CN104531929B - 一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料的制备方法，属于固体填料技术领域。本发明的步骤为：步骤一、准备固体填料的各组分；步骤二、将矾土粉、氧化镁、锆英石加入混合机中，在混合机中持续搅拌20～25分钟，得混合物A；将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25～30分钟；再加入混合物A，继续搅拌混合10～15分钟；步骤三、将固体填料在120～150℃温度条件下保温30～35分钟，随炉冷却。本发明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。

Description

一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料的制备方法
技术领域
本发明涉及固体填料技术领域，更具体地说，涉及一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料的制备方法，固体填料用于浇铸过程中装填在高炉用铸钢冷却壁的冷却水管内部使用。
背景技术
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，防熔穿措施主要有两种：
(1)从外部防止冷却水管熔穿。从外部防止冷却水管熔穿，可以在水管外焊制一层随型内冷铁笼，或在水管外表涂刷隔热涂层。此类方法虽然可以从一定程度上防止水管熔穿，但是如果设计不当，将会严重影响冷却水管和冷却壁本体之间的熔合率，使水管的散热能力极大地降低，这也削弱了铸钢冷却壁导热性能好的优势。
(2)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，通常使用多种材料混合而成，但是，固体冷却介质(即铸钢冷却壁浇铸用的固体填料)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。
通过专利检索，关于铸钢冷却壁的生产方法已有相关的技术方案公开。如，中国专利申请号：01144238.7，申请日：2001-12-14，发明创造名称为：无热阻铸钢冷却壁及铸造方法，该申请案公开了的冷却壁组成是在低碳铸钢冷却体内铸有冷却水管，冷却壁本体与铸入的冷却水管外壁间为冶金熔合的铸钢冷却壁，该冷却壁的铸造方法是采用对冷却水管内壁冷却的一次铸造成型方法和两次增厚铸造成型的方法。该申请案在冷却壁与冷却水管之间不涂裹防渗碳涂层，在一定程度上能够提高冷却壁整体的导热性能。此外，中国专利申请号：03113465.3，申请日：2003-05-12，发明创造名称为：一种金属基体冷却壁的铸造方法公开的技术方案。中国专利申请号：94112599.8，申请日：1994-11-02，发明创造名称为：一种高炉用铸钢冷却壁的铸造方法公开的技术方案。这些申请案都是从保护冷却水管“熔而不穿”的角度进行设计改进的，但是其实际使用的效果有待进一步完善。
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质量难以得到有效控制的不足，提供了一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料的制备方法，采用本发明的填料生产铸钢冷却壁，能够使得铸钢冷却壁的废品率达到最低，且在铸钢冷却壁的铸造过程中，能够有效防止冷却水管熔穿，并使其达到“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：
本发明的一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料的制备方法，其步骤为：
步骤一、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，备用；
步骤二、混合制备
将步骤一中的矾土粉、氧化镁、锆英石加入混合机中，在混合机中持续搅拌20～25分钟，得混合物A；
将步骤一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25～30分钟；再加入混合物A，继续搅拌混合10～15分钟，完成固体填料的配制；
步骤三、
将步骤二得到的固体填料在120～150℃温度条件下保温30～35分钟，随炉冷却，即制得铸钢冷却壁浇铸用的固体填料。
优选地，步骤一中铬铁矿砂、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。
优选地，步骤一中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％。
优选地，步骤一中对矾土粉进行破碎，并筛分出粒度为40～50目矾土粉备用。
优选地，步骤一中氧化镁、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。
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：
本发明的一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料的制备方法，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填料，本发明配置的固体填料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，由于填料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
本实施例的一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料，该固体填料用于装填在铸钢冷却壁的冷却水管内部，该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。
本实施例的一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料的制备方法，其具体的制备步骤为：
步骤一、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。
步骤二、混合制备
将步骤一中的矾土粉、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；
将步骤一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；
步骤三、
将步骤二得到的固体填料在130℃温度条件下保温32分钟，随炉冷却，即制得铸钢冷却壁浇铸用的固体填料。
本实施例中铸钢冷却壁浇铸用的固体填料是本发明的关键，其粒度为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填料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。如果冷却水管内的填料采用普通石英砂，则冷却水管个别点有熔穿现象。
实施例2
本实施例的一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料基本同实施例1，不同之处在于：该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。本实施例的一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料的制备方法，基本过程同实施例1，不同之处在于：
步骤二、混合制备
将步骤一中的矾土粉、氧化镁、锆英石加入混合机中，在混合机中持续搅拌20分钟，得混合物A；将步骤一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25分钟；再加入混合物A，继续搅拌混合15分钟，完成固体填料的配制；
步骤三、
将步骤二得到的固体填料在120℃温度条件下保温35分钟，随炉冷却，即制得铸钢冷却壁浇铸用的固体填料。
实施例3
本实施例的一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料基本同实施例1，不同之处在于：该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。本实施例的一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料的制备方法，基本过程同实施例1，不同之处在于：
步骤二、混合制备
将步骤一中的矾土粉、氧化镁、锆英石加入混合机中，在混合机中持续搅拌25分钟，得混合物A；
将步骤一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30分钟；再加入混合物A，继续搅拌混合10分钟，完成固体填料的配制；
步骤三、
将步骤二得到的固体填料在150℃温度条件下保温30分钟，随炉冷却，即制得铸钢冷却壁浇铸用的固体填料。实践证明，当氧化镁与锆英石的质量份数比为1：2时，氧化镁、锆英石对矾土粉的促进作用最佳，能够显著提高整个固体填料体系的高温稳定性，实施例1-3中氧化镁与锆英石的质量份数比均为1：2。
实施例1～3的一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料，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填料，本发明配置的固体填料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，由于填料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。

Claims (4)

1.一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料的制备方法，其特征在于，其步骤为：
步骤一、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，备用；
步骤二、混合制备
将步骤一中的矾土粉、氧化镁、锆英石加入混合机中，在混合机中持续搅拌20～25分钟，得混合物A；
将步骤一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25～30分钟；再加入混合物A，继续搅拌混合10～15分钟，完成固体填料的配制；
步骤三、
将步骤二得到的固体填料在120～150℃温度条件下保温30～35分钟，随炉冷却，即制得铸钢冷却壁浇铸用的固体填料；
其中，步骤一中铬铁矿砂、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。
2.根据权利要求1所述的一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料的制备方法，其特征在于：步骤一中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％。
3.根据权利要求2所述的一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料的制备方法，其特征在于：步骤一中对矾土粉进行破碎，并筛分出粒度为40～50目矾土粉备用。
4.根据权利要求3所述的一种铸钢冷却壁浇铸用的固体填料的制备方法，其特征在于：步骤一中氧化镁、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。
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