脱硫喷枪用耐火材料及脱硫喷枪生产工艺

摘要

本发明公开了一种脱硫喷枪用耐火材料，其主要原料有电熔莫来石、红柱石、板状刚玉粉、α－Al2O3微粉、SiO2微粉、兰晶石、钢纤维、95#鳞片石墨、水泥、尖晶石细粉，本耐火材料由用于脱硫喷枪渣线段和非渣线段两部分组成。生产浇注时把喷枪分为渣线段和非渣线段分段浇注，由原来的卧式浇注改为立式浇注，并且在浇注前将“V”字形钢条焊接在金属内管上。利用本耐火材料和工艺生产的脱硫喷枪具备如下性能：①热稳定性好，重烧收缩率小。②机械强度高，具有良好的耐磨性。③组织致密，气孔率低。④氧化铁含量低。⑤高温强度好。本发明的脱硫喷枪的使用平均寿命可长达80多次，最高寿命长达150多次，是传统喷枪使用平均寿命的2倍。

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐火材料，具体涉及一种脱硫喷枪用耐火材料，该脱硫喷枪主要用于铁水预处理脱硫。本发明同时还涉及脱硫喷枪的生产工艺。

背景技术

脱硫喷枪作为一种冶金设备主要用于铁水预处理工艺，铁水预处理作为连接炼钢与高炉的桥梁，是提高钢铁产品质量，扩大钢材品种，降低成本，优化炼钢工艺过程的重要工艺手段，近十几年在国内外得到迅速发展。而脱硫作为铁水预处理工艺非常重要的任务使得脱硫喷枪成为铁水预处理设备的重要组成部分，也越来越受到冶金工作者的重视，国内外各个钢铁行业也加大了对脱硫喷枪的研制开发与改进。脱硫喷枪是在金属内管上浇注一层耐火材料而成，使用时将脱硫喷枪插入铁水中，然后往枪管中喷吹脱硫粉剂。

宝钢为适应钢水质量的高需求，二炼钢所用铁水除需在高炉炉前进行脱Si外，还要在混铁车中进行脱硫处理，其中相当部分铁水还需经过脱P、补充脱Si处理。喷枪结构是内芯为钢管，外部包裹高性能莫来石质浇注料进行保护。该喷枪的特点是重量轻，枪壁薄，因此喷枪的损坏形式也明显不同，穿孔及断头损坏比例在90％以上，投产以后，喷枪的平均寿命接近5次。武钢采用KR搅拌法鱼雷罐车深度脱硫，脱硫喷枪枪头采用T型结构，外径为250mm，喷吹管内径为25mm，生产时，采用立式浇注的方式。其喷枪使用寿命波动较大，最高枪龄高达60多次，最低的仅有几次，平均枪龄在30次上下。攀钢由于使用矾钛矿，铁水硫含量较高，其很早就实行了全脱硫工艺，其脱硫喷枪的使用寿命在10~20次左右。

由于各个钢厂的生产条件和生产工艺不同，所以其喷枪的结构和寿命也不相同。宝钢250吨单元铁水预处理工艺采用日本川崎技术，其利用J型斜插式喷枪对混铁车中的铁水进行处理，喷枪的平均寿命为5次。武钢实行全脱硫，由于其采用KR搅拌法鱼雷罐车深度脱硫，故脱硫喷枪枪头采用T型结构，喷枪平均寿命为30次左右。攀钢由于全脱硫的需要，喷枪寿命达到了20次左右。重钢由于矿产资源紧张，不得不使用矾钛矿，导致铁水硫含量较高，必须进行全脱硫，故其对喷枪的使用寿命要求达到25次以上，以保证脱硫生产的延续性。

目前的钢铁行业中脱硫喷枪的使用寿命普遍不高，因喷枪的使用寿命问题打乱炼钢节奏的事件时常出现，这是对缩短炼钢时间不利的，故而脱硫喷枪的使用寿命成为了关键因素。

影响脱硫喷枪使用寿命的原因主要包括：原材料的材质、浇注方式、喷枪结构、烧制的过程以及用户使用过程的后续处理，这也是目前脱硫喷枪存在的一系列问题。

发明内容

针对现有耐火材料浇注的脱硫喷枪存在使用寿命低、稳定性不好的不足，本发明的目的是提供一种能够大大提高脱硫喷枪使用寿命和稳定性的脱硫喷枪用耐火材料。

本发明的另一个目的是提供一种脱硫喷枪的生产工艺。

本发明的目的是这样实现的：

脱硫喷枪用耐火材料，其特征在于：所述耐火材料由用于脱硫喷枪渣线段和用于脱硫喷枪非渣线段的两部分组成，

用于脱硫喷枪渣线段的耐火材料各组分的组成为(重量份计)：

莫来石骨料组成为：8～5mm    16～18份；

                  5～3mm    18～25份；

红柱石            3～1mm    14份；

                  1～0mm    12～15份；

尖晶石细粉     ＞200目       10份；

板状刚玉粉     ＞200目       10份；

a-Al₂O₃微粉                  3～6份；

SiO₂微粉                     7～8份；

钢纤维                       1～4份；

广西白泥                     1～4份；

防爆有机纤维                 0.1～0.4份；

兰晶石                       3～5份；

水泥                         5～8份；

减水剂(外加)                 0.5份；

水(外加)                     5～7份；

用于脱硫喷枪非渣线段的耐火材料各组分的组成为(重量份计)：

莫来石骨料组成为：8～5mm    16～18份；

                  5～3mm    18～25份；

                  3～1mm    14份；

                  1～0mm    12～15份；

莫来石细粉        ＞200目   10份；

板状刚玉粉        ＞200目   10份

a-Al₂O₃微粉                 3～6份；

SiO₂微粉                    7～8份；

钢纤维                      1～4份；

广西白泥                    1～4份；

防爆有机纤维                0.1～0.4份；

95^#鳞片石墨                 2～5份；

兰晶石                      3～5份；

水泥                        5～8份；

减水剂(外加)                0.5份；

水(外加)           5～7份。

所述莫来石为电熔莫来石；水泥为Scar71水泥。

脱硫喷枪生产工艺，其特征在于：它包括如下工艺流程，配料-混料-浇注成型-自然养生-脱模-养生-烘烤，其中浇注时把喷枪分为渣线段和非渣线段来分段浇注，渣线段浇注时采用渣线段的耐火材料，非渣线段浇注时采用非渣线段的耐火材料。

浇注时采用立式浇注，脱硫喷枪垂直放置；在浇注前将“V”字形钢条焊接在金属内管上，浇注后“V”字形钢条嵌入浇注的耐火材料中。

利用本耐火材料和工艺生产的脱硫喷枪具备如下性能：①热稳定性好，重烧收缩率小。②机械强度高，具有良好的耐磨性。③组织致密，气孔率低。④氧化铁含量低。⑤高温强度好。

实验表明，本发明的脱硫喷枪的使用平均寿命可长达80多次，最高寿命长达150多次，是传统喷枪使用平均寿命的2倍，有效地保证了生产的顺利进行。而且由于采用分段浇注的方式，使生产成本得以降低。

附图说明

图1-本发明脱硫喷枪生产工艺流程图；

图2-在脱硫喷枪金属内管上焊接“V”字形钢条示意图。

具体实施方式

以下结合实施例详细介绍本发明。

目前脱硫喷枪的使用寿命低、稳定性不好是此类产品最大缺点，本发明通过对材质、浇注方式、结构和烘制方面的改进和创新，来有效地提高脱硫喷枪的使用寿命。对于材质来说，本发明从提高原材料的质量入手，提高原材料的纯度，改变所用原材料的微观结构，调整原材料的组成，从而提高产品的寿命。

本脱硫喷枪用耐火材料的主要原料有：电熔莫来石、红柱石、板状刚玉粉、α-Al₂O₃微粉、SiO₂微粉、兰晶石、钢纤维、95^#鳞片石墨、水泥、尖晶石细粉，并且所述耐火材料由用于脱硫喷枪渣线段和用于脱硫喷枪非渣线段的两部分组成，以与后面的分段浇注对应。各部分的具体配方如下：

用于脱硫喷枪渣线段的耐火材料各组分的组成为(重量份计)：

莫来石骨料组成为：8～5mm    16～18份；

                  5～3mm    18～25份；

红柱石            3～1mm    14份；

                  1～0mm    12～15份；

尖晶石细粉        ＞200目   10份；

板状刚玉粉        ＞200目   10份；

a-Al₂O₃微粉                 3～6份；

SiO₂微粉                    7～8份；

钢纤维                      1～4份；

广西白泥                    1～4份；

防爆有机纤维                0.1～0.4份；

兰晶石                      3～5份；

水泥                        5～8份；

减水剂(外加)                0.5份；

水(外加)                    5～7份；

用于脱硫喷枪非渣线段的耐火材料各组分的组成为(重量份计)：

莫来石骨料组成为：8～5mm    16～18份；

                  5～3mm    18～25份；

                  3～1mm    14份；

                  1～0mm    12～15份；

莫来石细粉        ＞200目   10份；

板状刚玉粉        ＞200目   10份

a-Al₂O₃微粉                 3～6份；

SiO₂微粉          7～8份；

钢纤维            1～4份；

广西白泥          1～4份；

防爆有机纤维      0.1～0.4份；

95^#鳞片石墨       2～5份；

兰晶石            3～5份；

水泥              5～8份；

减水剂(外加)      0.5份；

水(外加)          5～7份。

所述莫来石为电熔莫来石；所述水泥为Scar71水泥。

本发明的耐火材料以分散系的胶体化学和流变学为理论基础，以板状刚玉和电熔莫来石为主骨料，基质采用α-Al₂O₃微粉、SiO₂微粉等，结合剂采用Scar71水泥，多级配混合而成。

电熔莫来石作为主骨料和作为基质的主要原料，其具有纯度高、密度大、组织结构好、蠕变率低、热膨胀小和抗化学侵蚀性强的优点。添加剂a-Al₂O₃微粉起填充孔隙并参加固相反应，形成陶瓷结合，使组织致密细化，增加耐火材料的高温强度，其理化指标要求为：Al₂O₃≥99％，Fe₂O₃≤0.05％，细度要求＜2μm的应＞80％。添加SiO₂微粉的主要目的是提高材料的流动度，减少加水量，其次是利用其活性起组织的结合作用，以提高耐火材料的常温和中温的强度，再次起填充作用，其理化指标为：SiO₂≥90％，耐火度≥1690℃，细度要求≤1μm应≥85％。Scar71水泥，其勃氏比表面积＞3500cm²/g，利用其与水发生水化反应起结合作用，使材料在常温及中温下具有较高的强度。

在此过程中本产品使用的配方较以前的产品有所改变，这也是本设计的特点之一，通过对配方的调整，比如用板状刚玉代替原来的电熔白刚玉，加入适量的尖晶石、电熔莫来石等，都是本产品的优点。从而使本产品具备如下性能：①热稳定性好，重烧收缩率小。②机械强度高，具有良好的耐磨性。③组织致密，气孔率低。④氧化铁含量低。⑤高温强度好。

本发明的脱硫喷枪的使用平均寿命可长达80多次，最高寿命长达150多次，是传统喷枪使用平均寿命的2倍。

脱硫喷枪生产工艺流程见图1，其中采取的新工艺有：

1.浇注方式改进：由原来的卧式浇注改为立式浇注。卧式浇注过程中，由于喷枪是水平放置，振动时骨料等较重的料会下沉，而粉料等较轻的料要上浮，这样造成喷枪中料分布不均匀，也会对喷枪质量造成影响。改为立式浇注后喷枪是垂直放置，振动时使得料混合均匀，避免了浇注料的偏析，解决了喷枪在渣线部位的纵向裂纹问题，使得喷枪不因此部位的裂纹穿孔导致喷枪的损毁。

2.枪体金属内管的设计：在此生产过程中使用了“V”字形钢条2按一定的设计焊在金属内管1上，如图2：

“V”字形钢条嵌入浇注的耐火材料中能起到平衡枪体所受的应力，紧固枪体，提高抗震性，有效地提高喷枪的寿命。

3.分段浇注：喷枪在喷吹时有一段枪身要接触渣面，这一段与渣面接触的部分更容易受到损坏，所以把喷枪分为渣线段和非渣线段来分段浇注，渣线段浇注时采用渣线段的耐火材料，非渣线段浇注时采用非渣线段的耐火材料。此工艺能有效地提高相应部位的使用性能并降低整体浇注成本。

本发明的脱硫喷枪理化性能检测结果见下表：

  化学成分，％  渣线段  Al₂O₃  ≥50  非渣线段  Al₂O₃  ≥55  耐火度，℃  ≥1700  体积密度，g/cm³  ≥2.55  气孔率，％  ≤18  耐压强度，MPa  ≥20