CN110355355B - 一种可反向加热钢包包衬的复合结构式钢包盖 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可反向加热钢包包衬的复合结构式钢包盖。其技术方案是：钢包盖底盒(6)内装满有陶瓷‑铝硅合金复合蓄热球(3)，紧贴钢包盖底盒(6)的外壁套装有钢包盖环形侧板(5)，钢包盖环形侧板(5)的顶端依次向上设有钢包盖盖板(4)和固定板(2)。靠近固定板(2)边缘处中心对称地设有2(2~4)个通孔I，2(2~4)根连接杆(7)通过钢包盖底盒(6)的通孔II插入钢包盖环形侧板(5)的盲孔中，连接杆(7)与通孔II的孔壁、盲孔孔壁和盲孔孔底的间隙填充有纤维棉(9)；每个连接孔通过螺栓(8)与固定板(2)对应的通孔I固定连接。本发明具有强度高、导热系数和蓄热密度可调、抗热震性好、热耗散低、钢包热周转过程中热损小、能防止钢包内衬开裂和使用寿命长的特点。

Description

一种可反向加热钢包包衬的复合结构式钢包盖

技术领域

本发明属于复合结构式钢包盖技术领域。具体涉及一种可反向加热钢包包衬的复合结构式钢包盖。

背景技术

在炼钢技术领域，钢包是炼钢过程中盛放钢水和炉外精炼的设备，保持钢包包衬的温度稳定是延长炉衬寿命、提高产品质量和节能降耗的有效措施。为了减少钢水温降，一般采取对钢包进行烘烤、提高钢包热周转、优化钢包衬体结构、钢水运转过程加保热剂和钢包加盖等手段来实施。其中钢包加盖因降低了高温钢液向空气中的热辐射损失，具有显著的节能效果，并在各钢铁企业广泛应用。

常用的钢包包盖主要有两种材质，一种为浇注料，一种为纤维材料。浇注料材质的钢包包盖使用寿命长、强度高，但其保温隔热效果差，且重量大；纤维质包盖重量轻和、隔热效果好，但使用寿命低。如“一种钢包盖用浇注料及其应用”(CN201410251145)专利技术，该技术采用主料、三聚磷酸钠和耐热不锈钢纤维制备的钢包盖，虽然强度高和使用寿命长，但其自重大、保温效果差和热耗散大，并且当钢液浇注完毕后，钢包包衬温度急剧下降，热震作用导致其开裂，影响使用寿命；“一种轻质钢包盖”(CN201620160005)专利技术，该技术采用保温盖本体和氧化铝纤维制作的钢包盖，自重轻、导热系数低和保温效果好，但因其强度低和安装拆卸过程中发生碰撞容易损坏，寿命短；“装有成型耐火材料的钢包盖结构”(CN201120028275)专利技术，虽采用成型耐火材料和陶瓷纤维复合结构制作的钢包盖，解决了保温和强度问题，但并不具备反向加热包衬的功能，在热周转过程中钢包包衬耐火材料热震较大和易开裂。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种强度高、导热系数和蓄热密度可调、抗热震性能好、热耗散低、钢包热周转过程中热损小、能防止钢包内衬开裂和使用寿命长的可反向加热钢包包衬的复合结构式钢包盖。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：所述钢包盖由固定板、陶瓷-铝硅合金复合蓄热球、钢包盖盖板、钢包盖环形侧板、钢包盖底盒、连接杆和螺栓组成。

钢包盖底盒内装满有陶瓷-铝硅合金复合蓄热球，紧贴钢包盖底盒的外壁套装有钢包盖环形侧板；钢包盖底盒和钢包盖环形侧板等高，钢包盖底盒和钢包盖环形侧板的顶端盖有钢包盖盖板，钢包盖盖板的上平面设有固定板。

固定板呈圆盘状，固定板的上平面均匀地设有加强筋，靠近固定板边缘处中心对称地设有2(2~4)个通孔I；钢包盖底盒的外壁沿圆周方向均匀地设有2(2~4)个径向盲孔，钢包盖环形侧板设有通孔II。所述通孔II与所述径向盲孔数目相等，所述通孔II中心线与对应的径向盲孔中心线为同一条直线；2(2~4)根连接杆通过各自对应的通孔II插入盲孔中，连接杆与通孔II的孔壁、盲孔孔壁和盲孔孔底的间隙分别为2~5mm，所述间隙填充有纤维棉。每个连接杆的靠近外端处设有连接孔，每个连接孔通过各自螺栓与对应的固定板的通孔I固定连接，每个连接孔中心线与对应的固定板通孔I中心线在同一铅垂线上。

固定板、钢包盖盖板、钢包盖环形侧板和钢包盖底盒的中心线为同一铅垂线。

所述钢包盖底盒为圆板和圆环同中心组成的整体，圆板的直径和圆环外径相等；圆板的厚度为(0.01~0.017)D，圆环的壁厚为(0.017~0.03)D，圆环的高度为(0.01~0.023)D。

所述钢包盖盖板和钢包盖环形侧板的材质为纳米微孔绝热板；钢包盖盖板直径和钢包盖环形侧板的外径相同，钢包盖盖板的厚度为(0.003~0.006)D，钢包盖环形侧板的壁厚为(0.003~0.01)D。

所述D表示钢包盖底盒的外径，D=D₀+(2~5)mm；其中：D₀表示钢包顶部的外径，mm。

所述陶瓷-铝硅合金复合蓄热球的制备方法是：

步骤一、以3~39wt%的硅粉和61~97wt%的铝粉为原料，将硅粉含量由第1级的3wt%逐级递增至第6级的39wt%，相应地，铝粉含量则由第1级的97wt%逐级递减至第6级的61wt%，依次得到硅粉为3wt%和铝粉为97wt%的第1级原料、……、硅粉为39wt%和铝粉为61wt%的第6级原料。

步骤二、向所述的第1级原料、第2级原料、……、第6级原料中分别加入占各自对应原料10~30wt%的有机醇，搅拌均匀，依次得到第1级混合料、第2级混合料、……、第6级混合料。

步骤三、先将第1级混合料压制成第1级合金球，第1级合金球的半径为R；再用第2级混合料将第1级合金球包覆，压制为同球心的第2级合金球，第2级合金球的半径为2R；……；最后用第n级混合料将第n-1级合金球包覆，压制为同球心的第n级合金球，第n级合金球的半径为nR；R=1.8~15mm/n，n为3~6的自然数，制得合金球。

步骤四、先在所述合金球的表面均匀喷涂一层0.1~0.5mm厚的硅烷偶联剂，得到表面有喷涂料的合金球，然后用2个陶瓷空心半球将表面有喷涂料的合金球进行密封，制得陶瓷-铝硅合金复合蓄热球；所述陶瓷空心半球的壳体厚度为0.5~2.5mm。

所述陶瓷-铝硅合金复合蓄热球粒径级配是：粒径为20~30mm的占20~40wt%，粒径小于等于20mm且大于10mm占10~20wt%，粒径小于等于10mm且大于5mm占10~20wt%，粒径小于等于5mm且大于1mm占20~40wt%，颗粒粒径小于1mm占5~25wt%。

所述加强筋的材质为工字钢，加强筋焊接于固定板上。

所述钢包盖底盒的材质为高铝质耐火材料；其中：Al₂O₃含量>55wt%，耐压强度>50MPa，抗折强度>10MPa，高温抗折强度>10MPa。

所述陶瓷空心半球的Al₂O₃含量>55wt%，SiO₂含量>40wt%。

所述铝粉的Al含量>99.4wt%，粒径为13~150μm。

所述硅粉的Si含量>99.5wt%，粒径为13~88μm。

所述有机醇为乙醇、聚乙烯醇和叔丁醇中的一种以上。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

本发明采用复合结构：钢包盖底盒的材质为高铝质耐火材料，具有高的强度，在钢包盖频繁的安装拆卸过程中，不易破损，保证了钢包盖的整体性和长寿命；纳米微孔绝热板材质的钢包盖盖板和钢包盖环形侧板使钢包盖热阻大，阻止钢包盖向空间散热；钢包内存放钢液时，钢包盖内的陶瓷-铝硅合金复合蓄热球蓄热和纳米微孔绝热板可以阻止热量散失到环境中。当钢包内钢液浇注完毕时，钢包盖内陶瓷-铝硅合金复合蓄热球积蓄的热量反向加热钢包包衬，有效利用余热防止钢包包衬温降过低，既可以提高钢包包衬耐火材料的使用寿命，又可以节省能耗。同时，钢包盖内陶瓷-铝硅合金复合蓄热球的大小和不同球径的数量比以及陶瓷-铝硅合金复合蓄热球内铝硅合金的硅含量可根据情况调节，从而使钢包盖的导热系数和蓄热密度可调。

因此，本发明的钢包盖具有强度高、导热系数和蓄热密度可调、抗热震性能好、热耗散低、钢包热周转过程中热损小、能防止钢包内衬开裂和使用寿命长的特点。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为图1的A-A剖视示意图；

图3为图1中I的局部放大示意图；

图4为图1的俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

实施例1

一种可反向加热钢包包衬的复合结构式钢包盖。所述钢包盖如图1和图2所示，由固定板2、陶瓷-铝硅合金复合蓄热球3、钢包盖盖板4、钢包盖环形侧板5、钢包盖底盒6、连接杆7和螺栓8组成。

如图1，钢包盖底盒6内装满有陶瓷-铝硅合金复合蓄热球3，紧贴钢包盖底盒6的外壁套装有钢包盖环形侧板5；钢包盖底盒6和钢包盖环形侧板5等高，钢包盖底盒6和钢包盖环形侧板5的顶端盖有钢包盖盖板4，钢包盖盖板4的上平面设有固定板2。

如图4所示，固定板2呈圆盘状，固定板2的上平面均匀地设有加强筋1，靠近固定板2边缘处中心对称地设有4个通孔I。如图2所示，钢包盖底盒6的外壁沿圆周方向均匀地设有4个径向盲孔，钢包盖环形侧板5设有通孔II。如图1和图2，所述通孔II与所述径向盲孔数目相等，所述通孔II中心线与对应的径向盲孔中心线为同一条直线。如图1~图3所示，4根连接杆7通过各自对应的通孔II插入盲孔中。如图3所示，连接杆7与通孔II的孔壁、盲孔孔壁和盲孔孔底的间隙分别为2~5mm，所述间隙填充有纤维棉9。如图1和图4所示，每个连接杆7的靠近外端处设有连接孔，每个连接孔通过各自螺栓8与对应的固定板2的通孔I固定连接，每个连接孔中心线与对应的固定板2通孔I中心线在同一铅垂线上。

如图1和图2所示，固定板2、钢包盖盖板4、钢包盖环形侧板5和钢包盖底盒6的中心线为同一铅垂线。

如图1所示，所述钢包盖底盒6为圆板和圆环同中心组成的整体，圆板的直径和圆环外径相等；圆板的厚度为(0.01~0.017)D，圆环的壁厚为(0.017~0.03)D，圆环的高度为(0.01~0.023)D。

所述钢包盖盖板4和钢包盖环形侧板5的材质为纳米微孔绝热板；钢包盖盖板4直径和钢包盖环形侧板5的外径相同，钢包盖盖板4的厚度为(0.003~0.006)D，钢包盖环形侧板5的壁厚为(0.003~0.01)D。

如图1所示，所述D表示钢包盖底盒6的外径，D=D₀+2~5mm；其中：D₀表示钢包顶部的外径，mm。

所述陶瓷-铝硅合金复合蓄热球3的制备方法是：

步骤一、以3~39wt%的硅粉和61~97wt%的铝粉为原料，将硅粉含量由第1级的3wt%逐级递增至第6级的39wt%，相应地，铝粉含量则由第1级的97wt%逐级递减至第6级的61wt%，依次得到硅粉为3wt%和铝粉为97wt%的第1级原料、……、硅粉为39wt%和铝粉为61wt%的第6级原料。

步骤二、向所述的第1级原料、第2级原料、……、第6级原料中分别加入占各自对应原料10~30wt%的有机醇，搅拌均匀，依次得到第1级混合料、第2级混合料、……、第6级混合料。

步骤三、先将第1级混合料压制成第1级合金球，第1级合金球的半径为R；再用第2级混合料将第1级合金球包覆，压制为同球心的第2级合金球，第2级合金球的半径为2R；……；最后用第n级混合料将第n-1级合金球包覆，压制为同球心的第n级合金球，第n级合金球的半径为nR；R=1.8~15mm/n，n为3~6的自然数，制得合金球。

步骤四、先在所述合金球的表面均匀喷涂一层0.1~0.5mm厚的硅烷偶联剂，得到表面有喷涂料的合金球，然后用2个陶瓷空心半球将表面有喷涂料的合金球进行密封，制得陶瓷-铝硅合金复合蓄热球；所述陶瓷空心半球的壳体厚度为0.5~2.5mm。

所述陶瓷-铝硅合金复合蓄热球3粒径级配是：粒径为20~30mm的占20~25wt%，粒径小于等于20mm且大于10mm占15~20wt%，粒径小于等于10mm且大于5mm占15~20wt%，粒径小于等于5mm且大于1mm占35~40wt%，颗粒粒径小于1mm占5~10wt%。

所述加强筋1的材质为工字钢，加强筋1焊接于固定板2上。

所述钢包盖底盒6的材质为高铝质耐火材料；其中：Al₂O₃含量>55wt%，耐压强度>50MPa，抗折强度>10MPa，高温抗折强度>10MPa。

所述陶瓷空心半球的Al₂O₃含量>55wt%，SiO₂含量>40wt%。

所述铝粉的Al含量>99.4wt%，粒径为13~150μm。

所述硅粉的Si含量>99.5wt%，粒径为13~88μm。

所述有机醇为乙醇、聚乙烯醇和叔丁醇中的一种以上。

实施例2

一种可反向加热钢包包衬的复合结构式钢包盖。除下述外，其余同实施例1：

如图4所示，固定板2呈圆盘状，固定板2的上平面均匀地设有加强筋1，靠近固定板2边缘处中心对称地设有6个通孔I；钢包盖底盒6的外壁沿圆周方向均匀地设有6个径向盲孔，钢包盖环形侧板5设有通孔II。所述通孔II与所述径向盲孔数目相等，所述通孔II中心线与对应的径向盲孔中心线为同一条直线；6根连接杆7通过各自对应的通孔II插入盲孔中。

所述陶瓷-铝硅合金复合蓄热球3粒径级配是：粒径为20~30mm的占25~30wt%，粒径小于等于20mm且大于10mm占15~20wt%，粒径小于等于10mm且大于5mm占15~20wt%，粒径小于等于5mm且大于1mm占30~35wt%，颗粒粒径小于1mm占10~15wt%。

实施例3

一种可反向加热钢包包衬的复合结构式钢包盖。除下述外，其余同实施例2：

如图4所示，固定板2呈圆盘状，固定板2的上平面均匀地设有加强筋1，靠近固定板2边缘处中心对称地设有8个通孔I；钢包盖底盒6的外壁沿圆周方向均匀地设有8个径向盲孔，钢包盖环形侧板5设有通孔II。所述通孔II与所述径向盲孔数目相等，所述通孔II中心线与对应的径向盲孔中心线为同一条直线；8根连接杆7通过各自对应的通孔II插入盲孔中。

所述陶瓷-铝硅合金复合蓄热球3粒径级配是：粒径为20~30mm的占30~35wt%，粒径小于等于20mm且大于10mm占10~15wt%，粒径小于等于10mm且大于5mm占10~15wt%，粒径小于等于5mm且大于1mm占25~30wt%，颗粒粒径小于1mm占15~20wt%。

实施例4

一种可反向加热钢包包衬的复合结构式钢包盖。除下述外，其余同实施例2或3：

所述陶瓷-铝硅合金复合蓄热球3粒径级配是：粒径为20~30mm的占35~40wt%，粒径小于等于20mm且大于10mm占10~15wt%，粒径小于等于10mm且大于5mm占10~15wt%，粒径小于等于5mm且大于1mm占20~25wt%，颗粒粒径小于1mm占20~25wt%。

本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：

本具体实施方式采用复合结构：钢包盖底盒6的材质为高铝质耐火材料，具有高的强度，在钢包盖频繁的安装拆卸过程中，不易破损，保证了钢包盖的整体性和长寿命；纳米微孔绝热板材质的钢包盖盖板4和钢包盖环形侧板5使钢包盖热阻大，阻止钢包盖向空间散热；钢包内存放钢液时，钢包盖内的陶瓷-铝硅合金复合蓄热球3蓄热和纳米微孔绝热板可以阻止热量散失到环境中。当钢包内钢液浇注完毕时，钢包盖内陶瓷-铝硅合金复合蓄热球3积蓄的热量反向加热钢包包衬，有效利用余热防止钢包包衬温降过低，既可以提高钢包包衬耐火材料的使用寿命，又可以节省能耗。同时，钢包盖内陶瓷-铝硅合金复合蓄热球3的大小和不同球径的数量比以及陶瓷-铝硅合金复合蓄热球3内铝硅合金的硅含量可根据情况调节，从而使钢包盖的导热系数和蓄热密度可调。

因此，本具体实施方式的钢包盖具有强度高、导热系数和蓄热密度可调、抗热震性能好、热耗散低、钢包热周转过程中热损小、能防止钢包内衬开裂和使用寿命长的。

Claims (6)

1.一种可反向加热钢包包衬的复合结构式钢包盖，其特征在于所述钢包盖由固定板(2)、陶瓷-铝硅合金复合蓄热球(3)、钢包盖盖板(4)、钢包盖环形侧板(5)、钢包盖底盒(6)、连接杆(7)和螺栓(8)组成；

钢包盖底盒(6)内装满有陶瓷-铝硅合金复合蓄热球(3)，紧贴钢包盖底盒(6)的外壁套装有钢包盖环形侧板(5)；钢包盖底盒(6)和钢包盖环形侧板(5)等高，钢包盖底盒(6)和钢包盖环形侧板(5)的顶端盖有钢包盖盖板(4)，钢包盖盖板(4)的上平面设有固定板(2)；

固定板(2)呈圆盘状，固定板(2)的上平面均匀地设有加强筋(1)，靠近固定板(2)边缘处中心对称地设有4～8个通孔I；钢包盖底盒(6)的外壁沿圆周方向均匀地设有4～8个径向盲孔，钢包盖环形侧板(5)设有通孔II，所述通孔II与所述径向盲孔数目相等，所述通孔II中心线与对应的径向盲孔中心线为同一条直线，4～8根连接杆(7)通过各自对应的通孔II插入盲孔中，连接杆(7)与通孔II的孔壁、盲孔孔壁和盲孔孔底的间隙分别为2～5mm，所述间隙填充有纤维棉(9)；每个连接杆(7)的靠近外端处设有连接孔，每个连接孔通过各自螺栓(8)与对应的固定板(2)的通孔I固定连接，每个连接孔中心线与对应的固定板(2)通孔I中心线在同一铅垂线上；

固定板(2)、钢包盖盖板(4)、钢包盖环形侧板(5)和钢包盖底盒(6)的中心线为同一铅垂线；

所述钢包盖底盒(6)为圆板和圆环同中心组成的整体，圆板的直径和圆环外径相等；圆板的厚度为(0.01～0.017)D，圆环的壁厚为(0.017～0.03)D，圆环的高度为(0.01～0.023)D；所述钢包盖底盒(6)的材质为高铝质耐火材料；其中：Al₂O₃含量>55wt％，耐压强度>50MPa，抗折强度>10MPa，高温抗折强度>10MPa；

所述钢包盖盖板(4)和钢包盖环形侧板(5)的材质为纳米微孔绝热板；钢包盖盖板(4)直径和钢包盖环形侧板(5)的外径相同，钢包盖盖板(4)的厚度为(0.003～0.006)D，钢包盖环形侧板(5)的壁厚为(0.003～0.01)D；

所述D表示钢包盖底盒(6)的外径，D＝D₀+(2～5)mm；其中：D₀表示钢包顶部的外径，mm；

所述陶瓷-铝硅合金复合蓄热球(3)的制备方法是：

步骤一、以3～39wt％的硅粉和61～97wt％的铝粉为原料，将硅粉含量由第1级的3wt％逐级递增至第6级的39wt％，相应地，铝粉含量则由第1级的97wt％逐级递减至第6级的61wt％，依次得到硅粉为3wt％和铝粉为97wt％的第1级原料、……、硅粉为39wt％和铝粉为61wt％的第6级原料；

步骤二、向所述的第1级原料、第2级原料、……、第6级原料中分别加入占各自对应原料10～30wt％的有机醇，搅拌均匀，依次得到第1级混合料、第2级混合料、……、第6级混合料；

步骤三、先将第1级混合料压制成第1级合金球，第1级合金球的半径为R；再用第2级混合料将第1级合金球包覆，压制为同球心的第2级合金球，第2级合金球的半径为2R；……；最后用第n级混合料将第n-1级合金球包覆，压制为同球心的第n级合金球，第n级合金球的半径为nR；R＝1.8～15mm/n，n为3～6的自然数，制得合金球；

步骤四、先在所述合金球的表面均匀喷涂一层0.1～0.5mm厚的硅烷偶联剂，得到表面有喷涂料的合金球，然后用2个陶瓷空心半球将表面有喷涂料的合金球进行密封，制得陶瓷-铝硅合金复合蓄热球；所述陶瓷空心半球的壳体厚度为0.5～2.5mm；

所述陶瓷-铝硅合金复合蓄热球(3)粒径级配是：粒径为20～30mm的占20～40wt％，粒径小于等于20mm且大于10mm占10～20wt％，粒径小于等于10mm且大于5mm占10～20wt％，粒径小于等于5mm且大于1mm占20～40wt％，颗粒粒径小于1mm占5～25wt％。

2.根据权利要求1所述的可反向加热钢包包衬的复合结构式钢包盖，其特征在于所述加强筋(1)的材质为工字钢，加强筋(1)焊接于固定板(2)上。

3.根据权利要求1所述的可反向加热钢包包衬的复合结构式钢包盖，其特征在于所述陶瓷空心半球的Al₂O₃含量>55wt％，SiO₂含量>40wt％。

4.根据权利要求1所述的可反向加热钢包包衬的复合结构式钢包盖，其特征在于所述铝粉的Al含量>99.4wt％，粒径为13～150μm。

5.根据权利要求1所述的可反向加热钢包包衬的复合结构式钢包盖，其特征在于所述硅粉的Si含量>99.5wt％，粒径为13～88μm。

6.根据权利要求1所述的可反向加热钢包包衬的复合结构式钢包盖，其特征在于所述有机醇为乙醇、聚乙烯醇和叔丁醇中的一种以上。

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