一种用于浇注过程中防高温钢液击穿的填料

摘要

本发明公开了一种用于浇注过程中防高温钢液击穿的填料，属于耐高温填料技术领域。本发明的填料用于装填在高炉用铸钢冷却壁的冷却水管内部，该填料中各组分按如下质量份组成：铬铁矿砂100～106份、铝粉11～15份、石墨粉5～7份、石灰粉3～5份、转炉风淬渣8～10份、海泡石3～5份、无钙铬渣7～11份；铬铁矿砂由粒度为20～30目、30～40目、40～50目粉料组成。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。

说明书

技术领域

本发明属于耐高温填料技术领域，更具体地说，涉及一种用于浇注过程中防高温钢液击穿的填料，填料用于装填在高炉用铸钢冷却壁的冷却水管内部。

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，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，对灌入的固体介质的要求是：蓄热能力大，有较强的激冷作用；热膨胀系数小，热稳定性好；不发生化学反应，不生成气体；不熔化、不粘连管壁、易清理。通常使用多种材料混合而成，但是，固体冷却介质(即用于浇注过程中防高温钢液击穿的填料)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，提供了一种用于浇注过程中防高温钢液击穿的填料，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：

本发明的一种用于浇注过程中防高温钢液击穿的填料，该填料用于装填在高炉用铸钢冷却壁的冷却水管内部，该填料包括铬铁矿砂和铝粉。

更进一步地，该填料由铬铁矿砂、铝粉、石墨粉、石灰粉、转炉风淬渣、海泡石和无钙铬渣组成。

更进一步地，该填料中各组分按如下质量份组成：

铬铁矿砂100～106份、

铝粉11～15份、

石墨粉5～7份、

石灰粉3～5份、

转炉风淬渣8～10份、

海泡石3～5份、

无钙铬渣7～11份。

更进一步地，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12％，粒径在30～40目的粉料占铬铁矿砂总质量的82％，粒径在40～50目的粉料占铬铁矿砂总质量的6％。

更进一步地，石墨粉、石灰粉、海泡石的粒度均为100～120目，铝粉、转炉风淬渣、无钙铬渣的粒度均为80～100目。

更进一步地，铬铁矿砂的密度为4.0～4.8g/cm3，莫氏硬度为5.5～6.0级，耐火度大于2000℃。

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：

本发明的一种用于浇注过程中防高温钢液击穿的填料，由铬铁矿砂、铝粉、石墨粉、石灰粉、转炉风淬渣、海泡石和无钙铬渣组成，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填料，本发明配置的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

本实施例的一种用于浇注过程中防高温钢液击穿的填料，该填料用于装填在高炉用铸钢冷却壁的冷却水管内部，该填料由铬铁矿砂、铝粉、石墨粉、石灰粉、转炉风淬渣、海泡石和无钙铬渣组成，其各组分按如下质量份组成：铬铁矿砂104份、铝粉13份、石墨粉6份、石灰粉4份、转炉风淬渣9份、海泡石4份、无钙铬渣9份。其中，铬铁矿砂要求满足如下条件：铬铁矿砂的密度为4.0～4.8g/cm³，莫氏硬度为5.5～6.0级，耐火度大于2000℃，具体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℃。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12％，粒径在30～40目的粉料占铬铁矿砂总质量的82％，粒径在40～50目的粉料占铬铁矿砂总质量的6％。石墨粉、石灰粉、海泡石的粒度均为100～120目，铝粉、转炉风淬渣、无钙铬渣的粒度均为80～100目。

值得说明的是，本实施例中的无钙铬渣是利用当前最先进的无钙焙烧工艺技术生产铬盐过程中排放的一种工业废渣，无钙铬渣既是有害废渣，又是可利用的二次资源，其无害化处理和综合利用技术的开发已迫在眉睫。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。本实施例中的海泡石是一种纤维状的含水硅酸镁，通常呈白、浅灰、浅黄等颜色，不透明也没有光泽，其质量百分含量为：SiO₂：56.4％，Al₂O₃：24.6％，其余为不可避免的杂质。

本实施例的一种用于浇注过程中防高温钢液击穿的填料，其具体的制备过程如下：

步骤一、原料准备

根据填料的组分要求，准备铬铁矿砂、铝粉、石墨粉、石灰粉、转炉风淬渣、海泡石和无钙铬渣，备用。本实施例中，步骤一原料准备中各组分按如下质量份准备：铬铁矿砂104份、铝粉13份、石墨粉6份、石灰粉4份、转炉风淬渣9份、海泡石4份、无钙铬渣9份。步骤一原料准备中，对铬铁矿砂进行破碎处理并分筛，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12％，粒径在30～40目的粉料占铬铁矿砂总质量的82％，粒径在40～50目的粉料占铬铁矿砂总质量的6％，铬铁矿砂要求满足如下条件：铬铁矿砂的密度为4.0～4.8g/cm³，莫氏硬度为5.5～6.0级，耐火度大于2000℃。同时，步骤一原料准备中，对石墨粉、石灰粉、海泡石进行破碎处理并分筛，筛选的石墨粉、石灰粉、海泡石的粒度均为100～120目；对铝粉、转炉风淬渣、无钙铬渣进行破碎处理并分筛，筛选的铝粉、转炉风淬渣、无钙铬渣的粒度均为80～100目。

步骤二、混合制备

将步骤一准备的铬铁矿砂和铝粉加入到搅拌罐中，混合搅拌10～15分钟均可，本实施例中搅拌12分钟；然后加入步骤一准备的转炉风淬渣和无钙铬渣，继续混合搅拌10～15分钟均可，本实施例中搅拌15分钟；再加入步骤一准备的石墨粉、石灰粉和海泡石，并通过喷洒装置向搅拌罐内加入水，水的加入量为填料各组分总质量的0.4～0.8％均可，本实施例中水的加入量为填料各组分总质量的0.6％，继续搅拌10～15分钟均可，本实施例中搅拌10分钟。

步骤三、烘干备用

将步骤二得到的混合物在60～80℃温度条件下烘干并真空包装，即制得填料。本实施例中“烘干”是指将步骤二中加入的水烘干，即使得最终填料的总质量与步骤一中填料各组分的总质量相同。

本实施例中的用于浇注过程中防高温钢液击穿的填料是本发明的关键，其粒径为80～100目的铝粉、转炉风淬渣、无钙铬渣材料可以用于填充填料的空隙，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；本实施例中填料的组分及其配比决定了冷却水管在高温钢液包熔下也不会熔穿管壁戓被钢液挤压变形；而且本实施例中填料的成分设计，使得耐高温填料耐高温，不易烧结，使得后期方便从冷却水管内部将耐高温填料清出，而不粘管壁，清出的耐高温填料仍可复用。本实施例采用铬铁矿砂、铝粉、石墨粉、石灰粉、转炉风淬渣、海泡石和无钙铬渣的混合物，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，则冷却水管在清砂时发现石英砂在管腔内有烧结块难以清出，且个别点有熔穿现象。

采用本实施例的填料生产铸钢冷却壁，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％。通过实践证明：本实施例的铸钢冷却壁完全可取代历史上球墨铸铁冷却壁和铸铜冷却壁，铸钢冷却壁可安全安装在高炉的任何部位，有望将高炉一代炉龄由原来的6～8年，提高到15～20年以上的先进水平。

实施例2

本实施例的一种用于浇注过程中防高温钢液击穿的填料基本同实施例1，不同之处在于：填料中各组分按如下质量份组成：铬铁矿砂100份、铝粉11份、石墨粉5份、石灰粉3份、转炉风淬渣8份、海泡石3份、无钙铬渣7份。本实施例的一种用于浇注过程中防高温钢液击穿的填料的制备方法，基本过程同实施例1，不同之处在于：步骤二中水的加入量为填料各组分总质量的0.4％。

实施例3

本实施例的一种用于浇注过程中防高温钢液击穿的填料基本同实施例1，不同之处在于：填料中各组分按如下质量份组成：铬铁矿砂106份、铝粉15份、石墨粉7份、石灰粉5份、转炉风淬渣10份、海泡石5份、无钙铬渣11份。本实施例的一种用于浇注过程中防高温钢液击穿的填料的制备方法，基本过程同实施例1，不同之处在于：步骤二中水的加入量为填料各组分总质量的0.8％。实践证明，当石灰粉与海泡石的质量比为1：1时，填料的使用效果最好，实施例1-3中石灰粉与海泡石的质量比均为1：1。

实施例1～3的一种用于浇注过程中防高温钢液击穿的填料，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填料，本发明配置的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。