专利名称：钢水处理炉内衬及其修补方法
技术领域：
本发明涉及一种钢水处理炉内衬及其修补方法。具体地说本发明通过对所述钢水处理炉内衬的不定形构造材料的改进，提出一种简便的修补方法。
背景技术：
与传统的采用定型耐火制品的钢包砌筑材料相比，不定形耐火材料具有施工方便、整体性好、使用寿命长、节能降耗等优点。世界各国对不定形耐火材料的开发和应用都十分重视。20年来，我国耐火材料工作者在不定形耐火材料领域做了大量的研究工作，尤其是90年代以来，随着低水泥、超低水泥和无水泥系列耐火浇注料的成功开发，我国的不定形耐火材料应用水平得到了迅速提高。不定形耐火材料占耐火材料总量的比例目前已达到30％左右。而在西方发达国家不定形耐火材料的使用达到40-60％、日本则超过90％。
目前钢包部分或全部采用不定形耐火材料整体浇筑是普遍的一种筑衬方式。但钢包内衬在工作状态下需要经受长时间高温处理操作、全程吹氩而引发的严重的钢水冲刷所造成的磨损、高碱度的渣与合金成分的化学侵蚀、巨大的温度变化等。钢包用各种浇注料中，一般以铝-尖晶石浇注料为主要材料，目前则广泛应用抗侵蚀性能和抗渣渗透性能更优的铝-镁质浇注料。但是，对于铝镁质浇注料来说，大量的游离镁在热面聚集形成尖晶石导致较大的体积膨胀，在此过程中，依次从容器外壳向容器内腔形成原质层(即材质基本不变的内衬部分)、变质层及熔渣层，其中所述熔渣层极易产生结构上的剥落。事实上浇注料的损毁往往是通过平行于热面的裂纹和由于金属渗透到裂纹中引起的剥落造成的。在钢包使用过程中，当温度梯度较大时，这种情况会更经常的发生。因此，钢包内衬的整体浇筑部分用到一定程度时要进行修补。
现有技术中所公开的修补方式有多种，目前国内普遍采用的修补方式为剥皮套浇，所谓的剥皮套浇就是将钢包使用后残余工作层浇注料表面的熔渣层和变质层拆除，然后在原质层表面补充浇筑新的工作层浇注料的施工方法。如中国专利文献CN1371773A介绍了一种整体钢包内衬修补工艺，包括清理包衬、包底浇筑、安装胎膜、包身浇筑、脱模、烘烤和更换透气砖工序，其特征在于所述的包身浇筑采用胎膜振动方法；该工艺可提高包龄、降低修理成本、减轻工人劳动强度和提高生产效率。
此外，在日本专利文献JP10281663A、JP4110594A还公开的其它几种修补方式。如在剥皮后在原质层上涂上粘接材料，然后在粘接材料上用修补材料进行修补等。
由上述对现有技术的分析可见，现有技术中之所以普遍采用剥皮后进行套浇修补的工艺，主要是考虑到普通耐火材料在长时间受到金属熔液的浸泡和侵蚀后，由普通耐火材料所筑成的衬的外层成为一种疏松的状态的熔渣层以及在所述熔渣层与所述原质层之间的变质层。这种衬表面难以承受金属溶液在工作过程中的进一步侵蚀。如不及时修补会导致所属衬结构的进一步恶化。另一方面，如果不剥皮直接在残衬表面套浇浇注料，在后面的使用过程中所述残衬的疏松状态的所述熔渣层和所述变质层会产生大面积的剥落，使得修补材料不牢固，使用不耐久。因此，以公知的常识，冶金容器内衬的相应的整体浇筑部分通常采用剥皮套浇修补。
然而，在剥皮套浇的过程中要剥去钢包衬的变质层，有时由于施工工人的熟练程度和施工机具的问题可能导致要拆掉部分的原质层，这就直接导致了浇注料的消耗较大；此外清掉变质层需小心谨慎操作，施工进度慢，耗时长，这对于目前快钢厂的快节奏生产的影响很大；另一方面，由于振动胎模一般振动效果差，浇注料不够密实，其使用寿命短。
就钢包浇注料使用条件下理想的浇注料内衬应满足以下性能(1)良好的体积稳定性。
(2)在各个温度条件下均匀的组织结构。
(3)耐冲刷，具有较高的高温抗折强度。
(4)良好的抗渣侵蚀性能和渗透性能。
发明内容
申请人近年来选用刚玉-氧化镁-尖晶石体系作为研究对象，通过对原材料选择、颗粒级配的设计、分散剂的选择、常温物理性能、高温抗折强度、热震稳定性、抗渣侵蚀和渗透性、残衬和补浇浇注料之间的结合性能等项目进行试验研究的结果表明耐火材料的纯度与其在制作内衬时的结合强度有关，在一定条件下纯度越高，材料的颗粒之间的自结合性越好。因此，高纯原料自通过身的相互作用即可形成自结合体系。相对减少杂质量，能够提高浇注料抗渗透性、抗侵蚀性，使内衬的变质层变薄。
在此基础上，本发明的目的在于提出一种能较好的满足钢包浇注料使用条件的浇注料内衬。
本发明的进一步的目的在于提出一种对上述内衬进行不去除变质层的直接套浇修补方法。
为实现上述发明目的，本发明的钢水处理炉内衬采用高纯度刚玉-氧化镁-尖晶石等体系耐火材料浇注料浇铸而成。
所述高纯刚玉-氧化镁-尖晶石或高纯度刚玉-氧化镁体系耐火材料为电熔尖晶石、电熔镁砂、电熔白刚玉、电熔棕刚玉、板刚玉、特级矾土、矾土尖晶石之一或任意组合做为主要原料的原料体系。
在所述浇注料中添加微米级或比微米更细级别的氮化硅、镁阿隆(Mgalon)、氮化钨、氮化钛、氮化硼、碳化钨、二氧化硅、氧化铝、尖晶石、碳化硅、莫来石、硅微粉、赛龙(Sialon)、阿隆(Alon)等中的一种或两种以上的任意组合的添加剂。通过这些微米级或比微米更细级别添加剂的表面活性，来进一步提高浇注料的烧结作用，使烧结后的衬体更加致密，进而使所述变质层更薄。
本发明的上述钢水处理炉内衬的修补方法，包括
a.清理内衬，将残损内衬上的熔渣层清理掉；b.成型修补，将与原质层相同纯度材料的浇注料配制完成后施加到残损内衬需修补的部位，来恢复内衬的原设计形状；c.内衬的养护，自然干燥24小时至72小时；d.烘烤。
在所述b.成型修补步骤中，将所述配制完成后的浇注料施加到残损内衬需修补的部位，包括以下步骤1.按照原设计形状要求设置浇筑用胎模；2.将所述配制完成后的浇注料浇筑在所述胎模与清理后的所述残损内衬之间；3.通过振动成型。
在上述振动成型步骤中，采用将振动器置入浇注料中振动的方式。
在上述振动成型步骤中，还可以采用在浇筑过程中振动胎模的方式。
在所述b.成型修补步骤中，还可以采用以下步骤1.将所述浇注料配制成自流料形式；2.将所配置的自流料形式的所述浇注料施加到残损内衬需修补的部位。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点过去经常采用硅酸盐水泥等粉体做为结合剂，但是这些物质本身对于浇注料本身来说也是杂质成分，降低了浇注料的使用性能；本发明主要以电熔尖晶石、电熔刚玉、纯铝酸钙等高纯原料自身的相互作用形成自结合体系，相对减少了杂质量，提高了浇注料的抗渗透性和抗侵蚀性。并由此使得内衬的变质层变薄。在所述浇注料中采用表面活性更高的微米级或比微米更细级别的添加剂，使得促进烧结的作用更强，烧结后的衬体更加致密；钢水钢渣更难渗入衬体材料中，也使得所述变质层更薄。过去的添加剂粒径主要是从零点几微米到几毫米，其活性较低，促进烧结作用较差，材料质地相对疏松，钢水易渗入料中，变质层较厚。本发明的钢水处理炉内衬不仅施工方便，尤其是通过新的不剥皮套浇技术，进一步降低了冶金行业的耐火材料使用费用。和现用浇注料相比，使用寿命提高20％以上，节省耐火材料材料消耗40％以上，可在很大程度上降低冶金行业钢包内衬建设、维修和使用成本。
具体实施例方式
结合实施例对本发明所述的钢水处理炉内衬及修补工艺步骤作进一步说明。
实施例一.配方如下6-3毫米板刚玉20-30％、3-1毫米板刚玉20-30％、1-0毫米板刚玉8-15％、板刚玉粉7-15％、电熔尖晶石粉5-20％、铝酸钙水泥3-8％、钠米氧化铝微粉4-9％、三聚磷酸钠0.2-0.5％。
施工过程(1)清理内衬清理包衬和包口的残钢及表层少量残渣，拆卸残余透气砖和水口座砖，打掉渣线砖(如果有的话)，安装透气砖和水口座砖；(2)浇注包底用振动棒振动浇注包底，待包底有一定强度后，吊入振动胎模，用螺栓紧固；(3)安装胎模胎模为倒置的圆台形，其壁厚为12毫米，内壁焊接两条水平加强带，振动器固定在加强带的连接件上，在胎模上沿均匀布置三个挂钩，安装胎模时挂钩挂在钢包包沿上，并在胎模上沿设有对称的压板1和压板2，压板1和压板2可与钢包耳轴的加强板固定在一起，以防止振动过程中胎模上浮或下沉，胎模内壁设置了振动器，分上下两排，每排6只，振动器水平60°对称布置，上下排之间振动器呈30°角交叉布置，振动器的电机功率为1.5KW、振动频率为3200次/分，激振力为5500N。
(4)胎模振动第一锅浇注料下料时，开始启动胎模振动，整个振动过程振动器不能停止；连续的两批料之间的间隔以浇注料泛浆、无大气泡泛出、各部位浇注料均匀；最后一批料完毕后再振动5-8分钟，以确保浇注料致密均匀，上下两批料之间结合良好；
(5)脱模浇注完毕后，室温下自然干燥24小时脱模；(6)烘烤先小火烘烤24小时，温度从室温逐渐升高到300℃左右，然后中火烘烤24小时，温度从300℃升高到700℃，最后大火烘烤8小时以上，烘烤温度在1100℃左右；(7)使用烘烤温度达到1100℃以上，就可以直接投入使用。
通常，烘烤时间从理论上来说，越长越好，上述烘烤时间的确定是从经济性和生产效率的角度考虑来确定的，另外也考虑到材料本身的性能。关于材料本身的性能与烘烤时间及烘烤温度的关系通过公知技术来确定。
实施例二.配方如下6-3毫米板刚玉20-30％、3-1毫米板刚玉20-30％、1-0毫米板刚玉8-15％、板刚玉粉7-15％、电熔尖晶石粉5-20％、铝酸钙水泥3-8％、钠米氧化铝微粉4-9％、三聚磷酸钠0.2-0.5％。
施工过程(1)清理内衬清理包衬和包口的残钢及表层少量残渣，拆卸残余透气砖和水口座砖，打掉渣线砖(如果有的话)，安装透气砖和水口座砖；(2)浇注包底用振动棒振动浇注包底，待包底有一定强度后，吊入胎模，用螺栓紧固；(3)振动振动棒采用φ50毫米、功率1.1KW、转速2850转/分、空载频率200Hz、振幅1.15毫米。第一锅浇注料下料时，开始启动振动棒振动，整个振动过程振动棒不能停止；连续的两批料之间的间隔以浇注料泛浆、无大气泡泛出、各部位浇注料均匀；最后一批料完毕后再振动5-8分钟，以确保浇注料致密均匀，上下两批料之间结合良好；(4)脱模浇注完毕后，室温下自然干燥24小时脱模；(5)烘烤先小火烘烤24小时，温度从室温逐渐升高到300℃左右，然后中火烘烤24小时，温度从300℃升高到700℃，最后大火烘烤8小时以上，烘烤温度在1100℃左右；(6)使用烘烤温度达到1100℃以上，就可以直接投入使用。
实施例三.配方如下6-3毫米板刚玉10-20％、3-1毫米板刚玉20-30％、1-0毫米板刚玉8-15％、板刚玉粉10-20％、电熔尖晶石粉5-20％、铝酸钙水泥3-8％、钠米氧化铝微粉4-9％、钠米氧化硅微粉1-5％、三聚磷酸钠0.2-0.5％。
(1)清理内衬清理包衬和包口的残钢及表层少量残渣，拆卸残余透气砖和水口座砖，打掉渣线砖(如果有的话)，安装透气砖和水口座砖；(2)浇注包底将自流浇注料浇注包底，待包底有一定强度后，吊入胎模，用螺栓紧固；(3)自流浇注料成型的过程中，每批料之间要间隔3分钟左右的时间以便让自流浇注料充分在自重的作用下排气；(4)脱模浇注完毕后，室温下自然干燥24小时脱模；(5)烘烤先小火烘烤24小时，温度从室温逐渐升高到300℃左右，然后中火烘烤24小时，温度从300℃升高到700℃，最后大火烘烤8小时以上，烘烤温度在1100℃左右；(6)使用烘烤温度达到1100℃以上，就可以直接投入使用。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
权利要求
1.一种钢水处理炉内衬，其特征在于采用高纯度刚玉-氧化镁-尖晶石或高纯度刚玉-氧化镁体系耐火材料浇注料浇铸而成。
2.根据权利要求1所述的钢水处理炉内衬，其特征在于所述刚玉-氧化镁-尖晶石体系耐火材料为电熔尖晶石、电熔镁砂、电熔白刚玉、电熔棕刚玉、板刚玉、特级矾土、矾土尖晶石之一或其任意组合做为主要原料的原料体系。
3.根据权利要求2所述的钢水处理炉内衬，其特征在于在所述浇注料中添加微米级或比微米更细级别的氮化硅、镁阿隆(Mgalon)、氮化钨、氮化钛、氮化硼、碳化钨、二氧化硅、氧化铝、尖晶石、碳化硅、莫来石、硅微粉、赛龙(Sialon)、阿隆(Alon)等中的一种或两种以上的任意组合的添加剂。
4.一种对权利要求1至3所述钢水处理炉内衬的修补方法，包括a.清理内衬，将残损内衬上的熔渣层清理掉；b.成型修补，将与原质层相同纯度材料的浇注料配制完成后施加到残损内衬需修补的部位，来恢复内衬的原设计形状；c.内衬的养护，自然干燥24小时至72小时；d.烘烤。
5.根据权利要求4所述的钢水处理炉内衬的修补方法，其特征在于在所述b.成型修补步骤中，将所述配制完成后的浇注料施加到残损内衬需修补的部位，包括以下步骤(1)按照原设计形状要求设置浇筑用胎模；(2)将所述配制完成后的浇注料浇筑在所述胎模与清理后的所述残损内衬之间；(3)通过振动成型。
6.根据权利要求5所述的钢水处理炉内衬的修补方法，其特征在于在所述振动成型步骤中，采用将振动器置入浇注料中振动的方式。
7.根据权利要求5所述的钢水处理炉内衬的修补方法，其特征在于在所述振动成型步骤中，还可以采用在浇筑过程中振动胎模的方式。
8.根据权利要求4所述的钢水处理炉内衬的修补方法，其特征在于在所述b.成型修补步骤中，还可以采用以下步骤(1)将所述浇注料配制成自流料形式；(2)将所配置的自流料形式的所述浇注料施加到残损内衬需修补的部位。
全文摘要
本发明涉及一种钢水处理炉内衬及其修补方法。本发明的目的在于提出一种能较好的满足钢包浇注料使用条件的浇注料内衬。本发明的钢水处理炉内衬采用高纯度刚玉－氧化镁－尖晶石等体系耐火材料浇注料浇铸而成。包括电熔尖晶石、电熔镁砂、电熔白刚玉、电熔棕刚玉、板刚玉、特级矾土、矾土尖晶石之一或任意组合做为主要原料的原料体系。修补方法，包括以下步骤a.清理内衬，将残损内衬上的熔渣层清理掉；b.成型修补，将与原质层相同纯度材料的浇注料配制完成后施加到残损内衬需修补的部位，来恢复内衬的原设计形状；c.内衬的养护，自然干燥24小时至72小时；d.烘烤。通过这些微米级或比微米更细级别添加剂的表面活性，来进一步提高浇注料的烧结作用，使烧结后的衬体更加致密，进而使所述变质层更薄。
文档编号B22D41/02GK1796331SQ20041010244
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月24日 优先权日2004年12月24日
发明者刘百宽, 吴晓, 霍素珍, 孙荣海, 黄江文, 刘国威 申请人:濮阳濮耐高温材料有限公司