一种连铸结晶器保护渣的制浆工艺的制作方法

本发明涉及保护渣的制备方法技术领域，具体涉及一种连铸结晶器保护渣的制浆工艺。

背景技术：

我国冶金行业发展迅猛，连续铸钢技术已成为现代钢铁生产的主要工艺之一。加速发展连续铸钢技术，提升其科学技术水平，是实现我国钢铁工业结构优化的重要举措。结晶器是连铸机的心脏，连铸结晶器保护渣是保障连铸机生产顺利进行和保证连铸坯质量的重要冶金材料。随着高效连铸、连铸连轧技术的广泛应用，钢铁企业面临着降低生产成本和提高产品质量的双重挑战，连铸结晶器保护渣对铸坯的质量、产量，特别是表面质量有着至关重要的作用，产品质量的好坏对钢坯表面质量有决定性影响。

连铸结晶器保护渣生产工艺简要经过：配料→制浆→烘干→筛分→包装等工序。其中制浆工艺是决定连铸保护渣成分搅拌均匀的关键过程。制作连铸结晶器保护渣的原材料种类繁多，按其构成材料的功能可分为三类：基料、溶剂和炭质材料。由于原材料材质不同，在制浆过程中，采用传统水磨机制浆，水磨机容积小，炭质材料与保护渣基料密度差别很大，在料浆中容易分层，炭质材料在混磨过程中可能发生偏聚，难于均匀分布在料浆中，导致保护渣中有效碳浓度不足。这种保护渣在小批量使用时偶尔出现渣条较多，大批量使用时容易造成铸坯表面产生裂纹或夹渣等缺陷。

申请号为96117798的专利公开了一种连铸用保护渣的生产方法，是把选定的保护渣基料按比例配制成粉料；加入一定比例的粉末状碳质材料后混匀；再加入一定比的水进行搅拌制成泥浆；将泥浆喷雾造粒，在加水制浆过程中同时加入总水量的0.005~0.5%(wt)的表面活性剂。其优点有，可保证基料与碳质材料制成均匀互混的泥浆，保持长时间不发生碳质材料的漂浮分层，节省水量等。申请号为201510950240的专利公开了一种高强度连铸结晶器保护渣及其制备方法，所述的保护渣包括粘合剂，所述的粘合剂为CMC和木质素磺酸钠，分别占原材料总重量的百分比为0.5~1.5%和0.3~0.8%。该发明通过原材料的准备、配料制浆、喷雾造粒、筛分除尘得到本发明的保护渣。该发明高强度连铸结晶器保护渣粘合剂中添加木质素磺酸钠，能和其它材料均匀结合，料浆不分层不沉淀，不偏析，料浆在管道输送过程中不凝结堵塞，流动性能好，所得保护渣颜色均匀，粒度均匀，保护渣成球率提高8%以上，保护渣颗粒的强度提高40%以上。上述专利均是通过添加适宜种类和含量的表面活性剂或粘合剂，解决炭质材料的偏聚问题。上述技术方案对保护渣的生产工艺均未做明显的改进，或从生产工艺的角度来解决保护渣料中炭质材料的偏聚问题，而且目前也尚未看到相关的记载或公开报道。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种连铸结晶器保护渣的制浆工艺，有效解决连铸结晶器保护渣在制浆过程中出现炭质材料的偏聚问题，保证保护渣有效的碳浓度，改善保护渣的使用性能。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种连铸结晶器保护渣的制浆工艺，包括以下步骤：首先将各原材料投入制浆机中，所述原材料的投入量为所述制浆机容量的45~55%，加水搅拌45分钟以上，使得原材料混合均匀，得到料浆；然后所得料浆以200~240kg/min的流量自流进入水磨机中，在所述水磨机中加入钢球，所述料浆以刚好淹没所述钢球为准，采用研磨棒搅动所述钢球撞击，以使料浆中的炭质材料与其它材料发生摩擦碰撞。

进一步的，所述原材料加水后的质量百分浓度为60~70%。

进一步的，所述钢球的直径为12~16㎜。

进一步的，所述研磨棒的直径为40~50㎜，在电机带动下交叉作业。

进一步的，所述制浆机包括制浆仓、驱动机构和搅拌机构，所述制浆仓的上部设置进料口和进水口，下部设置出料口，所述进水口和出料分别设置流量计，所述制浆仓的任一横截面为正八边形，所述驱动机构设置在所述制浆仓的上部，且与搅拌机构连接，所述搅拌机构包括搅拌轴和设置在所述搅拌轴端部的搅拌叶轮，所述搅拌叶轮包括互成120°、以及沿所述搅拌轴的径向均匀分布的桨叶，所述桨叶所在平面与所述水平面的夹角为α，且30°≤α≤70°。

进一步的，所述制浆仓的顶部横截面面积大于底部横截面面积。

进一步的，所述桨叶在所述制浆仓底部的投影长度小于所述制浆仓底部横截面的中心至任一边的垂直距离。

进一步的，所述水磨机与所述制浆机之间的高度差为20~100厘米。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明制浆工艺应用于连铸结晶器保护渣的水磨制浆，针对连铸结晶器保护渣在传统水磨制浆过程中易出现分层、炭质材料容易偏聚等问题而提出。本发明制浆工艺经长期实践证明，能够有效解决上述聚问题，进而保证保护渣有效的碳浓度，改善保护渣的使用性能，具体表现为：保护渣在制浆以及待喷过程中无分层、沉淀现象发生；保护渣在使用过程中，流动性好，铺展均匀，覆盖层、液渣层厚度适宜，无渣圈、渣条产生，坯壳表面无增碳现象发生。

本发明通过改进制浆机以及水磨机的连接关系以及运行参数等，具体为：设定原材料投入量为制浆机容量的45~55%，控制搅拌时间为45分钟以上，以制浆机和水磨机的高度差使所得料浆自流，完全避免外界环境的影响，并控制进入水磨机的流量为200~240kg/min，加入钢球量以料浆没过为准，采用研磨棒的直径为45㎜、交叉作业等，通过上述各技术特征的协同配合，增强物料表面张力，使得炭质材料能够与其它材料更加充分地混合在一起，大幅减少或杜绝含硅酸盐的絮凝物产生，所得料浆经48小时以上静置实验无分层、沉淀现象发生，且使用过程中，熔化性能良好，无渣圈、渣条生成，且该制浆工艺相比传统工艺能够降低保护渣料对制浆机、水磨机的磨损及消耗，减少设备维修成本。

本发明制浆机包括制浆仓、驱动机构和搅拌机构，其中，制浆仓的任一横截面为正八边形，其整体外形为八棱体；制浆仓的任意多个横截面的面积可以是相等的，也可以是不相等的。并且，在制浆仓的内部设置搅拌机构，搅拌机构包括搅拌轴和设置在所述搅拌轴端部的搅拌叶轮，所述搅拌叶轮包括互成120°、以及沿所述搅拌轴的径向均匀分布的桨叶，所述桨叶所在平面与所述水平面的夹角为α，且30°≤α≤70°。这样，通过驱动机构带动搅拌机构旋转，物料在搅拌叶轮和离心力的作用下，上翻下压，随着搅拌的持续进行，形成涡流，借助制浆机的八棱体内壁撞击摩擦，从而使容重较轻的炭质材料实现更好地分散，达到搅拌均匀的目的。

本发明中制浆机制得的料浆是借助高度差、通过自流的方式进入水磨机中，经水磨机再次研磨后流出进入待喷桶中。实践表明，制浆机的底部与水磨机之间的高度差为20~100厘米，料浆借助自身重力能够顺利进入水磨机中，且易于控制制浆机和水磨机的各项工作参数，空间设计更加合理，对于现有的循环制浆工艺而言，土建改造成本最低，经济效益最好。本发明料浆经制浆机下压上翻搅拌均匀后，再经过水磨机研磨，料浆中炭质材料与其他材料得到了充分混合，所得保护渣成分均匀、稳定，从而解决了炭质材料在混磨过程中可能发生偏聚、难于均匀分布在料浆中的难题。

说明书附图

下面结合附图对本发明做进一步详细说明：

图1：本发明连铸结晶器保护渣的制浆工艺的流程图；

图2：本发明制浆机的结构示意图；

图3：本发明图2的A-A剖视图；

图4：本发明图3的B-B剖视图；

其中，1-制浆机，2-水磨机，3-待喷桶，4-制浆仓，5-驱动机构，6-搅拌轴，7-搅拌叶轮，8-桨叶，9-进料口，10-进水口，11-出料口。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

参阅图1，本发明提供了一种连铸结晶器保护渣的制浆工艺，依次包括造浆和水磨，包括以下步骤：

首先将各原材料投入制浆机1中，加水搅拌，使原材料混合均匀，得到料浆；

然后所得料浆以自流方式进入水磨机2中，在所述水磨机中加入钢球，所述料浆以刚好淹没所述钢球为准，采用研磨棒搅动所述钢球撞击，以使料浆中的炭质材料与其它材料发生摩擦碰撞；

最后水磨后的料浆直接进入待喷桶3中，进行喷雾干燥。

实施例1

参阅图2~4，一种连铸结晶器保护渣的制浆工艺，依次采用制浆机和水磨机完成，所采用制浆机的结构如下：所述制浆机包括制浆仓4、驱动机构5和搅拌机构，所述制浆仓的上部设置进料口9和进水口10，下部设置出料口11，所述进水口和出料分别设置流量计，所述制浆仓的任一横截面为正八边形，所述驱动机构设置在所述制浆仓的上部，且与搅拌机构连接，所述搅拌机构包括搅拌轴6和设置在所述搅拌轴端部的搅拌叶轮7，所述搅拌叶轮包括互成120°、沿所述搅拌轴的径向均匀分布的桨叶8，所述桨叶所在平面与所述水平面的夹角为α，且30°≤α≤70°。

参阅图2，该实施例提供了一种制浆机的具体结构，该制浆机的制浆仓4由3段仓体组成，上段401和下段403均为横截面积处处相等的八棱体，中段402为连接上段和下段、且横截面积逐渐缩小的八棱体。基于上述结构，保护渣料在搅拌混合的过程中与制浆仓的内壁摩擦和碰撞更为激烈，力度更大，更有利于炭质材料的分散，及与基料和溶剂的混合。同时，八棱体的结构设计在保证原材料充分混合的前提下，对设备的损耗也处于最佳状态，综合成本最低。同时，本申请在探索阶段也对六棱体制浆机进行了试验，结果表明保护渣混合均匀性以及粒度等方面达不到预期目标，而同时将制浆机设计为更多棱结构，制浆机的制造成本提高，同时混合效果也明显低于八棱制浆机，应用价值显著降低。

本发明所提供的上述制浆仓的顶部横截面面积大于底部横截面面积。除本发明所列出的实施例外，在不脱离本发明意图的前提下，制浆仓还可以设置为多种样式，并不限于本发明所述的三段式。

参阅图3~4，本发明搅拌轴的横截面为圆形，其可以为规则的圆柱体，也可以为自上而下横截面积逐渐减小的棒状体。本发明搅拌叶轮固定在搅拌轴的下端部，与制浆仓底部的距离为10~40厘米。桨叶为高强度薄板，形状为矩形或等腰梯形，当其为等腰梯形时，不相互平行的任一条边与平行边的夹角为80~100°。本实施例中，桨叶设计为等腰梯形，短边为自由端，斜边与平行边的夹角设计为（85°，95°）。

参阅图3~4，搅拌叶轮包括互成120°、以及沿所述搅拌轴的径向均匀分布的桨叶8，所述桨叶所在平面与所述水平面的夹角为α，且30°≤α≤70°。本发明中，桨叶8的自由端801朝向制浆仓的顶部倾斜设置，夹角α可选择30°~70°范围内的任一数值，例如：30°、40°、50°、60°、70°。桨叶的角度设置关系到原材料的离心力度、以及原料之间、原料与制浆仓之间等的碰撞、摩擦和切割力度，关系到制浆机中原料的上翻下压效果，对原材料的混合起到了关键作用。而且实践证明，当桨叶角度设置在30°~70°范围时，混合效果及作业经济性等均明显优于其他设置方式。本实施例夹角α设置为60°。

实施例2

参阅图3~4，一种连铸结晶器保护渣的制浆工艺，依次采用制浆机和水磨机完成，所采用制浆机的结构与实施例1不同的是，其中：

所述桨叶8在所述制浆仓底部的投影长度小于所述制浆仓底部横截面的中心至任一边的垂直距离。

在此种结构下，桨叶可伸入制浆仓的底部作业，使底部的保护渣料上翻实现充分混合。

实施例3

参阅图1，一种连铸结晶器保护渣的制浆工艺，依次采用制浆机和水磨机完成，其中：

所述水磨机与所述制浆机之间的高度差为20~100厘米。

本发明在工艺改进之初，采用压力泵将料浆由制浆机泵送至水磨机，这样无需土建改造或平台支撑，这也是现有保护渣水磨制浆工序的常用方式。而本发明通过将制浆机、水磨及其待喷桶等合理规划后，具体将水磨机与制浆机之间保持20~100毫米的高度差，水磨机的出料口位于待喷桶的上方，不仅节约了电耗，而且土建、平台建设费用最优，设备维护便利，实践效果非常好。

实施例4

参阅图1，一种连铸结晶器保护渣的制浆工艺，包括以下步骤：

1）将各原材料投入制浆机1中，所述原材料的投入量为所述制浆机容量的50%，加水搅拌45分钟，使原材料混合均匀，得到料浆；

2）所得料浆以220kg/min的流量自流进入水磨机2中，在所述水磨机中加入粒径为15mm的钢球，所述料浆以刚好淹没所述钢球为准，采用10根直径为45mm、交叉作业的研磨棒搅动所述钢球撞击，以使料浆中的炭质材料与其它材料发生摩擦碰撞。

该实施例中，原材料加水后的质量百分浓度为65%，即原材料重量与原材料和水总重量的百分比值。

本发明上述各原料包括基料、溶剂和炭质材料，常规基料包括：水泥熟料、硅灰石、石英、玻璃粉等，常规溶剂包括：纯碱、冰晶石、萤石等，，碳质材料包括炭黑、石墨、焦炭等。本领域连铸结晶器保护渣的制浆工艺适用于颗粒渣的制备。

上述各原料在投入制浆机前通常应达到制浆要求，可采用破、粉、磨等预处理方法完成，过100目以上筛网。本申请所指原材料在制浆前均经常规预处理后，过100目以上筛网，不再赘述。

对于本实施例，以20吨制浆机为例，投入制浆机中的原材料总重量为10吨，加水，搅拌45分钟，各原料混合均匀，得到料浆；所得料浆以220kg/min的流量自流进入水磨机中，同时在水磨机中加入900kg、粒径为15mm的钢球，料浆刚好淹没钢球，启动水磨机，水磨机中的研磨棒在电机带动下搅动钢球，使其互相发生撞击，从而使料浆中的炭质材料与基料和溶剂等充分摩擦、碰撞，实现混合。

本申请经制浆工艺混合均匀后的物料均进入待喷桶3中，依次进行喷雾干燥，产品检测，合格品包装，不再赘述。

该实施例所采用的制浆机结构参阅实施例1，不再赘述。

实施例5

参阅图1，一种连铸结晶器保护渣的制浆工艺，包括以下步骤：

1）将各原材料投入制浆机中，所述原材料的投入量为所述制浆机容量的45%，加水搅拌60分钟，使原材料混合均匀，得到料浆；

2）所得料浆以200kg/min的流量自流进入水磨机中，在所述水磨机中加入粒径为12mm的钢球，所述料浆以刚好淹没所述钢球为准，采用10根直径为40mm、交叉作业的研磨棒搅动所述钢球撞击，以使料浆中的炭质材料与其它材料发生摩擦碰撞。

该实施例中，原材料加水后的质量百分浓度为60%，即原材料重量与原材料和水总重量的百分比值。

对于本实施例，以20吨制浆机为例，投入制浆机中的原材料总重量为9吨，加水，搅拌60分钟，各原料混合均匀，得到料浆；所得料浆以200kg/min的流量自流进入水磨机中，同时在水磨机中加入800kg、粒径为12mm的钢球，料浆刚好淹没钢球，启动水磨机，水磨机中的研磨棒在电机带动下搅动钢球，使其互相发生撞击，从而使料浆中的炭质材料与基料和溶剂等充分摩擦、碰撞，实现混合；混合均匀后的物料进入待喷桶3中，备用。

该实施例所采用的制浆机结构参阅实施例1，不再赘述。

实施例6

参阅图1，一种连铸结晶器保护渣的制浆工艺，包括以下步骤：

1）将各原材料投入制浆机中，所述原材料的投入量为所述制浆机容量的55%，加水搅拌80分钟，使原材料混合均匀，得到料浆；

2）所得料浆以240kg/min的流量自流进入水磨机中，在所述水磨机中加入粒径为16mm的钢球，所述料浆以刚好淹没所述钢球为准，采用10根直径为50mm、交叉作业的研磨棒搅动所述钢球撞击，以使料浆中的炭质材料与其它材料发生摩擦碰撞。

该实施例中，原材料加水后的质量百分浓度为70%，即原材料重量与原材料和水总重量的百分比值。

对于本实施例，以20吨制浆机为例，投入制浆机中的原材料总重量为11吨，加水，搅拌80分钟，各原料混合均匀，得到料浆；所得料浆以240kg/min的流量自流进入水磨机中，同时在水磨机中加入1000kg、粒径为16mm的钢球，料浆刚好淹没钢球，启动水磨机，水磨机中的研磨棒在电机带动下搅动钢球，使其互相发生撞击，从而使料浆中的炭质材料与基料和溶剂等充分摩擦、碰撞，实现混合；混合均匀后的物料进入待喷桶3中，备用。

该实施例所采用的制浆机结构参阅实施例1，不再赘述。

对比例1

该实施例连铸结晶器保护渣的制浆工艺，依次采用搅拌机、球磨机、水磨机和制浆机完成，具体包括以下步骤：

1）将各原材料投入搅拌机中搅拌，入球磨机中干磨，得混料；

2）将所述混料送入水磨机中研磨，得到细磨料，其中，水磨机的结构与本发明相同；

3）将细磨料泵送至制浆机中，加水搅拌，使原材料混合均匀，得到料浆。

该实施例中，原材料配方、预处理、加水量及一次投入量与实施例4相同；所采用制浆机的结构与实施例1不同的是：制浆仓的任一横截面为正六边形，为六棱体结构，其余结构同实施例1。

对比例2

该实施例连铸结晶器保护渣的制浆工艺，依次采用制浆机、循环泵和水磨机完成，包括以下步骤：

1）将各原材料投入制浆机中，加水搅拌，使原材料混合均匀，得到料浆；

2）所得料浆采用循环泵泵送至水磨机中研磨，其中，水磨机的结构与本发明相同。

该实施例中，原材料配方、预处理、加水量及一次投入量与实施例4相同；所采用制浆机的结构与实施例1不同的是：制浆仓的任一横截面为圆形，非八棱体结构，其余结构同实施例1。

在该实施例的实际操作中，由于原材料依次经上述制浆机和水磨机后未达到使用要求，故采用循环泵一共循环了3次，即1次循环所得料浆经水磨机水磨后又返回制浆机中进行制浆，再水磨，反复操作，直至满足要求。

效果评价

1）将采用实施例4~6、对比例1~2的连铸结晶器保护渣的制浆工艺所得料浆做如下比较：

量取相同体积、相同配方的料浆，置量筒中，相同条件下，观察分层或沉淀现象，并记录各料浆出现分层或沉淀的时间，如下表：

上述结果显示，实施例4~6所得保护渣的稳定时间可以达到60小时以上；对比例1尽管增加了搅拌及干磨步骤，但是所得保护渣的稳定时间依然小于36小时；对比例2采用了与实施例4~6相同的制浆方式，但是由于制浆机结构限制，一次作业达不到使用要求，反复多次后，所得保护渣尽管符合使用要求，但是稳定时间依然低于48小时，与实施例4~6的效果差异显著。

2）采用实施例4~6、对比例1~2的制浆工艺制备保护渣样品A-1和A-2获得料浆，将相同重量、相同配方的料浆分别过200目筛，记录筛后物（含硅酸盐的絮凝物）的重量，如下表：

筛后物结果显示，相同重量、相同配方的料浆经实施例4~6与对比例1~2的制浆工艺所得保护渣的筛后物重量存在明显的不同。实施例4所得筛后物重量是最少的，即料浆混合的均匀度好，絮凝现象发生较少；而且对样品A-1来说，增加10吨的检测重量（30吨→40吨），筛后物（4.1→5.1）增加了0.9克，保护渣的均一度较高；而对比例1的筛后物重量是实施例4的10倍以上，这与其分层和沉淀发生较快的结果是相符的，而且增加10吨的检测重量后，其筛后物（52→76）增加了24克，说明保护渣的均一度不高。对比例2较对比例1有所改善，但是效果微弱，与实施例4~6相比，差异显著。

3）实施例4~6的制浆工艺相比对比例1节约电耗18.5~19.3%，设备投资增加28.6%，相比对比例2节约电耗33.4~34.2%，设备投资增加15.2%。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。