一种铁液纯净化处理的装置的制作方法

文档序号:15457647发布日期:2018-09-15 01:35

本发明属于精炼净化技术领域,具体涉及一种铁液纯净化处理的装置。



背景技术:

耐磨铸铁广泛用于冶金、矿山、建材、水泥、铁路、电力、石油化工、军工等行业的机械装备构件中。耐磨铸铁铸件的抗磨性能和使用寿命与冶金质量有着十分重要的关系。提高耐磨铸铁铸件的抗磨性,延长使用寿命,对持续生产、减少经济损失、增加经济效益,以及创造耐磨铸件精品和品牌,参与国际市场竞争,具有重大意义。

耐磨铸铁液纯净程度直接影响铸件质量,耐磨铸铁液中氧化物、夹杂物、气体含量等杂质的多少直接影响材质性能。而在耐磨铸铁液熔炼过程中因吸气、氧化等作用,致使耐磨铸铁液中存在一定数量的氧化物、非金属夹杂物、有害气体等,为保证耐磨铸铁液以纯净状态形成铸件,需对熔融耐磨铸铁液进行精炼净化处理,达到净化效果。

目前国内外纯净钢的制作工艺主要有三条:

1)高炉—铁液预处理—转炉—炉外精炼(LF、RH)。这种工艺方法需配置炉外精炼设备,且过程繁琐,操作复杂;

2)超高功率、高功率电弧炉(EAF)---炉外精炼(LF、RH)。这种工艺方法也需要配置炉外精炼设备,且对原材料要求较高;

3)真空感应电炉(VIF)和电渣重熔(ESR)。这种工艺方法使用的真空熔炼设备投入大,且重熔需耗用电量大。

目前国内生产耐磨铸件仍以ZGMn13为主,熔炼设备及工艺多数采用中频感应炉不氧化法熔炼工艺,但目前中频感应炉存在以下缺点:一是操作复杂;二是需增加配套机械装置,设备成本高;三是不能检测耐磨铸铁液纯净化处理过程中惰性气体给炉衬的冲刷程度,选择较佳的惰性气体压力和流量,造成成本较高;四是当熔化的耐磨铸铁水渗出炉衬与炉壳导通时,不能很好地避免穿炉事故发生。因此针对以上存在的缺陷,急需对现有的中频感应炉进行改进。

透气砖作为炉外精炼底吹氩工艺中关键的功能元件,它的使用性能对保证炉外精炼工艺的可靠性和安全性起着至关重要的作用。由于特殊的使用条件和功能要求,透气砖作业条件十分苛刻主要包括:转炉或电炉出钢时,于烘烤温度 (1000℃左右)瞬间接钢(1600℃左右)受到的热震冲击作用;精炼吹气时须承受高速气流造成的冲刷和热震作用;中频感应炉维护吹氧时的熔蚀和反吹气体所引起的热震作用;中频感应炉在接钢—精炼—浇铸—维护的循环操作使用过程中温度的周期性变化引起的热震作用等。所以,热震破坏是引起透气砖损毁的主要原因之一。

目前,由于中频感应炉趋于大型化的发展,熔炼温度和熔炼时间都相继有所提高,使耐火材料在使用过程中所承受的环境越来越苛刻,因此需要进一步改善透气砖的性能,以满足当代炼钢工艺和炼钢技术对透气砖的要求。

因此,如何改善传统透气砖抗渣侵蚀和抗热震性差,以及力学性能和透气性不佳的缺点,以获取更高综合性能的透气砖,是其推广与应用于更广阔的领域,满足工业生产需求亟待解决的问题。



技术实现要素:

本发明提供一种铁液纯净化处理的装置,以解决现有中频感应炉存在的以上问题。

为解决以上技术问题,本发明采用以下技术方案:

一种铁液纯净化处理的装置,包括:炉壳、炉衬、炉壁层、底座、气体扩散器、透气砖、进气管、活接头、炉体保护触头、触头保护器、导线,所述炉壳包裹着炉衬,所述炉衬外表面设置有炉壁层,所述炉壳的底部设置有底座,所述底座上方设置有气体扩散器和透气砖,所述透气砖包裹着气体扩散器,所述进气管与气体扩散器连接,所述活接头与进气管衔接并固定于底座上,所述炉体保护触头镶嵌于炉衬内,所述触头保护器与炉体保护触头通过导线相连;

所述的透气砖,以重量份为单位,包括以下原料:镁白云石砂46-82份、锰渣23-34份、氢氧化铝35-68份、硝酸锌12-18份、纳米活性白土10-14份、玉米杆碎物6-10份、碳酸氢钾粉末5-8份、碳酸钙粉末9-16份。

进一步地,所述炉壁层为耐高温的合成材料层。

进一步地,所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料制成。

进一步地,所述耐高温的合成材料层厚度为0.5-2cm。

进一步地,所述进气管为耐压橡胶管。

进一步地,所述耐压橡胶管的内径为0.2-0.5cm。

进一步地,所述炉体保护触头采用无磁钢材料制成。

进一步地,所述炉体保护触头设置有6个。

进一步地,所述透气砖的制备方法,包括以下步骤:

(1)将碳酸钙粉末、玉米杆碎物、碳酸氢钾粉末混合球磨后,过筛,得添加料;

(2)将镁白云石砂、锰渣、氢氧化铝、硝酸锌混合球磨后,过筛,得混合料a,向混合物中加入105-185份水和步骤(1)制得的添加料,搅拌混合后,在加入纳米活性白土混合均匀,得混合料b,将混合料b移入模具中,振动成型,得坯料;

(3)将坯料恒温避光养护后,脱模,将脱模后的坯料移入煅烧炉煅烧,冷却至室温后,得透气砖坯料;

(4)将透气砖坯料移入烧结炉中于氩气保护状态下烧结,冷却至室温后,出料,得一次烧结透气砖;

(5)将一次烧结透气砖与处理液按质量比1-8:1-12混合,浸泡,过滤,干燥,得预处理一次烧结透气砖,将预处理一次烧结透气砖移入烧结炉中,先于氮气保护状态下低温炭化,再于高温下,高温烧结,得二次烧结透气砖;

(6)将二次烧结砖与水按质量比1-7:1-13混合,并向水中通入二氧化碳,浸泡,过滤,干燥,得透气砖成品。

进一步地,步骤(5)中所述处理液的制备方法,包括以下步骤:

(a)将桃胶与60℃的水按质量比1-13:1-18混合,并加入氢氧化钙,直至有晶体析出,过滤,得滤液;

(b)将滤液与氟化钠按质量比1-12:1-3混合,并加入滤液质量0.1-0.2 倍的纳米铁粉,超声振荡,制得处理液。

本发明具有以下有益效果:

(1)本发明通过去除炉盖,可以达到如下效果:1)可以保证在正常大气压条件下达到耐磨铸铁水纯净化处理要求;2)有利于实时监测炉体温度;3)操作简单有效;4)减少配套机械装置,结构简单化,降低设备成本。

(2)本发明通过增加设置炉衬保护装置,可以达到如下效果:1)可以检测耐磨铸铁液纯净化处理过程中惰性气体给炉衬的冲刷程度,从而选择较佳的惰性气体压力和流量,节约成本;2)可以精准控制炉衬的使用寿命,当炉底由于高温耐磨铸铁水造成的熔蚀点触碰到感应触头时,预警炉衬寿命已至,需更换炉衬; 3)可以有效保护炉体及整套电炉控制系统,当熔化的耐磨铸铁水渗出炉衬与炉壳导通时,触头保护器开启,及时关闭熔体总电源,避免穿炉事故发生。

(3)与现有技术相比,本发明在铁液纯净化处理的装置底部合理设置透气砖,通过注入惰性压力气体,有助于耐磨铸铁水中的渣、氧化物等杂质迅速上浮,净化充分且有效避免耐磨铸铁水成分氧化和损失,有助于节能增效,安全实用。

(4)本发明改进的透气砖具有优异的抗热震性和抗渣侵蚀性特点,同时较之于传统透气砖其力学性能及透气性也显著提高,在中频感应电炉耐火材料行业的发展中具有广阔的前景。透气砖的制备技术原理如下:

1)镁白云石砂具有耐高温,抗浸蚀,化学稳定性好等优点,镁白云石砂具有较高的耐火度和抗金属氧化侵蚀能力,能有效的防止铸件产生化学粘砂,保证得到光洁的铸造表面和清晰的铸件轮廓。镁白云石砂在高温下膨胀缓慢,且小于变形,没有骤然膨胀的特点,铸件不易产主夹砂缺陷。

2)本发明对工业锰渣进行回收利用,采用氢氧化铝的原位分解,在高温下形成微通道网络,结合碳化物和硝酸锌实现锰渣中Mn6+的高温原位反应解毒,并形成微小均匀分布的镁锰合金等复合结合及基质体系,能很好地抵抗低粘度和高侵蚀性钢渣,且热震稳定性优异;在使用时,贯通微通道网络具有合适的黏性和惯性阻力,不易渗渣,且主要由狭缝逸出的惰性气体,根据狭缝的阻力变化情况,特别是狭缝开始少量堵塞,部分会进入微通道网络,降低透气砖自身温差和气固界面温度梯度,同时狭缝堵塞处温度短时间增加而排堵,也利于热应力的释放,从而提高了透气砖的抗压强度和抗折强度保持率。

3)透气砖引入纳米活性白土后,透气砖内部形成分布均匀的微气孔,这能有效阻止使用过程中裂纹的继续扩散,从而提高透气砖韧性,减少剥落,达到提高使用寿命的目的,在使用中抵抗钢水侵蚀和冲刷的能力显著提升,浇钢完成后透气砖表面粘渣很少甚至不粘渣,抗剥落效果好,这样就减轻了现场工人的劳动强度,带来了良好的社会效益。

4)在制备透气砖时加入玉米杆碎物,首先,玉米杆碎物中的炭质在煅烧过程中可燃烧释放气体,从而使透气砖中的孔隙增加,进而使产品的透气性提高,其次,玉米杆碎物表面具有二氧化硅角质层,在二次烧结过程中,二氧化硅可反应生成碳化硅,吸附在透气砖内部的孔壁上,从而对透气砖的孔隙起到支撑作用,进而使产品的力学性能得到提高,并且由于碳化硅导热性能优异,在产品内部形成后可增加产品的导热性能,使得产品在使用过程中均匀受热,进而使产品的抗热震性能得到提高;

5)在制备透气砖时加入碳酸氢钾粉末和碳酸钙粉末,一方面,加入的碳酸氢钾粉末和碳酸钙粉末可在煅烧过程中,在坯料体系内部产生气体,使坯料内部富含孔隙,从而使产品的透气性进一步提高,另一方面,碳酸氢钾分解产生的二氧化碳可与碳酸钙分解产生的氧化钙在后续处理过程中在透气砖体系中形成碳酸钙,在使用过程中,碳酸钙可分解,从而使产品体系内的孔隙增大,进而使产品的抗渣侵蚀性得到提高。

附图说明

图1为本发明铁液纯净化处理的装置结构示意图。

具体实施方式

实施例1

一种铁液纯净化处理的装置,包括:炉壳1、炉衬2、炉壁层3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、炉体保护触头9、触头保护器10、导线11,所述炉壳1包裹着炉衬2,所述炉衬2外表面设置有炉壁层3,所述炉壳1的底部设置有底4座,所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气砖6,所述透气砖6包裹着气体扩散器5,所述进气管7与气体扩散器5连接,所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上,所述炉体保护触头9、触头保护器10、导线11组成炉衬保护装置,所述炉体保护触头9镶嵌于炉衬2内,所述触头保护器10与炉体保护触头9通过导线11相连。

所述炉壁层3为耐高温的合成材料层。

所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料制成。

所述耐高温的合成材料层厚度为0.8cm。

所述进气管7为耐压橡胶管。

所述耐压橡胶管的内径为0.3cm。

所述炉体保护触头采用无磁钢材料制成。

所述炉体保护触头设置有6个。

所述透气砖,以重量份为单位,包括以下原料:镁白云石砂74份、锰渣32 份、氢氧化铝45份、硝酸锌15份、纳米活性白土13份、玉米杆碎物9份、碳酸氢钾粉末7份、碳酸钙粉末12份。

所述透气砖的制备方法,包括以下步骤:

(1)将碳酸钙粉末、玉米杆碎物、碳酸氢钾粉末混合球磨后,过筛,得添加料;

(2)将镁白云石砂、锰渣、氢氧化铝、硝酸锌混合球磨后,过筛,得混合料a,向混合物中加入150份水和步骤(1)制得的添加料,搅拌混合后,在加入纳米活性白土混合均匀,得混合料b,将混合料b移入模具中,振动成型,得坯料;

(3)将坯料恒温避光养护后,脱模,将脱模后的坯料移入煅烧炉煅烧,冷却至室温后,得透气砖坯料;

(4)将透气砖坯料移入烧结炉中于氩气保护状态下烧结,冷却至室温后,出料,得一次烧结透气砖;

(5)将一次烧结透气砖与处理液按质量比2:5混合,浸泡,过滤,干燥,得预处理一次烧结透气砖,将预处理一次烧结透气砖移入烧结炉中,先于氮气保护状态下低温炭化,再于高温下,高温烧结,得二次烧结透气砖;

所述处理液的制备方法,包括以下步骤:(a)将桃胶与60℃的水按质量比 3:15混合,并加入氢氧化钙,直至有晶体析出,过滤,得滤液;

(b)将滤液与氟化钠按质量比6:2混合,并加入滤液质量0.1倍的纳米铁粉,超声振荡,制得处理液;

(6)将二次烧结砖与水按质量比4:9混合,并向水中通入二氧化碳,浸泡,过滤,干燥,得透气砖成品。

实施例2

一种铁液纯净化处理的装置,包括:炉壳1、炉衬2、炉壁层3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8、炉体保护触头9、触头保护器10、导线11,所述炉壳1包裹着炉衬2,所述炉衬2外表面设置有炉壁层3,所述炉壳1的底部设置有底4座,所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气砖6,所述透气砖6包裹着气体扩散器5,所述进气管7与气体扩散器5连接,所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上,所述炉体保护触头9、触头保护器10、导线11组成炉衬保护装置,所述炉体保护触头9镶嵌于炉衬2内,所述触头保护器10与炉体保护触头9通过导线11相连。

所述炉壁层3为耐高温的合成材料层。

所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料制成。

所述耐高温的合成材料层厚度为0.5cm。

所述进气管7为耐压橡胶管。

所述耐压橡胶管的内径为0.2cm。

所述炉体保护触头采用无磁钢材料制成。

所述炉体保护触头设置有6个。

所述透气砖,以重量份为单位,包括以下原料:镁白云石砂48份、锰渣25 份、氢氧化铝40份、硝酸锌12份、纳米活性白土10份、玉米杆碎物6份、碳酸氢钾粉末6份、碳酸钙粉末10份。

所述透气砖的制备方法,包括以下步骤:

(1)将碳酸钙粉末、玉米杆碎物、碳酸氢钾粉末混合球磨后,过筛,得添加料;

(2)将镁白云石砂、锰渣、氢氧化铝、硝酸锌混合球磨后,过筛,得混合料a,向混合物中加入108份水和步骤(1)制得的添加料,搅拌混合后,在加入纳米活性白土混合均匀,得混合料b,将混合料b移入模具中,振动成型,得坯料;

(3)将坯料恒温避光养护后,脱模,将脱模后的坯料移入煅烧炉煅烧,冷却至室温后,得透气砖坯料;

(4)将透气砖坯料移入烧结炉中于氩气保护状态下烧结,冷却至室温后,出料,得一次烧结透气砖;

(5)将一次烧结透气砖与处理液按质量比1:3混合,浸泡,过滤,干燥,得预处理一次烧结透气砖,将预处理一次烧结透气砖移入烧结炉中,先于氮气保护状态下低温炭化,再于高温下,高温烧结,得二次烧结透气砖;

所述处理液的制备方法,包括以下步骤:(a)将桃胶与60℃的水按质量比4:18混合,并加入氢氧化钙,直至有晶体析出,过滤,得滤液;

(b)将滤液与氟化钠按质量比9:2混合,并加入滤液质量0.2倍的纳米铁粉,超声振荡,制得处理液;

(6)将二次烧结砖与水按质量比4:13混合,并向水中通入二氧化碳,浸泡,过滤,干燥,得透气砖成品。

实施例3

一种铁液纯净化处理的装置,包括:炉壳1、炉衬2、炉壁层3、底座4、气体扩散器5、透气砖6、进气管7、活接头8,所述炉壳1包裹着炉衬2,所述炉衬2外表面设置有炉壁层3,所述炉壳1的底部设置有底4座,所述底座4上方设置有气体扩散器5和透气砖6,所述透气砖6包裹着气体扩散器5,所述进气管7与气体扩散器5连接,所述活接头8与进气管7衔接并固定于底座4上,所述炉体保护触头9、触头保护器10、导线11组成炉衬保护装置,所述炉体保护触头9镶嵌于炉衬2内,所述触头保护器10与炉体保护触头9通过导线11相连。

所述炉壁层3为耐高温的合成材料层。

所述耐高温的合成材料层由碳化硅、氧化铝金刚砂及硅铁材料制成。

所述耐高温的合成材料层厚度为2cm。

所述进气管7为耐压橡胶管。

所述耐压橡胶管的内径为0.5cm。

所述炉体保护触头采用无磁钢材料制成。

所述炉体保护触头设置有6个。

所述透气砖,以重量份为单位,包括以下原料:镁白云石砂82份、锰渣32 份、氢氧化铝65份、硝酸锌17份、纳米活性白土14份、玉米杆碎物10份、碳酸氢钾粉末8份、碳酸钙粉末15份。

所述透气砖的制备方法,包括以下步骤:

(1)将碳酸钙粉末、玉米杆碎物、碳酸氢钾粉末混合球磨后,过筛,得添加料;

(2)将镁白云石砂、锰渣、氢氧化铝、硝酸锌混合球磨后,过筛,得混合料a,向混合物中加入185份水和步骤(1)制得的添加料,搅拌混合后,在加入纳米活性白土混合均匀,得混合料b,将混合料b移入模具中,振动成型,得坯料;

(3)将坯料恒温避光养护后,脱模,将脱模后的坯料移入煅烧炉煅烧,冷却至室温后,得透气砖坯料;

(4)将透气砖坯料移入烧结炉中于氩气保护状态下烧结,冷却至室温后,出料,得一次烧结透气砖;

(5)将一次烧结透气砖与处理液按质量比8:12混合,浸泡,过滤,干燥,得预处理一次烧结透气砖,将预处理一次烧结透气砖移入烧结炉中,先于氮气保护状态下低温炭化,再于高温下,高温烧结,得二次烧结透气砖;

所述处理液的制备方法,包括以下步骤:(a)将桃胶与60℃的水按质量比 13:18混合,并加入氢氧化钙,直至有晶体析出,过滤,得滤液;

(b)将滤液与氟化钠按质量比10:3混合,并加入滤液质量0.2倍的纳米铁粉,超声振荡,制得处理液;

(6)将二次烧结砖与水按质量比7:12混合,并向水中通入二氧化碳,浸泡,过滤,干燥,得透气砖成品。

对比例1

与实施例1的制备透气砖工艺基本相同,唯有不同的是制备透气砖的原料中缺少锰渣、氢氧化铝、硝酸锌。

对比例2

与实施例1的制备透气砖工艺基本相同,唯有不同的是制备透气砖的原料中缺少锰渣。

对比例3

与实施例1的制备透气砖工艺基本相同,唯有不同的是制备透气砖的原料中缺少氢氧化铝。

对比例4

与实施例1的制备透气砖工艺基本相同,唯有不同的是制备透气砖的原料中缺少硝酸锌。

对比例5

洛阳某材料股份有限公司生产的透气砖。

将实例1-3所制得的透气砖及对比例1-5的透气砖进行力学性能、抗热震性检测,具体检测方法如下:

1.力学性能:按照YB/T5201对试件经110℃24h、1550℃3h热处理后常温耐压强度进行检测;

2.抗热震性:将试样在1100℃保温20min后,风冷15min,反复3次后测定其残余抗折强度,并计算热震后的抗折强度保持率;以热震后的抗折强度保持率 (强度保持率=热震后抗折强度/热震前抗折强度×100%)来评价材料的抗热震性;

将实例1-3所制得的透气砖及对比例5的透气砖进行透气性、抗渣侵蚀性检测,具体检测方法如下:

1.透气性:按照YB/T5200对试件经110℃24h、1550℃3h热处理后显气孔率进行检测;

2.抗渣侵蚀性:分别将试样装入1#-5#坩埚中,再取粒度<0.5mm的LF炉终渣装入1#-5#坩埚,每个坩埚的装渣量均为120g,在电炉中升温至1600℃保温 4h后自然冷却至室温,然后取出试样并将试样对称切为两半,测量侵蚀深度;其值越小,则抗渣侵蚀性越好。

以上检测结果如下表所示:

由上表可知:(1)由实施例1-3和对比例5的数据可见,实施例1-3的透气砖的力学性能、抗热震性、透气性、抗渣侵蚀性均优于现有技术;同时由实施例1-3的数据可见,实施例1为最优实施例。

(2)由实施例1和对比例1-4的数据可见,锰渣、氢氧化铝、硝酸锌在制备透气砖中起到了协同作用,协同提高了透气砖的抗压强度和抗折强度保持率,这可能是:对工业锰渣进行回收利用,采用氢氧化铝的原位分解,在高温下形成微通道网络,结合碳化物和硝酸锌实现锰渣中Mn6+的高温原位反应解毒,并形成微小均匀分布的镁锰合金等复合结合及基质体系,能很好地抵抗低粘度和高侵蚀性钢渣,且热震稳定性优异;在使用时,贯通微通道网络具有合适的黏性和惯性阻力,不易渗渣,且主要由狭缝逸出的惰性气体,根据狭缝的阻力变化情况,特别是狭缝开始少量堵塞,部分会进入微通道网络,降低透气砖自身温差和气固界面温度梯度,同时狭缝堵塞处温度短时间增加而排堵,也利于热应力的释放,从而提高了透气砖的抗压强度和抗折强度保持率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明,对于所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

再多了解一些
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