專利名稱：Rh精煉爐及其插入管和制備方法
技術領域：
本發明涉及冶金生產的爐外精煉技術領域，更具體地講，涉及一種RH精煉爐(gp，真空循環脫氣精煉爐，簡稱為RH爐)及其插入管和制備方法。
背景技術：
1957年德國蒂森鋼鐵公司發明真空循環脫氣一 RH法，隨后的七十年代和八十年代，日本先后開發了 RH-OB法、RH-KTB法以及RH-PB法，不斷完善RH的精煉功能。隨著RH精煉鋼種的不斷擴大，確立了其在爐外精煉中的主導地位。國內外多數鋼廠均配置了 RH精煉裝置，使用過程中RH插入管使用條件苛刻，尤其是外層澆注料容易損毀，直接影響RH插入管的使用壽命和精煉設備的生產效率。在RH處理過程中，插入管下部經受急冷急熱的熱沖擊使裂紋產生，然后裂紋擴展惡化高溫性能，導致開裂剝落的發生。中部與熔渣作用出現侵蝕和滲透，降低其使用壽命。專利文獻CN200810229738.X通過改變真空循環脫氣插入管錨爪的分布形式，消除插入管不同方向產生的應力，防止剛玉澆注料形成裂紋；同時實施在線熱噴補與鋼水頂渣熱補相結合的修補方法，實現插入管壽命的提高。專利CN201110441219.1引入致密剛玉，開發了一種無水泥結合的RH真空爐用插入管剛玉質澆注料，使用壽命在80次左右。專利文獻CN102503449A為了解決現有澆注料抗渣侵蝕性能及抗熱震性差，耐材掛渣嚴重的問題，提供一種包括骨料及基質材料組成的混合料、以及添加劑的澆注料，所述基質材料中含有重量百分比為7.5-23.5% SiC0專利CN101475385與目前使用的剛玉質澆注料不同，提供了一種電熔鋯剛玉質的澆注料用于插入管，有效地提高了抗渣侵和滲透，但存在成本偏聞的不足。然而，上述技術均 未完全解決因插入管下部經受急冷急熱的熱沖擊使裂紋產生，然后裂紋擴展惡化高溫性能，導致澆注層開裂剝落的問題。

發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的之一在于提供一種能夠具有良好的抗熱震和抗渣侵性能的RH精煉爐及其插入管和制備方法。本發明的一方面提供了一種RH精煉爐的插入管，所述插入管包括筒狀鋼結構、砌筑在所述鋼結構內壁上的耐火磚以及形成在鋼結構外壁上的澆注層，所述澆注層包括彼此接觸的下澆注層和上澆注層，其中，所述上澆注層在進行真空循環脫氣精煉時不與鋼水接觸；所述下澆注層在進行真空循環脫氣精煉時與鋼水接觸，并且按重量百分比計，所述下澆注層由與所述上澆注層的成分相同的成分以及1.0% 4.0%的納米二氧化鋯粉和2.0%
5.0%的氧化鋁空心球組成。在本發明的RH精煉爐的插入管的一個示例性實施例中，所述上澆注層含有
3.0% 5.0%的鎂鉻磚細粉。本發明的另一方面提供了一種RH精煉爐的插入管的制備方法，所述制備方法包括以下步驟:形成筒狀鋼結構；在所述鋼結構內壁上砌筑耐火磚；在鋼結構外壁上澆注形成彼此接觸的下澆注層和上澆注層，其中，所述上澆注層在進行真空循環脫氣精煉時不與鋼水接觸；所述下澆注層在進行真空循環脫氣精煉時與鋼水接觸，并且按重量百分比計，所述下澆注層由與所述上澆注層的成分相同的成分以及1.0% 4.0%的納米二氧化鋯粉和
2.0% 5.0%的氧化鋁空心球組成。在本發明的RH精煉爐的插入管的制備方法的一個示例性實施例中，所述形成彼此接觸的下澆注層和上澆注層的步驟包括以下步驟:按照下澆注層和上澆注層的成分進行配料，形成用于下澆注層的第一混合料和用于上澆注層的第二混合料；對所述第一混合料進行第一次混練，然后加入占第一混合料重量的5% 6%的水后進行第二次混練，對所述第二混合料進行第一次混練，然后加入占第二混合料重量的5% 6%的水后進行第二次混練；使用模具澆注形成下澆注層和上澆注層，并且在使用模具進行澆注的同時進行振動。優選地，第一次混練和第二次混練的時間均為3 5min。本發明的又一方面提供了一種RH精煉爐。所述RH精煉爐包括用于鋼水冶金反應的真空槽、用于向所述真空槽提供動力的真空系統和設置在所述真空槽下方的具有上述結構的插入管。與現有技術相比，本發明的有益效果包括:具有良好的抗熱震性能；能夠延長插入管的使用壽命；此外，還能夠減小渣線部位的渣侵和粘渣。
具體實施例方式
在下文中，將結合示例性實施例來詳細說明本發明的RH精煉爐及其插入管和制備方法。根據本發明的一方面提供了一種RH精煉爐的插入管。所述插入管包括筒狀鋼結構(例如，為了方便連接和維修，所述筒狀鋼結構的上部可以設置有法蘭)、砌筑在所述鋼結構內壁上的耐火磚以及形成在鋼結構外壁上的澆注層。所述澆注層包括彼此接觸的下澆注層和上澆注層，其中，所述上澆注層在進行真空循環脫氣精煉時不與鋼水接觸；所述下澆注層在進行真空循環脫氣精煉時與鋼水接觸，并且按重量百分比計，所述下澆注層由與所述上澆注層的成分相同的成分以及1.0% 4.0%的納米二氧化鋯粉和2.0% 5.0%的氧化鋁空心球組成。也就是說，所述下澆注層可以由1.0% 4.0%的納米二氧化鋯粉、2.0% 5.0%的氧化鋁空心球以及余量的上澆注層的物料組成。發明人根據插入管澆注料層不同部位損毀方式的不同，對澆注層與鋼水接觸部位(即，下澆注層)和澆注層不與鋼水接觸部位(即，上澆注層)的成分進行了區別設置，從而形成了澆注層的組成呈梯度變化的RH精煉爐用插入管。在下澆注層中添加納米二氧化鋯粉和氧化鋁空心球所起到的技術效果包括:能夠利用納米二氧化鋯的增韌機理和氧化鋁空心球的保溫作用，從而有效地增強了插入管在RH間隙處理過程中熱沖擊耐受性能，有效地抑制裂紋的形成以及延緩裂紋擴展產生的損毀。也就是說，本發明的插入管設置有組成和高溫性能呈梯度變化的澆注層，從而其具有良好的抗熱震性能以及更長久的使用壽命。在本發明的RH精煉爐的插入管的一個示例性實施例中，所述上澆注層含有
3.0% 5.0%的鎂鉻磚細粉。在上澆注層中添加3.0% 5.0%的鎂鉻磚細粉(如直接結合鎂鉻磚、熔鑄鎂鉻磚)或者鉻剛玉細粉，能夠利用提高上澆注層的抗渣侵能力，并且能夠降低渣線位置澆注料的熔損。優選地，上述鎂鉻磚粉為廢棄鎂鉻磚經過再生處理(例如，去除廢棄直接結合鎂鉻磚中被渣侵蝕的部分)后獲得的鎂鉻磚細粉或者鉻剛玉細粉。這樣有利于回收利用廢棄的鎂鉻磚或者鉻剛玉制品。在本發明的RH精煉爐的插入管的另一個示例性實施例中，所述納米二氧化鋯粉的粒徑為30nm IOOnm,所述氧化招空心球的粒徑為Imm 4mm,從而能夠確保所形成的下澆注料具有良好的高溫性能，并且使下澆注料在澆注時能夠具有良好的流動性。此外，在本發明的RH精煉爐的插入管的另一個示例性實施例中，為了能夠使澆注料層與筒狀鋼結構牢固地結合，筒狀鋼結構的外壁上可以設置有沿不同方向的貓爪，例如，貓爪的材質可以為20g鋼筋,長度可以為60 70mm。此外，在本發明的RH精 煉爐的插入管的另一個示例性實施例中，為了能夠將筒狀鋼結構方便地安裝在RH精煉爐的真空槽下部，筒狀鋼結構的上部可以設置有法蘭。根據本發明另一方面提供了一種RH精煉爐的插入管的制備方法。所述制備方法包括以下步驟:形成筒狀鋼結構；在所述鋼結構內壁上砌筑耐火磚；在鋼結構外壁上澆注形成彼此接觸的下澆注層和上澆注層，其中，所述上澆注層在進行真空循環脫氣精煉時不與鋼水接觸；所述下澆注層在進行真空循環脫氣精煉時與鋼水接觸，并且按重量百分比計，所述下澆注層由與所述上澆注層的成分相同的成分以及1.0% 4.0%的納米二氧化鋯粉和
2.0% 5.0%的氧化鋁空心球組成。這里，所述耐火磚可以為鎂鉻磚，并且在鎂鉻磚與鋼結構內壁的間隙之間可以填充有常用澆注料。在本發明的RH精煉爐的插入管的制備方法的一個優選的示例性實施例中，所述形成彼此接觸的下澆注層和上澆注層的步驟包括以下步驟:按照下澆注層和上澆注層的成分進行配料，形成用于下澆注層的第一混合料和用于上澆注層的第二混合料；對所述第一混合料進行第一次混練，然后加入占第一混合料重量的5% 6%的水后進行第二次混練，對所述第二混合料進行第一次混練，然后加入占第二混合料重量的5% 6%的水后進行第二次混練；使用模具澆注形成下澆注層和上澆注層，并且在使用模具進行澆注的同時進行振動。優選地，第一次混練和第二次混練的時間均為3 5min。根據本發明又一方面提供了一種RH精煉爐。所述RH精煉爐包括用于鋼水冶金反應的真空槽、用于向所述真空槽提供動力的真空系統和設置在所述真空槽下方的插入管，并且該插入管具有如上的結構。下面結合具體的示例來說明本發明的RH精煉爐及其插入管和制備方法的示例性實施例。在該示例性實施例中，澆注層以氧化鋁為主要材質。上部帶法蘭的筒狀鋼結構材質采用20g，厚度為25 30mm。貓爪材質為20g鋼筋，長度為60 70mm，按一定角度分布在鋼結構的各個方向。鎂鉻磚砌筑在鋼結構內壁上，鎂鉻磚中Cr2O3含量為24wt% 30wt%。澆注層以氧化鋁為基材。具體來講，澆注層按以下組成配料:(I)與鋼水接觸澆注料(即下澆注料)的組成5mm IOmm 白剛玉占 16wt% 18wt%, 3mm 5mm 白剛玉占 20wt% 25wt%, Omm 3mm白剛玉占23wt% 30wt%,小于0.074mm白剛玉細粉占18wt% 25wt%, α -氧化招粉占4wt% 8wt%，二氧化硅微粉占2wt% 3wt%，鋁酸鈣水泥(優選地，為70牌號以上的鋁酸鈣水泥)占1.5wt% 2.0wt%,納米二氧化錯粉占lwt% 4wt%,氧化招空心球占2wt% 5wt%,外加減水劑0.1 0.2wt%,不鎊鋼纖維lwt% 1.5wt%。(2)其余部分澆注料(即上澆注料)的組成5mm 8mm 白剛玉占 17wt% 20wt%, 3mm 5mm 白剛玉占 20wt% 25wt%, Omm 3mm白剛玉占23wt% 28wt%,小于0.074mm白剛玉細粉占18wt% 25wt%, α -氧化招粉占4wt% 8wt%，二氧化硅微粉占2wt% 3wt%，鋁酸鈣水泥(優選地，為70牌號以上的鋁酸鈣水泥)占1.5wt% 2.0wt%,再生處理的直接結合鎂鉻磚細粉占3wt% 5wt%，外加減水劑
0.1 0.2wt%，不銹鋼纖維lwt% 1.5wt%。減水劑可以為聚磷酸鹽、聚羧酸或分散氧化鋁系高效減水劑中的一種或多種。其中，白剛玉化學成分可以為=Al2O3彡98wt%, SiO2 < 0.5wt%, FeO < 0.5wt% ;氧化招空心球的直徑優選地在Imm 4mm之間；二氧化錯粉的粒徑優選地在30nm IOOnm之間；再生處理后的直接結合鎂鉻磚細粉小于0.074mm，化學成分滿足:Mg0>70wt%，Cr203>20wt%。澆注前，分別按上述(I)和(2)進行配料，然后依次稱取適量的配料(I)和配料
(2),分別混練3 5min,加6wt%的水混3 5min。燒注時,先將混好的配料(I)倒入模具內，振動30s后倒入混好的配料(2),振動Imin 2min成型。24h后脫模,養護24h 48h,干燥后選取最高干燥溫度40(TC處理55h，插入管通過法蘭與真空室連接，然后進行在線烘烤24h，溫度不低于1000°C。上述示例形成的RH精煉爐的插入管具有良好的抗熱震性能，能夠減小渣線部位的渣侵和粘渣，并且能夠延長插入管的使用壽命。例如，插入管的使用壽命可達100次以上。此外，可對上述示例性實施例中的上澆注料的成分和粒度級配進行調整。例如，上述示例性實施例中的白剛玉也可適當用致密剛玉粉代替。上述示例性實施例中的上澆注料也可包括適量的鋁鎂尖晶石細粉、氧化鎂細粉等。上述示例性實施例中的鋁酸鈣水泥作為結合劑，也可采用水合氧化鋁微粉替代。盡管上面已經結合 示例性實施例描述了本發明，但是本領域普通技術人員應該清楚，在不脫離權利要求的精神和范圍的情況下，可以對上述實施例進行各種修改。
權利要求
1.一種RH精煉爐的插入管，所述插入管包括筒狀鋼結構、砌筑在所述鋼結構內壁上的耐火磚以及形成在鋼結構外壁上的澆注層，其特征在于，所述澆注層包括彼此接觸的下澆注層和上澆注層，其中， 所述上澆注層在進行真空循環脫氣精煉時不與鋼水接觸； 所述下澆注層在進行真空循環脫氣精煉時與鋼水接觸，并且按重量百分比計，所述下澆注層由與所述上澆注層的成分相同的成分以及1.0 % 4.0 %的納米二氧化鋯粉和2.0% 5.0 %的氧化鋁空心球組成。
2.根據權利要求1所述的RH精煉爐的插入管，其特征在于，所述上澆注層含有3.0% 5.0 %的鎂鉻磚細粉或者鉻剛玉細粉。
3.根據權利要求1所述的RH精煉爐的插入管，其特征在于，所述納米二氧化鋯粉的粒徑為30nm IOOnm,所述氧化招空心球的粒徑為Imm 4mm。
4.一種RH精煉爐的插入管的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟: 形成筒狀鋼結構； 在所述鋼結構內壁上砌筑 耐火磚； 在鋼結構外壁上澆注形成彼此接觸的下澆注層和上澆注層， 其中，所述上澆注層在進行真空循環脫氣精煉時不與鋼水接觸； 所述下澆注層在進行真空循環脫氣精煉時與鋼水接觸，并且按重量百分比計，所述下澆注層由與所述上澆注層的成分相同的成分以及1.0 % 4.0 %的納米二氧化鋯粉和2.0% 5.0 %的氧化鋁空心球組成。
5.根據權利要求4所述的RH精煉爐的插入管的制備方法，其特征在于，所述上澆注層含有3.0% 5.0 %的鎂鉻磚細粉。
6.根據權利要求1所述的RH精煉爐的插入管的制備方法，其特征在于，所述納米二氧化錯粉的粒徑為30nm IOOnm,所述氧化招空心球的粒徑為Imm 4mm。
7.根據權利要求4至6中任意一項所述的RH精煉爐的插入管的制備方法，其特征在于，所述形成彼此接觸的下澆注層和上澆注層的步驟包括以下步驟: 按照下澆注層和上澆注層的成分進行配料，形成用于下澆注層的第一混合料和用于上澆注層的第二混合料； 對所述第一混合料進行第一次混練，然后加入占第一混合料重量的5% 6%的水后進行第二次混練，對所述第二混合料進行第一次混練，然后加入占第二混合料重量的5% 6%的水后進行第二次混練； 使用模具澆注形成下澆注層和上澆注層，并且在使用模具進行澆注的同時進行振動。
8.根據權利要求7所述的RH精煉爐的插入管的制備方法，其特征在于，所述第一次混練和第二次混練的時間均為3 5min。
9.一種RH精煉爐，包括用于鋼水冶金反應的真空槽、用于向所述真空槽提供動力的真空系統和設置在所述真空槽下方的插入管，其特征在于，所述插入管為權利要求1至3中任意一項所述的插入管。
全文摘要
本發明提供了一種RH精煉爐及其插入管和制備方法。所述插入管包括筒狀鋼結構、砌筑在所述鋼結構內壁上的耐火磚以及形成在鋼結構外壁上的澆注層，該澆注層包括彼此接觸的下澆注層和上澆注層，其中，上澆注層在進行真空循環脫氣精煉時不與鋼水接觸；下澆注層在進行真空循環脫氣精煉時與鋼水接觸，下澆注層由1.0％～4.0％的納米二氧化鋯粉和2.0％～5.0％的氧化鋁空心球以及余量的與上澆注層的成分相同的成分組成。本發明的插入管具有組成和高溫性能呈梯度變化的澆注層，從而其具有良好的抗熱震性能以及更長久的使用壽命。
文檔編號C21C7/10GK103114178SQ20131007063
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月6日 優先權日2013年3月6日
發明者李龍, 陳永, 陳天明, 陳煉, 李揚洲, 李桂軍, 楊森祥, 王軍, 杜利華 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司