CN103114178B - Rh精炼炉及其插入管和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种RH精炼炉及其插入管和制备方法。所述插入管包括筒状钢结构、砌筑在所述钢结构内壁上的耐火砖以及形成在钢结构外壁上的浇注层，该浇注层包括彼此接触的下浇注层和上浇注层，其中，上浇注层在进行真空循环脱气精炼时不与钢水接触；下浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，下浇注层由1.0％～4.0％的纳米二氧化锆粉和2.0％～5.0％的氧化铝空心球以及余量的与上浇注层的成分相同的成分组成。本发明的插入管具有组成和高温性能呈梯度变化的浇注层，从而其具有良好的抗热震性能以及更长久的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及冶金生产的炉外精炼技术领域，更具体地讲，涉及一种RH精炼炉（即，真空循环脱气精炼炉，简称为RH炉）及其插入管和制备方法。
背景技术
1957年德国蒂森钢铁公司发明真空循环脱气－RH法，随后的七十年代和八十年代，日本先后开发了RH-OB法、RH-KTB法以及RH-PB法，不断完善RH的精炼功能。随着RH精炼钢种的不断扩大，确立了其在炉外精炼中的主导地位。国内外多数钢厂均配置了RH精炼装置，使用过程中RH插入管使用条件苛刻，尤其是外层浇注料容易损毁，直接影响RH插入管的使用寿命和精炼设备的生产效率。
在RH处理过程中，插入管下部经受急冷急热的热冲击使裂纹产生，然后裂纹扩展恶化高温性能，导致开裂剥落的发生。中部与熔渣作用出现侵蚀和渗透，降低其使用寿命。
专利文献CN200810229738.X通过改变真空循环脱气插入管锚爪的分布形式，消除插入管不同方向产生的应力，防止刚玉浇注料形成裂纹；同时实施在线热喷补与钢水顶渣热补相结合的修补方法，实现插入管寿命的提高。专利CN201110441219.1引入致密刚玉，开发了一种无水泥结合的RH真空炉用插入管刚玉质浇注料，使用寿命在80次左右。专利文献CN102503449A为了解决现有浇注料抗渣侵蚀性能及抗热震性差，耐材挂渣严重的问题，提供一种包括骨料及基质材料组成的混合料、以及添加剂的浇注料，所述基质材料中含有重量百分比为7.5-23.5％SiC。专利CN101475385与目前使用的刚玉质浇注料不同，提供了一种电熔锆刚玉质的浇注料用于插入管，有效地提高了抗渣侵和渗透，但存在成本偏高的不足。
然而，上述技术均未完全解决因插入管下部经受急冷急热的热冲击使裂纹产生，然后裂纹扩展恶化高温性能，导致浇注层开裂剥落的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的之一在于提供一种能够具有良好的抗热震和抗渣侵性能的RH精炼炉及其插入管和制备方法。
本发明的一方面提供了一种RH精炼炉的插入管，所述插入管包括筒状钢结构、砌筑在所述钢结构内壁上的耐火砖以及形成在钢结构外壁上的浇注层，所述浇注层包括彼此接触的下浇注层和上浇注层，其中，所述上浇注层在进行真空循环脱气精炼时不与钢水接触；所述下浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，并且按重量百分比计，所述下浇注层由与所述上浇注层的成分相同的成分以及1.0%～4.0%的纳米二氧化锆粉和2.0%～5.0%的氧化铝空心球组成。
在本发明的RH精炼炉的插入管的一个示例性实施例中，所述上浇注层含有3.0%～5.0%的镁铬砖细粉。
本发明的另一方面提供了一种RH精炼炉的插入管的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：形成筒状钢结构；在所述钢结构内壁上砌筑耐火砖；在钢结构外壁上浇注形成彼此接触的下浇注层和上浇注层，其中，所述上浇注层在进行真空循环脱气精炼时不与钢水接触；所述下浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，并且按重量百分比计，所述下浇注层由与所述上浇注层的成分相同的成分以及1.0%～4.0%的纳米二氧化锆粉和2.0%～5.0%的氧化铝空心球组成。
在本发明的RH精炼炉的插入管的制备方法的一个示例性实施例中，所述形成彼此接触的下浇注层和上浇注层的步骤包括以下步骤：按照下浇注层和上浇注层的成分进行配料，形成用于下浇注层的第一混合料和用于上浇注层的第二混合料；对所述第一混合料进行第一次混练，然后加入占第一混合料重量的5%～6%的水后进行第二次混练，对所述第二混合料进行第一次混练，然后加入占第二混合料重量的5%～6%的水后进行第二次混练；使用模具浇注形成下浇注层和上浇注层，并且在使用模具进行浇注的同时进行振动。优选地，第一次混练和第二次混练的时间均为3～5min。
本发明的又一方面提供了一种RH精炼炉。所述RH精炼炉包括用于钢水冶金反应的真空槽、用于向所述真空槽提供动力的真空系统和设置在所述真空槽下方的具有上述结构的插入管。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：具有良好的抗热震性能；能够延长插入管的使用寿命；此外，还能够减小渣线部位的渣侵和粘渣。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的RH精炼炉及其插入管和制备方法。
根据本发明的一方面提供了一种RH精炼炉的插入管。所述插入管包括筒状钢结构（例如，为了方便连接和维修，所述筒状钢结构的上部可以设置有法兰）、砌筑在所述钢结构内壁上的耐火砖以及形成在钢结构外壁上的浇注层。所述浇注层包括彼此接触的下浇注层和上浇注层，其中，所述上浇注层在进行真空循环脱气精炼时不与钢水接触；所述下浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，并且按重量百分比计，所述下浇注层由与所述上浇注层的成分相同的成分以及1.0%～4.0%的纳米二氧化锆粉和2.0%～5.0%的氧化铝空心球组成。也就是说，所述下浇注层可以由1.0%～4.0%的纳米二氧化锆粉、2.0%～5.0%的氧化铝空心球以及余量的上浇注层的物料组成。
发明人根据插入管浇注料层不同部位损毁方式的不同，对浇注层与钢水接触部位（即，下浇注层）和浇注层不与钢水接触部位（即，上浇注层）的成分进行了区别设置，从而形成了浇注层的组成呈梯度变化的RH精炼炉用插入管。在下浇注层中添加纳米二氧化锆粉和氧化铝空心球所起到的技术效果包括：能够利用纳米二氧化锆的增韧机理和氧化铝空心球的保温作用，从而有效地增强了插入管在RH间隙处理过程中热冲击耐受性能，有效地抑制裂纹的形成以及延缓裂纹扩展产生的损毁。也就是说，本发明的插入管设置有组成和高温性能呈梯度变化的浇注层，从而其具有良好的抗热震性能以及更长久的使用寿命。
在本发明的RH精炼炉的插入管的一个示例性实施例中，所述上浇注层含有3.0%～5.0%的镁铬砖细粉。在上浇注层中添加3.0%～5.0%的镁铬砖细粉（如直接结合镁铬砖、熔铸镁铬砖）或者铬刚玉细粉，能够利用提高上浇注层的抗渣侵能力，并且能够降低渣线位置浇注料的熔损。优选地，上述镁铬砖粉为废弃镁铬砖经过再生处理（例如，去除废弃直接结合镁铬砖中被渣侵蚀的部分）后获得的镁铬砖细粉或者铬刚玉细粉。这样有利于回收利用废弃的镁铬砖或者铬刚玉制品。
在本发明的RH精炼炉的插入管的另一个示例性实施例中，所述纳米二氧化锆粉的粒径为30nm～100nm，所述氧化铝空心球的粒径为1mm～4mm，从而能够确保所形成的下浇注料具有良好的高温性能，并且使下浇注料在浇注时能够具有良好的流动性。
此外，在本发明的RH精炼炉的插入管的另一个示例性实施例中，为了能够使浇注料层与筒状钢结构牢固地结合，筒状钢结构的外壁上可以设置有沿不同方向的猫爪，例如，猫爪的材质可以为20g钢筋，长度可以为60～70mm。
此外，在本发明的RH精炼炉的插入管的另一个示例性实施例中，为了能够将筒状钢结构方便地安装在RH精炼炉的真空槽下部，筒状钢结构的上部可以设置有法兰。
根据本发明另一方面提供了一种RH精炼炉的插入管的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：形成筒状钢结构；在所述钢结构内壁上砌筑耐火砖；在钢结构外壁上浇注形成彼此接触的下浇注层和上浇注层，其中，所述上浇注层在进行真空循环脱气精炼时不与钢水接触；所述下浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，并且按重量百分比计，所述下浇注层由与所述上浇注层的成分相同的成分以及1.0%～4.0%的纳米二氧化锆粉和2.0%～5.0%的氧化铝空心球组成。这里，所述耐火砖可以为镁铬砖，并且在镁铬砖与钢结构内壁的间隙之间可以填充有常用浇注料。
在本发明的RH精炼炉的插入管的制备方法的一个优选的示例性实施例中，所述形成彼此接触的下浇注层和上浇注层的步骤包括以下步骤：按照下浇注层和上浇注层的成分进行配料，形成用于下浇注层的第一混合料和用于上浇注层的第二混合料；对所述第一混合料进行第一次混练，然后加入占第一混合料重量的5%～6%的水后进行第二次混练，对所述第二混合料进行第一次混练，然后加入占第二混合料重量的5%～6%的水后进行第二次混练；使用模具浇注形成下浇注层和上浇注层，并且在使用模具进行浇注的同时进行振动。优选地，第一次混练和第二次混练的时间均为3～5min。
根据本发明又一方面提供了一种RH精炼炉。所述RH精炼炉包括用于钢水冶金反应的真空槽、用于向所述真空槽提供动力的真空系统和设置在所述真空槽下方的插入管，并且该插入管具有如上的结构。
下面结合具体的示例来说明本发明的RH精炼炉及其插入管和制备方法的示例性实施例。在该示例性实施例中，浇注层以氧化铝为主要材质。
上部带法兰的筒状钢结构材质采用20g，厚度为25～30mm。猫爪材质为20g钢筋，长度为60～70mm，按一定角度分布在钢结构的各个方向。镁铬砖砌筑在钢结构内壁上，镁铬砖中Cr2O3含量为24wt%～30wt%。
浇注层以氧化铝为基材。具体来讲，浇注层按以下组成配料：
（1）与钢水接触浇注料（即下浇注料）的组成
5mm～10mm白刚玉占16wt%～18wt%，3mm～5mm白刚玉占20wt%～25wt%，0mm～3mm白刚玉占23wt%～30wt%，小于0.074mm白刚玉细粉占18wt%～25wt%，α-氧化铝粉占4wt%～8wt%，二氧化硅微粉占2wt%～3wt%，铝酸钙水泥（优选地，为70牌号以上的铝酸钙水泥）占1.5wt%～2.0wt%，纳米二氧化锆粉占1wt%～4wt%，氧化铝空心球占2wt%～5wt%，外加减水剂0.1～0.2wt%，不锈钢纤维1wt%～1.5wt%。
（2）其余部分浇注料（即上浇注料）的组成
5mm～8mm白刚玉占17wt%～20wt%，3mm～5mm白刚玉占20wt%～25wt%，0mm～3mm白刚玉占23wt%～28wt%，小于0.074mm白刚玉细粉占18wt%～25wt%，α-氧化铝粉占4wt%～8wt%，二氧化硅微粉占2wt%～3wt%，铝酸钙水泥（优选地，为70牌号以上的铝酸钙水泥）占1.5wt%～2.0wt%，再生处理的直接结合镁铬砖细粉占3wt%～5wt%，外加减水剂0.1～0.2wt%，不锈钢纤维1wt%～1.5wt%。减水剂可以为聚磷酸盐、聚羧酸或分散氧化铝系高效减水剂中的一种或多种。
其中，白刚玉化学成分可以为：Al2O3≥98wt%，SiO2＜0.5wt%，FeO＜0.5wt%；氧化铝空心球的直径优选地在1mm～4mm之间；二氧化锆粉的粒径优选地在30nm～100nm之间；再生处理后的直接结合镁铬砖细粉小于0.074mm，化学成分满足：MgO>70wt%，Cr2O3>20wt%。
浇注前，分别按上述（1）和（2）进行配料，然后依次称取适量的配料（1）和配料（2），分别混练3～5min，加6wt%的水混3～5min。浇注时，先将混好的配料（1）倒入模具内，振动30s后倒入混好的配料（2），振动1min～2min成型。24h后脱模，养护24h～48h，干燥后选取最高干燥温度400℃处理55h，插入管通过法兰与真空室连接，然后进行在线烘烤24h，温度不低于1000℃。
上述示例形成的RH精炼炉的插入管具有良好的抗热震性能，能够减小渣线部位的渣侵和粘渣，并且能够延长插入管的使用寿命。例如，插入管的使用寿命可达100次以上。
此外，可对上述示例性实施例中的上浇注料的成分和粒度级配进行调整。例如，上述示例性实施例中的白刚玉也可适当用致密刚玉粉代替。上述示例性实施例中的上浇注料也可包括适量的铝镁尖晶石细粉、氧化镁细粉等。上述示例性实施例中的铝酸钙水泥作为结合剂，也可采用水合氧化铝微粉替代。
尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
Claims (7)
1.一种RH精炼炉的插入管，所述插入管包括筒状钢结构、砌筑在所述钢结构内壁上的耐火砖以及形成在钢结构外壁上的浇注层，其特征在于，所述浇注层包括彼此接触的下浇注层和上浇注层，其中，
所述上浇注层在进行真空循环脱气精炼时不与钢水接触，所述上浇注层的成分组成为：5mm～8mm白刚玉占17wt％～20wt％，3mm～5mm白刚玉占20wt％～25wt％，0mm～3mm白刚玉占23wt％～28wt％，小于0.074mm白刚玉细粉占18wt％～25wt％，α-氧化铝粉占4wt％～8wt％，二氧化硅微粉占2wt％～3wt％，铝酸钙水泥占1.5wt％～2.0wt％，镁铬砖细粉或铬刚玉细粉占3wt％～5wt％，外加减水剂0.1～0.2wt％，不锈钢纤维1wt％～1.5wt％；
所述下浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，并且所述下浇注层的成分组成为：5mm～10mm白刚玉占16wt％～18wt％，3mm～5mm白刚玉占20wt％～25wt％，0mm～3mm白刚玉占23wt％～30wt％，小于0.074mm白刚玉细粉占18wt％～25wt％，α-氧化铝粉占4wt％～8wt％，二氧化硅微粉占2wt％～3wt％，铝酸钙水泥占1.5wt％～2.0wt％，纳米二氧化锆粉占1wt％～4wt％，氧化铝空心球占2wt％～5wt％，外加减水剂0.1～0.2wt％，不锈钢纤维1wt％～1.5wt％。
2.根据权利要求1所述的RH精炼炉的插入管，其特征在于，所述纳米二氧化锆粉的粒径为30nm～100nm，所述氧化铝空心球的粒径为1mm～4mm。
3.一种RH精炼炉的插入管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
形成筒状钢结构；
在所述钢结构内壁上砌筑耐火砖；
在钢结构外壁上浇注形成彼此接触的下浇注层和上浇注层，
其中，所述上浇注层在进行真空循环脱气精炼时不与钢水接触，所述上浇注层的成分组成为：5mm～8mm白刚玉占17wt％～20wt％，3mm～5mm白刚玉占20wt％～25wt％，0mm～3mm白刚玉占23wt％～28wt％，小于0.074mm白刚玉细粉占18wt％～25wt％，α-氧化铝粉占4wt％～8wt％，二氧化硅微粉占2wt％～3wt％，铝酸钙水泥占1.5wt％～2.0wt％，镁铬砖细粉或铬刚玉细粉占3wt％～5wt％，外加减水剂0.1～0.2wt％，不锈钢纤维1wt％～1.5wt％；
所述下浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，并且所述下浇注层的成分组成为：5mm～10mm白刚玉占16wt％～18wt％，3mm～5mm白刚玉占20wt％～25wt％，0mm～3mm白刚玉占23wt％～30wt％，小于0.074mm白刚玉细粉占18wt％～25wt％，α-氧化铝粉占4wt％～8wt％，二氧化硅微粉占2wt％～3wt％，铝酸钙水泥占1.5wt％～2.0wt％，纳米二氧化锆粉占1wt％～4wt％，氧化铝空心球占2wt％～5wt％，外加减水剂0.1～0.2wt％，不锈钢纤维1wt％～1.5wt％。
4.根据权利要求3所述的RH精炼炉的插入管的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化锆粉的粒径为30nm～100nm，所述氧化铝空心球的粒径为1mm～4mm。
5.根据权利要求3或4所述的RH精炼炉的插入管的制备方法，其特征在于，所述形成彼此接触的下浇注层和上浇注层的步骤包括以下步骤：
按照下浇注层和上浇注层的成分进行配料，形成用于下浇注层的第一混合料和用于上浇注层的第二混合料；
对所述第一混合料进行第一次混练，然后加入占第一混合料重量的5％～6％的水后进行第二次混练，对所述第二混合料进行第一次混练，然后加入占第二混合料重量的5％～6％的水后进行第二次混练；
使用模具浇注形成下浇注层和上浇注层，并且在使用模具进行浇注的同时进行振动。
6.根据权利要求5所述的RH精炼炉的插入管的制备方法，其特征在于，所述第一次混练和第二次混练的时间均为3～5min。
7.一种RH精炼炉，包括用于钢水冶金反应的真空槽、用于向所述真空槽提供动力的真空系统和设置在所述真空槽下方的插入管，其特征在于，所述插入管为权利要求1或2所述的插入管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: PANGANG GROUP XICHANG STEEL + VANADIUM CO., LTD. Effective date: 20140130 |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20140130 Address after: 617000 Taoyuan street, Panzhihua, Sichuan, No. 90 Applicant after: Pangang Group Panzhihua Iron & Steel Research Institute Co., Ltd. Applicant after: Pangang Group Xichang Steel & Vanadium Co., Ltd. Address before: 617000 Taoyuan street, Panzhihua, Sichuan, No. 90 Applicant before: Pangang Group Panzhihua Iron & Steel Research Institute Co., Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140924 Termination date: 20170306 |