一种大包浇注挡渣用挡渣塞及制备和挡渣方法
【专利摘要】本发明公开了一种大包浇注挡渣用挡渣塞及制备和挡渣方法，该挡渣塞由塞头部和塞体部组成，并由耐火材料、减水剂和结合剂混合后制成。在钢水精炼出站后浇注前将挡渣塞投入到大包内，由此利用大包浇注过程钢水液面下降产生的漩涡流动，使得所述挡渣塞运行至大包水口碗上方并与大包水口碗表面进行点接触，从而完成挡渣操作。本发明制备的挡渣塞内外均质，密度均匀，在钢液中定位准确，解决了连铸生产中大包下渣人工判断不准确进入中间包这一难题，挡渣效果显著，大大减少了钢水在大包浇注过程中的下渣量，提高了钢水的纯净度，提升了铸坯质量，改善了轧材成品性能。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种大包浇注下渣控制的装置，具体涉及一种大包浇注挡渣用挡渣塞 及制备和挡渣方法，属于冶金生产连铸【技术领域】。 一种大包浇注挡渣用挡渣塞及制备和挡渣方法
【背景技术】
[0002] 目前，连铸生产过程中，大包钢水浇注操作必须进行挡渣操作，以减少、避免大包 浇注过程大包渣进入中间包，污染钢水，从而减少钢中夹杂物，提高铸坯质量，改善轧材性 能。目前大包浇注下渣控制方法主要分为两大类，一是人工进行经验判断，人工经验判断稳 定性差，大包浇注关闭过早，致使大包留钢较多，造成浪费，大包浇注关闭过晚，大包渣进入 中间包内；二是采用自动下渣检测，设备成本高、维护难度大，且反应灵敏易造成大包浇注 提前关闭，致使大包留钢较多，造成浪费。
[0003] 迄今为止，尚未有大包浇注下渣控制的装置及方法的公开报道。
【发明内容】
[0004] 针对现有连铸大包浇注下渣不易控制的问题，本发明的目的在于提供一种大包浇 注挡渣用挡渣塞及制备和挡渣方法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
[0006] -种大包浇注挡渣用挡渣塞，由塞头部和塞体部组成，其中：
[0007] 所述塞体部，位于所述塞头部正下方，与所述塞头部一体成型；
[0008] 在所述挡渣塞落入大包水口处时，所述塞体部的外表面与所述大包水口碗的表面 进行点接触，而且所述塞头部与所述大包底面之间留有一定空隙，以便于钢水流出而挡住 钢渣；
[0009] 所述挡渣塞的密度控制为4-6g/cm3,而且所述塞头部的重量轻于所述塞体部的重 量。
[0010] 在上述挡渣塞中，作为一种优选实施方式，所述塞头部为正六棱柱形；更优选 地，所述正六棱柱上下底面的正六边形的边长为100-140mm，所述上下底面之间的高度为 50-80mm〇
[0011] 在上述挡渣塞中，作为一种优选实施方式，所述塞体部为半椭圆体形，所述半椭圆 体的尖端远离所述塞头部，所述半椭圆体的另一端与所述塞头部的下底面连接；更优选地， 所述半椭圆体的长半轴为75-100mm，短半轴为45_60mm。
[0012] 在上述挡渣塞中，作为一种优选实施方式，所述挡渣塞由耐火材料、减水剂和结合 剂混合后制成。更优选地，所述耐火材料为硫钢、粒钢、钢精粉和高铝细粉中的一种或多种， 所述减水剂为柠檬酸钠和/或三聚磷酸钠，所述结合剂为铝酸钙水泥。
[0013] 其中，所述耐火材料硫钢、粒钢属于转炉废弃物再利用，二者是转炉喷溅渣经过磁 选制备而来，可以使用市售的的钢精粉替代，而钢精粉和高铝细粉为市售。
[0014] 在上述挡渣塞中，作为一种优选实施方式，所述挡渣塞按重量百分比由以下原料 制成：粒度为10_30mm的硫钢或粒钢20-26% ;粒度为5-10mm的硫钢或粒钢22-28% ;粒度 为3-5mm的硫钢或粒钢10-14% ;粒度小于3mm的硫钢或粒钢8-14% ;高错细粉或钢精粉 10-14% ;结合剂 7-10% ;减水剂 0. 1-0. 5%。
[0015] 上述挡渣塞的制备方法，首先，按照上述配比将各原料依次进行干混和湿混；然 后，将混合后的原料装入相应的模具中进行振动压实成型；振动压实成型后的挡渣塞自然 放置6?8个小时凝固，然后脱模再自然放置6-8天以便排除游离水分，从而完成挡渣塞的 制备。优选地，所述湿混时加入的水量为所述原料总重量的6. 5-7. 5wt%。
[0016] 一种采用上述挡渣塞在大包浇注过程中挡渣的方法，在钢水精炼出站后浇注前将 挡渣塞投入到大包内，由此利用大包浇注过程钢水液面下降产生的漩涡流动，使得所述挡 渣塞运行至大包水口碗上方并与大包水口碗表面进行点接触，从而完成挡渣操作。
[0017] 本发明制备的挡渣塞内外均质，密度均匀，在钢液中定位准确，解决了连铸生产中 大包下渣人工判断不准确进入中间包这一难题，挡渣效果显著，大大减少了钢水在大包浇 注过程中的下渣量，提高了钢水的纯净度，提升了铸坯质量，改善了轧材成品性能，与现代 技术相比价格便宜，资源相对丰富，有利于钢厂进一步优化生产，提高综合效益。简单地说， 本发明的挡渣塞具有以下优点：1)操作简单，实用性强；2)制作简单、成本低；3)挡渣效果 好，可靠性高。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本发明实施例的挡渣塞的正视图。
[0019] 图2为本发明实施例的挡渣塞的俯视图。
[0020] 图3为本发明实施例的挡渣塞使用时的示意图。
[0021] 其中，附图标记说明如下：1、塞体部；2、塞头部；3、大包；4、钢渣；5、钢水；6、大包 水口碗
【具体实施方式】
[0022] 为了使本发明的技术特征、优点得到更好地体现，通过以下【具体实施方式】对本发 明进行详细说明。
[0023] 本发明提供的大包浇注挡渣用挡渣塞，由塞头部2和设置于塞头部2下方的塞体 部1组成，该挡渣塞由耐火材料、减水剂和结合剂混合后而一体成型，该挡渣塞的整体密度 控制为4-6g/cm 3,下面本发明将对挡渣塞的各部件一一进行说明。
[0024] 塞体部1，位于塞头部2正下方，其与塞头部2-体成型；塞体部1的形状是任何可 以与大包水口碗表面（一般情况下大包水口碗为圆锥形）实现点接触的形状，也就是说，在 挡渣塞落入大包水口处时，塞体部1的外表面与大包水口碗的表面进行点接触，这样塞体 部1的外表面与大包水口碗的表面之间就会存有供钢水流过而钢渣无法通过的空隙，从而 实现挡渣的作用，例如，塞体部1可以是半椭圆体形、多棱锥形（比如四棱锥形、五棱锥形、 六棱锥形、七棱锥形）等。
[0025] 在本发明的实施例中，塞体部1采用半椭圆体形，参见图1，该半椭圆体的尖端远 离塞头部2并位于塞头部2的正下方，而该半椭圆体的另一端则与塞头部2的下底面连接， 长短半轴的大小可根据大包水口碗的尺寸进行调整，该尺寸需要保证在挡渣塞落入大包水 口处时，塞头部2与大包底面之间留有一定空隙，以便于钢水流出而挡住钢渣。塞体部1采 用半椭圆体形，相比于多棱锥形而言，可以更好的控制钢流，防止挡渣后大包余钢量过大。
[0026] 塞头部2的形状可以是任何具有左右对称结构的柱体状，比如圆柱体形、正方体 形、正六棱柱形或正八棱柱形等，在本发明的实施例中优选为正六棱柱形，其可以更好地保 证堵塞成功率，参见图1和图2,该正六棱柱的尺寸可根据大包水口碗的尺寸进行调整，并 保证塞头部2的重量轻于塞体部1的重量。本实施例中优选塞头部2的正六棱柱上下底面 的正六边形的边长为100-140mm，上下底面之间的高度为50-80mm，塞体部1的半椭圆体的 长半轴可以为75-100mm，短半轴可以为45_60mm，发明人通过大量试验得出如下结论：上述 形状和尺寸的挡渣塞在钢包液面下降过程中受到漩涡流动的影响大，容易运动至大包水口 上方，可以很好地保证堵塞成功率达到100%。
[0027] 从挡渣塞能够准确定位于大包水口碗的角度来说，本发明挡渣塞更优选是：塞 头部2为正六棱柱形，上下底面的正六边形的边长为110-130mm，上下底面之间的高度为 60-70mm ;塞体部1为半椭圆体形，该半椭圆体的长半轴为80-90mm，短半轴为5〇-55mm，挡渔 塞的整体密度为4g/cm3左右。
[0028] 该挡渣塞的原材料中的耐火材料可以为硫钢、粒钢、钢精粉和高铝细粉中的一种 或多种，减水剂为柠檬酸钠和/或三聚磷酸钠，结合剂为铝酸钙水泥。优选地，挡渣塞按重 量百分比由以下原料制成：粒度为10-30mm的硫钢或粒钢20-26 %;粒度为5-10mm的硫钢或 粒钢22-28% ;粒度为3-5mm的硫钢或粒钢10-14% ;粒度小于3mm的硫钢或粒钢8-14% ; 高铝细粉或钢精粉10-14% ;结合剂7-10% ;减水剂0. 1-0. 5%。
[0029] 挡渣塞原材料的选择：
[0030] 1)耐火材料的选择
[0031] 钢水的密度一般在7. Og/cm3左右，钢渣的密度一般在3. Og/cm3左右，为保证挡渣 塞在使用中处于钢水和钢渣的界面上，选用转炉喷溅渣经过磁选之后的硫钢、粒钢、以及钢 精粉等体积密度较高且价格比较便宜的原材料，将挡渣塞密度控制在4. Og/cm3左右。
[0032] 各材料的主要化验指标如下表：
[0033] ~指标 化学成分（wt%) I体积密度I ___ ' 吸水率（％) 项目 Fe Fe2〇3 A1：03 (g/cm') 硫钢 45 30 二 >4.5 = 粒钢 85 10 二 >-6.8 - 钢精粉 5 85 = ^3.6 ^ 局错细粉 一 一 85 -^3.0 -
[0034] 2)耐火结合剂的选择
[0035] 挡渣塞的使用量比较高，考虑批量生产，生产周期越短越好，所以在生产组织中考 虑具有较高强度的结合剂，同时考虑半成品的堆积存放，必须要求早期强度较高，由此优选 铝酸钙水泥作为结合剂。
[0036] 结合剂的主要理化指标如下表：
[0037] ^''''^^类 主要成分（％) 凝结时间，h: min 45μηι筛余， 项目\\^ ΑΙΑ Fe2〇3 I 终凝 % 铝酸钙水泥 >60 <1.0 Ssl： 00 ?￡18:00 =
[0038] 3)减水剂的选择
[0039] 减水剂对挡渣塞的密度和强度都有很大影响，所以发明人对减水剂进行了全面分 析，得出两种减水剂比较适合，并分别对两种减水剂Α(柠檬酸钠）和Β(三聚磷酸钠）进行 比较，发现在相同加入量时减水剂B (三聚磷酸钠）的增强效果较好，经进一步试验，更优选 减水剂B (三聚磷酸钠）的加入量为挡渣塞原料总量的0. 20wt %。
[0040] 4)挡渣塞原料配方的确定
[0041] 根据原材料的实际情况，选则临界粒度为30_，颗粒4级级配。
[0042] 根据颗粒最紧密堆积的Andreasen公式：CPFT = 100 (d/D)q确定各粒级比例。
[0043] 其中：CPFT为该粒级累计百分数，
[0044] d为该粒级最大颗粒直径，
[0045] D为临界粒度，
[0046] q为粒度系数，此处取0.37。
[0047] 然后在不同的颗粒范围内取不同的q值进行试验，并通过实验室的数据进行比 较，选择在适用范围内最佳的q值，最后确定最合理的工艺配方，见下表。
[0048] 粒度级配 |配比 硫钢或粒钢 30-1 Omni 2〇-26wt% 硫钢或粒钢5-10mm 22~28wt% 硫钢或粒钢3-5mm l〇-14wt% 硫钢或粒钢〇-3mm 8-14wt% 高铝细粉或钢精粉 l〇-14wt% 结合齐1J 7-10wt% 减水齐 1J 0. 1-0. 5wt%
[0049] 5)挡渣塞的生产工艺流程如下：
[0050] 配料一混碾（即混合）一装入模具并振动成型一第一次养护一脱模一脱模后入库 养护挥发水分，具体为：首先，按照上述配比将各原料依次进行干混和湿混；然后，将混合 后的原料装入相应的模具中进行振动压实成型；振动压实成型后的挡渣塞自然放置6?8 个小时凝固（即第一次养护），然后脱模再自然放置6-8天以便排除游离水分（即入库养 护），从而完成挡渣塞的制备。
[0051] 采用以上配方和工艺得到的挡渣塞的理化指标见下表：
[0052] 项目 理化指标 Al2〇3+Si02 >45 主要成份（wt%)__ Fe >40 密度 g/W ^4.0
[0053] 下面具体列举几种挡渣塞的生产方法，具体如下：
[0054] 实施例1
[0055] 原料配比：10-30mm 的粒钢 25. 1%、5-I0mm 的粒钢 25. 2%、3-5mm 的粒钢 13. 8%、 0-3mm的粒钢12. 8%、高铝细粉13. 5%、铝酸钙水泥9. 2%、三聚磷酸钠0. 4%。
[0056] 制备方法如下：
[0057] 将不同颗粒级别的粒钢、钢精粉和高铝细粉按照配比放入搅拌机中，同时添加耐 火结合剂和减水剂进行干料混合，该干料混合时间控制在5?8分钟，然后加水进行湿料混 合，加水量控制为原料总重量的6. 5?7. 5wt%之间，一般夏季和冬季由于原料的吸水量影 响，加水量稍有变化，湿料混合时间为8?10分钟，混合好后，将湿料放进专用模具中，在振 动平台上进行振动成型，同时边振动边成型，成型后自然放置6?8个小时，进行脱模，脱模 后进行外观和重量检测，然后入库，放置7天左右自然养护，排除游离水分就可以使用了， 根据环境温度的不同，放置时间可以进行必要的调整。
[0058] 采用本实施例工艺和原料配比得到的挡渣塞的性能指标见下表：
[0059] 项目 指标 体积密度 4.02 g/cm3 110°C 56MPa 耐压强度__ 1500? 87MPa 烧后线变化率 1500。。 (Γ〇7
[0060] 实施例2
[0061] 原料配比：10-30mm 的粒钢 24. 7%、5-10mm 的粒钢 25. 6%、3-5mm 的粒钢 13. 5%、 0-3mm的粒钢13. 7%、高铝细粉12. 6%、铝酸钙水泥9. 4%、三聚磷酸钠0. 5%。
[0062] 制备方法同实施例1。
[0063] 采用本实施例工艺和原料配比得到的挡渣塞的性能指标见下表：
[0064] 项目 指标 体积密度 4.02 g/cm3
[0065] 110°C 58MPa 耐压强度___ 1500°C 89MPa 烧后线变化率 1500。。 0706
[0066] 实施例3
[0067] 原料配比：10-30mm的粒钢23. 7% ;粒度为5-10mm的粒钢27. 3% ;粒度为3-5mm 的粒钢13. 1% ;粒度小于3mm的粒钢13. 2% ;钢精粉13. 4% ;结合剂8. 9% ;减水剂0. 4%。
[0068] 制备方法同实施例1。
[0069] 采用本实施例工艺和原料配比得到的挡渣塞的性能指标见下表：
[0070] 项目 指标 体积密度 4.02 g/cm3 I110 C |61MPa 耐压强度__ 1500°C 93MPa 烧后线变化率 1500。。 〇7〇6
[0071] 下面介绍一下本发明挡渣塞的使用方法：
[0072] 钢水精炼出站后浇注前，将挡渣塞投入大包内大包水口碗上方，由于挡渣塞内外 均质，体积密度为4. Og/cm3,受重力作用挡渣塞降至钢水、渣界面，大包浇注过程随着钢水 液面下降产生漩涡流动，挡渣塞顺利漂移到大包水口腕位置，大包液面降至一定高度后，挡 渣塞椭圆体与大包水口碗点接触，堵塞大包内渣向下流动，避免了大包渣进入中间包污染 钢水，提高了钢水纯净度。
[0073] 应当理解，上述实施例仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外， 也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修 改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之 内。
【权利要求】
1. 一种大包浇注挡渣用挡渣塞，其特征在于，由塞头部和塞体部组成，其中： 所述塞体部，位于所述塞头部正下方，与所述塞头部一体成型； 在所述挡渣塞落入大包水口处时，所述塞体部的外表面与所述大包水口碗的表面进 行点接触，而且所述塞头部与所述大包底面之间留有一定空隙，以便于钢水流出而挡住钢 渣； 所述挡渣塞的密度控制为4-6g/cm3,而且所述塞头部的重量轻于所述塞体部的重量。
2. 根据权利要求1所述的挡渣塞，其特征在于，所述塞头部为正六棱柱形。
3. 根据权利要求2所述的挡渣塞，其特征在于，所述正六棱柱上下底面的正六边形的 边长为100-140mm，所述上下底面之间的高度为50-80mm。
4. 根据权利要求1所述的挡渣塞，其特征在于，所述塞体部为半椭圆体形，所述半椭圆 体的尖端远离所述塞头部，所述半椭圆体的另一端与所述塞头部的下底面连接。
5. 根据权利要求4所述的挡渔塞，其特征在于，所述半椭圆体的长半轴为75-100_，短 半轴为45_60mm。
6. 根据权利要求1所述的挡渣塞，其特征在于，所述挡渣塞由耐火材料、减水剂和结合 剂混合后制成。
7. 根据权利要求6所述的挡渣塞，其特征在于，所述耐火材料为硫钢、粒钢、钢精粉和 高铝细粉中的一种或多种，所述减水剂为柠檬酸钠和/或三聚磷酸钠，所述结合剂为铝酸 钙水泥。
8. 根据权利要求7所述的挡渣塞，其特征在于，所述挡渣塞按重量百分比由以下原料 制成：粒度为10_30mm的硫钢或粒钢20-26% ;粒度为5-10mm的硫钢或粒钢22-28% ;粒度 为3-5mm的硫钢或粒钢10-14% ;粒度小于3mm的硫钢或粒钢8-14% ;高错细粉或钢精粉 10-14% ;结合剂 7-10% ;减水剂 0. 1-0. 5%。
9. 权利要求6-8任一所述的挡渣塞的制备方法，其特征在于，首先，按照配比将各原 料依次进行干混和湿混；然后，将混合后的原料装入相应的模具中进行振动压实成型；振 动压实成型后的挡渣塞自然放置6?8个小时凝固，然后脱模再自然放置6-8天以便排除 游离水分，从而完成挡渣塞的制备；优选地，所述湿混时加入的水量为所述原料总重量的 6. 5-7. 5wt % 〇
10. -种采用权利要求1-8任一所述的挡渣塞在大包浇注过程中挡渣的方法，其特征 在于，在钢水精炼出站后浇注前将挡渣塞投入到大包内，由此利用大包浇注过程钢水液面 下降产生的漩涡流动，使得所述挡渣塞运行至大包水口碗上方并与大包水口碗表面进行点 接触，从而完成挡渔操作。
【文档编号】B22D43/00GK104117668SQ201410377503
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】郭达, 张学民, 姜兴辰, 赵圣功, 李振, 梁景玥, 纪瑞东, 王尖锐, 贾卫东, 李俊, 李松, 刘志民, 张晓辉, 崔玉华, 王玉春, 孙翠华, 胡晓红 申请人:莱芜钢铁集团有限公司