Формованный литьем брусок со скользящей пластиной для блокировки шлака на стальном выходе конвертера и способ его изготовления
Изобретение относится к сырьевому материалу для изготовления формованного бруска для блокировки шлака на стальном выходе конвертера и способу изготовления формованного бруска с использованием такого сырьевого материала. Состав сырьевого материала в процентах по весу составляет: 65-78% пластинчатого корунда, 8-12% шпинели, 3-7% карбида кремния, 6-10% микронизированного порошка α-оксида алюминия, 1-2% чистого алюминатного цемента кальция, 3-6% микронизированного порошка ρ-оксида алюминия, а также 0,05-0,2% водоредуцирующего агента из общего количества вышеуказанных сырьевых материалов. При изготовлении бруска получают глину путем смешивания сырьевого материала и водоредуцирующего агента в смесителе. Фиксируют циркониевую вставную пластину и стальную оболочку на форме, добавляют глину в стальную оболочку и подают на нее вибрацию. После формования глину выдерживают при комнатной температуре в течение 24 часов. После расформовки получают заготовку бруска со скользящей пластиной и сушат при 300±10°C в течение 36 часов, полируют и наносят покрытие из литого материала на высушенную заготовку. Брусок обладает целостностью, стойкостью к эрозии и к растрескиванию, высокой прочностью, термостойкостью, безвреден для окружающей среды и безопасен в использовании. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к формованному литьем бруску со скользящей пластиной для блокировки шлака на стальном выходе конвертера и способу его изготовления и относится к области технологии огнеупоров.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
С изменением структуры потребления стали специальная сталь, производимая конвертером, привлекла большое внимание многих компаний. Эффект блокирования шлака в конвертере напрямую влияет на качество стали. Технология блокировки шлака скользящей пластиной конвертера имеет характеристики быстрого реагирования на операцию блокировки шлака и высокую эффективность блокировки шлака, которая представляет собой новую технологию блокировки шлака конвертера и используется при плавке различных типов отечественных и зарубежных и крупных ковшей. Однако особые условия плавки конвертера, особенно для производства IF-стали, стали для нефтепроводов, подшипниковой стали, пружинной стали и других продуктов высокой стоимости, предъявляют более высокие требования к стальной выходной скользящей пластине.
В настоящее время в стальной выходной скользящей пластине обычно используется обожженный алюминий-цирконий-углерод, в котором содержание углерода обычно составляет 6-10%. Из-за высокого содержания углерода после 10-15-кратного использования на более поздней стадии использования будет происходить окисление, что приводит к повышенной пористости, рыхлой структуре и снижению прочности бруска со скользящей пластиной. Скорость расширения стальных протоков бруска с верхней скользящей пластиной увеличивается из-за эрозии и истирания расплава стали и стального шлака. Кирпич с нижней скользящей плитой подвергается высокотемпературному пламени и окислению, что приводит к расслоению и отслаиванию поверхности плиты. Для удовлетворения требований сталелитейных компаний к длительному сроку службы 18-20 или даже 25 печей, материал скользящей пластины был преобразован из традиционного обожженного алюминия-циркония-углерода в композитную структуру с корпусом из обожженного ползуна из алюминия-циркония-углерода и вставного корпуса из циркониевой пластины.
Хотя срок службы вставной циркониевой скользящей пластины больше, чем у традиционной обожженной скользящей пластины из алюминия-циркония-углерода, срок службы которой в основном стабилен при печи 15-18, тем не менее, увеличивается сложность процесса ее производства, требующая вставной циркониевой пластины с огнеупорной глиной. При этом существенно выросли производственные затраты. Более того, на более позднем этапе использования ее покрытие подвергается окислению, что приводит к снижению ее прочности. С другой стороны, объем огнеупорной глины между циркониевой пластиной и покрытием сжимается, что вызывает смещение и трещины между циркониевой пластиной и покрытием и серьезно влияет на целостность и срок службы. Поскольку целостность не может соответствовать требованиям длительного использования, циркониевая пластина не в полной мере играет свою отличную роль, такую как сопротивление эрозии, сопротивление истиранию и долгий срок службы. Между тем, это приводит к повышенной небезопасности и более жестким требованиям к раздвижному водоводу и персоналу, занимающемуся эксплуатацией и оценкой, и поэтому не получает широкого распространения. Поэтому необходимо разработать высококачественные, недорогие, безопасные и экологически чистые бруски со скользящей пластиной для стального выхода конвертера.
Из CN 212704342 U известна вставная скользящая пластина, имеющая указанную выше конструкцию и, соответственно, обладающая указанными выше недостатками. Решение согласно CN 212704342 U может рассматриваться как прототип заявленного изобретения.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Исходя из недостатков уровня техники, задачей настоящего изобретения является создание формованного литьем бруска со скользящей пластиной для блокировки шлака на стальном выходе конвертера и способа его изготовления. Брусок со скользящей пластиной согласно настоящему изобретению состоит из циркониевой пластины вставного корпуса и покрытия из литого материала, при этом циркониевая пластина расположена в рабочей зоне бруска со скользящей пластиной. Брусок со скользящей пластиной согласно настоящему изобретению обладает превосходной целостностью, хорошей стойкостью к эрозии, хорошей стойкостью к растрескиванию, высокой прочностью, хорошей термостойкостью, простым производственным процессом, коротким временем цикла, безвреден для окружающей среды и безопасен в использовании.
Для решения указанной выше задачи в настоящем изобретении предложено следующее техническое решение:
формованный литьем скользящий пластинчатый брусок для блокировки шлака на стальном выходе конвертера, причем состав сырья по массе составляет: 65-78% пластинчатого корунда, 8-12% шпинеля с высоким содержанием магния, 3-7% карбида кремния, 6-10% микронизированного порошка α-оксида алюминия, 1-2% чистого алюминатного цемента кальция, 3-6% микронизированного порошка ρ-оксида алюминия, а также 0,05-0,2% водовосстанавливающего агента из общего количества вышеуказанного сырья.
Пластинчатый корунд включает гранулированный материал и мелкодисперсный порошковый материал, причем диапазон размеров частиц составляет: 3 мм <размер частиц 1 ≤ 5 мм, 1 мм < размер частиц 2 ≤ 3 мм, 0,5 мм < размер частиц 3 ≤ 1 мм, 0,044 мм <размер частиц 4 ≤ 0,5 мм, размер частиц 5 ≤ 0,044 мм.
Массовое соотношение различных размеров частиц составляет: размер частиц 1: размер частиц 2: размер частиц 3: размер частиц 4: размер частиц 5 = 10 ~ 15: 20 ~ 25: 15 ~ 20: 10 ~ 15: 5 ~ 10.
Шпинель с высоким содержанием магния имеет размер частиц ≤ 0,013 мм, а чистый алюминатный цемент кальция имеет размер частиц ≤ 0,045 мм, и карбид кремния имеет размер частиц ≤ 1 мм.
Размер частиц указанного микронизированного порошка α-оксида алюминия составляет: D50 = 0,25 мкм, а его тип - CL370.
Указанный микронизированный порошок ρ-оксида алюминия имеет удельную площадь поверхности 200 м2/г и размер частиц ≤ 5 мкм.
Указанный водоредуцирующий агент представляет собой высокоэффективный органический водоредуцирующий агент FS10 и FW10, причем соотношение дозировок FS10 и FW10 составляет 1: 1.
Способ изготовления формованного литьем скользящего пластинчатого бруска для блокировки шлака на стальном выходе конвертера по п.1, включающий этапы:
(1) процесс подготовки глины:
взвешивают каждый сырьевой материал и водоредуцирующий агент в соответствии с соотношением, сначала добавляют сырьевой материал в смеситель, перемешивают в течение 1 ~ 2 мин, затем добавляют водоредуцирующий агент, продолжают перемешивать в течение 3 ~ 5 мин, после надлежащего перемешивания добавляют воду, при этом количество воды составляет 4 ~ 6% от общей массы указанного сырьевого материала и водоредуцирующего агента, затем продолжают перемешивание в течение 5 ~ 10 минут для получения глины;
(2) процесс виброформования:
сначала фиксируют циркониевую вставную пластину и стальную оболочку на форме, затем добавляют глину в стальную оболочку и подают вибрацию на нее в течение 5 ~ 10 минут, после формования выдерживают ее при комнатной температуре в течение 24 часов, получают заготовку бруска со скользящей пластиной после расформовки и сушат заготовку при 300 ± 10°С в течение 36 часов;
(3) получают конечный продукт путем полировки и нанесения покрытия на высушенную заготовку.
ПРЕИМУЩЕСТВА НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ:
В изобретении вместо алюмоциркониевых углеродистых материалов используются корундовые шпинельные огнеупоры. При высокой температуре MgO в шпинели с высоким содержанием магния реагирует с Al2O3 в материале и образует фазу шпинели на месте, что приводит к объемному микро-расширению. Это, с одной стороны, гарантирует стабильность объема корпуса при использовании при высоких температурах, а с другой стороны, компенсирует объемную усадку циркониевой пластины из-за высокой температуры и улучшает целостность брусков со скользящими пластинами во время использования. Кроме того, добавление карбида кремния в сырьевой материал может улучшить объемную стабильность и сопротивление тепловому удару корпуса благодаря химической стабильности, высокой теплопроводности, низкому коэффициенту теплового расширения и хорошей износостойкости карбида кремния.
В настоящем изобретении используется композиционный связующий агент ρ-оксид алюминия и чистый цемент из алюмината кальция, причем ρ-оксид алюминия, как переходный оксид, может подвергаться реакции гидратации с образованием тригидроксиалюминозема, который связывается с гелем бомбиксита и превращается в α-оксид алюминия при высоких температурах, с образованием прочной керамической связи. Добавление чистого алюминатного цемента кальция может компенсировать низкую среднетемпературную прочность ρ-оксида алюминия, придавая ему превосходную прочность при средних и высоких температурах и значительно улучшая общие характеристики продукта.
В настоящем изобретении используется одноразовая заливка вибрационного формования, фиксируется циркониевая вставная пластина и стальная оболочка на пресс-форме, и добавляются пригодные к литью детали в стальную оболочку для вибрационного формования. При высокочастотной вибрации частицы глины сталкиваются друг с другом, при этом статическое трение становится динамическим трением. Глина обладает текучестью, благодаря чему заготовка брусков имеет такие преимущества, как высокая плотность и прочность. Она увеличивает целостность и прочность циркониевой пластины, стальной оболочки и корпуса в рабочей зоне, гарантирует целостность брусков со скользящей пластиной во время использования, повышает устойчивость к растрескиванию и максимально использует превосходные свойства циркониевого пластинчатого материала, такие как стойкость к эрозии, стойкость к истиранию и долгий срок службы.
В бруске со скользящей пластиной и в покрытии согласно настоящему изобретению используется обожженный алюминий-циркониевый углерод. По сравнению с композитным бруском со скользящей пластиной с циркониевым материалом во вставном слое, в настоящем изобретении, с одной стороны, удалена огнеупорная глина между корпусом и стальной оболочкой, а также между корпусом и циркониевой пластиной, что улучшает целостность продукта; с другой стороны, производственный процесс прост и удобен в эксплуатации, без высокотемпературного обжига, процессов вставления и упаковки, что значительно сокращает производственный цикл, экономичен, экологичен и безопасен и может отвечать требованиям более 20 -25 печей по результатам исследований и разработок.
Показатели физических свойств бруска со скользящей пластиной согласно настоящему изобретению превосходны, при этом объемная плотность составляет: 3,20 ~ 3,32 г/см3 (110°C × 24 ч), 3,15 ~ 3,21 г/см3 (1500 °C × 3 ч), сопротивление давлению при комнатной температуре: 83 ~ 95 МПа (110°C × 24 ч), 182 ~ 199 МПа (1500°C × 3 ч), прочность на изгиб при комнатной температуре: 18,9 ~ 22,2 МПа (110°C × 24 ч), 42,3 ~ 48,5 МПа (1500°C × 3 ч), скорость линейного изменения составляет: 0,22 ~ 0,32% (1500°C × 3 ч).
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следующие ниже конкретные варианты осуществления настоящего изобретения описаны более подробно.
Требования к размеру частиц для каждого сырьевого материала для брусков со скользящей пластиной согласно настоящему изобретению следующие:
Диапазон размеров частиц пластинчатого корунда: 3 мм <размер частиц 1 ≤ 5 мм, 1 мм <размер частиц 2 ≤ 3 мм, 0,5 мм <размер частиц 3 ≤ 1 мм, 0,044 мм <размер частиц 4 ≤ 0,5 мм, размер частиц 5 ≤ 0,044 мм.
Основной химический состав каждого сырьевого материала (массовое содержание,%) показан в Таблице 1 ниже:
| Компоненты (%) Сырьевой материал |
Al2O3 | CaO | CaO+MgO | SiC | Na2O | SiO2 | Fe2O3 |
| пластинчатый корунд | 99.22 | - | - | - | 0.33 | 0.15 | 0.06 |
| шпинель с высоким содержанием магния | 66.82 | - | ≥32.25 | - | - | 0.08 | - |
| карбид кремния | - | - | - | 98.12 | - | - | 0.31 |
| микронизированный порошок α-оксида алюминия | 99.34 | - | - | - | 0.21 | 0.08 | 0.05 |
| чистый алюминатный цемент кальция | 70.12 | 28.02 | - | - | 0.28 | 0.11 | |
| микронизированный порошок ρ-оксида алюминия | 90.88 | - | - | - | 0.23 | 0.09 | 0.04 |
Вариант осуществления изобретения 1:
Формованный литьем брусок со скользящей пластиной для блокировки шлака на стальном выходе конвертера, причем состав сырьевого материала в процентах по весу составляет: 65% пластинчатого корунда, 12% шпинеля с высоким содержанием магния, 7% карбида кремния, 10% микронизированного порошка α-оксида алюминия, 1% чистого алюминатного цемента кальция, 5% микронизированного порошка ρ-оксида алюминия, а также 0,05% водоредуцирующего агента из общего количества вышеуказанных сырьевых материалов.
Весовое соотношение различных размеров частиц пластинчатого корунда составляет: размер частиц 1: размер частиц 2: размер частиц 3: размер частиц 4: размер частиц 5 = 10: 25: 15: 10: 5. Шпинель с высоким содержанием магния имеет размер частиц ≤ 0,013 мм, а чистый алюминатный цемент кальция имеет размер частиц ≤ 0,045 мм, и карбид кремния имеет размер частиц ≤ 1 мм. Размер частиц указанного микронизированного порошка α-оксида алюминия составляет: D50 = 0,25 мкм, а его тип - CL370. Микронизированный порошок ρ-оксида алюминия имеет удельную площадь поверхности 200 м2/г и размер частиц ≤ 5 мкм. Указанный водоредуцирующий агент представляет собой высокоэффективный органический водоредуцирующий агент FS10 и FW10, приобретено у BASF (Badische Anilin- & Soda-Fabrik), Германия, причем соотношение дозировок FS10 и FW10 составляет 1: 1.
Способ изготовления формованного литьем бруска со скользящей пластиной для блокировки шлака на стальном выходе конвертера, включающий этапы:
(1) процесс подготовки глины:
взвешивают каждый сырьевой материал и водоредуцирующий агент в соответствии с соотношением, сначала добавляют сырьевой материал в смеситель, перемешивают в течение 1 ~ 2 мин, затем добавляют водоредуцирующий агент, продолжают перемешивать в течение 3 ~ 5 мин, после надлежащего перемешивания добавляют воду, при этом количество воды составляет 4 ~ 6% от общей массы указанного сырьевого материала и водоредуцирующего агента, затем продолжают перемешивание в течение 5 ~ 10 минут для получения глины;
(2) процесс виброформования:
сначала фиксируют циркониевую вставную пластину и стальную оболочку на форме, затем добавляют глину в стальную оболочку и подают вибрацию на нее в течение 5 ~ 10 минут, после формования выдерживают ее при комнатной температуре в течение 24 часов, получают заготовку бруска со скользящей пластиной после расформовки и сушат заготовку при 300 ± 10°C в течение 36 часов;
(3) получают конечный продукт путем полировки и нанесения покрытия на высушенную заготовку.
Вариант осуществления изобретения 2:
Формованный литьем брусок со скользящей пластиной для блокировки шлака на стальном выходе конвертера, причем состав сырьевого материала в процентах по весу составляет: 70% пластинчатого корунда, 10% шпинеля с высоким содержанием магния, 5% карбида кремния, 8% микронизированного порошка α-оксида алюминия, 1% чистого алюминатного цемента кальция, 6% микронизированного порошка ρ-оксида алюминия, а также 0,05% водоредуцирующего агента из общего количества вышеуказанных сырьевых материалов.
Весовое соотношение различных размеров частиц пластинчатого корунда составляет: размер частиц 1: размер частиц 2: размер частиц 3: размер частиц 4: размер частиц 5 = 15: 20: 15: 15: 5.
Способ производства бруска со скользящей пластиной в данном варианте осуществления такой же, как и в варианте осуществления 1.
Вариант осуществления изобретения 3:
Формованный литьем брусок со скользящей пластиной для блокировки шлака на стальном выходе конвертера, причем состав сырьевого материала в процентах по весу составляет: 78% пластинчатого корунда, 8% шпинеля с высоким содержанием магния, 3% карбида кремния, 6% микронизированного порошка α-оксида алюминия, 2% чистого алюминатного цемента кальция, 3% микронизированного порошка ρ-оксида алюминия, а также 0,05% водоредуцирующего агента из общего количества вышеуказанных сырьевых материалов.
Весовое соотношение различных размеров частиц пластинчатого корунда составляет: размер частиц 1: размер частиц 2: размер частиц 3: размер частиц 4: размер частиц 5 = 10: 25: 20: 13: 10.
Способ производства бруска со скользящей пластиной в данном варианте осуществления такой же, как и в варианте осуществления 1.
Анализ свойств продукта согласно настоящему изобретению:
Свойства брусков со скользящей пластиной согласно настоящему изобретению (варианты осуществления 1-3) были протестированы, и результаты показаны в таблице 2 ниже.
| Индекс физических свойств | Вариант осуществления 1 | Вариант осуществления 2 | Вариант осуществления 3 | |
| объемная плотность (г/см3) | 110°C×24ч | 3.32 | 3.20 | 3.22 |
| 1500°C×3ч | 3.21 | 3.15 | 3.15 | |
| сопротивление давлению при комнатной температуре (МПа) | 110°C×24ч | 95 | 88 | 83 |
| 1500°C×3ч | 199 | 182 | 188 | |
| прочность на изгиб (МПа) | 110°C×24ч | 22.2 | 18.6 | 19.2 |
| 1500°C×3ч | 48.5 | 43.6 | 42.3 | |
| скорость линейного изменения (%) | 1500°C×3ч | 0.32 | 0.27 | 0.22 |
1. Сырьевой материал для изготовления формованного бруска для блокировки шлака на выходе конвертера, отличающийся тем, что состав сырьевого материала в процентах по весу составляет: 65-78% пластинчатого корунда, 8-12% шпинели, 3-7% карбида кремния, 6-10% микронизированного порошка α-оксида алюминия, 1-2% чистого алюминатного цемента кальция, 3-6% микронизированного порошка ρ-оксида алюминия, а также 0,05-0,2% водоредуцирующего агента из общего количества вышеуказанных сырьевых материалов.
2. Материал по п.1, отличающийся тем, что пластинчатый корунд включает гранулированный материал и мелкодисперсный порошковый материал, причем диапазон размеров частиц составляет: 3 мм < размер частиц 1 ≤ 5 мм, 1 мм < размер частиц 2 ≤ 3 мм, 0,5 мм < размер частиц 3 ≤ 1 мм, 0,044 мм < размер частиц 4 ≤ 0,5 мм, размер частиц 5 ≤ 0,044 мм.
3. Материал по п.2, отличающийся тем, что массовое соотношение различных размеров частиц составляет: размер частиц 1: размер частиц 2: размер частиц 3: размер частиц 4: размер частиц 5 = 10 – 15 : 20 – 25 : 15 – 20 : 10 – 15 : 5 – 10.
4. Материал по п.1, отличающийся тем, что шпинель имеет размер частиц ≤ 0,013 мм, а чистый алюминатный цемент кальция имеет размер частиц ≤ 0,045 мм, и карбид кремния имеет размер частиц ≤ 1 мм.
5. Материал по п.1, отличающийся тем, что содержит микронизированный порошок α-оксида алюминия марки CL370, размер частиц которого составляет: D50 = 0,25 мкм.
6. Материал по п.1, отличающийся тем, что указанный микронизированный порошок ρ-оксида алюминия имеет удельную площадь поверхности 200 м2/г и размер частиц ≤ 5 мкм.
7. Материал по п.1, отличающийся тем, что указанный водоредуцирующий агент представляет собой высокоэффективный органический водоредуцирующий агент марки FS10 и FW10, причем соотношение дозировок агента марки FS10 и агента марки FW10 составляет 1:1.
8. Способ изготовления формованного бруска с циркониевой вставной пластиной для блокировки шлака на выходе конвертера с использованием сырьевого материала по п.1, отличающийся тем, что включает этапы:
(1) процесс подготовки глины:
взвешивают каждый сырьевой материал и водоредуцирующий агент в соответствии с соотношением, сначала добавляют сырьевой материал в смеситель, перемешивают в течение 1 - 2 мин, затем добавляют водоредуцирующий агент, продолжают перемешивать в течение 3 - 5 мин, после надлежащего перемешивания добавляют воду, при этом количество воды составляет 4 - 6% от общей массы указанного сырьевого материала и водоредуцирующего агента, затем продолжают перемешивание в течение 5 - 10 мин для получения глины;
(2) процесс виброформования:
сначала фиксируют циркониевую вставную пластину и стальную оболочку на форме, затем добавляют глину в стальную оболочку и подают вибрацию на нее в течение 5 - 10 мин, после формования выдерживают ее при комнатной температуре в течение 24 ч, получают заготовку бруска со скользящей пластиной после расформовки и сушат заготовку при 300 ± 10°С в течение 36 ч;
(3) получают конечный продукт путем полировки и нанесения покрытия из литого материала на высушенную заготовку.
