一种真空循环脱气炉用插入管及其制备方法

摘要

本发明涉及一种真空循环脱气炉用插入管及其制备方法，属于冶金生产的炉外精炼领域。本发明提供一种真空循环脱气炉用插入管，插入管包括筒状钢结构、砌筑在钢结构内壁上的耐火砖以及形成在钢结构外壁上的浇注层，浇注层包括彼此接触的下浇注层和上浇注层，其中，上浇注层在进行真空循环脱气精炼时与熔渣接触，下浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，下浇注层外径小于上浇注层，形成T型结构；并且，下浇注层浇注料的成分中包含ZrO2和TiO2，其中，ZrO2的加入量占下浇注层浇注料总重量的2-5％，TiO2的加入量占下浇注层浇注料总重量的2-8％。本发明采用下浇注层外径小于与上浇注层，形成T型结构，基本消除与钢水接触浇注料的粘渣，减少清渣量。

权利要求

1.一种真空循环脱气炉用插入管，所述插入管包括筒状钢结构、砌筑在所述钢结构内壁上的耐火砖以及形成在钢结构外壁上的浇注层，所述浇注层包括彼此接触的上浇注层和下浇注层，其特征在于，所述上浇注层在进行真空循环脱气精炼时与熔渣接触，所述下浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，下浇注层的外径小于上浇注层的外径，从而形成T型结构；并且，所述下浇注层浇注料的成分中包含ZrO2和TiO2，其中，ZrO2的加入量占下浇注层浇注料总重量的2-5％，TiO2的加入量占下浇注层浇注料总重量的2-8％。

2.根据权利要求1所述的真空循环脱气炉用插入管，其特征在于，下浇注层外径小于上浇注层外径5-20cm。

3.根据权利要求1或2所述的真空循环脱气炉用插入管，其特征在于，ZrO2的粒径为20μm～90μm，TiO2粒径为20μm～70μm。

4.根据权利要求1或2所述的真空循环脱气炉用插入管，其特征在于，所述上浇注层浇注料成分中包含ZrB2和锆英石，其中，ZrB2的加入量占上浇注层浇注料总重量的2-5％，锆英石的加入量占上浇注层浇注料总重量的3-8％。

5.根据权利要求3所述的真空循环脱气炉用插入管，其特征在于，所述上浇注层浇注料成分中包含ZrB2和锆英石，其中，ZrB2的加入量占上浇注层浇注料总重量的2-5％，锆英石的加入量占上浇注层浇注料总重量的3-8％。

6.权利要求1～5任一项所述的真空循环脱气炉用插入管的制备方法，包括步骤：形成筒状钢结构；

在所述钢结构内壁上砌筑耐火砖；

在钢结构外壁上浇注形成彼此接触的上浇注层和下浇注层；

其特征在于，所述上浇注层在进行真空循环脱气精炼时与熔渣接触，所述下浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，下浇注层外径小于上浇注层外径，从而形成T型结构。

7.根据权利要求6所述的真空循环脱气炉用插入管的制备方法，其特征在于，所述形成彼此接触的下浇注层和上浇注层的步骤为：

1)按照上浇注层和下浇注层的浇注料成分进行配料，形成用于下浇注层的第一混合料和用于上浇注层的第二混合料；

2)对第一混合料进行第一次混炼，然后加入占第一混合料重量的6～7％的水后进行第二次混炼；对第二混合料进行第一次混炼，然后加入占第二混合料重量的6～7％的水后进行第二次混炼；

3)使用T型模具浇注形成下浇注层和上浇注层，且浇注的同时振动。

8.根据权利要求7所述的真空循环脱气炉用插入管的制备方法，其特征在于，第一次混炼和第二次混炼的时间为5-10min。

9.真空精炼炉，包括用于钢水冶金反应的真空槽、用于向所述真空槽提供动力的真空系统，以及设置在所述真空槽下方的插入管，其特征在于，所述插入管为权利要求1～5任一项所述的真空循环脱气炉用插入管。

10.真空精炼炉，包括用于钢水冶金反应的真空槽、用于向所述真空槽提供动力的真空系统，以及设置在所述真空槽下方的插入管，其特征在于，所述插入管为权利要求6～8任一项所述的制备方法制得的真空循环脱气炉用插入管。

说明书

一种真空循环脱气炉用插入管及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种真空循环脱气炉用插入管及其制备方法，属于冶金生产的炉外精炼领域。

背景技术

[0002] 1957年德国蒂森钢铁公司发明真空循环脱气－RH法，随后的七十年代和八十年代，日本先后开发了RH-OB法、RH-KTB法以及RH-PB法，不断完善RH的精炼功能。随着市场对钢的洁净度要求越来越高，同时对高品质钢需求的的增加，国内外多数钢厂均配置了RH精炼装置。精炼过程中RH插入管的外层浇注料由于承受高温钢水的冲刷、熔渣的侵蚀以及急冷急热的热冲击，容易导致浇注料发生熔损和剥落。而且RH处理结束后，熔渣沿着浇注料从上向下滴落，随着温度降低，一部分熔渣就粘附在浇注料表面，必须进行清渣才能喷补。这样以来，一方面增加清渣时间，更重要的是插入管温度损失大，直接影响喷补效果，导致RH插入管的使用寿命和生产效率偏低。

[0003] 专利CN102503449A为了解决现有浇注料抗渣侵蚀性能及抗热震性差，耐材挂渣严重的问题，提出一种包括骨料及基质材料组成的混合料、以及添加剂，所述基质材料中含有重量百分比为7.5-23.5％SiC。专利CN101475385与目前使用的刚玉质浇注料不同，提供了一种电熔锆刚玉质的浇注料用于插入管，有效地提高了抗渣侵和渗透，但存在成本偏高的问题。专利CN201110441219.1引入致密刚玉，开发了一种无水泥结合的RH真空炉用插入管刚玉质浇注料，使用寿命在80次左右，成本比现有浇注料有所增加。

[0004] 另外，在RH处理过程中，与熔渣接触的浇注料容易发生侵蚀或者粘渣，目前减少粘渣的方法主要有1、涂层处理(专利CN200610018622)，具体是采用涂层使熔渣不与浇注料直接接触，达到减少粘渣的目的，但是在处理过程中，由于熔渣对涂层的侵蚀限制了其抑制粘渣的能力。2、调渣处理(专利CN101307375)，是在RH处理后期进行熔渣改性，降低熔渣的粘度，从而使熔渣不易粘附在插入管上，但会使浇注料和钢包内衬的侵蚀加剧。对插入管上粘渣的清渣方法主要采用机械刮刀(专利CN200620098887.3、专利CN200820076256.0等)，但是由于粘渣中存在冷钢，机械清除很容易使浇注料损坏，且处理时间长，温降大，影响喷补效果，大大降低使用寿命。

发明内容

[0005] 本发明针对上述缺陷，提供一种真空循环脱气炉用插入管，所得插入管为T型结构，T型结构基本消除与钢水接触浇注料(下浇注层)的粘渣，粘渣少，抗侵蚀，大大缩短清渣时间，减少温降，提高喷补效果且使用寿命长；此外，本发明的下浇注层的成分中包含ZrO2和TiO2；利用ZrO2和TiO2细粉可提高下浇注层的高温强度和抗热震性能。

[0006] 本发明的技术方案：

[0007] 本发明提供一种真空循环脱气炉用插入管，所述插入管包括筒状钢结构、砌筑在所述钢结构内壁上的耐火砖以及形成在钢结构外壁上的浇注层，所述浇注层包括彼此接触的下浇注层和上浇注层，其中，所述上浇注层在进行真空循环脱气精炼时与熔渣接触，所述下浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，下浇注层外径小于上浇注层的外径，从而形成T型结构；并且，所述下浇注层浇注料的成分中包含ZrO2和TiO2，ZrO2的加入量占下浇注层浇注料总重量的2-5％，TiO2的加入量占下浇注层浇注料总重量的2-8％。

[0008] 优选的，下浇注层外径小于上浇注层外径5-20cm，优选5-10cm。

[0009] 优选的，ZrO2的粒径为20μm～90μm，TiO2粒径为20μm～70μm。

[0010] 优选的，上述真空循环脱气炉用插入管中，所述上浇注层浇注料成分中包含ZrB2和锆英石；其中，ZrB2的加入量占上浇注层浇注料总重量的2-5％，锆英石的加入量占上浇注层浇注料总重量的3-8％。

[0011] 优选的，ZrB2的粒径为20μm～90μm，锆英石粒径为20μm～90μm。

[0012] 进一步，所述下浇注层浇注料成分及其重量份数为：5mm～10mm白刚玉16～20份，3mm～5mm白刚玉20～25份，0mm～3mm白刚玉23～28份，小于0.074mm白刚玉细粉20～25份，α-氧化铝微粉4～8份，硅微粉2～4份，粘合剂1.0～2.0份，ZrO22～5份，TiO22～8份，减水剂
0.1-0.3份(优选为0.2)，不锈钢纤维1.0～1.5份；

[0013] 所述上浇注层浇注料成分为：5mm～8mm白刚玉17～20份，3mm～5mm白刚玉20～25份，0mm～3mm白刚玉20～28份，小于0.074mm白刚玉细粉18～25份，α-氧化铝微粉4～8份，硅微粉2.0～4.0份，粘合剂1.5～2.0份，ZrB22.0～5.0份，锆英石3.0～8.0份，减水剂0.1-0.3份，不锈钢纤维1.0～1.5份。

[0014] 本发明中，减水剂为聚磷酸盐、聚羧酸或分散氧化铝系高效减水剂中的至少一种；粘合剂为铝酸钙水泥或水合氧化铝微粉。

[0015] 本发明还提供了上述真空循环脱气炉用插入管的制备方法，包括步骤：

[0016] 形成筒状钢结构、在所述钢结构内壁上砌筑耐火砖、在钢结构外壁上浇注形成彼此接触的上浇注层和下浇注层；其中，所述上浇注层在进行真空循环脱气精炼时与熔渣接触，所述下浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，下浇注层外径小于上浇注层，从而形成T型结构。

[0017] 进一步，上述真空循环脱气炉用插入管的制备方法中，所述形成彼此接触的下浇注层和上浇注层的步骤为：

[0018] 1)按照上浇注层和下浇注层的成分进行配料，形成用于下浇注层的第一混合料和用于上浇注层的第二混合料；

[0019] 2)对第一混合料进行第一次混炼，然后加入占第一混合料重量的6～7％的水后进行第二次混炼；对第二混合料进行第一次混炼，然后加入占第二混合料重量的6～7％的水后进行第二次混炼；

[0020] 3)使用T型模具浇注形成下浇注层和上浇注层，且浇注的同时振动。

[0021] 优选的，第一次混炼和第二次混炼的时间为5-10min。

[0022] 一种真空精炼炉，包括用于钢水冶金反应的真空槽、用于向所述真空槽提供动力的真空系统，以及设置在所述真空槽下方的真空循环脱气炉用插入管，所述真空循环脱气炉用插入管为本发明所得的T型插入管。

[0023] 本发明的有益效果：

[0024] 现有技术中真空脱气炉用插入管中的浇注料中添加剂基本相近，且形状均为圆柱形。而本发明采用与钢水接触浇注层(下浇注层)外径小于与熔渣接触浇注层(上浇注层)，从而形成T型结构插入管，T型结构基本消除与钢水接触浇注料的粘渣，减少清渣量，大大缩短清渣时间，减少温降，提高喷补效果。此外，本发明在上浇注层的浇注料中添加ZrB2和锆英石细粉，利用ZrB2(硼化锆)和锆英石细粉提高渣线部位浇注料的高温强度以及抗渣性；下浇注层的成分中包含ZrO2和TiO2；利用ZrO2和TiO2细粉可提高下浇注层的高温强度和抗热震性能。

附图说明

[0025] 图1为本发明实施例真空脱气炉用插入管的结构示意图。其中，1－法兰，2－钢结构，3－猫爪，4－猫爪，5－Mg-Cr砖，6－与熔渣接触浇注层，7－与钢水接触浇注层。

具体实施方式

[0026] 本发明提供一种真空循环脱气炉用插入管，所述插入管包括筒状钢结构、砌筑在所述钢结构内壁上的耐火砖以及形成在钢结构外壁上的浇注层，所述浇注层包括彼此接触的下浇注层和上浇注层，其中，所述上浇注层在进行真空循环脱气精炼时与熔渣接触，所述下浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，下浇注层外径小于上浇注层，从而形成T型结构；并且，所述下浇注层浇注料的成分中包含ZrO2和TiO2；ZrO2的加入量占下浇注层浇注料总重量的2-5％，TiO2的加入量占下浇注层浇注料总重量的2-8％。

[0027] ZrO2的粒径为20μm～90μm，TiO2粒径为20μm～70μm。粒度过细粉体难以经济获得，粒度过大其对强度和抗震性能的提高有限。

[0028] 本发明形成的T型结构基本消除与钢水接触浇注料的粘渣，减少清渣量，大大缩短清渣时间，减少温降，提高喷补效果；利用ZrO2和TiO2细粉可提高下浇注层的高温强度和抗热震性能。

[0029] 优选的，上述真空循环脱气炉用插入管中，所述上浇注层浇注料成分中包含ZrB2和锆英石；利用ZrB2(硼化锆)促进浇注料基质的烧结，从而提高高温强度；锆英石细粉与熔渣中的CaO反应形成高熔点相CaZrO3抑制熔渣的渗透及熔损，与此同时ZrB2具有良好的抗渣性，两者结合提高浇注料的抗渣性能。本发明中，现有制备真空循环脱气炉用插入管的浇注料均可使用，只是在下浇注层的浇注料中加入ZrB2和锆英石形成上浇注层即可。

[0030] 优选的，ZrB2的粒径为20μm～90μm，锆英石粉粒径为20μm～90μm；粒度过细粉体难以经济获得，粒度过大其对强度和抗侵蚀的提高有限。

[0031] 本发明中，上浇注层浇注料为现有技术中使用的浇注料中添加ZrB2和锆英石，下浇注层浇注料为现有技术中使用的浇注料中添加ZrO2和TiO2，并不仅限于实施例中的上下浇注层所使用的浇注料。

[0032] 进一步，所述下浇注层浇注料成分及其重量份数为：5mm～10mm白刚玉16～20份，3mm～5mm白刚玉20～25份，0mm～3mm白刚玉23～28份，小于0.074mm白刚玉细粉20～25份，α-氧化铝微粉4～8份，硅微粉2～4份，粘合剂1.0～2.0份，ZrO22～5份，TiO22～8份，减水剂
0.1-0.3份(优选为0.2)，不锈钢纤维1.0～1.5份；

[0033] 所述上浇注层浇注料成分为：5mm～8mm白刚玉17～20份，3mm～5mm白刚玉20～25份，0mm～3mm白刚玉20～28份，小于0.074mm白刚玉细粉18～25份，α-氧化铝微粉4～8份，硅微粉2.0～4.0份，粘合剂1.5～2.0份，ZrB22.0～5.0份，锆英石3.0～8.0份，减水剂0.1-0.3份，不锈钢纤维1.0～1.5份。

[0034] 本发明还提供了上述真空循环脱气炉用插入管的制备方法，包括步骤：

[0035] 形成筒状钢结构、在所述钢结构内壁上砌筑耐火砖、在钢结构外壁上浇注形成彼此接触的上浇注层和下浇注层；其中，步骤，所述上浇注层在进行真空循环脱气精炼时不与钢水接触(与熔渣接触)，所述下浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，下浇注层外径小于上浇注层，从而形成T型结构。

[0036] 进一步，上述真空循环脱气炉用插入管的制备方法中，所述形成彼此接触的下浇注层和上浇注层的步骤为：

[0037] 1)按照上浇注层和下浇注层的成分进行配料，形成用于下浇注层的第一混合料和用于上浇注层的第二混合料；

[0038] 2)对第一混合料进行第一次混炼，然后加入占第一混合料重量的6～7％的水后进行第二次混炼；对第二混合料进行第一次混炼，然后加入占第二混合料重量的6～7％的水后进行第二次混炼；

[0039] 3)使用T型模具浇注形成下浇注层和上浇注层，且浇注的同时振动。

[0040] 下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

[0041] 本发明中，为了方便连接和维修，筒状结构的上部可以设置有法兰1，另外为了能够使浇注料层与筒状钢结构牢固地结合，筒状钢结构的外壁上可以设置有沿不同方向的猫爪3、4，猫爪材质可以为20g钢筋，长度可以为60-70mm；如图1所示。

[0042] 该实施例插入管结构如图1所示，包括：钢结构2，法兰1，猫爪3、4，Mg-Cr砖5、上浇注层(与熔渣接触的浇注层)6、下浇注层(与钢水接触的浇注层)7。

[0043] 插入管钢结构1的材质采用20g钢筋，厚度25～30mm。与熔渣接触部位采用猫爪3，材质为20g钢筋，长60～70mm，按一定角度分布在钢结构表面；与钢水接触部位采用猫爪3、4，按一定角度混合分布在钢结构表面；镁铬砖5砌筑在钢结构内部上，镁铬砖Cr2O3含量
24wt％～30wt％；钢结构外壁上为基材为氧化铝浇的注层。

[0044] 浇注层以氧化铝为基材，具体的，浇注层按以下组分配料：

[0045] (1)与钢水接触浇注料(下浇注层7)的重量份组成

[0046] 5mm～10mm白刚玉占16～20份，3mm～5mm白刚玉占20～25份，0mm～3mm白刚玉占23～28份，小于0.074mm白刚玉细粉占20～25份，α-氧化铝微粉占4～8份，硅微粉占2～4份，70牌号铝酸钙水泥占1.0～2.0份，ZrO2细粉占2.0～5.0份，TiO2细粉占2.0～8.0份，外加减水剂0.1～0.3份，不锈钢纤维1.0～1.5份；

[0047] (2)与熔渣接触的浇注料(上浇注层6)的重量份组成

[0048] 5mm～8mm白刚玉占17～20份，3mm～5mm白刚玉占20～25份，0mm～3mm白刚玉占20～28份，小于0.074mm白刚玉细粉占18～25份，α-氧化铝微粉占4～8份，硅微粉占2.0～4.0份，70牌号铝酸钙水泥占1.5～2.0份，ZrB2细粉占2.0～5.0份，锆英石细粉占3.0～8.0份，外加减水剂0.1～0.3份，不锈钢纤维1.0～1.5份；

[0049] 其中白刚玉化学成分满足(wt％)：Al2O3≥98，SiO2＜0.5，FeO＜0.5；ZrB2细粉粒径在20μm～90μm之间，锆英石细粉粒径在20μm～90μm之间。

[0050] 浇注前，分别按上述(1)与和(2)进行配料，然后依次称取适量的配料(1)和配料(2)，分别混练5～10min，加6～7wt％的水混5～10min。浇注时，先将混好的配料(1)倒入T型模具内，振动30s后倒入混好的配料(2)，振动2min～3min成型；24h后脱模，养护24h～48h，干燥后进行在线烘烤24h即得T型结构插入管。这种结构的插入管可以减小浇注料的粘渣量以及渣线部位的渣侵，大大缩短清渣时间，提高喷补效果，插入管的使用寿命达90次以上。

[0051] 此外，可对上述实施例中的浇注料成分和粒度级配进行调整。例如，白刚玉也可使用致密刚玉粉代替，铝酸钙水泥作为结合剂，也可采用水合氧化铝微粉替代。

[0052] 尽管上面结合实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。