铁水罐粘渣隔断器及制备方法与流程

本发明属于钢铁冶金耐火材料技术领域，具体涉及一种铁水罐粘渣隔断器及制备方法。

背景技术：

铁水罐是钢铁联合企业铁水大规模稳定运输的铁水容器，是炼铁与炼钢工序间的熔融金属物流通道，因而是钢铁企业生产流水线上的重要组成部分，安全有序高效的运行是钢铁企业正常稳定生产的重要保证。然而，在铁水运输过程中，由于罐口与罐壁的散热以及铁水罐晃动，铁水罐罐口耐火材料壁面铁水与熔渣渗透、冷凝与粘连，形成粘结牢固的渣铁混合的坚硬粘结物，同时由于铁水罐的间歇式工作模式以及罐口快速散热，铁水罐罐口耐火材料壁面凝渣凝铁不断增厚，形成巨大的粘结物圈，导致空罐质量增加，重心上移，铁水罐容积减小，铁水加入与翻出操作困难，严重影响到铁水罐的安全运转以及炼铁、炼钢工序生产组织；尤其是“一罐到底”的铁水罐和铁水预处理专用铁水罐，由于铁水预处理过程中熔渣与铁水飞溅互混，铁水罐罐口耐火材料壁面凝铁粘渣更为严重，粘结物含铁量更高，粘结强度更大，粘结物更为坚固。为了保证铁水罐有效容积与铁水安全稳定运输，一般采取机械清抠与拉拔与大功率煤氧枪切割方式进行铁水罐罐口耐火材料壁面粘结物的清除，但由于粘结物粘坚硬、体积大、结强度高，导致机械清除动力大，引起罐壁耐火材料衬撞击拉拔开裂、松动与脱落损毁，同时大功率煤氧枪的火焰切割，引起切割熔渣四处飞溅、耐火材料衬烧蚀损毁，不仅费工费时，清除破损严重，而且操作环境恶劣、安全隐患大，不仅危及铁水罐的安全运行和铁水的高效稳定运输，同时也大幅度增加了铁水运输成本，危及人身安全。

针对上述问题，从降低粘结物粘连结合力和降低清渣难度两个方面开展了系列的研究工作。其中，在降低粘结物粘连结合力方面的代表性报道有：文献“欧阳德刚、庄汉宁、周明石等，脱硫铁水罐渣线喷涂料的研究，武钢技术，2003(3)”和“汪波、敖进清，攀钢半钢罐防粘技术的开发《四川冶金》2004(4)”报道了脱硫铁水罐防粘渣喷涂料的研制和实际应用效果，喷涂料主要由高铝熟料、鳞片石墨、土状石墨、碳化硅为主要原料，以无机化学结合剂、微粉、高铝水泥中的一种或多种为结合剂，再添加各种改性添加剂构成，能方便地涂敷在各种材质的脱硫铁水罐罐嘴、罐沿和渣线部位罐衬表面，形成均匀的防粘渣喷涂层，通过喷涂层中石墨与碳化硅材料的不易被浸润的性能，起到隔离粘结物与罐衬的作用，从而大幅度地降低了粘渣物的粘结强度，达到降低清渣难度、缩短清渣时间、减轻清渣过程对罐衬破损的影响，通过实际应用，收到了延长脱硫铁水罐使用寿命、降低维护成本、提高脱硫铁水罐周转率的效果。由于喷涂层较厚，一般为35mm左右，每次喷涂用料量大，同时，喷涂料原材料价格较高，提升了脱硫铁水罐耐火材料消耗与脱硫成本。针对上述不足，中国专利“欧阳德刚、罗安智、胡清明等，脱硫铁水罐防粘渣喷涂料，专利号：zl200710051983.1”提供了一种以含碳耐火废砖为主要原材料的半干法防粘渣喷涂料，其原料组成及重量百分比为：它由以下重量百分比的原料组成：含碳耐火材料废砖再生骨料70～90％，矾土水泥4～8％，硅酸盐水泥1～3％，硅微粉1～3％，粘土2～13％，土状石墨0～5％，无机短纤维0.5～3％，磷酸盐0.1～0.5％，由于防粘渣喷涂层厚度大，粘渣隔离彻底，因而在脱硫铁水罐易粘渣的罐嘴、罐沿及罐内渣线部位取得了优良的应用效果，并通过大量废弃耐火材料的应用，大幅度降低了喷涂料的消耗成本。上述技术通过降低铁水罐罐口耐火材料壁面粘结物的粘连结合强度，达到了粘结物吊钩直接勾除的积极效果，但体积巨大的粘结物圈勾除的强大拉拔力以及粘结物圈勾除过程中剧烈的摆动撞击，仍有罐口耐火材料衬开裂、松动与脱落现象出现，并对粘渣物圈勾除操作要求严格，否则损毁更为严重，尤其是耐火砖砌筑的罐口耐火材料衬，因耐火砖之间结合泥浆烧结不充分，每次粘结物圈勾除均会引起罐口耐火砖衬松动与脱落，增大了铁水罐维护耐火材料消耗与维护工作量。在降低清渣难度方面：中国专利“迟桂友、裴生谦、王云江等，一种在线清理铁水罐罐口结渣的装置，专利号：zl201420199717.9”公开了一种在线清理铁水罐罐口结渣的装置，包括固定基座、回转平台、液压工作臂和液压锤，其中，固定基座固定在折罐间的两条轨道之间的地面上，回转平台固定在固定基座上，液压锤通过液压工作臂与回转平台连接，锤头与铁水罐车上的铁水罐相对应。通过在折罐倒铁前及倒铁过程中对铁水罐口的结渣进行在线捶打清理，防止结渣在铁水罐口粘渣积累形成结腮、结盖，从而保证了倒铁作业的正常进行，改善了铁水罐口粘结物清理难度，提高作业效率，但强大的锤击机械作用力加剧了罐口耐火材料衬的损毁，不利于维护成本的降低与铁水罐的高效运转。中国专利“韩鸿、陈庆凯、吕彦斌等，一种新型铁水罐渣壳去除装置，专利号：zl201520185290.1”公开了一种铁水罐渣壳去除用十字形四爪锚钩，采用钢板焊接，通过在锚钩轴孔处设加强板，提高轴孔抗撕裂能力，通过在锚钩钩尖处钩爪与钩爪之间增设加强肋，提高锚钩钩尖的牢固性，防止钩尖折断或撕裂。在铁水罐罐口粘结物勾除过程中，采用行车吊钩吊起十字形四爪锚钩，移动行车至铁水罐罐口处，起降吊钩，使锚钩挂住铁水罐渣壳，起升行车吊钩，钩除渣铁粘结物圈。与传统的单片钩相比，锚钩挂点数增加、钩挂面积增大、钩挂稳定性增强，从而提高了去除铁水罐渣壳效率。但该结构锚钩装置未能解决铁水罐口粘结物圈勾除过程中强大的机械拉拔力与巨大的粘结物圈机械撞击带来的罐口耐火材料衬损毁的问题。针对铁水罐粘结物圈清除过程中罐口砖砌耐火材料衬易损毁的不足，中国专利“欧阳德刚、王清方、蒋扬虎等，一种脱硫铁水罐罐沿钢纤维增强耐火浇注料，专利号：zl200810048976.0”公开了一种以耐火再生料为主要原料的罐沿浇注料，通过耐火再生料与耐火矿物原料的复合配用，保证浇注料使用性能，大幅度降低浇注料制备成本，通过再生硅酸铝纤维、再生耐热钢纤维的使用，改善浇注料热震稳定性，提高浇注料抗机械损毁能力，通过用后耐火材料再生工艺，保证耐火再生料的理化性能要求，并在实际生产中取得了良好的应用效果，但由于不同钢铁企业铁水罐大小、满载时罐口自由空间高度、铁水温度、铁水液面渣量等差异较大，如何使用未能提供具体的实施方法，导致推广应用困难。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种具有断渣彻底、制备方便且使用简单铁水罐粘渣隔断器及制备方法。

为实现上述目的，本发明所设计的铁水罐粘渣隔断器，包括横梁、垂直连接在所述横梁一端的长腿及垂直连接在所述横梁另一端的短腿，所述横梁、所述长腿及所述短腿均由耐火浇注料衬包裹钢芯组件构成；所述长腿长度m比铁水罐额定装载量时铁水液面至罐口顶面高度h大50～200mm，所述长腿厚度d1为100～200mm，所述长腿宽度n1为200～300mm，且所述长腿进入铁水段的外侧面向内倾斜角厚度α为10～15°，所述长腿内侧面向外倾斜角β为0.5～1.5°；所述横梁内空长度l比铁水罐罐口总厚度d大5～20mm，所述横梁厚度d2为50～100mm，所述横梁宽度n2与所述长腿宽度n1相同；所述短腿长度m为所述长腿长度m的1/3～1/2，所述短腿厚度d3与所述横梁厚度d2相同，所述短腿宽度n3与所述长腿宽度n1相同，所述短腿内侧面向外倾斜角γ为0.5～1.5°。

进一步地，包裹所述钢芯组件的耐火浇注料衬的原材料组成及重量百分比为：含al2o3的用后耐火材料再生料60～70％、三级高铝熟料20～25％，矾土水泥6～8％、硅微粉3～5％、用后硅酸铝纤维再生料1～3％及六偏磷酸钠0.15～0.3％。

进一步地，所述含al2o3的用后耐火材料再生料为粘土质、高铝质、莫来石质、铝碳化硅碳质及铝碳质用后耐火材料再生料，分为5～3mm、3～1mm和1～0.088mm三种粒度。

进一步地，所述三级高铝熟料粒度为≤0.088mm，所述用后硅酸铝纤维再生料纤维长度为2～8mm。

进一步地，所述横梁顶部设置有与所述横梁的钢芯组件焊接相连的圆弧形金属吊环。

一种制备上述所述铁水罐粘渣隔断器的方法，所述制备方法包括如下步骤：

1)钢芯组件的制备

a、按照设计的铁水罐粘渣隔断器钢芯组件结构尺寸，选择合适的金属原料，裁切或拼接尺寸合适的金属构件；

b、分别焊接制备长腿、短腿和横梁的钢芯组件；

c、焊接连接长腿、短腿和横梁钢芯组件；

d、在横梁的钢芯组件顶部焊接圆弧形金属吊环，获得所需的铁水罐粘渣隔断器所需钢芯组件；

2)耐火浇注料的制备

a、选取合适的用后耐火材料，采取人工砍切、吹扫与挑选的方式，剥离用后耐火材料表面粘渣层、侵蚀层与粉尘；

b、采取机械破碎、磁选、筛分、水洗、烘干的方式，获取所需的粒度合适的用后耐火材料再生料；

c、按照耐火浇注料的原材料组成及重量百分比，选取合适的用后耐火材料再生料、耐火矿物原料和化工原料，称量加入搅拌器内搅拌均匀，即得到所需的耐火浇注料，并装袋包装备用；

3)铁水罐粘渣隔断器浇注制备与包装

a、采用合适的平卧浇注成型模具构件，水平安装模具，并在模具内壁刷油；

b、将焊接制备的钢芯组件水平放置模具内，并使圆弧形金属吊环钢筋支撑在侧模板的预留通孔上，采用细钢丝固定长腿、短腿的钢芯组件，使钢芯组件在模具内定位与固定；

c、采用制备的耐火浇注料，在搅拌机内加水搅拌均匀后，加入模具，并用振动棒振动密实成型；

d、模内养护24小时后脱模，再自然养护72小时；

e、吊入烘炉内烘烤48～72小时，烘烤温度为350℃，炉内冷却至≤50℃出炉，包装入库待发。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过由长腿、短腿和横梁组成的π型构件结构设计，方便了断渣器的现场安装固定，保证了断渣器在铁水罐运行过程中隔断粘结物圈功效的发挥；通过断渣器长腿和横梁由耐火浇注料包裹钢芯组件组成、短腿可由耐火浇注料包裹钢芯组件组成也可由钢芯组件直接构成的复合体结构与组合方式设计，保证了断渣器的强度与刚度、综合整体性以及高温使用性能，确保断渣器隔断功能的持续稳定；

2、断渣器长腿长度m比铁水罐额定装载量时铁水液面至罐口顶面高度h大50～200mm，进入铁水段的外侧面向内倾斜角厚度α为10～1.5°，实现了断渣器对铁水罐罐口粘结物圈的彻底隔断，保证了铁水罐的有效容积；通过长腿、短腿和横梁其它结构与尺寸的优化以及圆弧形金属吊环的设计，提高了断渣器的综合密度，方便断渣器的制备与吊装、固定，避免了铁水运输与预处理过程晃动引起的断渣器漂浮与松动，保证了断渣器的使用性能与断渣效果；

3、通过对断渣器使用工况条件和功能需求分析，制定了以用后耐火材料再生料为主要原材料的包裹钢芯组件的耐火浇注料配方设计方案，结合低价耐火原材料、结合剂、减水剂的复配，达到大幅度降低断渣器用耐火浇注料制备成本的目的。通过用后硅酸铝纤维再生料的配用，大幅度改善耐火浇注料热震稳定性，满足间歇工作模式下铁水罐罐口温度剧烈波动的使用性能要求；通过耐火浇注料原材料重量百分比的优化，保证断渣器搬运与吊装过程的常温强度以及使用工况条件下的力学性能，实现断渣器使用过程中钢芯组件的可靠保护，稳定发挥粘结物圈的隔断功能。

附图说明

图1为本发明一种铁水罐粘渣隔断器剖面结构示意图；

图2为本发明另一种铁水罐粘渣隔断器剖面结构示意图；

图3为本发明铁水罐粘渣隔断器在铁水罐罐口的安装布置示意图；

图4为图3的a-a剖面图。

长腿1、短腿2、横梁3、钢芯组件4(其中：螺纹钢筋或钢管或扁钢4.1、v形金属锚固件4.2)、耐火浇注料衬5、圆弧形金属吊环6、金属锚固件7、罐口耐火浇注料衬8、离粘渣喷涂层9、铁水罐支撑轴10。

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所示的铁水罐粘渣隔断器，包括横梁3、垂直连接在横梁3一端的长腿1及垂直连接在横梁3另一端的短腿2，形成一个类似π字形的隔断器。横梁3、长腿1及短腿2均由耐火浇注料衬5包裹钢芯组件4构成，而钢芯组件4包括螺纹钢筋或钢管或扁钢4.1与v形金属锚固件4.2焊接组成；当然，长腿1、横梁3和短腿2也可以均由钢芯组件4直接构成，当短腿2由钢芯组件4直接构成，短腿2的钢芯组件4不焊接v形金属锚固件5，如图2所示。通过由长腿1、短腿2和横梁3组成的π型构件结构设计，方便了断渣器的现场安装固定，保证了断渣器在铁水罐运行过程中隔断粘结物圈功效的发挥；通过断渣器长腿1和横梁2由耐火浇注料衬5包裹钢芯组件4组成、短腿2可由耐火浇注料衬5包裹钢芯组件4组成也可由钢芯组件4直接构成的复合体结构与组合方式设计，保证了断渣器的强度与刚度、综合整体性以及高温使用性能，确保断渣器隔断功能的持续稳定。

长腿1长度m比铁水罐额定装载量时铁水液面至罐口顶面高度h大50～200mm，长腿1厚度d1为100～200mm，长腿1宽度n1为200～300mm，且长腿1进入铁水段的外侧面向内倾斜角厚度α为10～15°，内侧面向外倾斜角β为0.5～1.5°；横梁3内空长度l比铁水罐罐口总厚度d大5～20mm，横梁3厚度d2为50～100mm，横梁3宽度n2与长腿宽度n1相同；短腿2长度m为长腿1长度m的1/3～1/2，短腿2厚度d3与横梁3厚度d2相同，短腿2宽度n3与长腿1宽度n1相同，短腿2内侧面向外倾斜角γ为0.5～1.5°。并且，横梁3顶部设置有与横梁的钢芯组件4焊接相连的圆弧形金属吊环6。

断渣器长腿1长度m比铁水罐额定装载量时铁水液面至罐口顶面高度h大50～200mm，进入铁水段的外侧面向内倾斜角厚度α为10～1.5°，实现了断渣器对铁水罐罐口粘结物圈的彻底隔断，保证了铁水罐的有效容积；通过长腿、短腿和横梁其它结构与尺寸的优化以及圆弧形金属吊环的设计，提高了断渣器的综合密度，方便断渣器的制备与吊装、固定，避免了铁水运输与预处理过程晃动引起的断渣器漂浮与松动，保证了断渣器的使用性能与断渣效果。

另外，包裹钢芯组件的耐火浇注料衬5的原材料组成及重量百分比为：含al2o3的用后耐火材料再生料60～70％、三级高铝熟料20～25％，矾土水泥6～8％、硅微粉3～5％、用后硅酸铝纤维再生料1～3％及六偏磷酸钠0.15～0.3％；其中，含al2o3的用后耐火材料再生料为粘土质、高铝质、莫来石质、铝碳化硅碳质及铝碳质用后耐火材料再生料，分为5～3mm、3～1mm和1～0.088mm三种粒度；三级高铝熟料粒度为≤0.088mm，用后硅酸铝纤维再生料纤维长度为2～8mm。

通过对断渣器使用工况条件和功能需求分析，制定了以用后耐火材料再生料为主要原材料的包裹钢芯组件的耐火浇注料配方设计方案，结合低价耐火原材料、结合剂、减水剂的复配，达到大幅度降低断渣器用耐火浇注料制备成本的目的。通过用后硅酸铝纤维再生料的配用，大幅度改善耐火浇注料热震稳定性，满足间歇工作模式下铁水罐罐口温度剧烈波动的使用性能要求；通过耐火浇注料原材料重量百分比的优化，保证断渣器搬运与吊装过程的常温强度以及使用工况条件下的力学性能，实现断渣器使用过程中钢芯组件的可靠保护，稳定发挥粘结物圈的隔断功能。

一种制备上述铁水罐粘渣隔断器的方法，包括如下步骤：

1)钢芯组件的制备

a、按照设计的铁水罐粘渣隔断器钢芯组件4结构尺寸，选择合适的金属原料，裁切或拼接尺寸合适的金属构件；

b、分别焊接制备长腿1、短腿2和横梁3的钢芯组件4；

c、焊接连接长腿1、短腿2和横梁3钢芯组件4；

d、在横梁的钢芯组件4顶部焊接圆弧形金属吊环6，获得所需的铁水罐粘渣隔断器所需钢芯组件4；

2)耐火浇注料的制备

a、选取合适的用后耐火材料，采取人工砍切、吹扫与挑选的方式，剥离用后耐火材料表面粘渣层、侵蚀层与粉尘；

b、采取机械破碎、磁选、筛分、水洗、烘干的方式，获取所需的粒度合适的用后耐火材料再生料；

c、按照耐火浇注料的原材料组成及重量百分比，选取合适的用后耐火材料再生料、耐火矿物原料和化工原料，称量加入搅拌器内搅拌均匀，即得到所需的耐火浇注料，并装袋包装备用；

3)铁水罐粘渣隔断器浇注制备与包装

a、采用合适的平卧浇注成型模具构件，水平安装模具，并在模具内壁刷油；

b、将焊接制备的钢芯组件4水平放置模具内，并使圆弧形金属吊环6钢筋支撑在侧模板的预留通孔上，采用细钢丝固定长腿、短腿的钢芯组件4，使钢芯组件4在模具内定位与固定；

c、采用制备的耐火浇注料，在搅拌机内加水搅拌均匀后，加入模具，并用振动棒振动密实成型；

d、模内养护24小时后脱模，再自然养护72小时；

e、吊入烘炉内烘烤48～72小时，烘烤温度为350℃，炉内冷却至≤50℃出炉，包装入库待发。

按照钢芯组件的制备、耐火浇注料的制备和铁水罐粘渣隔断器浇注制备与包装三个步骤完成，保证了断渣器的顺利制备、准确的结构尺寸和可靠的综合使用性能。同时，由于断渣器结构尺度不大，使用过程中整体强度与刚度要求不高，故在钢芯组件制备的步骤a中对金属构件的制备进行了说明，即：“按照设计的铁水罐粘渣隔断器钢芯组件结构尺寸，选择合适的金属原料，裁切或拼接尺寸合适的金属构件”，意味着可以选择合适的废钢或金属边角料进行拼接制备，进一步降低断渣器制备成本，提高断渣器使用经济效益。

结合图3、图4所示，本发明铁水罐粘渣隔断器的应用方法如下：

1、铁水罐准备：对于大修或中修的铁水罐，按照常规砌筑方式砌筑到距离罐口顶面350～400mm，在罐口金属罐壳内壁均匀焊接金属锚固件7，再采用中国专利“欧阳德刚、王清方、蒋扬虎等，一种脱硫铁水罐罐沿钢纤维增强耐火浇注料，专利号：zl200810048976.0”提供的浇注料，进行罐口耐火浇注料衬8的整体浇注成型，模内养护24小时后拆模，再自然养护4～6天备用。对于在线使用的铁水罐，罐口粘渣清理后备用。

2、铁水罐断渣器安装：在完成上述步骤后，沿铁水罐支撑轴10的同轴方向，将本发明的两个铁水罐粘渣隔断器吊装对称卡入备用的铁水罐罐口。

3、铁水罐罐口防粘渣处理：采用中国专利“欧阳德刚、罗安智、胡清明等，脱硫铁水罐防粘渣喷涂料，专利号：zl200710051983.1”提供的半干法防粘渣喷涂料喷涂上述备用铁水罐罐口耐火材料衬8壁面，制备隔离粘渣喷涂层9，喷涂层9厚度15～25mm，喷涂层9高度与断渣器长腿1插入铁水罐深度相同。对于在线使用的铁水罐，因铁水罐余热可完成喷涂层9的干燥，因而喷涂后铁水罐可直接投入运行。对于大修或中修的铁水罐，喷涂后，按照正常程序进行铁水罐烘烤与投运。

4、罐口粘渣清理：随着铁水罐在线运行的进行，罐口凝铁粘渣逐渐增厚到一定程度，并将铁水罐转入清渣处理区，采用脱渣吊钩沿铁水罐支撑轴垂直方向钩除清渣，粘结物圈则在断渣器部位折断脱离。

5、铁水罐维护与周转：在完成步骤4后，视铁水罐状况，分别进入维护或继续使用，对于损毁程度严重的铁水罐，按照常规程序进行大、中修维护，其他铁水罐与大中修后的铁水罐按照1～5的步骤进行有序周转运行。

该隔断器的应用方法依次包括铁水罐准备、铁水罐断渣器安装、铁水罐罐口防粘渣处理、罐口粘渣清理、铁水罐维护与周转等五个步骤。通过铁水罐准备步骤，提高罐口耐火材料衬的整体性与抗机械破损能力，保证罐口清洁。通过铁水罐断渣器安装步骤，保证断渣器的正确布置，发挥粘结物圈的隔断功效。通过铁水罐罐口防粘渣处理步骤，采用半干法在罐口耐火材料衬表面喷涂防粘渣喷涂料层，利用防粘渣涂料的抗渣渗透浸润性和低结合强度，隔离粘结物圈与罐口耐火材料衬的直接接触，减小粘结物圈粘接强度，降低粘结物圈钩除机械力及其对罐口耐火材料衬的机械损毁，同时进一步稳固断渣器的布置。通过罐口粘渣清理、铁水罐维护与周转两个步骤，实现罐口粘结物圈的清除和铁水罐的正常周转，保证生产的稳定顺行。

因此，通过上述措施，达到减轻铁水罐罐口粘结物圈清除作业劳动强度、改善操作工作环境、延长铁水罐使用寿命、降低铁水罐维护工作量与维护材料消耗成本、提高铁水罐维护与周转效率等综合目的。