CN114045428A - 一种精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置及其应用 - Google Patents

一种精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置，包括：炉壳、炉衬、炉壁层、底座、气体扩散器、透气砖、进气管、活接头、炉体保护触头、触头保护器、导线，所述炉壳包裹着炉衬，所述炉衬外表面设置有炉壁层，所述炉壳的底部设置有底座，所述底座上方设置有气体扩散器和透气砖，所述透气砖包裹着气体扩散器，所述进气管与气体扩散器连接，所述活接头与进气管衔接并固定于底座上，所述炉体保护触头镶嵌于炉衬内，所述触头保护器与炉体保护触头通过导线相连。本发明通过利用精炼铬铸铁材料装置，进一步优化工艺，有效降低了铬26超高铬铸铁中的氢和氧含量，获得了高纯净铬26超高铬铸铁材料，提高了洛氏硬度值。

Description

一种精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置及其应用
技术领域
本发明属于精炼铬铸铁技术领域，具体涉及一种精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置及其应用。
背景技术
铬系铸铁材料(包括铬3低铬铸铁材料、铬9中铬铸铁材料、铬15高铬铸铁材料、铬26超高铬铸铁材料)是目前国内外应用十分广泛的耐磨材料之一，已广泛应用于建筑、矿山、冶金、电力等行业。
赵亚忠和朱保钢分别在论文《超高铬抗磨损耐腐蚀铸铁的研制及应用》和《耐蚀抗磨新型铸铁材料的研究及应用》中给出了这种铸铁材料的成分，其主要化学成分是：碳1.65-2.5％、硅0.7-2.4％、锰2.0-3.5％、铬30-40％、钼＜3.0％、镍＜3.0％、铜＜2.0％，采用专门的细化剂和低温快浇工艺减少铸造时出现裂纹缺陷，材料在使用前进行退火处理(750-870℃保温3-8h)，材料的硬度HRC在39-50之间，冲击功在5.0-8.0J/cm2之间。
然而存在着材料的硬度HRC降低的问题，因此如何进一步优化工艺，提高铬26超高铬铸铁材料的洛氏硬度值HRC。
发明内容
本发明提供一种精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置及其应用，以解决如何利用精炼铬铸铁材料装置，进一步优化工艺，制备高纯净铬26超高铬铸铁材料的问题。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置，包括：炉壳、炉衬、炉壁层、底座、气体扩散器、透气砖、进气管、活接头、炉体保护触头、触头保护器、导线，所述炉壳包裹着炉衬，所述炉衬外表面设置有炉壁层，所述炉壳的底部设置有底座，所述底座上方设置有气体扩散器和透气砖，所述透气砖包裹着气体扩散器，所述进气管与气体扩散器连接，所述活接头与进气管衔接并固定于底座上，所述炉体保护触头镶嵌于炉衬内，所述触头保护器与炉体保护触头通过导线相连；所述炉壁层的厚度为0.8-2.2cm；所述进气管的内径为0.3-0.6cm。
进一步地，所述炉壁层为耐高温的合成材料层。
进一步地，所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料制成。
进一步地，所述进气管为耐压橡胶管。
进一步地，所述炉体保护触头采用无磁钢材料制成。
进一步地，所述炉体保护触头设置有6个。
本发明还提供一种精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置的应用，包括以下步骤：
(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置底部，然后使用炉衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；
(2)根据装置容积大小设计制造气体扩散器；
(3)将气体扩散器安装在装置底部中心，装置的进气管连接好流量调节器、减压阀、氦气瓶；
(4)准备材料：按铬铸铁的化学成分要求，称量好熔炼铬铸铁的各种材料，备用；
(5)加料熔炼：将准备好的原材料逐步投入装置中熔炼，当铬铸铁料熔化形成熔池时，即铬铸铁水覆过炉底28.9cm以上时，开始打开流量调节器吹注氦气，氦气经过透气砖参与铬铸铁水熔炼过程，随着熔炼继续，吹氦气的流量随着铬铸铁水的增加而增加，具体控制过程如下：前10-14min，吹氦气压力控制在6.3-6.5kg/cm2，氦气流量控制在16.2-17.3L/min；第15-21min，吹氦气压力控制在6.6-6.9kg/cm2，氦气流量控制在17.2-17.4L/min；第22-31min，吹氦气压力控制在7.0-7.2kg/cm2，氦气流量控制在17.5-17.7L/min；在第32min开始时，向铬铸铁水表面覆盖造渣剂，添加量为0.76-0.81kg/吨铬铸铁；第32-53min，吹氦气压力控制在6.4-6.7kg/cm2，氦气流量控制在16.7-17.3L/min；直至炉料熔清，取样分析炉内成份；
(6)调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；
(7)装置内镇静：装置内铬铸铁液达到要求温度后停电镇静，继续吹氦气，使铬铸铁液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面造渣剂结合；
(8)控温出钢：控制温度，出钢后经浇注、退火、淬火，制得高纯净铬26超高铬铸铁材料，采用光谱分析，所述的高纯净铬26超高铬铸铁材料，按质量百分含量计，包括以下成分：23.08-27.73％的Cr、2.61-2.98％的C、0.52-0.85％的Si、0.76-1.34％的Mn、0.32-0.48％的Cu、0.15-0.64％的Mo、O元素含量≤0.00101％、H元素含量≤0.00028％，其它微量元素含量≤0.51％，余量为Fe。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明设计的精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置具有以下有益效果：
1)本发明通过去除炉盖，可以达到如下效果：1)可以保证在正常大气压条件下达到铬26超高铬铸铁材料净化处理要求；2)有利于实时监测炉体温度；3)操作简单有效；4)减少配套机械装置，结构简单化，降低设备成本。
2)本发明通过增加设置炉衬保护装置，可以达到如下效果：1)可以检测铬26超高铬铸铁材料净化处理过程中惰性气体给炉衬的冲刷程度，从而选择较佳的惰性气体压力和流量，节约成本；2)可以精准控制炉衬的使用寿命，当炉底由于高温铬26超高铬铸铁水造成的熔蚀点触碰到感应触头时，预警炉衬寿命已至，需更换炉衬；3)可以有效保护炉体及整套电炉控制系统，当熔化的铬26超高铬铸铁水渗出炉衬与炉壳导通时，触头保护器开启，及时关闭熔体总电源，避免穿炉事故发生。
(2)本发明通过利用精炼铬铸铁材料装置，进一步优化工艺，有效降低了铬26超高铬铸铁中的氢和氧含量，获得了高纯净铬26超高铬铸铁材料，提高了洛氏硬度值，可满足建筑、矿山、冶金、电力等行业的应用需求。
附图说明
图1为本发明精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置结构示意图。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，通过以下实施例加以说明，这些实施例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
(一)设计精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置
实施例1
如图1所示，一种精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置，包括：炉壳1、炉衬2、炉壁层3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、炉体保护触头9、触头保护器10、导线11，所述炉壳1包裹着炉衬2，所述炉衬2外表面设置有炉壁层3，所述炉壳1的底部设置有底4座，所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气砖6，所述透气砖6包裹着气体扩散器5，所述进气管7与气体扩散器5连接，所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上，所述炉体保护触头9、触头保护器10、导线11组成炉衬保护装置，所述炉体保护触头9镶嵌于炉衬2内，所述触头保护器10与炉体保护触头9通过导线11相连。
所述炉壁层3为耐高温的合成材料层。
所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料制成。
所述耐高温的合成材料层厚度为1cm。
所述进气管7为耐压橡胶管。
所述耐压橡胶管的内径为0.3cm。
所述炉体保护触头采用无磁钢材料制成。
所述炉体保护触头设置有6个。
实施例2
如图1所示，一种精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置，包括：炉壳1、炉衬2、炉壁层3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、炉体保护触头9、触头保护器10、导线11，所述炉壳1包裹着炉衬2，所述炉衬2外表面设置有炉壁层3，所述炉壳1的底部设置有底4座，所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气砖6，所述透气砖6包裹着气体扩散器5，所述进气管7与气体扩散器5连接，所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上，所述炉体保护触头9、触头保护器10、导线11组成炉衬保护装置，所述炉体保护触头9镶嵌于炉衬2内，所述触头保护器10与炉体保护触头9通过导线11相连。
所述炉壁层3为耐高温的合成材料层。
所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料制成。
所述耐高温的合成材料层厚度为1.5cm。
所述进气管7为耐压橡胶管。
所述耐压橡胶管的内径为0.4cm。
所述炉体保护触头采用无磁钢材料制成。
所述炉体保护触头设置有6个。
实施例3
如图1所示，一种精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置，包括：炉壳1、炉衬2、炉壁层3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、炉体保护触头9、触头保护器10、导线11，所述炉壳1包裹着炉衬2，所述炉衬2外表面设置有炉壁层3，所述炉壳1的底部设置有底4座，所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气砖6，所述透气砖6包裹着气体扩散器5，所述进气管7与气体扩散器5连接，所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上，所述炉体保护触头9、触头保护器10、导线11组成炉衬保护装置，所述炉体保护触头9镶嵌于炉衬2内，所述触头保护器10与炉体保护触头9通过导线11相连。
所述炉壁层3为耐高温的合成材料层。
所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料制成。
所述耐高温的合成材料层厚度为2cm。
所述进气管7为耐压橡胶管。
所述耐压橡胶管的内径为0.5cm。
所述炉体保护触头采用无磁钢材料制成。
所述炉体保护触头设置有6个。
实施例4
如图1所示，一种精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置，包括：炉壳1、炉衬2、炉壁层3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、炉体保护触头9、触头保护器10、导线11，所述炉壳1包裹着炉衬2，所述炉衬2外表面设置有炉壁层3，所述炉壳1的底部设置有底4座，所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气砖6，所述透气砖6包裹着气体扩散器5，所述进气管7与气体扩散器5连接，所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上，所述炉体保护触头9、触头保护器10、导线11组成炉衬保护装置，所述炉体保护触头9镶嵌于炉衬2内，所述触头保护器10与炉体保护触头9通过导线11相连。
所述炉壁层3为耐高温的合成材料层。
所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料制成。
所述耐高温的合成材料层厚度为2.1cm。
所述进气管7为耐压橡胶管。
所述耐压橡胶管的内径为0.6cm。
所述炉体保护触头采用无磁钢材料制成。
所述炉体保护触头设置有6个。
(二)精炼铬铸铁材料装置在制备高纯净铬26超高铬铸铁材料中的应用
实施例5
一种精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置的应用，包括以下步骤：
(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在实施例2的精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置底部，然后使用炉衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；
(2)根据装置容积大小设计制造气体扩散器，气体扩散器其粒度设计为能使气流最佳化并具有抗金属穿透性；
(3)将气体扩散器安装在装置底部中心，装置的进气管连接好流量调节器、减压阀、氦气瓶；
(4)准备材料：按铬铸铁的化学成分要求，称量好熔炼铬铸铁的各种材料，备用；
(5)加料熔炼：将准备好的原材料逐步投入装置中熔炼，当铬铸铁料熔化形成熔池时，即铬铸铁水覆过炉底28.9cm时，开始打开流量调节器吹注氦气，氦气经过透气砖参与铬铸铁水熔炼过程，随着熔炼继续，吹氦气的流量随着铬铸铁水的增加而增加，具体控制过程如下：前10-14min，吹氦气压力控制在6.3-6.5kg/cm2，氦气流量控制在16.2-17.3L/min；第15-21min，吹氦气压力控制在6.6-6.9kg/cm2，氦气流量控制在17.2-17.4L/min；第22-31min，吹氦气压力控制在7.0-7.2kg/cm2，氦气流量控制在17.5-17.7L/min；在第32min开始时，向铬铸铁水表面覆盖造渣剂，添加量为0.78kg/吨铬铸铁；第32-53min，吹氦气压力控制在6.4-6.7kg/cm2，氦气流量控制在16.7-17.3L/min；直至炉料熔清，取样分析炉内成份；
(6)调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；
(7)装置内镇静：装置内铬铸铁液达到要求温度后停电镇静，继续吹氦气，使铬铸铁液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面造渣剂结合；
(8)控温出钢：控制温度，出钢后经浇注、退火、淬火，制得高纯净铬26超高铬铸铁材料，采用光谱分析，所述的高纯净铬26超高铬铸铁材料，按质量百分含量计，包括以下成分：26.08％的Cr、2.73％的C、0.69％的Si、1.12％的Mn、0.37％的Cu、0.42％的Mo、0.00101％的O、0.00028％的H，其它微量元素含量为0.51％，余量为Fe。
步骤(5)中所述造渣剂，以重量份为单位，包括以下原料：坡缕石粉29份、氟石粉8份、滑石粉18份、膨润土粉10份、碳酸镁粉11份、石英粉5份、麦饭石粉9份、矿棉12份、粘合剂4份、水52份；
所述坡缕石粉的质量指标为：SiO2：55.03％；MgO：26.92％；粒度为800目；
所述氟石粉的质量指标为：CaF2：76.01％；粒度为800目；
所述滑石粉的质量指标为：SiO2：60.18％；MgO：31.52％；粒度为1100目；
所述膨润土粉的质量指标为：SiO2：63.58％；Al2O3：22.01％；粒度为900目；
所述碳酸镁粉的粒度为800目；
所述石英粉的粒度为1000目；
所述麦饭石粉的粒度为700目；
所述粘合剂为木薯淀粉；粒度为500目；
所述造渣剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按重量份数，将坡缕石粉、氟石粉、滑石粉、膨润土粉、碳酸镁粉、石英粉、麦饭石粉、矿棉、粘合剂、水加入搅拌机中，在转速600r/min下搅拌0.7h，制得均匀浆料；
2)将步骤1)制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为0.9cm的颗粒；
3)将步骤2)制得的颗粒送入烘箱中，在87℃下干燥9.4h，制得造渣剂。
对比例1
与实施例5的精炼铬26超高铬铸铁材料工艺基本相同，唯有不同的是制备造渣剂的原料中缺少氟石粉、碳酸镁粉、石英粉、麦饭石粉。
对比例2
与实施例5的精炼铬26超高铬铸铁材料工艺基本相同，唯有不同的是制备造渣剂的原料中缺少氟石粉。
对比例3
与实施例5的精炼铬26超高铬铸铁材料工艺基本相同，唯有不同的是制备造渣剂的原料中缺少碳酸镁粉。
对比例4
与实施例5的精炼铬26超高铬铸铁材料工艺基本相同，唯有不同的是制备造渣剂的原料中缺少石英粉。
对比例5
与实施例5的精炼铬26超高铬铸铁材料工艺基本相同，唯有不同的是制备造渣剂的原料中缺少麦饭石粉。
对实施例5、对比例1-5精炼的铬26超高铬铸铁材料的洛氏硬度值(HRC)及氧、氢含量进行检测，结果如下：
试验组 HRC 氧含量/ppm 氢含量/ppm
实施例5 68.1 10.1 2.8
对比例1 49.8 - 10.9
对比例2 64.8 - 4.1
对比例3 64.2 - 4.5
对比例4 65.4 - 3.9
对比例5 63.5 - 4.8
注：洛氏硬度试验按GB/T 230.1规定进行；氧、氢含量采用光谱分析检测；“-”表示不检查’。
由上表可知：(1)由实施例5和对比例1-5的HRC数据，可以计算得出氟石粉、碳酸镁粉、石英粉、麦饭石粉一起使用时产生的HRC的效果值比氟石粉、碳酸镁粉、石英粉、麦饭石粉分别单独使用时叠加产生的HRC的效果值提高的百分数＝26.2％＞10％，该值大于10％，说明了氟石粉、碳酸镁粉、石英粉、麦饭石粉在制备铬26超高铬铸铁材料中起到了协同作用，协同提高了铬26超高铬铸铁材料的HRC。这是因为：氟石粉的CaF2是可改善造渣剂的物性，降低其熔点和粘度，提高其流动性，但是过高的CaF2含量会使造渣剂太稀，影响耐火材料的寿命，对造渣剂碱度和夹杂物吸附能力的控制也不利，因此氟石粉需要控制在一定的含量。碳酸镁粉受热分解产生的氧化镁属于碱性氧化物，能提高造渣剂的碱度，增强造渣剂的脱硫、脱磷等能力，而分解产生的CO2降低了铬26超高铬铸铁材料中H的含量。石英粉含SiO2，而SiO2与氟石粉中的CaF2反应达到脱氢的效果。麦饭石粉的表面吸附能力比较强，具有很好的流变性和催化性能，同时，具有理想的胶体性能和耐热性能，可吸附钢水中的氧、氢等不纯物。在氟石粉、碳酸镁粉、石英粉、麦饭石粉相互配合下，降低了铬26超高铬铸铁材料中的氢含量，协同提高了铬26超高铬铸铁材料的HRC。
(2)由实施例5的数据可见，采用本发明的造渣剂，获得的铬26超高铬铸铁材料的洛氏硬度值(HRC)为68.1，氧含量为10.1ppm，氢含量为2.8ppm，材料的硬度高，可满足建筑、矿山、冶金、电力等行业的应用需求。

Claims (7)

1.一种精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置，其特征在于，包括：炉壳、炉衬、炉壁层、底座、气体扩散器、透气砖、进气管、活接头、炉体保护触头、触头保护器、导线，所述炉壳包裹着炉衬，所述炉衬外表面设置有炉壁层，所述炉壳的底部设置有底座，所述底座上方设置有气体扩散器和透气砖，所述透气砖包裹着气体扩散器，所述进气管与气体扩散器连接，所述活接头与进气管衔接并固定于底座上，所述炉体保护触头镶嵌于炉衬内，所述触头保护器与炉体保护触头通过导线相连；所述炉壁层的厚度为0.8-2.2cm；所述进气管的内径为0.3-0.6cm。
2.根据权利要求1所述的精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置，其特征在于，所述炉壁层为耐高温的合成材料层。
3.根据权利要求2所述的精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置，其特征在于，所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料制成。
4.根据权利要求1所述的精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置，其特征在于，所述进气管为耐压橡胶管。
5.根据权利要求1所述的精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置，其特征在于，所述炉体保护触头采用无磁钢材料制成。
6.根据权利要求1所述的精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置，其特征在于，所述炉体保护触头设置有6个。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置的应用，其特征在于，包括以下步骤：
(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在精炼高纯净铬26超高铬铸铁材料装置底部，然后使用炉衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；
(2)根据装置容积大小设计制造气体扩散器；
(3)将气体扩散器安装在装置底部中心，装置的进气管连接好流量调节器、减压阀、氦气瓶；
(4)准备材料：按铬铸铁的化学成分要求，称量好熔炼铬铸铁的各种材料，备用；
(5)加料熔炼：将准备好的原材料逐步投入装置中熔炼，当铬铸铁料熔化形成熔池时，即铬铸铁水覆过炉底28.9cm以上时，开始打开流量调节器吹注氦气，氦气经过透气砖参与铬铸铁水熔炼过程，随着熔炼继续，吹氦气的流量随着铬铸铁水的增加而增加，具体控制过程如下：前10-14min，吹氦气压力控制在6.3-6.5kg/cm2，氦气流量控制在16.2-17.3L/min；第15-21min，吹氦气压力控制在6.6-6.9kg/cm2，氦气流量控制在17.2-17.4L/min；第22-31min，吹氦气压力控制在7.0-7.2kg/cm2，氦气流量控制在17.5-17.7L/min；在第32min开始时，向铬铸铁水表面覆盖造渣剂，添加量为0.76-0.81kg/吨铬铸铁；第32-53min，吹氦气压力控制在6.4-6.7kg/cm2，氦气流量控制在16.7-17.3L/min；直至炉料熔清，取样分析炉内成份；
(6)调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；
(7)装置内镇静：装置内铬铸铁液达到要求温度后停电镇静，继续吹氦气，使铬铸铁液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面造渣剂结合；
(8)控温出钢：控制温度，出钢后经浇注、退火、淬火，制得高纯净铬26超高铬铸铁材料，采用光谱分析，所述的高纯净铬26超高铬铸铁材料，按质量百分含量计，包括以下成分：23.08-27.73％的Cr、2.61-2.98％的C、0.52-0.85％的Si、0.76-1.34％的Mn、0.32-0.48％的Cu、0.15-0.64％的Mo、O元素含量≤0.00101％、H元素含量≤0.00028％，其它微量元素含量≤0.51％，余量为Fe。
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