CN104388615B - 一种浇铸用的固体冷却介质的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浇铸用的固体冷却介质的使用方法，属于浇铸技术领域。本发明固体冷却介质在铸钢冷却壁浇铸过程中使用的步骤为：准备浇铸用的固体冷却介质；将弯管前的高炉用铸钢冷却壁中冷却水管的一端用木塞堵住，从冷却水管的另一端向冷却水管内部装填步骤一中的固体冷却介质，并将装填有固体冷却介质的冷却水管竖直放置在振动平台上进行填实；将装填固体冷却介质后的冷却水管进行冷弯操作，然后造型并熔炼浇注得铸钢冷却壁。采用本发明的技术方案，在铸钢冷却壁的铸造过程中，能够有效防止装填在铸钢冷却壁的冷却水管内部的固体冷却介质发生部分烧结，并能够使铸钢冷却壁达到“熔而不化”且“无缝隙熔合”的技术效果。

Description

一种浇铸用的固体冷却介质的使用方法

技术领域

本发明涉及浇铸技术领域，更具体地说，涉及一种浇铸用的固体冷却介质的使用方法。

背景技术

炼铁高炉中大量使用冷却壁砌就，作为新一代高炉冷却壁的铸钢冷却壁与目前普遍采用的球墨铸铁冷却壁相比，具有延伸率高、抗拉强度高、熔点高、抗热冲击性及整体导热性能好等优点。铸铁冷却壁基体与冷却水管材质相差很大，受基体材质和铸造工艺的限制，基体与冷却水管之间存在0.1～0.3mm的气隙，导致热阻增大。然而，铸钢冷却壁基体与冷却水管材质相同或相近，特别的铸造技术使冷却水管的外壁与基体熔合为一体无缝隙，而内壁不熔化、不变形。铸钢冷却壁基体与冷却管道融为一体，消除了球墨铸铁冷却壁中基体与冷却管之间的间隙，减少了热阻，从而提高了高炉的使用寿命。用机械解剖和金相显微镜观察熔合交界区域无气隙和夹层，其组织为冶金结合组织。

铸钢冷却壁的基体材质为熔点很高的低碳合金钢，一般都选用与基体材质相同或相近的低碳钢热轧无缝钢管作为冷却管道，以取得良好的导热效果。由于冷却管道的形状根据冷却壁的具体使用场合往往设计成复杂不规则的形状，所以一般只能采用铸造工艺生产，然而在铸造过程中，即使采用常用的气冷、油冷等冷却方式来降低冷却管道温度，但由于铸钢钢水温度很高，还是很容易使冷却管道发生变形和熔穿，特别是可能在浇注过程中因急剧膨胀的热气流来不及排放而引起爆炸的危险，长期以来这一铸造难题一直没有得到很好解决，有些冷却管道形状比较复杂的铸钢冷却壁甚至无法生产出来。目前，在铸钢冷却壁的铸造过程中，防止冷却水管熔穿，并使其“熔而不化”，是铸造工艺中的最大难点。

目前，常采用从内部防止冷却水管熔穿。从内防止水管熔穿，可以在冷却水管内部通入气体/固体冷却介质。通气可以使用氮气或者其他稀有气体，通气能够防止水管内壁在浇注过程中被氧化，并且保护冷却水管使其“熔而不穿”。几乎所有形状的冷却水管都可以用通气的方式来冷却，但是通气需要额外的通气设备，并且通气时的气压、流速等诸多参数需要根据具体情况，反复摸索才能得出。灌入固体冷却介质到冷却水管中是一种比较简易并且可靠的方法。通常固体冷却介质使用多种材料混合而成，但是：

(1)固体冷却介质的配比对于实现“熔而不穿”至关重要，且受多方面因素的影响，反复摸索才能得出；

(2)现有的固体冷却介质经常会因为在浇注过程中发生部分烧结，导致固体冷却介质在浇注过程中无法正常使用，限制了固体冷却介质的使用和发展。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中铸钢冷却壁铸造过程中难以实现“熔而不穿”的效果，且固体冷却介质经常会在浇注过程中发生部分烧结，导致铸钢冷却壁铸造质量难以得到有效控制的不足，提供了一种浇铸用的固体冷却介质的使用方法，采用本发明的技术方案，在铸钢冷却壁的铸造过程中，能够有效防止装填在铸钢冷却壁的冷却水管内部的固体冷却介质发生部分烧结，并能够使铸钢冷却壁达到“熔而不化”且“无缝隙熔合”的技术效果。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种浇铸用的固体冷却介质的使用方法，固体冷却介质在铸钢冷却壁浇铸过程中使用的步骤为：

步骤一、准备浇铸用的固体冷却介质；

步骤二、将弯管前的高炉用铸钢冷却壁中冷却水管的一端用木塞堵住，从冷却水管的另一端向冷却水管内部装填步骤一中的固体冷却介质，并将装填有固体冷却介质的冷却水管竖直放置在振动平台上进行填实，其振动频率为3～6赫兹，振动幅度为3～5厘米；

步骤三、将步骤二装填固体冷却介质后的冷却水管进行冷弯操作，然后造型并熔炼浇注得铸钢冷却壁。

更进一步地，步骤一中的固体冷却介质由固体填料和防烧结剂组成，其中：防烧结剂的加入量为固体填料加入量的15～18％。

更进一步地，所述的固体填料由铬铁矿砂、矾土粉、氧化镁、锆英石、无碱玻璃纤维、高炉瓦斯灰、转炉风淬渣和三氧化二锑组成；所述的防烧结剂由钝化剂和激发剂组成，其中：钝化剂和激发剂的质量比为100：20～24，所述的钝化剂由铝粉、珍珠岩粉、石墨粉、石灰粉、碳化硅粉和粉煤灰组成；所述的激发剂由硅微粉、金红石型二氧化钛和磺化酚醛树脂组成。

更进一步地，固体填料中各组分按照如下质量份组成：铬铁矿砂80～100份、矾土粉50～56份、氧化镁6～9份、锆英石12～18份、无碱玻璃纤维5～8份、高炉瓦斯灰8～12份、转炉风淬渣10～13份、三氧化二锑7～11份。钝化剂中各组分按如下质量份组成：铝粉90～110份、珍珠岩粉45～50份、石墨粉50～56份、石灰粉43～47份、碳化硅粉20～24份、粉煤灰12～19份；激发剂中各组分按如下质量份组成：硅微粉92～100份、金红石型二氧化钛78～92份、磺化酚醛树脂25～34份。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

本发明的一种浇铸用的固体冷却介质的使用方法，该固体冷却介质由固体填料和防烧结剂组成。其中：采用铝粉、珍珠岩粉、石墨粉、石灰粉、碳化硅粉和粉煤灰作为钝化剂，采用硅微粉、金红石型二氧化钛和磺化酚醛树脂作为激发剂，本发明中的防烧结剂采用钝化剂和激发剂的有机组合，通过激发剂确保钝化剂在使用过程中的钝化性能，将防烧结剂加入固体填料后，不发生化学反应、不生成气体、不熔化、不粘连管壁、易清理，能够有效防止装填在铸钢冷却壁的冷却水管内部的固体冷却介质发生部分烧结，钝化剂起到润滑防止高温下固体冷却介质粘结的作用。

此外，本发明中的固体填料由铬铁矿砂、矾土粉、氧化镁、锆英石、无碱玻璃纤维、高炉瓦斯灰、转炉风淬渣和三氧化二锑组成，本发明的固体填料蓄热能力大，有较强的激冷作用，热膨胀系数小，热稳定性好。使用时，将弯管前的高炉用铸钢冷却壁中冷却水管的一端用木塞堵住，从冷却水管的另一端向冷却水管内部装填本发明的固体冷却介质，本发明配置的固体冷却介质装填在冷却水管内部能够保证冷却水管在冷弯操作过程中不变形，此外，由于固体冷却介质的存在使得冷却水管与铸钢冷却壁本体无缝隙熔合在一起，在高温钢水包熔下冷却水管的管壁也不会熔穿，成功达到“熔而不化”而“无缝隙”的效果，使得铸钢冷却壁的冷却水管通球率达100％，冷却水管经水压试验合格率达100％，大大提高了铸钢冷却壁整体质量，使企业效益得到了良好的提升。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

本实施例的一种浇铸用的固体冷却介质，该固体冷却介质由固体填料和防烧结剂组成，其中：防烧结剂的加入量为固体填料加入量的16％，此处的比例为质量百分比。本实施例中的固体填料由铬铁矿砂、矾土粉、氧化镁、锆英石、无碱玻璃纤维、高炉瓦斯灰、转炉风淬渣和三氧化二锑组成，该固体填料中各组分按照如下质量份组成：铬铁矿砂90份、矾土粉54份、氧化镁7份、锆英石14份、无碱玻璃纤维6份、高炉瓦斯灰10份、转炉风淬渣12份、三氧化二锑9份。其中，本实施例采用的铬铁矿砂的密度为4.6g/cm³，莫氏硬度为6.0级，耐火度为2150℃；本实施例中的转炉风淬渣是将转炉渣通过渣罐车运至风淬工位后，液态的转炉渣从渣罐车的中间罐流出，再通过拉瓦尔喷嘴喷出的空气吹散，破碎成颗粒状即为转炉风淬渣，该转炉风淬渣的成分的质量百分含量为：Al₂O₃：3.21％，CaO：44.75％，MgO：13.12％，MnO：0.71％，Si₂O：14.8％，TFe：21.16％，f-CaO：0.44％，其余为不可避免的杂质。此外，铬铁矿砂由粒度为20～30目、30～40目、40～50目粉料组成，其中粒径在20～30目的粉料占铬铁矿砂总质量的23％，粒径在30～40目的粉料占铬铁矿砂总质量的60％，粒径在40～50目的粉料占铬铁矿砂总质量的17％。矾土粉粒度为40～50目，氧化镁、锆英石、无碱玻璃纤维、高炉瓦斯灰、转炉风淬渣和三氧化二锑的粒度均为100～120目。

本实施例中的防烧结剂由钝化剂和激发剂组成，其中：所述的钝化剂和激发剂的质量比为100：22。本实施例中钝化剂由铝粉、珍珠岩粉、石墨粉、石灰粉、碳化硅粉和粉煤灰组成，该钝化剂中各组分按如下质量份组成：铝粉100份、珍珠岩粉48份、石墨粉54份、石灰粉45份、碳化硅粉22份、粉煤灰15份。本实施例中为了实现最佳的防烧结钝化效果，铝粉由粒度为40～60目、60～80目、80～100目粉料组成，其中：粒径在40～60目的粉料占铝粉总质量的10％，粒径在60～80目的粉料占铝粉总质量的23％，粒径在80～100目的粉料占铝粉总质量的67％；珍珠岩粉、石墨粉、石灰粉、碳化硅粉和粉煤灰粒度均为80～100目。本实施例中通过对钝化剂各组分的精确设计，能够使得防烧结剂在填料中充分、均匀的填充在固体填料的空隙中，粒度的设计对于实现防烧结具有重要作用。本实施例中的激发剂由硅微粉、金红石型二氧化钛和磺化酚醛树脂组成，该激发剂中各组分按如下质量份组成：硅微粉95份、金红石型二氧化钛82份、磺化酚醛树脂28份。本实施例中硅微粉、金红石型二氧化钛的粒度均为80～100目。本实施例的防烧结剂采用钝化剂和激发剂的有机组合，通过激发剂确保钝化剂在使用过程中的钝化性能，将防烧结剂加入固体填料后，能够有效防止装填在铸钢冷却壁的冷却水管内部的固体冷却介质发生部分烧结，钝化剂起到润滑防止高温下固体冷却介质粘结的作用。

采用本实施例的固体冷却介质，在铸钢冷却壁浇铸过程中使用的步骤具体如下：

步骤一、准备浇铸用的固体冷却介质，固体冷却介质的制备包括固体填料、防烧结剂的制备，制备后按照比例要求直接混合即可，固体填料、防烧结剂的制备过程详细说明如下：

(一)固体填料制备方法的具体步骤为：

(1)、固体填料的组分准备：根据固体填料的组分要求，准备铬铁矿砂、矾土粉、氧化镁、锆英石、无碱玻璃纤维、高炉瓦斯灰、转炉风淬渣和三氧化二锑。而且，对铬铁矿砂进行破碎，将破碎后的铬铁矿砂进行筛分并配料，具体铬铁矿砂的配料如下：铬铁矿砂由粒度为20～30目、30～40目、40～50目粉料组成，其中粒径在20～30目的粉料占铬铁矿砂总质量的23％，粒径在30～40目的粉料占铬铁矿砂总质量的60％，粒径在40～50目的粉料占铬铁矿砂总质量的17％。对矾土粉进行破碎，并筛分出粒度为40～50目矾土粉备用。氧化镁、锆英石、无碱玻璃纤维、高炉瓦斯灰、转炉风淬渣和三氧化二锑均分别进行破碎，并筛分出粒度为100～120目的粉料备用。

(2)、混合制备：将步骤(1)中的矾土粉、氧化镁、锆英石加入混合机中，在混合机中持续搅拌23分钟，得混合物A；将步骤(1)中的铬铁矿砂加入混合机中，在搅拌过程中依次加入无碱玻璃纤维、高炉瓦斯灰、转炉风淬渣、三氧化二锑，混合28分钟；再加入混合物A，继续搅拌混合12分钟，完成固体填料的配制；

(3)、将步骤(2)得到的固体填料在130℃温度条件下保温32分钟，随炉冷却，即制得固体填料。

(二)防烧结剂制备方法的具体步骤为：

(1)、钝化剂的制备：根据钝化剂的组分要求，准备铝粉、珍珠岩粉、石墨粉、石灰粉、碳化硅粉和粉煤灰，并将铝粉100份、珍珠岩粉48份、石墨粉54份、石灰粉45份、碳化硅粉22份、粉煤灰15份加入到搅拌罐中，混合搅拌12分钟，制得钝化剂备用；

(2)、激发剂的制备：根据激发剂的组分要求，准备硅微粉、金红石型二氧化钛和磺化酚醛树脂，并将硅微粉95份、金红石型二氧化钛82份、磺化酚醛树脂28份加入到搅拌罐中，混合搅拌12分钟，制得激发剂备用；

(3)、混合制备：将步骤(1)制得的钝化剂和步骤(2)制得的激发剂加入搅拌罐中，其中：钝化剂和激发剂的质量比为100：22，混合搅拌34分钟，混合后即得防烧结剂。为了提升防烧结剂在使用过程中的钝化性能，在步骤(3)混合后将其进行预烧具有加强润滑防止高温下固体冷却介质粘结的作用，具体在本实施例中混合后进行的预烧过程如下：将混合后防烧结剂置于加热炉中加热到50℃，保温20分钟；加热到80℃，保温18分钟；加热到110℃，保温25分钟；加热到150℃，保温30分钟；随炉冷却至室温后即可使用。

步骤二、将弯管前的高炉用铸钢冷却壁中冷却水管的一端用木塞堵住，从冷却水管的另一端向冷却水管内部装填步骤一中的固体冷却介质，并将装填有固体冷却介质的冷却水管竖直放置在振动平台上进行填实，其振动频率为5赫兹，振动幅度为4厘米，振动时间10分钟；本实施例中通过振动的方式保证固体冷却介质在冷却水管中填实紧密，且设计了具体的振动参数，这对于让固体冷却介质充分发挥作用具有铺垫作用。

步骤三、将步骤二装填固体冷却介质后的冷却水管进行冷弯操作，然后造型并熔炼浇注得铸钢冷却壁。本实施例中铸钢冷却壁浇铸用的固体冷却介质是本发明的关键。固体填料中粒度为100～120目的氧化镁、锆英石、无碱玻璃纤维、高炉瓦斯灰、转炉风淬渣和三氧化二锑可以用于填充固体填料的空隙，且铬铁矿砂由粒度为20～30目、30～40目、40～50目三级粉料组成，配合特定的混合制备过程保证了冷却水管的内部填实紧密，使冷却水管在冷弯操作过程中不变形。本实施例中的固体填料由铬铁矿砂、矾土粉、氧化镁、锆英石、无碱玻璃纤维、高炉瓦斯灰、转炉风淬渣和三氧化二锑组成，其中的矾土粉在氧化镁、锆英石的配合下能够提高整个固体填料体系的高温稳定性，铬铁矿砂在无碱玻璃纤维、高炉瓦斯灰、转炉风淬渣的配合下蓄热能力大，有较强的激冷作用，热膨胀系数小，热稳定性好，且采用三氧化二锑可以促进内部吸热，从而使得装填有本实施例固体冷却介质的冷却水管在高温钢液包熔下也不会熔穿管壁或被钢液挤压变形。本实施例作为冷却水管内部填料使用，进行反复试制，终于将铸钢冷却壁试验成功，成功实现了“熔而不化”而“无缝隙”的效果。通过试验发现，如果冷却水管在冷弯加工前管内未加填充耐高温填料，冷却水管经冷弯时容易变型，而且几乎不通球。

本实施例生产的铸钢冷却壁，对其分别进行试压试验和通球试验，具体要求为：水压试验压力为1.5Mpa，保压30分钟后，压降＜3％，在保压时间内用0.75kg手锤敲击冷却壁各部位，不允许漏水冒汗现象，试压完毕后，用压缩空气吹干；通球直径为水管内径的0.76倍，选用金属或木质球均可，通球直径为水管内径的0.76倍作为通球直径的标准球，将通球直径的标准球放进冷却壁一端管头内，用高压风管从冷却壁放球一端进行通风过球，通球直径的标准球将会从管头叧一端飞出即为合格。实验测得铸钢冷却壁的冷却水管通球率达100％，冷却水管经水压试验合格率达100％。

实施例2

本实施例的一种浇铸用的固体冷却介质基本同实施例1，不同之处在于：防烧结剂的加入量为固体填料加入量的15％。固体填料中各组分按照如下质量份组成：铬铁矿砂100份、矾土粉56份、氧化镁9份、锆英石18份、无碱玻璃纤维8份、高炉瓦斯灰12份、转炉风淬渣13份、三氧化二锑11份。钝化剂和激发剂的质量比为100：20，其中：钝化剂中各组分按如下质量份组成：铝粉90份、珍珠岩粉50份、石墨粉50份、石灰粉47份、碳化硅粉20份、粉煤灰19份。激发剂中各组分按如下质量份组成：硅微粉92份、金红石型二氧化钛92份、磺化酚醛树脂25份。本实施例的一种浇铸用的固体冷却介质的使用方法基本同实施例1。

实施例3

本实施例的一种浇铸用的固体冷却介质基本同实施例1，不同之处在于：防烧结剂的加入量为固体填料加入量的18％。固体填料中各组分按照如下质量份组成：铬铁矿砂80份、矾土粉50份、氧化镁6份、锆英石12份、无碱玻璃纤维5份、高炉瓦斯灰8份、转炉风淬渣10份、三氧化二锑7份。钝化剂和激发剂的质量比为100：24，其中：钝化剂中各组分按如下质量份组成：铝粉110份、珍珠岩粉45份、石墨粉56份、石灰粉43份、碳化硅粉24份、粉煤灰12份。激发剂中各组分按如下质量份组成：硅微粉100份、金红石型二氧化钛78份、磺化酚醛树脂34份。本实施例的一种浇铸用的固体冷却介质的使用方法基本同实施例1。

此处值得说明的是，本专利中固体填料中各组分的质量份比例关系是指在配置固体填料时固体填料中各组分的比例关系，而固体填料中各组分的质量份数与钝化剂、激发剂中各组分的质量份数均无关系，如：实施例3中铬铁矿砂为80kg质量份时，硅微粉不一定需要100kg质量份，只需要满足防烧结剂的加入量为固体填料加入量的18％、钝化剂和激发剂的质量比为100：24即可。

Claims (1)

1.一种浇铸用的固体冷却介质的使用方法，其特征在于，固体冷却介质在铸钢冷却壁浇铸过程中使用的步骤为：

步骤一、准备浇铸用的固体冷却介质；步骤一中的固体冷却介质由固体填料和防烧结剂组成，其中：防烧结剂的加入量为固体填料加入量的15～18％；

所述的固体填料由铬铁矿砂、矾土粉、氧化镁、锆英石、无碱玻璃纤维、高炉瓦斯灰、转炉风淬渣和三氧化二锑组成；

所述的防烧结剂由钝化剂和激发剂组成，其中：钝化剂和激发剂的质量比为100：20～24，所述的钝化剂由铝粉、珍珠岩粉、石墨粉、石灰粉、碳化硅粉和粉煤灰组成；所述的激发剂由硅微粉、金红石型二氧化钛和磺化酚醛树脂组成；

步骤二、将弯管前的高炉用铸钢冷却壁中冷却水管的一端用木塞堵住，从冷却水管的另一端向冷却水管内部装填步骤一中的固体冷却介质，并将装填有固体冷却介质的冷却水管竖直放置在振动平台上进行填实，其振动频率为3～6赫兹，振动幅度为3～5厘米；

步骤三、将步骤二装填固体冷却介质后的冷却水管进行冷弯操作，然后造型并熔炼浇注得铸钢冷却壁；

其中，固体填料中各组分按照如下质量份组成：

铬铁矿砂80～100份、

矾土粉50～56份、

氧化镁6～9份、

锆英石12～18份、

无碱玻璃纤维5～8份、

高炉瓦斯灰8～12份、

转炉风淬渣10～13份、

三氧化二锑7～11份；

钝化剂中各组分按如下质量份组成：

铝粉90～110份、

珍珠岩粉45～50份、

石墨粉50～56份、

石灰粉43～47份、

碳化硅粉20～24份、

粉煤灰12～19份；

激发剂中各组分按如下质量份组成：

硅微粉92～100份、

金红石型二氧化钛78～92份、

磺化酚醛树脂25～34份。