具有透气环的连铸塞棒的制作方法

本发明设计一种塞棒，尤其是一种具有透气环的连铸塞棒。

背景技术：

众所周知的：超低碳钢连铸过程中进行多炉连浇，中间包常常选用Al₂O₃-C质塞棒进行控流，现有的塞棒均为棒身和棒头，并且在棒身内设置有通气通道。采用现有的塞棒，随着浇铸时间的延长，渣线部位及棒头出现明显熔损，直接影响塞棒的使用寿命，更不利的是塞棒向钢液增碳，从而影响钢水纯净度。

针对现有塞棒的缺陷，本领域科研人员对现有的塞棒进行了改进，如：

1、申请号为201310129083.X的中国发明专利公开了一种连铸用多孔塞棒，将水口与塞棒头接触部分的杂质生成物清理干净，减少钢水在水口内偏流。

2、申请号为201010513576.X的中国发明专利公开了一种连铸用波浪形塞棒，塞棒头至少沿其轴线依次设置有第一圆台和第二圆台两个圆台，第一圆台的直径大于所述第二圆台的直径。可以防止涡流生成，提高钢流的稳定性，进而可以改善连续铸钢钢坯质量。

3、申请号为201010513579.3的中国发明专利公开了一种连铸用多层塞棒，包括塞棒体和塞棒头,所述塞棒头至少包括有一层衬料层，所述衬料层外表面与所述塞棒体外表面平滑过渡。可以根据需要在不同的部位选择不同的材料的衬料层，减少对塞棒头的冲刷，具有更好的抗侵蚀性，从而延长塞棒的使用寿命，减少对钢水的污染。

4、申请号为201110048979.6的中国发明专利公开了一种纺锤形整体塞棒，渣线为纺锤形。通过优化设计本体形状，增加渣线部位的厚度，从而延长了产品使用寿命，减少了复合渣线设计带来的生产和设计问题。

上述发明专利均不能减少钢水由塞棒四周流入结器形成的涡流，从而不能避免涡流卷入熔渣，不能保证流入结晶器内钢水的洁净度；同时也塞棒的渣线容易受到熔渣侵蚀，使用寿命较短。

5、申请号为201010513576.X，专利名称为《连铸用波浪线塞棒》的中国发明专利，公开了一种连铸用波浪形塞棒，塞棒头至少沿其轴线依次设置有第一圆台和第二圆台两个圆台，第一圆台的直径大于所述第二圆台的直径。可以防止涡流生成，提高钢流的稳定性，进而可以改善连续铸钢钢坯质量。

由于第一圆台和第二圆台均设置在棒头，因此在棒头上方，可能形成极小的涡流，将钢水中的熔渣带入到结晶器内，虽然上述结构能够在棒头处阻止形成涡轮代入熔渣，但是效果较差，不能保证结晶器内钢水的洁净度。

6、申请号为201110419505.8的中国专利公开了一种连铸用氧化物-非氧化物复合整体塞棒，整体塞棒的棒身为铝碳材料，塞棒头部为氧化物-非氧化物复合材料，棒头和棒身之间采用两者之间的混合过渡料。充分利用非氧化物熔点高、热膨胀率低、热震稳定性好、不易被钢水浸润的优点，提高棒头材料使用时的抗钢水冲刷和侵蚀性。

7、申请号为201110134527.X的中国专利公开了一种陶瓷复合式整体塞棒及其制作工艺，确保塞棒可以经受住长时间的冲刷、侵蚀，不易出现掉头、剥落等现象，能满足长时间连续浇铸的要求。

8、申请号为CN201110415487.6的中国发明专利公开了一种连铸用高耐蚀性整体塞棒，通过优化塞棒棒身的材质，降低塞棒棒身的气孔率，提高抗熔渣渗透性，降低碱性熔渣对整体塞棒棒身的侵蚀，提高塞棒的使用寿命。

9、申请号为201110215202.4，以及申请号为201110217390.4的发明专利均公开发了以钛酸铝，莫来石，三氧化二铝为主的无碳整体塞棒，有助于洁净钢连铸。

10、申请号为201210553827.6的中国发明专利公开了一种复合整体塞棒及其制作方法，该复合整体塞棒包括棒头、过渡段和棒身，棒头采用镁碳材质，棒身采用铝碳材质，棒头和棒身之间的过渡段采用尖晶石碳材质，此复合整体塞棒避免了传统过渡料在使用过程中由于发生反应生成尖晶石而产生体积膨胀，最终导致棒头断裂的现象。

11、申请号为201610040164.6的中国发明专利公开了一种刚玉、莫来石整体浇注的塞棒，满足连铸要求。

上述中国发明专利6-11均通过改变塞棒的制造材料，从而避免塞棒的断裂、提高抗钢水冲刷和侵蚀性、提高塞棒使用寿命或者提高钢水洁净度，但是上述方案所采用的材料加工塞棒的工艺复杂，成本较高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够提高塞棒抗侵蚀能力，延长塞棒使用寿命的具有透气环的连铸塞棒。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：具有透气环的连铸塞棒，包括棒身,所述棒身一端为自由端，另一端设置有棒头；所述棒身上具有渣线；所述棒身上设置有透气环，所述透气环为圆台，透气环底面半径较小的一端位于底面半径较大的一端的下方；透气环底面半径较小的一端与渣线的起始位置平齐；

所述透气环内设置有透气通道；所述透气通道包括竖向进气管、圆环通气管；所述竖向进气管一端由透气环上底面延伸到透气环内与圆环通气管连通；所述棒身位于圆环通气管的圆环内，所述圆环通气管与棒身同轴，且所述圆环形气管上设置有沿圆周均匀分布的支管，所述支管沿径向延伸，且所述支管一端与圆环通气管连通，另一端设置有连通支管的扁平喷嘴；所述扁平喷嘴具有长条形开口，且棒身的中轴线垂直于扁平喷嘴长条形开口的长度方向；所述扁平喷嘴位于透气环内；

所透气环由以下重量份的组分制成：

Al₂O₃ 64～88份，

ZrC 2～4份，B₄C 0～1份，

石墨10～12份，

Al粉1～2份，

树脂4～8份。

优选的，所述Al₂O₃的组成为：

粒径小于或等于3mm,且大于1mm的Al₂O₃ 4～8份，

粒径小于或等于1mm，且大于或等于0.074mm的Al₂O₃ 35～45份，

粒径小于0.074mm的Al₂O₃ 25～35份。

优选的，所述扁平喷嘴的长条形开口的宽度为0.5～1.0mm。

进一步的，相邻两个支管轴线之间的夹角为10～20°。

优选的，所述棒身自由端的半径小于棒身另一端的半径，所述棒身自由端与棒身两一端的连接处形成凸台，所述透气环套装在棒身的自由端上，且位于凸台上；所述透气环位于上方的底面上设置有密封圈，所述密封圈密封透气环与棒身外表面之间的间隙，所述圆环通气管轴线围成的圆环半径与棒身上直径较大一端的直径相同。

优选的，所述棒身自由端的半径为0.6R，另一端的半径为R，所述透气环具有的两个底面中半径较大的底面为上底面，半径较小的底面为下底面；所述透气环的下底面半径为1.5R，所述透气环的上底面半径为2R。

优选的，所述支管的长度为0.2～0.3R。

优选的，所述密封圈采用氧化铝浇注形成。

优选的，所述透气环的高度为200～300mm。

本发明的有益效果是：本发明所述的具有透气环的连铸塞棒，由于在棒身的渣线的起始位置设置有透气环，并且所述透气环为圆台，同时透气环内设置有透气通道；所述透气通道包括竖向进气管、圆环通气管；所述竖向进气管一端由透气环上底面延伸到透气环内与圆环通气管连通；所述圆环通气管与棒身同轴，且所述圆环形气管上设置有沿圆周均匀分布的支管，所述支管沿径向延伸，且所述支管位于透气环内。因此在使用过程中，通过向透气通道通入惰性气体，惰性气体在透气环的外表面上形成气膜，从而避免熔渣与渣线直接接触，避免熔渣对棒身上的渣线造成侵蚀，因此能够延长塞棒的使用寿命。同时由于所透气环由以下重量份的组分制成：Al₂O₃ 64～88份，ZrC 2～4份，B₄C 0～1份，石墨10～12份，Ti₃SiC₂ 2～4份Al粉1～2份，树脂4～8份；因此能够提高透气环的抗侵蚀能力，同时降低制造成本。

附图说明

图1是本发明实施例中具有透气环的连铸塞棒的立体透视图；

图2是本发明实施例中具有透气环的连铸塞棒的主视图；

图3是图2中的A-A剖视图；

图4是图2中的B-B剖视图；

图5是本发明实施例中支管的主视图；

图中标示：1-棒身，11-自由端，2-棒头，3-通气通道，4-透气环，5-圆环通气管，6-支管，61-扁平喷嘴，7-竖向进气管，8-密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明。

实施例一

先以白刚玉Al₂O₃(大于97％)、石墨C(大于97％)、纳米TiO₂(纯度大于97％)及树脂为原料，其组成为：3～1mm Al₂O₃ 4～8份，1～0.074mm Al₂O₃ 35～45份，<0.074mm Al₂O₃ 25～35份，10～20nm TiO₂ 2～5份，石墨8～12份，抗氧化剂Al粉1～3份，树脂4～8份。等静压成型，压力800～1200MPa制成常规塞棒尺寸，使得塞棒的棒身1的自由端11的半径为棒身1另一端的半径的0.6倍，然后在塞棒渣线向棒尾方向加工成半径为棒身半径0.6的圆柱形，并在距渣线开始位置200～300mm处加工深3mm宽5mm的环形槽。将加工好的塞棒在500～600℃下烘烤备用。

用内径3～5mm的钢管制成棒身半径的圆环通气管5，在圆环通气管5半径方向每隔10～20°设置有连通圆环通气管5，且与圆环通气管5内径匹配的支管6，支管6长度为0.2～0.3R所述棒身下端的半径，圆环通气管5垂直方向设置连通圆环通气管5，且与圆环通气管5内径匹配的竖向进气管7，与外部Ar连接。将塑料片插入支管6的端头并且延伸出端头。

以粒径3～1mm Al₂O₃ 4份，粒径1～0mm Al₂O₃ 35份，粒径<0.074mm Al₂O₃ 25份，石墨10份，ZrC 4份，Al粉1份，树脂4份为原料静压成型，压力600～800MPa制成圆台形透气环4，并且使得透气环4的下底面半径为棒身1直径较大一端的直径的1.5倍，所述透气环4的上底面半径为棒身1直径较大一端的直径的2倍。

然后在500～600℃下烘烤备用；在烘烤的过程中支管6内的塑料片被烧掉，使得支管6端头形成扁平喷嘴61通过扁平喷嘴61和成型后的透气环4表面透气。将烘烤后的透气环4安装在烘烤后的棒身1，在环形槽处用氧化铝浇注料填充形成密封圈8，120℃干燥24h，刷抗氧化涂层后随中间包一起烘烤即可使用，在连铸过程根据实际情况调节Ar气流量，使熔渣与透气环间存在气膜为宜。

实施例二

先以白刚玉(Al₂O₃大于97％)、石墨(C大于97％)、纳米(TiO₂纯度大于97％)及树脂为原料，其组成为：3～1mm Al₂O₃ 4～8份，1～0mm Al₂O₃ 35～45份，<0.074mm Al₂O₃ 25～35份，10～20nm TiO₂ 2～5份，石墨8～12份，抗氧化剂Al粉1～3份，树脂4～8份。等静压成型，压力800～1200MPa制成常规塞棒尺寸，使得塞棒的棒身1的自由端11的半径为棒身1另一端的半径的0.6倍，然后在塞棒渣线向棒尾方向加工成半径为棒身半径0.6的圆柱形，并在距渣线开始位置200～300mm处加工深3mm宽5mm的环形槽。将加工好的塞棒在500～600℃下烘烤备用。

用内径3～5mm的钢管制成棒身半径的圆环通气管5，在圆环通气管5半径方向每隔10～20°设置有连通圆环通气管5，且与圆环通气管5内径匹配的支管6，支管6长度为0.2～0.3R所述棒身下端的半径，圆环通气管5垂直方向设置连通圆环通气管5，且与圆环通气管5内径匹配的竖向进气管7，与外部Ar连接。将塑料片插入支管6的端头并且延伸出端头。

以粒径3～1mm Al₂O₃ 6份，粒径1～0mm Al₂O₃ 40份，粒径<0.074mm Al₂O₃ 30份，石墨11份,ZrC 3份，B₄C 0.5份，Al粉1.5份，树脂6份为原料静压成型，压力600～800MPa制成圆台形透气环4，并且使得透气环4的下底面半径为棒身1直径较大一端的直径的1.5倍，所述透气环4的上底面半径为棒身1直径较大一端的直径的2倍。

然后在500～600℃下烘烤备用；在烘烤的过程中支管6内的塑料片被烧掉，使得支管6端头形成扁平喷嘴61通过扁平喷嘴61和成型后的透气环4表面透气。将烘烤后的透气环4安装在烘烤后的棒身1，在环形槽处用氧化铝浇注料填充形成密封圈8，120℃干燥24h，刷抗氧化涂层后随中间包一起烘烤即可使用，在连铸过程根据实际情况调节Ar气流量，使熔渣与透气环间存在气膜为宜。

实施例三

先以白刚玉(Al₂O₃大于97％)、石墨(C大于97％)、纳米TiO₂(纯度大于97％)及树脂为原料，其组成为：3～1mm Al₂O₃ 4～8份，1～0.074mm Al₂O₃ 35～45份，<0.074mm Al₂O₃ 25～35份，10～20nm TiO₂ 2～5份，石墨8～12份，抗氧化剂Al粉1～3份，树脂4～8份。等静压成型，压力800～1200MPa制成常规塞棒尺寸，使得塞棒的棒身1的自由端11的半径为棒身1另一端的半径的0.6倍，然后在塞棒渣线向棒尾方向加工成半径为棒身半径0.6的圆柱形，并在距渣线开始位置200～300mm处加工深3mm宽5mm的环形槽。将加工好的塞棒在500～600℃下烘烤备用。

用内径3～5mm的钢管制成棒身半径的圆环通气管5，在圆环通气管5半径方向每隔10～20°设置有连通圆环通气管5，且与圆环通气管5内径匹配的支管6，支管6长度为0.2～0.3R所述棒身下端的半径，圆环通气管5垂直方向设置连通圆环通气管5，且与圆环通气管5内径匹配的竖向进气管7，与外部Ar连接。将塑料片插入支管6的端头并且延伸出端头。

以粒径3～1mm Al₂O₃ 8份，粒径1～0.074mm Al₂O₃ 45份，粒径<0.074mm Al₂O₃ 35份，石墨12份，ZrC 2份，B₄C 1份，Al粉2份，树脂8份为原料静压成型，压力600～800MPa制成圆台形透气环4，并且使得透气环4的下底面半径为棒身1直径较大一端的直径的1.5倍，所述透气环4的上底面半径为棒身1直径较大一端的直径的2倍。

然后在500～600℃下烘烤备用；在烘烤的过程中支管6内的塑料片被烧掉，使得支管6端头形成扁平喷嘴61通过扁平喷嘴61和成型后的透气环4表面透气。将烘烤后的透气环4安装在烘烤后的棒身1，在环形槽处用氧化铝浇注料填充形成密封圈8，120℃干燥24h，刷抗氧化涂层后随中间包一起烘烤即可使用，在连铸过程根据实际情况调节Ar气流量，使熔渣与透气环间存在气膜为宜。

由上述实施例可知所述透气环4由以下重量份的组分制成：Al₂O₃ 64～88份，石墨10～12份，ZrC 2～4份，B₄C 0～1份，Ti₃SiC₂ 2～4份Al粉1～2份，树脂4～8份。均能满足塞棒连铸的要求，具有较强的抗侵蚀性，同时制造成本较低。

如图1至图5所示，本发明所述的具有透气环的连铸塞棒，包括棒身1,所述棒身1一端为自由端，另一端设置有棒头2；所述棒身1上具有渣线；所述棒身1上设置有透气环4，所述透气环4为圆台，透气环4底面半径较小的一端位于底面半径较大的一端的下方；透气环4底面半径较小的一端与渣线的起始位置平齐；

所述透气环4内设置有透气通道；所述透气通道包括竖向进气管7、圆环通气管5；所述竖向进气管7一端由透气环4上底面延伸到透气环4内与圆环通气管5连通；所述棒身1位于圆环通气管5的圆环内，所述圆环通气管5与棒身1同轴，且所述圆环形气管5上设置有沿圆周均匀分布的支管6，所述支管6沿径向延伸，且且所述支管6一端与圆环通气管5连通，另一端设置有连通支管6的扁平喷嘴61；所述扁平喷嘴61具有长条形开口，且棒身1的中轴线垂直于扁平喷嘴61长条形开口的长度方向；所述扁平喷嘴61位于透气环4内。

在使用的过程中，通过棒身1内设置的通气通道通入氩气，钢水由棒身1周围棒头2流动，然后流入到结晶器内。同时向竖向进气管7内通入惰性气体，比如氩气。由于所述透气环4内设置有透气通道；所述透气通道包括竖向进气管7、圆环通气管5；所述竖向进气管7一端由透气环4上底面延伸到透气环4内与圆环通气管5连通；所述圆环通气管5与棒身1同轴，且所述圆环形气管5上设置有沿圆周均匀分布的支管6，所述支管6沿径向延伸，且所述支管6一端与圆环通气管5连通，另一端设置有连通支管6的扁平喷嘴61；所述扁平喷嘴61具有长条形开口，且棒身1的中轴线垂直于扁平喷嘴61长条形开口的长度方向；所述扁平喷嘴61位于透气环4内。因此惰性气体在通过扁平喷嘴61输送到透气环4的外表面时，能够是的惰性气体均匀的输送到透气环4的外表面，并且使得惰性气体严重透气环4的外表面扩散，同时由于扁平喷嘴61具有长条形开口，因此能够增大惰性气体在透气环4的外表面的扩散面积。从而能够保证惰性气体在钢水与透气环4的外表面之间形成连续的完整的气膜。同时由于透气环4底面半径较小的一端位于底面半径较大的一端的下方；因此惰性气体在向上流动的过程中始终与透气环4的外表面接触，从而使得惰性气体在透气环4的外表面与钢水之间形成一层气膜。

同时透气环4底面半径较小的一端与渣线的起始位置平齐；因此能够避免熔渣与棒身1上的渣线直接接触，从而能够降低熔渣对棒身1的侵蚀，提高塞棒的使用寿命。

综上所述，本发明所述的具有透气环的连铸塞棒，由于在棒身1的渣线的起始位置设置有透气环4，并且所述透气4环为圆台，同时透气环4内设置有透气通道；所述透气通道包括竖向进气管7、圆环通气管5；所述竖向进气管7一端由透气环4上底面延伸到透气环内与圆环通气管5连通；所述圆环通气管5与棒身1同轴，且所述圆环形气管5上设置有沿圆周均匀分布的支管6，所述支管6沿径向延伸，且所述支管6一端与圆环通气管连通，另一端设置有连通支管的扁平喷嘴61；所述扁平喷嘴61具有长条形开口，且棒身1的中轴线垂直于扁平喷嘴61长条形开口的长度方向；所述扁平喷嘴61位于透气环内。因此在使用过程中，通过向透气通道通入惰性气体，惰性气体能够完全覆盖透气环的外表面，并且在熔渣与透气环的外表面之间形成连续的，完整的，致密的气膜，从而避免熔渣与渣线直接接触，避免熔渣对棒身上的渣线造成侵蚀，因此能够延长塞棒的使用寿命。

具体的如图2所示，其中渣线的起始高度H根据不同厂家使用塞棒的型号以及应用的生产环境对渣线高度的要求自行设定。

为了使得惰性气体到达透气环4外表面时，能够形成致密的气膜，进一步的，相邻两个支管6轴线之间的夹角为10～20°。由于惰性气体通过支管6输送到透气环4外表面，因此相邻两个支管6轴线的夹角为10～20°能够保证相邻两个支管6输送的气体能够充满相邻两个支管6在透气环4外表面的之间的区域，从而能够保证透气环4外表面形成连续的，完整的，致密的气膜。

所述透气环4可以采用多种方式设置有棒身1上，比如通过过盈配合，或者焊接。为了保证结构的稳定性，同时便于对透气环4的更换，优选的，所述棒身1自由端的半径小于棒身1另一端的半径，所述棒身1自由端与棒身1两一端的连接处形成凸台，所述透气环4套装在棒身1的自由端上，且位于凸台上；所述透气环4位于上方的底面上设置有密封圈8，所述密封圈8密封透气环4与棒身1外表面之间的间隙；所述圆环通气管5轴线围成的圆环半径与棒身1上直径较大一端的直径相同。

具体的密封圈8可以采用以下方式设置，在距渣线开始位置距离透气环4的高度处加工深3mm宽5mm的环形槽，在环形槽处用氧化铝浇注料填充形成密封圈8。

进一步的，为了保证惰性气体由扁平喷嘴61输送到透气环4外表面时，扩散面积较大，所述扁平喷嘴61的长条形开口的宽度为0.5～1.0mm。

为了保证熔渣无法与棒身1直接接触，同时节约透气环4的制造材料，在另一个实施例中，具体的，所述棒身1自由端的半径为0.6R，另一端的半径为R，所述透气环4具有的两个底面中半径较大的底面为上底面，半径较小的底面为下底面；所述透气环4的下底面半径为1.5R，所述透气环4的上底面半径为2R。具体的，所述支管6的长度为0.2～0.3R。

在能够保证熔渣节无法与棒身1直接接触的同时，节约透气环的制造材料，在另一实施例中，具体的，所述透气环4的高度为200～300mm。