CN110395998A

CN110395998A - 钒铁喷枪用浇注料及钒铁喷枪浇注的方法

Info

Publication number: CN110395998A
Application number: CN201910814537.4A
Authority: CN
Inventors: 叶明峰; 陈海军; 师启华; 余彬
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2019-11-01
Anticipated expiration: 2039-08-30
Also published as: CN110395998B

Abstract

本发明涉及钒合金冶炼领域，尤其是一种提高喷枪外部覆盖层耐材的使用寿命的钒铁喷枪用浇注料及钒铁喷枪浇注的方法，包括以下干基质量百分比的组分：粒径≤1.5mm的白刚玉细粉的质量百分比占比为10％～40％、粒径≤0.045mm的棕刚玉细粉的质量百分比占比为20％～60％，粒径≤0.074mm的细磨钒铁炉渣的质量百分比占比为5％～30％，粒径≤0.074mm的细磨钒铝炉渣的质量百分比占比为1％～15％，粒径≤0.074mm的纯铝酸钙水泥的质量百分比占比为2％～10％以及粒径≤0.074mm的回收料的质量百分比占比为2％～10％，按照上述比例称取物料，并进行干混混匀得到浇注料。本发明有效保障成品喷枪覆盖层耐材成分均匀，偏析少，从而提高了产品的品质。本发明尤其适用于钒铁喷枪的生产制备之中。

Description

钒铁喷枪用浇注料及钒铁喷枪浇注的方法

技术领域

本发明涉及钒合金冶炼领域，尤其是一种钒铁喷枪用浇注料及钒铁喷枪浇注的方法。

背景技术

钒铁作为一种钢铁中常见的合金元素添加剂，可有效提高钢材制品的韧性、强度以及耐磨性，其作用机制为：钒能与钢中的碳和氮发生反应，生成小而硬的难熔金属碳化物和氮化物，这些化合物能起到细化剂和沉淀强化剂的作用，细化钢的组织和晶粒，提高晶粒的粗化温度，从而降低过热敏感性，提高钢材综合性能。直筒炉电铝热法冶炼钒铁工艺在冶炼过程中都会采用喷吹精炼技术来促进渣中残余钒氧化物的还原。

钒铁冶炼的喷吹精炼原理是：当炉料充分完成铝热反应后，用精炼炉进行电极加热精炼，使其熔渣呈熔融状态，然后停止加热，迅速将铝粉和铁粉的混合物用惰性气体(N₂)在高压气流状态下进行喷射进入到熔渣中，同时旋转喷吹枪头或炉体，使喷吹料与熔渣充分混和，利用熔渣的高温条件来继续还原熔渣中尚未被还原的钒氧化物。喷吹完成后再次进行电极加热精炼，对熔融态渣层充分搅拌和对炉渣进一步精炼，使其熔渣中残留的金属钒再次沉降。喷吹精炼工艺主要是通过有效地改善反应热力学和动力学条件，来提高钒的回收率。

在钒铁喷吹精炼过程中喷枪外部需要有一层耐火材料，通常采用自流浇注料进行浇注。自流浇注料是指无需振动即可流动和脱气的可浇注耐火材料。其特点是在不降低或不显著降低浇注料性能的条件下适当加水无需振动就可浇注成各种形状的施工体，在冶金、建筑等行业有广泛应用。应用比较广泛的是刚玉自流浇注料，主要用于高温冶金窑炉的炉顶、炉墙等部位。刚玉自流浇注料的主要成分是氧化铝，氧化铝熔点高达2050℃，氧化铝主要有三种晶型，即γ-Al₂O₃、β-Al₂O₃、α-Al₂O₃，其结构和性质也不相同，在1300℃的高温时几乎完全转化为α-Al₂O₃。为了减轻高温过程晶型转变产生应力形成裂纹的不良影响，通常根据实际需要加入一些SiO₂、CaO、MgO、C等物质来增加强度和抗热震性，此类耐材统称为刚玉基复合耐材。致密耐火浇注料的发展趋势是要求铝酸钙水泥含量尽量降低，同时保持较好的生坯强度和力学性能，其关键在于提高颗粒间的堆积密度。

钒铁喷吹精炼过程处于所有物料都加入冶炼炉之后，喷枪浸没至熔渣中会持续1-3min，此过程中喷枪外部耐火材料会溶解至钒铁渣中。喷吹精炼结束后提升枪位，进一步通电精炼，因此溶解至钒铁渣里的耐材中某些组分如果大量被还原出来有可能会影响钒铁合金的某些元素超标。钒铁喷枪使用时枪头需要浸没至温度约1900℃的渣层之中，喷吹完后提枪，喷枪立即从1900℃左右的环境转换至25℃左右的空气当中，因此喷枪外部浇注料必须耐高温、抗热震性能好；喷枪处于主要成分为Al₂O₃、CaO-Al₂O₃等物质组成的高温炉渣中，为了降低喷枪外部浇注料向炉渣中侵蚀溶解的速率，而且浇注料溶解到渣层中不会形成污染钒铁合金液的杂质元素，喷枪用浇注料在化学组成上需要尽可能与炉渣主要组成保持一致，这使得现场科技人员对钒铁喷枪用浇注料提出了更加苛刻的要求。钒合金冶炼***的主要废弃物为钒铁炉渣、钒铝刚玉渣，钒铁炉渣、钒铝刚玉渣熔点高，热膨胀系数小，适合作为耐火材料。通常制成钢铁冶金领域用的耐火材料和钒合金冶炼炉炉体打结料，但尚未见其在钒铁喷枪用浇注料中的应用报道。现有的外购钒铁喷枪用浇注料多以粒径为0.5mm-10mm的镁砂为骨料，以铝酸钙水泥为基体，镁砂颗粒作为增强粒子主要通过起到钉扎效应来提高铝酸钙水泥的强度；采用自然风干的方式进行脱水。钒铁喷枪外部耐材强度差，在使用过程中容易损毁。喷枪外部耐火材料被炉渣侵蚀之后，内部金属管暴露容易被侵蚀，热传导加快，此时喷枪内部铝粉较容易达到熔点，从而粘在喷枪内壁造成堵枪。由于现场喷枪使用寿命短，限制了喷吹精炼工艺的应用效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高喷枪外部覆盖层耐材的使用寿命的钒铁喷枪用浇注料及钒铁喷枪浇注的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：钒铁喷枪用浇注料，包括以下干基质量百分比的组分：粒径≤1.5mm的白刚玉细粉的质量百分比占比为10％～40％、粒径≤0.045mm 的棕刚玉细粉的质量百分比占比为20％～60％，粒径≤0.074mm的细磨钒铁炉渣的质量百分比占比为5％～30％，粒径≤0.074mm的细磨钒铝炉渣的质量百分比占比为1％～15％，粒径≤0.074mm的纯铝酸钙水泥的质量百分比占比为2％～10％以及粒径≤0.074mm的回收料的质量百分比占比为2％～10％，按照上述比例称取物料，并进行干混混匀得到浇注料。

进一步的是，白刚玉细粉中Al₂O₃≥96％。

进一步的是，棕刚玉细粉中Al₂O₃≥96％。

进一步的是，细磨钒铁炉渣中Al₂O₃范围为80％≥Al₂O₃≥68％。

进一步的是，细磨钒铝炉渣中Al₂O₃范围为95％≥Al₂O₃≥90％。

进一步的是，纯铝酸钙水泥中Al₂O₃范围为85％≥Al₂O₃≥78％。

进一步的是，所述回收料为电熔镁砂或镁铝尖晶石的生产过程中的废料，所述废料经过精选、机械破碎、筛选、分类后研磨至0.045mm。

进一步的是，回收料包括MgAl₂O₄和MgO，其中，35％≥MgAl₂O₄≥15％，85％≥MgO≥65％。

进一步的是，钒铁喷枪浇注的方法，包括如下步骤：a、取出制备好的钒铁喷枪用浇注料，然后将质量百分比为8％～12％的水以及0.01％～0.25％分散剂加入所述干混混匀后的浇注料，并湿混混合均匀得到待使用的浇注料，其中所述分散剂成分包括粒径≤5μm分散性氧化铝以及Al₂O₃≥98％；b、将喷枪的金属枪管的管口堵住后，竖直设置于圆柱状直筒型的模具内，倒入制备好的浇注料，并保证湿浇注料没过金属枪管的高度为800mm～1400mm；c、轻微振实后静置养护和晾干，在72h～120h之后对模具采用电加热或煤气燃烧加热从而烘烤成型，模具内浇注料受热温度在100℃～1400℃之间，烘烤时间为2h～5h；d、烘烤完毕后进行脱模，脱模后疏通金属枪管的管口，并将喷枪安装于钒铁喷吹精炼工位。

本发明的有益效果是：本发明通过掺入一定比例的钒铁炉渣和钒铝炉渣，利用骨料与基质线胀大系数的差异来平衡浇注料的热震性，降低材料的热胀大率。选用热膨胀系数比较低的材料，保障成品耐材中起到钉扎效应的增强粒子有较高的数量，提高抵抗剥落和变形的能力。同时，利用相应的钒铁喷枪用浇注料，有效保障成品喷枪覆盖层耐材成分均匀，偏析少，从而提高了产品的品质。本发明尤其适用于钒铁喷枪的生产制备之中。

具体实施方式

钒铁喷枪用浇注料，包括以下干基质量百分比的组分：粒径≤1.5mm的白刚玉细粉的质量百分比占比为10％～40％、粒径≤0.045mm的棕刚玉细粉的质量百分比占比为20％～60％，粒径≤0.074mm的细磨钒铁炉渣的质量百分比占比为5％～30％，粒径≤0.074mm的细磨钒铝炉渣的质量百分比占比为1％～15％，粒径≤0.074mm的纯铝酸钙水泥的质量百分比占比为2％～10％以及粒径≤0.074mm的回收料的质量百分比占比为2％～10％，按照上述比例称取物料，并进行干混混匀得到浇注料。

在实际制备中，质量百分比为干基质量百分比。其中，由于新增了细磨钒铝炉渣和细磨钒铁炉渣，不仅实现了拓展钒合金冶金炉渣的利用途径的效果，也利用骨料与基质线胀大系数的差异来平衡浇注料的热震性，降低材料的热胀大率，并最终获得了很好的效果。

为了进一步的提高产品的品质，有如下的优选方案可选择：优选白刚玉细粉中Al₂O₃≥96％；优选棕刚玉细粉中Al₂O₃≥96％；细磨钒铁炉渣中Al₂O₃范围为80％≥Al₂O₃≥68％；细磨钒铝炉渣中Al₂O₃范围为95％≥Al₂O₃≥90％；纯铝酸钙水泥中Al₂O₃范围为85％≥Al₂O₃≥78％。

就回收料而言，优选所述回收料为电熔镁砂或镁铝尖晶石的生产过程中的废料，所述废料经过精选、机械破碎、筛选、分类后研磨至0.045mm，从而可以填补刚玉骨料间隙，增加产品密实程度。其中，回收料包括MgAl₂O₄和MgO，其中，35％≥MgAl₂O₄≥15％，85％≥MgO≥65％。

利用钒铁喷枪用浇注料进行钒铁喷枪浇注的方法，包括如下步骤：a、取出制备好的钒铁喷枪用浇注料，然后将质量百分比为8％～12％的水以及0.01％～0.25％分散剂加入所述干混混匀后的浇注料，并湿混混合均匀得到待使用的浇注料，其中所述分散剂成分包括粒径≤5μm 分散性氧化铝以及Al₂O₃≥98％；b、将喷枪的金属枪管的管口堵住后，竖直设置于圆柱状直筒型的模具内，倒入制备好的浇注料，并保证湿浇注料没过金属枪管的高度为800mm～1400mm；c、轻微振实后静置养护和晾干，在72h～120h之后对模具采用电加热或煤气燃烧加热从而烘烤成型，模具内浇注料受热温度在100℃～1400℃之间，烘烤时间为2h～5h；d、烘烤完毕后进行脱模，脱模后疏通金属枪管的管口，并将喷枪安装于钒铁喷吹精炼工位。其中，氧化铝微粉能够很好地填充大、中、小颗粒间的气孔，排挤出气孔中的水分，而且，氧化铝微粉在良好的分散条件下可提高浇注料致密化程度。

实施例

实施例1

粒径≤1.5mm的白刚玉细粉(含Al₂O₃为96％)质量百分比为40％，粒径≤0.045mm的棕刚玉细粉(含Al₂O₃为96％)质量百分比为20％，粒径≤0.074mm的细磨钒铁炉渣(含Al₂O₃为68％) 质量百分比为5％，粒径≤0.074mm的细磨钒铝炉渣(含Al₂O₃为90％)的质量百分比为15％，粒径≤0.074mm的纯铝酸钙水泥(含Al₂O₃为85％)的质量百分比为10％，粒径≤0.5mm的回收料(含MgAl₂O₄为15％，含MgO为85％)的质量分数为10％。将10％的水、0.01％的分散性氧化铝(0≤粒径≤3μm占40％，3μm≤粒径≤5μm占60％，含Al₂O₃为98％)加入浇注料中充分混合均匀；把金属枪管堵住管口后按照垂直于模具横截面直径方向置于圆柱状直筒型模具(横截面内直径为200mm)内，倒入制备好的浇注料，保证湿浇注料没过金属枪管的高度为1100mm；轻微振实后静置养护和晾干，72h之后对模具采用电加热的方式对浇注料进行烘烤成型，模具内浇注料最高受热温度为1400℃，平均受热温度为750℃，烘烤时间为5h；脱模后疏通金属管口，安装应用于钒铁喷吹精炼工位。现场使用记录表明，每炉钒铁喷吹2min，钒铁喷枪的平均使用次数与优化喷枪覆盖层浇注料之前相比增加了4次/根。

实施例2

粒径≤1.5mm的白刚玉细粉(含Al₂O₃为96％)质量百分比为40％，粒径≤0.045mm的棕刚玉细粉(含Al₂O₃为96％)质量百分比为20％，粒径≤0.074mm的细磨钒铁炉渣(含Al₂O₃为80％) 质量百分比为5％，粒径≤0.074mm的细磨钒铝炉渣(含Al₂O₃为90％)的质量百分比为15％，粒径≤0.074mm的纯铝酸钙水泥(含Al₂O₃为85％)的质量百分比为10％，粒径≤0.074mm的回收料(含MgAl₂O₄为15％，含MgO85％)的质量分数为10％。将12％的水、0.01％的分散性氧化铝 (0≤粒径≤3μm占40％，3μm≤粒径≤5μm占60％，含Al₂O₃为98％)加入浇注料中充分混合均匀；把金属枪管堵住管口后按照垂直于模具横截面直径方向置于圆柱状直筒型模具(横截面内直径为200mm)内，倒入制备好的浇注料，保证湿浇注料没过金属枪管的高度为1400mm；轻微振实后静置养护和晾干，120h之后对模具采用煤气燃烧加热的方式对浇注料进行烘烤成型，模具内浇注料最高受热温度为1400℃，平均受热温度为750℃，烘烤时间为2h；脱模后疏通金属管口，安装应用于钒铁喷吹精炼工位。现场使用记录表明，每炉钒铁喷吹2min，钒铁喷枪的平均使用次数与优化喷枪覆盖层浇注料之前相比增加了2次/根。

实施例3

粒径≤1.5mm的白刚玉细粉(含Al₂O₃为96％)质量百分比为40％，粒径≤0.045mm的棕刚玉细粉(含Al₂O₃为96％)质量百分比为20％，粒径≤0.074mm的细磨钒铁炉渣(含Al₂O₃为80％) 质量百分比为5％，粒径≤0.074mm的细磨钒铝炉渣(含Al₂O₃为95％)的质量百分比为15％，粒径≤0.074mm的纯铝酸钙水泥(含Al₂O₃为78％)的质量百分比为10％，粒径≤0.54mm的回收料(含MgAl₂O₄为35％，含MgO为65％)的质量分数为10％。将10％的水、0.25％的分散性氧化铝(0≤粒径≤3μm占40％，3μm≤粒径≤5μm占60％，含Al₂O₃为98％)加入浇注料中充分混合均匀；把金属枪管堵住管口后按照垂直于模具横截面直径方向置于圆柱状直筒型模具(横截面内直径为200mm)内，倒入制备好的浇注料，保证湿浇注料没过金属枪管的高度为1100mm；轻微振实后静置养护和晾干，120h之后对模具采用电加热的方式对浇注料进行烘烤成型，模具内浇注料最高受热温度为1400℃，平均受热温度为750℃，烘烤时间为2h；脱模后疏通金属管口，安装应用于钒铁喷吹精炼工位。现场使用记录表明，每炉钒铁喷吹2min，钒铁喷枪的平均使用次数与优化喷枪覆盖层浇注料之前相比增加了2次/根。

实施例4

粒径≤1.5mm的白刚玉细粉(含Al₂O₃为96％)质量百分比为25％，粒径≤0.045mm的棕刚玉细粉(含Al₂O₃为96％)质量百分比为40％，粒径≤0.074mm的细磨钒铁炉渣(含Al₂O₃为80％) 质量百分比为5％，粒径≤0.074mm的细磨钒铝炉渣(含Al₂O₃为90％)的质量百分比为8％，粒径≤0.074mm的纯铝酸钙水泥(含Al₂O₃为78％)的质量百分比为6％，粒径≤0.5mm的回收料 (含MgAl₂O₄为35％，含MgO为65％)的质量分数为6％。将10％的水、0.25％的分散性氧化铝(0≤粒径≤3μm占40％，3μm≤粒径≤5μm占60％，含Al₂O₃为98％)加入浇注料中充分混合均匀；把金属枪管堵住管口后按照垂直于模具横截面直径方向置于圆柱状直筒型模具(横截面内直径为200mm)内，倒入制备好的浇注料，保证湿浇注料没过金属枪管的高度为1100mm；轻微振实后静置养护和晾干，72h之后对模具采用电加热的形式对浇注料进行烘烤成型，模具内浇注料最高受热温度为1400℃，平均受热温度为750℃，烘烤时间为5h；脱模后疏通金属管口，安装应用于钒铁喷吹精炼工位。现场使用记录表明，每炉钒铁喷吹2min，钒铁喷枪的平均使用次数与优化喷枪覆盖层浇注料之前相比提高了1次/根。

对实施例1～4中的成品浇注料耐材进行检测，发现本发明中成品浇注料性能比较优良，相关对比数据如下：

通过上述比对，说明本发明的方案的技术优势十分明显，市场推广前景十分广阔。

Claims

1.钒铁喷枪用浇注料，其特征在于，包括以下干基质量百分比的组分：粒径≤1.5mm的白刚玉细粉的质量百分比占比为10％～40％、粒径≤0.045mm的棕刚玉细粉的质量百分比占比为20％～60％，粒径≤0.074mm的细磨钒铁炉渣的质量百分比占比为5％～30％，粒径≤0.074mm的细磨钒铝炉渣的质量百分比占比为1％～15％，粒径≤0.074mm的纯铝酸钙水泥的质量百分比占比为2％～10％以及粒径≤0.074mm的回收料的质量百分比占比为2％～10％，按照上述比例称取物料，并进行干混混匀得到浇注料。

2.如权利要求1所述的钒铁喷枪用浇注料，其特征在于：白刚玉细粉中Al₂O₃≥96％。

3.如权利要求1所述的钒铁喷枪用浇注料，其特征在于：棕刚玉细粉中Al₂O₃≥96％。

4.如权利要求1所述的钒铁喷枪用浇注料，其特征在于：细磨钒铁炉渣中Al₂O₃范围为80％≥Al₂O₃≥68％。

5.如权利要求1所述的钒铁喷枪用浇注料，其特征在于：细磨钒铝炉渣中Al₂O₃范围为95％≥Al₂O₃≥90％。

6.如权利要求1所述的钒铁喷枪用浇注料，其特征在于：纯铝酸钙水泥中Al₂O₃范围为85％≥Al₂O₃≥78％。

7.如权利要求1所述的钒铁喷枪用浇注料，其特征在于：所述回收料为电熔镁砂或镁铝尖晶石的生产过程中的废料，所述废料经过精选、机械破碎、筛选、分类后研磨至0.045mm。

8.如权利要求1所述的钒铁喷枪用浇注料，其特征在于：回收料包括MgAl₂O₄和MgO，其中，35％≥MgAl₂O₄≥15％，85％≥MgO≥65％。

9.利用权利要求1所述的钒铁喷枪用浇注料进行钒铁喷枪浇注的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、取出制备好的钒铁喷枪用浇注料，然后将质量百分比为8％～12％的水以及0.01％～0.25％分散剂加入所述干混混匀后的浇注料，并湿混混合均匀得到待使用的浇注料，其中所述分散剂成分包括粒径≤5μm分散性氧化铝以及Al₂O₃≥98％；

b、将喷枪的金属枪管的管口堵住后，竖直设置于圆柱状直筒型的模具内，倒入制备好的浇注料，并保证湿浇注料没过金属枪管的高度为800mm～1400mm；

c、轻微振实后静置养护和晾干，在72h～120h之后对模具采用电加热或煤气燃烧加热从而烘烤成型，模具内浇注料受热温度在100℃～1400℃之间，烘烤时间为2h～5h；

d、烘烤完毕后进行脱模，脱模后疏通金属枪管的管口，并将喷枪安装于钒铁喷吹精炼工位。