一种炼铁高炉钢砖铸造设备及其钢砖制备方法

摘要

本发明涉及冶金装备制造技术领域，尤其涉及一种炼铁高炉钢砖铸造设备及其钢砖制备方法。包括钢砖外模、内冷铁、冒口、漏斗口和工艺支撑孔，所述钢砖外模别与冒口和漏斗口连通，钢砖外模上连接内冷铁，钢砖外模上开设工艺支撑孔。本发明通过设置工艺支撑孔，可以有效的解决型腔砂芯难固定的问题，减少了砂芯偏移量，使钢砖壁厚得到了保证，有效的提高了钢砖的制造精度，另外在满足使用要求的同时提高了使用寿命。采用本发明方法制得的钢砖具有强度高，韧性好，表面质量优异，可满足三级探伤的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金装备制造技术领域，尤其涉及一种炼铁高炉钢砖铸造设备及其钢砖制备方法。

背景技术

炉喉钢砖作为炼铁高炉炉喉部位的关键设备之一，不仅是保证炉喉部位尺寸和形状的关键所在，也是保护炉身冷却壁和耐材重要零件，更是确保高炉气流顺畅、稳定产量必不可少的一部分，因此高炉钢砖的质量对于高炉也有着一定的影响。目前，此要求的钢砖铸件全国能生产的厂家不多，且不能稳定的生产，废品率高，化学成分、力学性能也都很难满足要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种易于实施、可稳定生产的炼铁高炉钢砖铸造设备及其钢砖制备方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种新型炉喉钢砖的制备方法，包括以下步骤：

一种炼铁高炉钢砖铸造设备，包括钢砖外模、内冷铁、冒口、漏斗口和工艺支撑孔，所述钢砖外模别与冒口和漏斗口连通，钢砖外模上连接内冷铁，钢砖外模上开设工艺支撑孔。

所述钢砖外模分别与两组冒口连通，每组冒口与内浇道连通，两组内浇道与横浇道连通，横浇道通过直浇道与漏斗口连通。

所述冒口上设有冒口垫，冒口垫外套装冒口保温套。

所述内浇道的横截面为圆形，内浇道的材质为陶。

一种炼铁高炉钢砖铸造设备的铸造方法，包括以下步骤：

（1）将炼铁高炉钢砖铸造设备放入在砂箱中，其中冒口保温套的厚度为30mm、冒口垫的厚度为40mm；所述钢砖外模上连接4块材质为ZG270-500的内冷铁；

（2）将石英砂、886N呋喃树脂、XY-32固化剂按砂：固化剂：树脂=100： 0.3-0.7：0.9-1.5的比例混合，采用呋喃树脂砂工艺进行放砂造型，当砂型强度达到0.8-1.0MPa时，起模、翻箱，然后对造好的型腔依次采用波美度为45~50的涂料、波美度为40~45的涂料、波美度为20~30的涂料进行涂刷，每遍涂料厚度为0.6~0.8mm；涂料涂刷结束后合箱；

（3）将废钢用电弧炉进行熔炼，得到C含量≤0.40%、Si含量≤0.60% 、Mn含量≤0.90%、P含量≤0.035%、S含量≤0.035%的钢水；

（4）在上述钢水中依次加入纯度99.7%的铝锭、改制煤和萤石GaF

（5）将处理后的钢水在浇铸温度1570~1600℃，浇铸时间100s~150s的条件下通过所述漏斗口8注入到所述步骤⑵的型腔内，浇铸完毕，自然条件下保温24~36小时；打开型腔，提出钢砖，冷却到常温之后进行退火处理、拉出退火窑空冷，待铸件冷却至200-150℃后使用火焰切割枪切割冒口，经打磨清理干净、送至炉窑进行回火处理，待磁粉探伤检验合格后，即得所需要的钢砖。

所述步骤（3）中熔炼方法是指采用15吨电弧炉将废钢和配碳生铁加入后送电，待熔清后取样分析化学成分，当C、P等成分符合要求时，立即扒出氧化渣，重新加入造渣材料及合金，送电进入还原期，当温度≥1580℃取样分析常规元素，调整成分，快速升温至1630-1650℃，即得C含量≤0.30%、Si含量≤0.50% 、Mn含量≤0.90%、P含量≤0.040%、S含量≤0.040%的钢水。

所述步骤（5）中工艺支撑孔和冒口切割口采用二氧化碳气体保护焊，将60-70mm深的焊缝堆焊，打磨平整，采用磁粉探伤检验焊缝质量，探伤合格后得到完整炼铁高炉钢砖。

所述步骤（5）中工艺支撑孔和冒口切割口的焊接焊接型号为ER50-6，直径为φ1.6的气保焊丝，采用直流反接的方式，在电流大小为140-160A，电压大小为20-24V，气流量为15L/min进行焊接。

所述步骤（1）中钢砖外模按照2%的缩尺制作模具。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过设置工艺支撑孔，可以有效的解决型腔砂芯难固定的问题，减少了砂芯偏移量，使钢砖壁厚得到了保证，有效的提高了钢砖的制造精度，另外在满足使用要求的同时提高了使用寿命。

2、采用本发明方法制得的钢砖具有强度高，韧性好，表面质量优异，可满足三级探伤的要求。

3、本发明易于实施，可达到稳定生产的目的。

附图说明

图1为本发明的炼铁高炉钢砖铸造设备示意图。

图中：钢砖外模1、内冷铁2、冒口3、冒口垫套4、横浇道5、内浇道6、直浇道7 、漏斗口8、工艺支撑孔9、冒口保温套10。

具体实施方式

一种炼铁高炉钢砖铸造设备，包括钢砖外模1、内冷铁2、冒口3、漏斗口8和工艺支撑孔9，所述钢砖外模1别与冒口3和漏斗口8连通，钢砖外模1上连接内冷铁2，钢砖外模1上开设工艺支撑孔9。

所述钢砖外模1分别与两组冒口3连通，每组冒口3与内浇道6连通，两组内浇道6与横浇道5连通，横浇道5通过直浇道7与漏斗口8连通。

所述冒口3上设有冒口垫4，冒口垫4外套装冒口保温套10。

所述内浇道的横截面为圆形，内浇道的材质为陶。

一种炼铁高炉钢砖铸造设备的铸造方法，包括以下步骤：

（1）将炼铁高炉钢砖铸造设备放入在砂箱中，其中冒口保温套10的厚度为30mm、冒口垫4的厚度为40mm；所述钢砖外模1上连接4块材质为ZG270-500的内冷铁2；

（2）将石英砂、886N呋喃树脂、XY-32固化剂按砂：固化剂：树脂=100： 0.3-0.7：0.9-1.5的比例混合，采用呋喃树脂砂工艺进行放砂造型，当砂型强度达到0.8-1.0MPa时，起模、翻箱，然后对造好的型腔依次采用波美度为45~50的涂料、波美度为40~45的涂料、波美度为20~30的涂料进行涂刷，每遍涂料厚度为0.6~0.8mm；涂料涂刷结束后合箱；

（3）将废钢用电弧炉进行熔炼，得到C含量≤0.40%、Si含量≤0.60% 、Mn含量≤0.90%、P含量≤0.035%、S含量≤0.035%的钢水；

（4）在上述钢水中依次加入纯度99.7%的铝锭、改制煤和萤石GaF

（5）将处理后的钢水在浇铸温度1570~1600℃，浇铸时间100s~150s的条件下通过所述漏斗口8注入到所述步骤⑵的型腔内，浇铸完毕，自然条件下保温24~36小时；打开型腔，提出钢砖，冷却到常温之后进行退火处理、拉出退火窑空冷，待铸件冷却至200-150℃后使用火焰切割枪切割冒口3，经打磨清理干净、送至炉窑进行回火处理，待磁粉探伤检验合格后，即得所需要的钢砖。

所述步骤（3）中熔炼方法是指采用15吨电弧炉将废钢和配碳生铁加入后送电，待熔清后取样分析化学成分，当C、P等成分符合要求时，立即扒出氧化渣，重新加入造渣材料及合金，送电进入还原期，当温度≥1580℃取样分析常规元素，调整成分，快速升温至1630-1650℃，即得C含量≤0.30%、Si含量≤0.50% 、Mn含量≤0.90%、P含量≤0.040%、S含量≤0.040%的钢水。

所述步骤（5）中工艺支撑孔和冒口切割口采用二氧化碳气体保护焊，将60-70mm深的焊缝堆焊，打磨平整，采用磁粉探伤检验焊缝质量，探伤合格后得到完整炼铁高炉钢砖。

所述步骤（5）中工艺支撑孔和冒口切割口的焊接焊接型号为ER50-6，直径为φ1.6的气保焊丝，采用直流反接的方式，在电流大小为140-160A，电压大小为20-24V，气流量为15L/min进行焊接。

所述步骤（1）中钢砖外模1按照2%的缩尺制作模具。

酒钢7号高炉升级改造项目作为重点试验项目，本发明以吻合技术先进、安全实用、绿色环保、长寿高效的现代化高炉的发展方向。7号高炉的炉喉钢砖，在外形及质量方面都有了很大程度的更改，对于产品的内在质量也有着非常高的要求。传统的钢砖结构，壁厚基本在60-70mm之间，钢砖自身也有清砂孔的设计，钢砖内部的型腔结构可根据钢砖特点进行铸造设计。7号高炉所使用的钢砖，不仅壁厚设计在70-100mm，而且采用ZG270-500作为使用材质的钢砖不能有超过2处直径大于10mm的缺陷，质量要求高，铸造难度大。本发明大幅提升成品质量，通过全新设计的设备和方法提升品控，有效提升炼铁高炉炉喉部位质量及寿命。主要解决高炉钢砖在生产过程中的铸造缺陷和空心内腔的成型问题。工艺孔位置选择，木模制作，砂型芯盒制作，树脂自硬砂造型，冶炼浇铸，热处理，清理打磨，加工等作业工序。本发明适用于小批量，表面质量要求高的厚壁钢砖，这种制备方法结果简单，操作方便，适于推广。具体针对酒钢7号高炉的详细试验改进方案如下：

一种高炉钢砖的制备方法，包括以下步骤：

⑴制作模具（如图1所示）：

根据工艺要求将按照2% 的缩尺制作钢砖外模1，并将其放入在砂箱中；同时在砂箱中分别设置2道φ60mm内浇道6、连接在一起的浇铸入口包括1道φ80mm横浇道和1道与浇口杯相连的φ80mm直浇道8； 2道φ60mm内浇道分别与1道φ80mm横浇道5相连，在横浇道上垂直设有φ80mm直浇道和浇口杯；钢砖外模1上开设3个工艺支撑孔和两个清砂孔，其中3个工艺支撑孔的大小为两个130*130*70mm，一个200*130*70mm，两个清沙孔均为φ80mm；分型面上设有2个冒口和与冒口对应的冒口垫，其中每个冒口垫与铸件的连接部位均设有R30的过渡圆角，冒口位于圆弧面的中心线上，冒口大小为φ350*450mm，中心距为650mm，冒口垫大小为φ360*450mm。

⑵制作型腔：

在平底板上放好钢砖模样，然后将石英砂、886N呋喃树脂、XY-32固化剂按（砂:固化剂:树脂）100:06:1.2的比例采用呋喃实质砂工艺进行放砂造型，当砂型强度达到0.8-1.0Mpa时，翻箱，起摸。然后对造好的型腔进行修型，打好圆角，吹干净型腔内浮砂，在依次采用波美度为45-50,40-45，23-30的涂料进行涂刷，每遍涂料厚度为0.6-0.8mm；每次涂刷完毕点燃涂料使其充分燃烧，出去涂料中水分，涂料涂刷结束后，吹扫干净型腔内浮砂和多余涂料进行合箱。

其中886N呋喃树脂的技术指标为含氮量≤3%，游离甲醛≤0.05%，粘度(20℃)mpa.s≤25，密度（20℃）g/cm³为1.12-1.19；XY-32固化剂的技术指标为酸值mg.koh/g:28-34，粘度（20℃）mpa.s≤21；密度为g/cm³为1.36-1.47。

⑶熔炼浇铸：

将废钢与配碳生铁按照一定的比例混合后，采用电弧炉进行熔炼，得到C含量≤0.30%、Si含量≤0.50% 、Mn含量≤0.90%、P含量≤0.040%、S含量≤0.040%的钢水。

其熔炼浇铸方法是指：采用15吨电弧炉将废钢和配碳生铁加入送电，待熔清后取样分析化学成分，当C、P等成分符合要求时，立即扒出氧化渣，重新加入造渣材料及合金，送电进入还原期，当温度≥1580℃取样分析常规元素，调整成分，化学成分合格后，快速升温至1630-1650℃开始出钢，在钢水翻入15吨钢包的过程中加入稀释钢渣用的萤石和造渣剂，出钢结束后准备进行浇铸，然后将所述冶炼的钢水，在浇铸温度为1570~1590℃，浇铸时间为90s~150s的条件下通过浇口杯浇入到所述步骤⑵所得的型腔内，待钢水即将溢出冒口时，停止浇铸。

⑷清理打磨热处理：

其清理方法是指：将自然保温24小时以上的钢砖从型腔中吊出，送至退火窑进行为时4小时的退火处理，拉出炉窑后自然冷却至100-200摄氏度使用火焰切割切除浇铸入口、冒口、飞边等；然后使用角磨机风铲等清理工具将粘砂和毛刺部位打磨干净，送至热处理炉窑进行正回火处理，检验合格后，即得炉喉钢砖的毛坯。

⑸工艺支撑孔的焊接与检测：

其工艺支撑孔的焊接方法是指：将检测合格的钢砖送至焊台后，用预先切割好的板料与工艺支撑孔进行点焊对接，然后采用型号为ER50-6，直径为φ1.6的气保焊丝，采用直流反接的方式，在电流大小为140-160A，电压大小为20-24V，气流量为15L/min的条件下进行焊接；然后再使用角磨机对焊缝处进行抛光打磨处理；最后用着色探伤的方式检测合格后，即可得到一块满足要求的钢砖。

上述尺寸和试剂配方可以根据具体高炉情况进行调整。