铁水扒渣用高效能扒渣板的制作方法

本发明涉及铁水扒渣板装置领域，具体涉及一种铁水扒渣用高效能扒渣板。

背景技术：

转炉入炉铁水带渣多，不仅影响钢水成分与杂质含量的精确控制，导致钢水质量波动大，同时熔剂消耗增加、冶炼时间延长，导致生产成本上升、冶炼效率下降；因而，必须尽量减少铁水入炉带渣量。然而，高炉出铁带渣难以避免，尤其是铁水预处理后铁水液面漂浮大量预处理渣，为此，国内外钢铁企业均设置有铁水除渣工艺，控制入炉铁水带渣量。目前，铁水除渣方法主要有机械扒渣法、捞渣法、倒渣法、撇渣法、真空吸渣法和挡板挡渣法等，由于机械扒渣法具有除渣效率高、设备简单、已与操作等优点而被国内外钢铁企业普遍采用。机械扒渣法是通过扒渣板将铁水液面的高炉渣与预处理后的预处理渣进行扒除，具体是装载高炉铁水或预处理后铁水的铁水罐运抵至扒渣工位后，将铁水罐向扒渣方向倾斜一定角度，使铁水液面上的浮渣与铁水罐兑铁嘴最低面基本平齐，但铁水液面高于兑铁嘴最低面，防止铁水外溢，通过扒渣臂前后、上下与左右摆动，将安装固定在扒渣臂上的矩形钢制扒渣板底部浸入铁水，并驱动铁水液面浮渣向兑铁嘴方向运动，最终将浮渣从兑铁嘴扒出落入渣罐；通过反复的扒渣动作，达到控制入炉铁水带渣量的目的。然而，在实际生产的铁水扒渣过程中，由于浮渣与铁水间的粘附力以及扒渣板浸入部分对铁水的驱动力，在浮渣扒除过程中铁水也跟随扒除，因而，铁水随渣扒出问题难以避免，并随着扒渣动作次数和扒渣板浸入铁水深度的增加，扒渣铁损不断增大；由于矩形扒渣板与铁水罐圆形截面的形状差异，铁水罐边缘与后壁区域浮渣难以覆盖；由于矩形扒渣板缺乏对浮渣的包裹限制作用，扒渣过程中浮渣易从扒渣板两侧挤压溢出；由于钢制扒渣板的高温氧化及其在铁水中的高温渗碳熔化，扒渣板下部易氧化熔损，尤其是与铁水接触时间最长的扒渣板底部中心部位，往往使扒渣板底部形成向上凸起的大缺口；由于铁水罐兑铁嘴下凹弧形与矩形扒渣板下边缘直线形结构的关系，在浮渣扒出兑铁嘴时，扒渣板下边缘与兑铁嘴之间存在大缝隙，虽然便于铁水通过缝隙回流至铁水罐，但同时也使浮渣回流，并在回流过程中易冷却凝固，使兑铁嘴渣铁堆积、堵塞，不利于再次扒渣过程中浮渣的扒出，并形成散流，造成铁损增大、浮渣散落等问题，造成兑铁嘴频繁清渣与修补；由于上述种种原因，导致铁水机械扒渣动作次数多，扒渣时间长、扒渣铁损大、扒渣效率低、扒渣板寿命短、运行成本高等不足；此外，扒渣板结构尺寸与铁水罐大小的适应性问题还未进行细致研究，扒渣板设计主要依靠经验设计，导致不同企业之间铁水扒渣关键技术指标差异巨大。同时，因扒渣板重量大、固定机构高温易变形、飞溅渣铁粘连牢固等因素，导致扒渣板更换困难、操作耗时长，严重影响了炼钢生产节奏，制约了预处理工序技术经济指标的改善与炼钢生产效益的发挥。

针对上述问题，国内外学者就如何改善铁水机械扒渣效能开展了大量的工作，尤其是直接驱动浮渣运动的扒渣板，先后从提高扒渣过程中扒渣板的浮渣包裹能力、扒渣板长寿化、降低扒渣铁损等角度发明了形式各样的新型扒渣板，如：中国专利“一种铁水渣扒渣板，授权公告号cn202054847u”公开了一种正面与背面均为球面、底面为外凸圆弧面结构的铸钢扒渣板，提高扒渣板对浮渣的包容量与单次扒渣动作的扒渣量，减少扒渣板底面与铁水罐兑铁嘴下凹面的间隙，防止浮渣与铁水回流过程在兑铁嘴的凝固堆积，同时在扒渣板表面浸涂石墨质涂料，减少扒渣板的渣铁粘接，降低扒渣板氧化烧蚀，达到延长扒渣板寿命的目的，但在实际生产应用中，由于扒渣板表面浸涂石墨质涂料难以有效实施，扒渣板粘渣粘铁与氧化熔损依然严重，导致尺度有限的凸面结构难以维持，并因制作成本问题未能推广应用。中国专利“一种新型铁水扒渣板，授权公告号cn201807734u”公开了一种正面、背面和底面均为圆弧面的铸钢扒渣板，通过扒渣板内部布置有气体冷却通道实现扒渣过程中扒渣板的在线冷却，降低扒渣板的高温氧化与熔蚀，达到延长扒渣板寿命的目的，但势必导致扒渣铁水温降的增大，影响铁水扒渣综合效益，同时，扒渣板冷却通道一旦烧蚀必须更换，影响生产节奏。中国专利“铁水包扒渣板，授权公告号cn202317003u”公开了一种主体钢板表面浇注有耐火材料层的扒渣板，其中，主体钢板背面设置有两根垂直的加强筋板，加强筋板包裹在耐火材料层中，保证扒渣板扒渣过程不弯曲变形，包裹厚度为20～40mm的耐火材料层，实现对主体钢板的保护，达到延长扒渣板使用寿命、降低扒渣板更换劳动强度与生产成本的目的。中国专利“一种铁水扒渣板，授权公告号cn207655909u”公开了一种包括扒渣板本体、扒渣附板的扒渣板，其中，扒渣板本体中心线上端开设有矩形销孔，实现扒渣板与扒渣臂的销钉快速连接，缩短扒渣板的更换时间；扒渣板本体下端设置对称圆弧，底部设置与铁水罐口形状一致的矩形扒渣附板，并在附板增设截面为三角形的挡渣板，使扒渣板与铁水罐兑铁口配合紧密，防止浮渣回流，并在扒渣板本体上开设若干个呈阶梯分布的溢铁孔、挡渣板上开若干个铁水回流孔，实现扒渣过程中的铁水回流罐内，大大提高扒渣效率、减少扒渣铁损、降低扒渣成本的目的。中国专利“扒渣机上的扒渣手，授权公告号cn202606850u”公开了一种包括连接头的扒渣板，其中，扒渣板端部为锯齿状，扒渣板两侧设置有角板，在浮渣扒出过程中铁水沿锯齿缝隙和角板斜面回流，实现渣铁分离；扒渣板外设置有耐火材料层，可采用电熔莫来石、微晶莫来石或铝矾土质浇注料制备，使金属主板不与铁水接触，延长扒渣板使用寿命。中国专利“一种铁水包用扒渣头，授权公告号cn206047078u”公开了一种由50～80mm耐火材料层包裹簸箕状钢板下部的扒渣板，扒渣头总宽度为300～800mm，总高度为600～1300mm，耐火材料层高度为300～800mm；其中，包裹耐火材料层的钢板开设有20～40mm的圆孔，圆孔分布间距为50～80mm，设置有v形或y形金属锚固件，锚固件分布间距为50～100mm，锚固件材料为圆钢或螺纹钢，高度30～40mm，直径为3～5mm，从而强化了耐火材料层与钢板的结合强度，减少了铁水高温对钢板的熔损变形的影响，达到延长扒渣头使用寿命的目的。上述三个专利均采取了在金属主板表面覆盖耐火材料层的措施，实现了耐火材料层对金属主板的高温保护，但如何保证耐火材料层在使用过程中的结构稳定性，实现耐火材料层对金属主板的可靠保护却未阐述，尤其是金属主板与耐火材料层因材质不同的内应力问题，若解决不好势必导致扒渣板耐火材料层结构破损，扒渣过程中扒渣板与铁水罐相对位置关系的视觉错误，导致操控困难、扒渣效能急剧降低，甚至出现扒渣板与铁水罐壁的撞击破损；此外，扒渣板上的溢铁孔与铁水回流梳齿结构设计，虽然理论上能够实现扒渣板内铁水的回流，但扒渣过程中严重的粘渣粘铁难以扒渣铁水回流通道的畅通，同时下部梳齿结构大大降低了扒渣板的抗磨损能力，导致扒渣板与铁水罐兑铁口形状匹配度下降，扒渣效率将进一步降低。同时，目前国内钢铁企业还未将铁水扒渣作为一项核心关键技术来对待，认为铁水扒渣只是一项凭经验操作的工作，导致铁水扒渣过程中相关操作参数、结构参数以及铁水罐与扒渣板间的结构尺寸匹配关系对铁水与浮渣的运行规律的影响未能系统研究，这也是为什么相关专利与文献资料之中未能实际上述核心内容而只涉及扒渣板的主要原因。

综上所述，虽然在扒渣板结构、扒渣板构成与扒渣板制备材料等方面开展了大量探索，提出了铁水扒渣的改进发展方向，并制定了系列改进措施，但相关改进措施距离实际生产要求仍有较大的差距，仍需自实际生产中不断改进与提升。基于铁水扒渣的实际生产需求，通过对铁水扒渣工艺过程的分析，认为还需开展如下方面的研究与改进工作，即：提高单次扒渣量降低扒渣动作次数，防止扒渣板熔蚀破损延长使用寿命，优化扒渣板与铁水罐结构尺寸匹配关系提高扒渣覆盖率，提高扒渣板与铁水罐兑铁口形状匹配度较少底部漏渣堆积，增强扒渣板外形结构保持能力提高扒渣稳定性等，最终达到提高扒渣效率、降低扒渣铁损、延长扒渣板使用寿命、显著改善铁水扒渣技术经济指标的目的。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种寿命长、扒渣铁损低、扒渣时间短的铁水扒渣用高效能扒渣板。

为实现上述目的，本发明所设计的铁水扒渣用高效能扒渣板，包括连接部和工作部；所述工作部包括左侧板、中间板和右侧板，所述左侧板和所述右侧板沿所述中间板的中心线对称分布且所述左侧板与所述中间板的夹角、所述右侧板与所述中间板的夹角均为120°～160°；

所述工作部总厚度h为75～100mm，所述工作部总宽度a与铁水罐罐口直径d之比为0.2～0.3，所述工作部总高度b与总宽度a之比为0.55～0.75；所述中间板宽度a1与所述工作部总宽度a之比为0.5～0.8。

进一步地，所述左侧板、所述中间板和所述右侧板均包括金属板、开设在所述金属板上且呈错排均匀布置的通孔、焊接在所述金属板上的金属锚固件及耐火材料衬，其中，金属锚固件包括v形锚固件和双v形锚固件，所述v形锚固件和所述双v形锚固件交替且均匀焊接在所述金属板的前后表面和两侧面。

进一步地，所述连接部为上端开设有连接销孔的连接部金属板，所述连接部金属板、所述左侧板的金属板、所述中间板的金属板和所述右侧板的金属板的厚度和高度b均相等，且厚度为18～30mm，高度b与工作部总高度b之比为0.2～0.4。

进一步地，所述v形锚固件的高度与所述耐火材料衬的厚度之比、所述双v形锚固件的高度与所述耐火材料衬的厚度之比相等均为1:2～3:4，所述v形锚固件和所述双v形锚固件的v形夹角相等均为30～60°。

进一步地，所述v形锚固件与所述双v形锚固件间隔距离均为40～100mm；所述金属板的厚度为15～25mm，所述通孔直径为35～55mm。

进一步地，所述左侧板的上下两个外角和所述右侧板的上下两个外角均为向中间板方向倒圆弧角，倒圆弧角的圆弧半径r与工作部总宽度a之比为0.2～0.4。

进一步地，所述左侧板的上下两个外角和所述右侧板的上下两个外角均为倒斜边角，倒斜边角的斜角β为20°～50。

进一步地，所述工作部的底面上沿底面向下成型有若干个梳齿形结构，所述梳齿形结构为上大下小的锥体结构，锥体结构的高度为100～200mm，相邻两梳齿形结构之间的间距为50～100mm。

进一步地，所述耐火材料衬采用耐火浇注料整体浇注制备，耐火浇注料包括耐火主料和添加剂，耐火主料的原料按重量百分比包括：普通电熔莫来石40～50％、高纯电熔莫来石15～25％、红柱石10～15％、板状刚玉细粉5～10％、纯铝酸钙水泥4～6％，硅微粉3～5％，α-al2o3微粉4～6％，耐热钢纤维1～3％，添加剂的原料包括六偏磷酸钠、fs20减水剂及聚丙烯或聚乙烯防爆纤维，其中，六偏磷酸钠重量占耐火主料重量之和的0.1～0.2％、fs20减水剂重量占耐火主料重量之和的0.05～0.1％、聚丙烯或聚乙烯防爆纤维重量占耐火主料重量之和的0.05～0.1％；

3mm＜粒度≤5mm的普通电熔莫来石占普通电熔莫来石总重量的50～60％、1mm＜粒度≤3mm的普通电熔莫来石占普通电熔莫来石总重量的40～50％；0.088＜粒度≤1mm的高纯电熔莫来石占高纯电熔莫来石总重量的60～75％、粒度≤0.088mm的高纯电熔莫来石占高纯电熔莫来石总重量的25～40％；1＜粒度≤3mm的红柱石占红柱石总重量的30～60％、0.088＜粒度≤1mm的红柱石占红柱石总重量的40～70％；板状刚玉细粉粒度≤0.044mm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过扒渣板结构尺寸与铁水罐结构尺寸的匹配设计、扒渣板“马鞍”结构设置与“马鞍”结构尺寸优化等，能够达到提高扒渣效率、降低扒渣铁损、缩短扒渣时间、减少扒渣次数、延长扒渣板使用寿命等改善铁水扒渣综合技术经济制备的目的。

附图说明

图1为本发明一种铁水扒渣用高效能扒渣板的主视示意图；

图2为图1的a-a剖面示意图；

图3为图2的b-b剖面示意图；

图4为图1的内部结构示意图；

图5为本发明另一种铁水扒渣用高效能扒渣板的主视示意图；

图6为图5的c-c剖面示意图；

图7为图5的内部结构示意图；

图8为图1中工作部的另一种结构示意图。

图中各部件标号如下：连接部1(其中：连接销孔1.1)、工作部2、左侧板3、中间板4、右侧板5、金属板6、通孔7、v形锚固件8、双v形锚固件9、耐火材料衬10、梳齿形结构11。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2及图3所示的一种铁水扒渣用高效能扒渣板，包括连接部1和工作部2。其中，工作部2包括左侧板3、中间板4和右侧板5，左侧板3和右侧板5沿中间板4的中心线对称分布且左侧板3与中间板4的夹角、右侧板5与中间板4的夹角均为120°～160°从而形成“马鞍”结构，“马鞍”结构开口方向朝向铁水罐兑铁嘴方向；工作部2总厚度h为75～100mm，工作部2总宽度a与铁水罐罐口直径d之比为0.2～0.3(优选为0.25)，工作部2总高度b与总宽度a之比为0.55～0.75(优选为0.6)；中间板4宽度a1与工作部2总宽度a之比为0.5～0.8(优选0.65)，左侧板3的上下两个外角和右侧板5的上下两个外角均为向中间板方向倒圆弧角，倒圆弧角的圆弧半径r与工作部2总宽度a之比为0.2～0.4(优选0.3)，或者左侧板的上下两个外角和右侧板5的上下两个外角均为倒斜边角，倒斜边角的斜角β为20°～50(如图5、6、7所示)。

另外，结合图4所示，左侧板3、中间板4和右侧板5均包括金属板6、开设在金属板6上且呈错排均匀布置的通孔7、焊接在金属板6上的金属锚固件及耐火材料衬10，其中，金属锚固件包括v形锚固件8和双v形锚固件9，v形锚固件8和双v形锚固件9交替且均匀焊接在金属板6的前后表面和两侧面，且v形锚固件8与双v形锚固件9间隔距离均为40～100mm；金属板6的厚度为15～25mm、通孔7直径为35～55mm，金属板6和金属锚固件由耐火材料衬10完全包裹，通过金属板6上分布的通孔7和v形锚固件8与双v形锚固件9与金属板6紧密结合。

连接部1为上端开设有连接销孔1.1的连接部金属板，该连接部金属板与中间板的金属板6一体加工制备，也可与中间板的金属板6焊接连接制备，连接部金属板、左侧板的金属板6、中间板的金属板6和右侧板的金属板6的厚度和高度b均相等，且厚度为18～30mm，高度b与工作部总高度b之比为0.2～0.4(优选为0.3)。

v形锚固件8的高度与耐火材料衬10的厚度之比、双v形锚固件9的高度与耐火材料衬10的厚度之比相等均为1:2～3:4，v形锚固件8和双v形锚固件9的v形夹角相等均为30～60°，采用直径为2.5～4.5mm的螺纹钢筋、盘条或耐热金属丝制备。

本实施例中，耐火材料衬10采用耐火浇注料整体浇注制备，耐火浇注料包括耐火主料和添加剂，耐火主料的原料按重量百分比包括：普通电熔莫来石40～50％、高纯电熔莫来石15～25％、红柱石10～15％、板状刚玉细粉5～10％、纯铝酸钙水泥4～6％，硅微粉3～5％，α-al2o3微粉4～6％，耐热钢纤维1～3％，添加剂的原料包括六偏磷酸钠、fs20减水剂及聚丙烯或聚乙烯防爆纤维，其中，六偏磷酸钠重量占耐火主料重量之和的0.1～0.2％、fs20减水剂重量占耐火主料重量之和的0.05～0.1％、聚丙烯或聚乙烯防爆纤维重量占耐火主料重量之和的0.05～0.1％。

3mm＜粒度≤5mm的普通电熔莫来石占普通电熔莫来石总重量的50～60％、1mm＜粒度≤3mm的普通电熔莫来石占普通电熔莫来石总重量的40～50％；0.088＜粒度≤1mm的高纯电熔莫来石占高纯电熔莫来石总重量的60～75％、粒度≤0.088mm的高纯电熔莫来石占高纯电熔莫来石总重量的25～40％；1＜粒度≤3mm的红柱石占红柱石总重量的30～60％、0.088＜粒度≤1mm的红柱石占红柱石总重量的40～70％；板状刚玉细粉粒度≤0.044mm。

工作部2的底面可以是平面，也可以沿底面向下成型有若干个梳齿形结构11(如图8所示)，梳齿形结构11为上大下小的锥体结构，高度为100～200mm、相邻两梳齿形结构11之间的空隙间距为50～100mm。

通过扒渣板的左侧板、中间板和右侧板组成的“马鞍”结构设计以及夹角优化，提高了铁水扒渣过程中扒渣板“马鞍”结构的扒渣容渣能力，减少了扒渣过程中渣滓从扒渣板两侧挤压溢出回流到铁水罐，提高单次扒渣动作的扒渣量20％；通过扒渣板工作部底面的梳齿结构设计，便于扒渣板内包裹的铁水从梳齿间回流到铁水罐，降低扒渣铁损，通过梳齿结构尺寸的优化，提高梳齿强度与使用寿命，保证铁水回流畅通；通过基于铁水罐罐口尺寸的扒渣板结构尺寸优化设计，增强了扒渣板与铁水罐的结构尺寸匹配度，在保证了扒渣操作顺利的同时，提高扒渣板铁水液面渣滓的单次扒渣覆盖率50％，减少铁水扒渣动作次数，缩短扒渣时间。通过扒渣板四个外角为圆弧倒角或斜边倒角的结构设计与倒角结构尺寸优化，提高了扒渣板底部与铁水罐兑铁嘴流道形状的匹配度，防止铁水罐兑铁嘴流道内渣滓的冷凝堆积，提高兑铁嘴形状保持能力，满足了铁水罐小修清渣周期内罐嘴形状维持和扒渣操作稳定的生产要求；同时，降低了扒渣过程中扒渣板上部边角与罐壁间的碰撞，减少了扒渣过程中扒渣板与铁水罐壁的机械碰撞破损，延长扒渣板与铁水罐使用寿命，并方便了扒渣的操作控制，提高了扒渣操作的稳定性与可靠性。

通过金属板开设有错排均匀分布通孔的结构设计与通孔尺寸的优化，保证了耐火材料衬浇注成型的顺利实施与金属板通孔的密实填充，提高了扒渣板工作部的强度与刚度，减轻了扒渣板重量，便于扒渣操作使用，扩大了金属板与耐火材料衬的结合表面积，提高工作部的综合整体性与结构稳定性，延长扒渣板使用寿命；

通过扒渣板的耐火材料衬包裹金属板结构设计，由金属板结构扒渣板工作部的结构强度与结构外形，耐火材料衬提供抗高温、抗侵蚀功能，实现了扒渣板整体功能在复合体部件上的分解担当，避免了金属扒渣板的高温变形、渗碳熔化、高温氧化以及渣铁冷凝熔焊粘结等，铁水渗碳避免工作部金属芯与高位铁水与浮渣的直接接触，提高了扒渣板结构形状的保持和稳定扒渣综合性能的能力，延长扒渣板使用寿命，通过扒渣板的结构尺寸优化设计，保证了扒渣板灵活的操控性能与视觉效果，进一步提高扒渣效率；

通过耐火材料衬结构尺寸以及v形锚固件与双v形锚固件布置方式和结构尺寸设计，强化了耐火材料衬与金属板的结合以及界面结构应力缓解能力，延缓耐火材料衬的破损进程，提高扒渣板使用寿命。通过扒渣板“马鞍”结构底面的锥形梳齿结构设计与结构尺寸优化，实现了扒渣过程中扒渣板底部铁水顺利回流至铁水罐，而浮渣被梳篦扒出铁水罐，降低扒渣铁损，改善铁水扒渣技术经济指标。

本发明通过扒渣板耐火材料衬用耐火浇注料原材料组成优化，利用热膨胀系数小的莫来石降低浇注料热机械应力，利用高温相变膨胀的红柱石膨胀裂纹吸收热机械应力，达到提高耐火材料衬的热震稳定性，减缓热应力裂纹的形成于发展，防止铁水与熔渣裂纹渗透粘连；通过刚玉细粉、α-al2o3微粉、硅微粉等的利用，提高耐火材料浇注料的流变性和耐火材料衬的密实性与高温理化性能，降低扒渣过程中铁水渣的粘附，利用钢纤维的增强增韧功能，提高耐火材料衬抗热机械搅拌应力冲击和机械撞击损毁能力，保证扒渣板的结构稳定性；通过耐火材料配方设计，实现了耐火材料衬与铁水渣滓间热膨胀性能差异，便于扒渣板表面粘渣在每次扒渣动作的冷热交替过程中热应力剥落，保证扒渣板的结构完整性，避免粘渣机械打渣清理带来的机械损伤与损毁，增强扒渣板的抗高温物理化学损毁的能力，延长扒渣板使用寿命，增强扒渣板使用性能的稳定性；

通过工业性对比试验，与常规金属直板扒渣板相比，本发明扒渣板扒渣操作顺利，扒渣时间缩短33％，扒渣铁损减少25％，扒渣板寿命延长30～50倍，扒渣板粘渣单次清理时间缩短50％以上。

综上所述，本发明通过扒渣板结构尺寸与铁水罐结构尺寸的匹配设计、扒渣板“马鞍”结构设置与“马鞍”结构尺寸优化等，能够达到提高扒渣效率、降低扒渣铁损、缩短扒渣时间、减少扒渣次数、延长扒渣板使用寿命等改善铁水扒渣综合技术经济制备的目的。