专利名称：一种真空循环脱气精炼炉的插入管及其制备方法
技术领域：
本发明涉及冶金生产的炉外精炼技术领域，更具体地讲，涉及ー种真空循环脱气精炼炉(g卩，RH炉)的插入管及其制备方法。
背景技术：
1957年德国蒂森钢铁公司发明真空循环脱气ー 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RH精炼钢种的不断扩大，确立了其在炉外精炼中的主导地位。国内外多数钢厂均配置了 RH精炼装置，使用过程中RH插入管使用条件苛刻，尤其是外层浇注料容易损毁，直接影响RH插入管的使用寿命和精炼设备的生产效率。在RH处理过程中，插入管下部经受急冷急热的热冲击使裂纹产生，然后裂纹扩展恶化高温性能，导致开裂剥落的发生。中部与熔渣作用出现侵蚀和滲透，降低其使用寿命。专利文献CN200810229738.X通过改变真空循环脱气插入管锚爪的分布形式，消除插入管不同方向产生的应力，防止刚玉浇注料形成裂纹；同时实施在线热喷补与钢水顶渣热补相结合的修补方法，实现插入管寿命的提高。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。然而，这些技术均未完全解决因插入管下部经受急冷急热的热冲击使裂纹产生，然后裂纹扩展恶化高温性能，导致浇注层开裂剥落的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的之ー在于提供一种能够具有良好的抗热震性能的真空循环脱气精炼炉的插入管及其制备方法。本发明的一方面提供了ー种真空循环脱气精炼炉的插入管，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，所述浇注层包括上下分布的第一浇注层和第二浇注层，其中，所述第一浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，并且按重量百分比计，所述第一浇注层含有1% 3%的纳米ニ氧化锆粉和2% 4%的氧化铝空心球；第二浇注层在进行真空循环脱气精炼时不与钢水接触。在本发明的真空循环脱气精炼炉的插入管的一个示例性实施例中，所述第一浇注层由均匀混合的1% 3%的纳米ニ氧化锆粉、2% 4%的氧化铝空心球、2% 3%的ニ氧化硅微粉、1.5% 2.0%的铝酸钙水泥、0.1% 0.2%的外加减水剂、1% 1.5%的不锈钢纤维以及余量的氧化铝组成；所述第二浇注层按重量百分比计由均匀混合的2% 3%的ニ氧化硅微粉、1.5% 2.0%的铝酸钙水泥、0.1 0.2%的外加减水剂、1% 1.5%的不锈钢纤维以及余量的氧化招组成。在本发明的真空循环 脱气精炼炉的插入管的一个示例性实施例中，所述氧化铝粉按重量计由17 20份的粒径为5mm 8mm白刚玉、20 25份的粒径为3mm 5mm白刚玉、23 28份的粒径不大于3mm白刚玉、18 25份的粒径小于0.074mm白刚玉细粉以及4 8份的a-氧化铝粉组成。在本发明的真空循环脱气精炼炉的插入管的一个示例性实施例中，所述第二浇注层还含有3% 5%的镁铬砖细粉。在本发明的真空循环脱气精炼炉的插入管的一个示例性实施例中，所述耐火砖为镁铬砖，并且所述镁铬砖含有按重量百分比计24% 30%的三氧化ニ铬。本发明的另一方面提供了ー种真空循环脱气精炼炉的插入管的制备方法，所述制备方法包括以下步骤:形成筒状钢结构，并且所述钢结构的外壁上形成有沿多个角度分布的多个猫爪；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上下分布的第一浇注层和第二浇注层，其中，所述第一浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，并且按重量百分比计，所述第一浇注层由均匀混合的1% 3%的纳米ニ氧化锆粉、2% 4%的氧化铝空心球、2% 3%的ニ氧化硅微粉、1.5% 2.0%的铝酸钙水泥、0.1% 0.2%的外加减水剂、1% 1.5%的不锈钢纤维以及余量的氧化铝组成，所述第二浇注层在进行真空循环脱气精炼时不与钢水接触，并且按重量百分比计，所述第二浇注层由均匀混合的2% 3%的ニ氧化硅微粉、1.5% 2.0%的铝酸钙水泥、0.1 0.2%的外加减水剂、1% 1.5%的不锈钢纤维以及余量的氧化铝组成。在本发明的真空循环脱气精炼炉的插入管的制备方法的一个示例性实施例中，所述氧化招粉按重量计由17 20份的粒径为5mm 8mm白刚玉、20 25份的粒径为3mm 5mm白刚玉、23 28份的粒径不大于3mm白刚玉、18 25份的粒径小于0.074mm白刚玉细粉以及4 8份的a-氧化铝粉组成。在本发明的真空循环脱气精炼炉的插入管的制备方法的一个示例性实施例中，所述第二浇注层还含有3% 5%的镁铬砖细粉。在本发明的真空循环脱气精炼炉的插入管的制备方法的一个示例性实施例中，所述浇注形成上下分布 的第一浇注层和第二浇注层的步骤包括以下步骤:按照第一浇注层和第二浇注层的成分进行配料，形成用于第一浇注层的第一混合料和用于第二浇注层的第二混合料；对所述第一混合料进行第一次混练，然后加入占第一混合料重量的5% 6%的水后进行第二次混练，对所述第二混合料进行第一次混练，然后加入占第二混合料重量的5% 6%的水后进行第二次混练；使用模具浇注形成第一浇注层和第二浇注层，并且在使用模具进行浇注的同时进行振动。在本发明的真空循环脱气精炼炉的插入管的制备方法的一个示例性实施例中，所述第一次混练和第二次混练的时间均为3 5min。与现有技术相比，本发明的真空循环脱气精炼炉的插入管的有益效果包括:具有良好的抗热震性能；能够减小渣线部位的渣侵和粘渣；并且能够延长插入管的使用寿命。
具体实施例方式在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的真空循环脱气精炼炉的插入管及其制备方法。根据本发明的一方面提供了ー种真空循环脱气精炼炉的插入管。所述插入管包括筒状钢结构(例如，为了方便连接和维修，所述筒状钢结构的上部可以设置有法兰)、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。所述浇注层包括上下分布的第一浇注层和第二浇注层，其中，所述第一浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，并且按重量百分比计，所述第一浇注层含有1% 3%的纳米二氧化锆粉和2% 4%的氧化铝空心球；第二浇注层在进行真空循环脱气精炼时不与钢水接触。这里，第一浇注层可以在第二浇注层成分的基础上包括1% 3%的纳米二氧化锆粉和2% 4%的氧化铝空心球。需要说明的是，发明人根据插入管浇注料层不同部位损毁方式的不同，对浇注层与钢水接触部位(即，第一浇注层)和浇注层不与钢水接触部位(即，第二浇注层)的成分进行了区别设置，从而形成了浇注层的组成呈梯度变化的真空循环脱气精炼炉用插入管。在第一浇注层中添加纳米二氧化锆粉和氧化铝空心球所起到的技术效果包括:能够利用二氧化锆的增韧机理和氧化铝空心球的保温作用，从而有效地增强了插入管在RH间隙处理过程中热冲击耐受性能，有效地抑制裂纹的形成以及延缓裂纹扩展产生的损毁。在本发明的真空循环脱气精炼炉的插入管的一个示例性实施例中，第一浇注层可以由均匀混合的1% 3%的纳米二氧化锆粉、2% 4%的氧化铝空心球、2% 3%的二氧化硅微粉、1.5% 2.0%的铝酸钙水泥(优选地，可以为70以上牌号的铝酸钙水泥)、0.1% 0.2%的外加减水剂、1% 1.5%的不锈钢纤维以及余量的氧化铝组成；第二浇注层按重量百分比计可以由均匀混合的2% 3%的二氧化硅微粉、1.5% 2.0%的铝酸钙水泥(优选地，可以为70以上牌号的铝酸钙水泥)、0.1 0.2%的外加减水剂、1% 1.5%的不锈钢纤维以及余量的氧化铝组成。优选地，所述氧化铝粉按重量计可以由17 20份的粒径为5mm 8mm白刚玉、20 25份的粒径为3mm 5mm白刚玉、23 28份的粒径不大于3mm白刚玉、18 25份的粒径小于0.074mm白刚玉细粉以及4 8份的α-氧化铝粉组成。这样的成分和级配能够获得具有良好高温性能的插入管浇注层，而且在浇注时能够具有良好的流动性。在本发明的真空循环脱气精炼炉的插入管的另一个示例性实施例中，第二浇注层可以在采用本领域常用的插入管浇注料的基础上含有3% 5%的镁铬砖粉。在第二浇注层中添加3% 5%的镁铬砖粉，能够利用提高第二浇注层的抗渣侵能力，并且能够降低渣线位置浇注料的熔损。优选地，上述镁铬砖粉为废弃镁铬砖经过再生处理(例如，去除废弃直接结合镁铬砖中被渣侵蚀的部分)后获得的镁铬砖细粉。这样有利于回收利用废弃的镁铬砖。
此外，在本发明的真空循环脱气精炼炉的插入管的另一个示例性实施例中，钢结构的外壁上具有沿多个角度分布的猫爪，以使砌筑的耐火砖和浇注形成的浇注层能够更加牢固地结合在钢结构上。根据本发明另一方面提供了一种真空循环脱气精炼炉的插入管的制备方法。所述制备方法包括以下步骤:形成上部带法兰的筒状钢结构，并且所述钢结构的外壁上形成有沿多个角度分布的多个猫爪；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上下分布的第一浇注层和第二浇注层，其中，所述第一浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，并且按重量百分比计，所述第一浇注层由均匀混合的1% 3%的纳米二氧化锆粉、2% 4%的氧化铝空心球、2% 3%的二氧化硅微粉、1.5% 2.0%的铝酸钙水泥(优选地，可以为70以上牌号的铝酸钙水泥)、0.1 0.2%的外加减水剂、1% 1.5%的不锈钢纤维以及余量的氧化铝组成，所述第二浇注层在进行真空循环脱气精炼时不与钢水接触，并且按重量百分比计，所述第二浇注层由均匀混合的2% 3%的二氧化硅微粉、1.5% 2.0%的铝酸钙水泥(优选地，可以为70以上牌号的铝酸钙水泥)、0.1 0.2%的外加减水剂、1%
1.5%的不锈钢纤维以及余量的氧化铝组成。
在本发明的真空循环脱气精炼炉的插入管的制备方法的一个优选地示例性实施例中，氧化铝粉按重量计可以由17 20份的粒径为5mm 8mm白刚玉、20 25份的粒径为3_ 5_白刚玉、23 28份的粒径不大于3_白刚玉、18 25份的粒径小于0.074mm白刚玉细粉以及4 8份的α-氧化铝粉组成。在本发明的真空循环脱气精炼炉的插入管的制备方法的另一个优选地示例性实施例中，第二浇注层还可含有3% 5%的镁铬砖粉，从而能够利用提高第二浇注层的抗渣侵能力，并且能够降低渣线位置浇注料的熔损。在本发明的真空循环脱气精炼炉的插入管的制备方法的另一个优选地示例性实施例中，所述浇注形成上下分布的第一浇注层和第二浇注层的步骤包括以下步骤:按照第一浇注层和第二浇注层的成分进行配料，形成用于第一浇注层的第一混合料和用于第二浇注层的第二混合料；对所述第一混合料进行第一次混练，然后加入占第一混合料重量的5% 6%的水后进行第二次混练，对所述第二混合料进行第一次混练，然后加入占第二混合料重量的5% 6%的水后进行第二次混练；使用模具浇注形成第一浇注层和第二浇注层，并且在使用模具进行浇注的同时进行振动。优选地，第一次混练和第二次混练的时间均为3 5min。下面结合具体的示例来说明本发明的真空循环脱气精炼炉的插入管及其制备方法的示例性实施例。上部带法兰的筒状钢结构材质采用20g，厚度为25 30mm。猫爪材质为20g钢筋，长度为60 70mm，按一定角度分布在钢结构的各个方向。镁铬砖砌筑在钢结构内壁上，镁铬砖中Cr2O3含量为24wt% 30wt%。这里，镁铬砖与钢结构内壁之间的缝隙还可以填充用常用的浇注料。浇注层以氧化铝为基材。具体来讲，浇注层按以下组成配料:(I)与钢水接触浇 注料的组成 5mm 8mm 白刚玉占 17wt% 20wt%, 3mm 5mm 白刚玉占 20wt% 25wt%, Omm 3mm白刚玉占23wt% 28wt%,小于0.074mm白刚玉细粉占18wt% 25wt%, α -氧化招粉占4wt% 8wt%, 二氧化娃微粉占2wt% 3wt%, 70牌号招酸I丐水泥占1.5wt% 2.0wt%,纳米二氧化错粉占lwt% 3wt%,氧化招空心球占2wt% 4wt%,外加减水剂0.2wt%,不锈钢纤维lwt% 1.5wt%。(2)其余部分浇注料的组成5mm 8mm 白刚玉占 17wt% 20wt%, 3mm 5mm 白刚玉占 20wt% 25wt%, Omm 3mm白刚玉占23wt% 28wt%,小于0.074mm白刚玉细粉占18wt% 25wt%, α -氧化招粉占4wt% 8wt%, 二氧化娃微粉占2wt% 3wt%, 70牌号招酸I丐水泥占1.5wt% 2.0wt%,再生处理的直接结合镁铬砖细粉占3wt% 5wt%,外加减水剂0.2wt%,不锈钢纤维lwt% 1.5wt%。其中，白刚玉化学成分可以为=Al2O3彡98wt%, SiO2 < 0.5wt%, FeO < 0.5wt% ;氧化招空心球的直径优选地在Imm 3mm之间；二氧化错粉的粒径优选地在30nm 70nm之间；再生处理后的直接结合镁铬砖细粉小于0.074mm，化学成分满足:Mg0>70wt%，Cr203>20wt%。浇注前，分别按上述(I)和(2)进行配料，然后依次称取适量的配料(I)和配料
(2),分别混练3 5min,加6wt%的水混3 5min。烧注时,先将混好的配料⑴倒入模具内，振动30s后倒入混好的配料(2),振动Imin 2min成型。24h后脱模,养护24h 48h,干燥后选取最高干燥温度4000C处理55h，插入管通过法兰与真空室连接，然后进行在线烘烤24h，温度不低于1000°C。上述示例形成的真空循环脱气精炼炉的插入管具有良好的抗热震性能，能够减小渣线部位的渣侵和粘渣，并且能够延长插入管的使用寿命。例如，插入管的使用寿命可达100次以上。尽管上面已经结 合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，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。
权利要求
1.ー种真空循环脱气精炼炉的插入管，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，其特征在于，所述浇注层包括上下分布的第一浇注层和第二浇注层，其中， 所述第一浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，并且按重量百分比计，所述第一浇注层含有1% 3%的纳米ニ氧化锆粉和2% 4%的氧化铝空心球； 第二浇注层在进行真空循环脱气精炼时不与钢水接触。
2.根据权利要求1所述的真空循环脱气精炼炉的插入管，其特征在于，所述第一浇注层由均匀混合的I % 3 %的纳米ニ氧化锆粉、2 % 4%的氧化铝空心球、2 % 3 %的ニ氧化硅微粉、1.5% 2.0%的铝酸钙水泥、0.1% 0.2%的外加减水剂、I % 1.5%的不锈钢纤维以及余量的氧化铝组成； 所述第二浇注层按重量百分比计由均匀混合的2% 3%的ニ氧化硅微粉、1.5% 2.0%的铝酸钙水泥、0.1% 0.2%的外加减水剂、I % 1.5%的不锈钢纤维以及余量的氧化铝组成。
3.根据权利要求2所述的真空循环脱气精炼炉的插入管，其特征在于，所述氧化铝按重量计由17 20份的粒径为5mm 8mm白刚玉、20 25份的粒径为3mm 5mm白刚玉、23 28份的粒径不大于3mm白刚玉、18 25份的粒径小于0.074mm白刚玉细粉以及4 8份的a -氧化招粉组成。
4.根据权利要求2所述的真空 循环脱气精炼炉的插入管，其特征在于，所述第二浇注层还含有3% 5%的镁铬砖细粉。
5.根据权利要求2所述的真空循环脱气精炼炉的插入管，其特征在于，所述耐火砖为镁铬砖，并且所述镁铬砖含有按重量百分比计24% 30%的三氧化ニ铬。
6.ー种真空循环脱气精炼炉的插入管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤: 形成筒状钢结构，并且在所述钢结构的外壁上形成有沿多个角度分布的多个猫爪； 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上下分布的第一浇注层和第二浇注层，其中，所述第一浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，并且按重量百分比计，所述第一浇注层由均匀混合的1% 3%的纳米ニ氧化锆粉、2% 4%的氧化铝空心球、2% 3%的ニ氧化硅微粉、1.5% 2.0%的铝酸钙水泥、0.1% 0.2%的外加减水剂、I % 1.5%的不锈钢纤维以及余量的氧化铝组成，所述第二浇注层在进行真空循环脱气精炼时不与钢水接触，并且按重量百分比计，所述第二浇注层由均匀混合的2% 3%的ニ氧化硅微粉、1.5% 2.0%的铝酸钙水泥、0.1 0.2%的外加减水剂、I % 1.5%的不锈钢纤维以及余量的氧化铝组成。
7.根据权利要求6所述的真空循环脱气精炼炉的插入管的制备方法，其特征在干，所述氧化招按重量计由17 20份的粒径为5mm 8mm白刚玉、20 25份的粒径为3mm 5mm白刚玉、23 28份的粒径不大于3mm白刚玉、18 25份的粒径小于0.074mm白刚玉细粉以及4 8份的a-氧化铝粉组成。
8.根据权利要求6所述的真空循环脱气精炼炉的插入管的制备方法，其特征在干，所述第二浇注层还含有3% 5%的镁铬砖细粉。
9.根据权利要求6至8中任意一项所述的真空循环脱气精炼炉的插入管的制备方法，其特征在于，所述浇注形成上下分布的第一浇注层和第二浇注层的步骤包括以下步骤: 按照第一浇注层和第二浇注层的成分进行配料，形成用于第一浇注层的第一混合料和用于第二浇注层的第二混合料； 对所述第一混合料进行第一次混练，然后加入占第一混合料重量的5% 6%的水后进行第二次混练，对所述第二混合料进行第一次混练，然后加入占第二混合料重量的5% 6%的水后进行第二次混练； 使用模具浇注形成第一浇注层和第二浇注层，并且在使用模具进行浇注的同时进行振动。
10.根据权利要求9所述的真空循环脱气精炼炉的插入管的制备方法，其特征在于，所述第一次混练和第二次混练 的时间均为3 5min。
全文摘要
本发明提供了一种真空循环脱气精炼炉的插入管及其制备方法。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，所述浇注层包括上下分布的第一浇注层和第二浇注层，其中，所述第一浇注层在进行真空循环脱气精炼时与钢水接触，并且按重量百分比计，所述第一浇注层含有1％～3％的纳米二氧化锆粉和2％～4％的氧化铝空心球；第二浇注层在进行真空循环脱气精炼时不与钢水接触。本发明的插入管具有组成和高温性能呈梯度变化的浇注层，从而其具有良好的抗热震性能以及更长久的使用寿命。
文档编号C21C7/10GK103114179SQ20131007122
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者李龙, 戈文荪, 陈永, 童贤强, 李桂军, 杨森祥, 雷辉 申请人:攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司