时B的增强效果较好，经进一步试验，选择了B(三聚磷酸钠)减水剂0.20％的加入量。试验结果见图3。
4.配方的确定：由于挡渣器本身在钢水中存放时间40s左右，对于钢水的渗透过程可以不考虑，设计配方仅仅考虑使挡渣器能够达到最大的体积密度。这样根据原材料的实际情况，选则临界粒度为30mm，颗粒4级级配。
根据颗粒最紧密堆积的Andreasen公式：CPFT＝100(d/D)q确定各粒级比例。
其中：CPFT为该粒级累计百分数，
d为该粒级最大颗粒直径，
D为临界力度，
q为粒度系数，此处取0.37。
然后在不同的颗粒范围内取不同的q值进行试验，并通过实验室的数据进行比较，选择在适用范围内最佳的q值，最后确定最合理的工艺配方。
| 粒度级配(mm) | 配比 |
| 30--10 | 18-26％ |
| 5--10 | 20-28％ |
| 3--5 | 10-14％ |
| 0--3 | 6-14％ |
| 细粉 | 26-36％ |
挡渣器理化指标：
5.生产工艺流程的制定：
——检验重量——入库(同时养护挥发水分)
6.均质挡渣器的性能指标：
7.均质挡渣器的外形设计：
如图1所示挡渣器，外形设计改为球缺体，球缺体外表面制成多个三角形和正方形组成的多面体。挡渣时挡渣器与出钢口为点接触，彻底解决挡钢问题。
本发明的工作过程：在出钢快4/5的时候，将均质挡渣器投入出钢口上方，由于挡渣器内外均质，体积密度为4.02g/cm3，在炉内液态渣、钢的作用下，挡渣器可顺利漂移到出钢口位置，且均质挡渣器外形设计为球缺体，挡渣过程中球缺体与出钢口为点接触，钢水顺着球缺体凹槽位置流入钢包，避免了因挡钢时间长造成挡渣器熔化失去挡渣效果的问题，提高了钢水质量和钢包寿命。
8.挡渣器的制造方法
1)配料：按重量百分比，28-32％的硫钢、38-42％的粒钢、6-10％的钢精粉、10-14％的高铝细粉、7-10％的耐火结合剂和0.2％的减水剂，进行配料。
硫钢、粒钢和钢精粉混合后粉碎，选择临界粒度为30mm、颗粒4级级配，颗粒的具体配比为：
| 粒度级配(mm) | 配比(％) |
| 30--10 | 18-26％ |
| 5--10 | 20-28％ |
| 3--5 | 10-14％ |
| 0--3 | 6-14％ |
上述配比为所述粒度是占所有原料总重量的比例。
2)混碾：将硫钢、粒钢、钢精粉和10-14％的高铝细粉按照配比放入搅拌机中，同时添加耐火结合剂和减水剂进行干料混合，混合时间控制在5～8分钟，然后加水进行湿料混合，加水量控制在6.5～7.5％之间，一般夏季和冬季由于原料的吸水量影响，加水量稍有变化，混合时间在8～10分钟。
3)成型：原料混合好后，放进专用模具中，在振动平台上进行振动成型，同时边振动边加料，等到模具内的湿料和模具表面平行后，停止加料，然后继续振动，直到表面浮出一层稀浆后，停止振动。
4)脱模养护：成型后自然放置6～8个小时，进行脱模，脱模后进行外观和重量检测，然后入库，放置7天左右自然养护，排除游离水分就可以使用了，根据环境温度的不同，放置时间可以进行必要的调整。
5)使用模具将均质球制成球缺体，球缺体外表面制成多个三角形和正方形组成的多面体；模具使用4～6mm的铁板焊接而成。
模具的制造，首先根据挡渣球的外形尺寸，计算出各个组成多面体的三角形和正方形的尺寸，进行下料；然后把这些铁片进行焊接，焊接过程要求焊线在外面，以确保挡渣球棱角的完整；最后在上方保留一个加料口，采取减少一个正方形的方法。
Claims (4)
1.一种转炉出钢用挡渣器，采用耐火材料浇注而成，其特征是：按重量百分比由28-32％的硫钢、38-42％的粒钢、6-10％的钢精粉、10-14％的高铝细粉、7-10％的耐火结合剂和0.2％的减水剂组成，挡渣器的外表面制成多个三角形和正方形组成的球缺体；球缺体外接圆直径为180mm～250mm，多面体具有27～37个面，改进成一个球缺体后变成20～30个面，根据理论计算所缺的体积占原有体积的13～18％。
2.如权利要求1所述的一种转炉出钢用挡渣器，其特征是：所述耐火结合剂为铝酸钙水泥。
3.如权利要求1所述的一种转炉出钢用挡渣器，其特征是：减水剂为柠檬酸钠或三聚磷酸钠。
4.如权利要求1～3中任一项所述的一种转炉出钢用挡渣器，其特征是：多面体具有32个面，改进成一个球缺体后变成25个面，根据理论计算所缺的体积占原有体积的15.6％。
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