一种结构均匀免清扫的透气砖及其制作方法与流程

本发明涉及钢铁工业炉外精炼用耐火材料领域，特别是钢包底部供氩气系统。

背景技术：

近年来我国钢铁工业发展迅猛，钢铁产能严重过剩，钢铁工业对我国自然环境产生严重影响，基于这种现状，根据国家政策的方向及市场经济的需求，就耐火材料领域而言，降低成本，提高技术含量，提高产品使用效果是迫切需要；另一方面，我国劳动力成本在逐年增加，因此，提高生产资料的自动化程度也是当前工业发展的迫切需求，至少应当降低工业产品对人工操作的依赖。

衡量钢铁工业发达程度的重要环节之一就是炉外精炼，而炉外精炼的关键点之一在于供氩气系统的功能装置透气砖，透气砖的作用是通过向钢包内供给氩气来搅拌钢水，实现精炼的目的。

当前钢铁工业用透气砖大都采用一次性浇注成型，利用烧失物产生的宏观狭缝做为氩气通道，另一种是利用多个陶瓷薄板拼接并埋在浇注料里，利用陶瓷板之间的宏观狭缝做为透气通道，一般统称之为“狭缝式透气砖”，狭缝式透气砖在一个时代很大程度的推动了钢铁工业的发展，但狭缝自身已经造成了透气砖的宏观缺陷，在使用过程中，特别是当前特殊钢种需求较多，钢水很容易通过狭缝渗入，而且狭缝透气砖需要人工清扫操作的程度很高，不符合当前社会工业的发展。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明采用一系列的技术手段，主体思想就是使得透气 砖消耗部分的结构均匀化，因此会带来使用寿命高、无需人工清扫操作、供气稳定、不会渗钢等技术优势。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

1，透气砖耐火材料部分由三部分组成，圆柱状消耗芯，圆台状安全芯，周围包埋料，消耗芯与安全芯沿中心线对接，周围用包埋料包埋于透气砖金属壳内，本发明中也可以不要圆台状安全芯，耐火材料部分便由两部分构成，消耗芯和周围包埋料。

消耗芯与安全芯的配方组成如下：

粒度为0.5mm-1mm、氧化铬含量为0.1％-30％的铬刚玉，质量含量为45％-65％；粒度为0.1mm-0.5mm、氧化铬含量为0.1％-30％的铬刚玉，质量含量为15％-45％；粒度小于等于180目、氧化铬含量为0.1％-30％的铬刚玉，质量含量为0％-5％；粒度小于等于320目、氧化铬含量为0.1％-30％的铬刚玉，质量含量为0％-10％；α型烧结氧化铝微粉，质量含量为0％-12％；氧化铬微粉，质量含量为0％-12％。其中粒度小于等于180目的粉料质量含量总和为8％-25％，小于等于180目的粉料也包括微粉或纳米粉，而且所有粒度规格的原料质量含量总和为100％。

所用结合剂为：聚乙烯醇质量含量为0％-3％；糊精质量含量为0％-2％；木质素磺酸钙质量含量为0％-2％；纤维素质量含量为0％-2％浓度为3％-40％的氧化铝溶胶质量含量为0％-10％。所有结合剂为外加，而且质量含量总和为1％-10％。

上述配方中，铬刚玉可以全部或部分的用烧结刚玉、电熔刚玉、尖晶石、镁铬砂、锆刚玉、粒度小于等于0.5mm的氧化锆、铝含量大于86％的矾土、莫 来石中的一种或几种按相同规格替换。例如：规格为0.1mm-0.5mm的铬刚玉，可以用规格为0.1mm-0.5mm的电熔刚玉或莫来石等替换。

上述配方中，任意一种规格的铬刚玉可以用烧结刚玉、电熔刚玉、尖晶石、镁铬砂、锆刚玉、粒度小于等于0.5mm的氧化锆、铝含量大于86％的矾土、莫来石中的一种或几种按任何比例和相同规格替换。例如：规格为0.1mm-0.5mm的铬刚玉质量含量为20％，可以用规格为0.1mm-0.5mm的电熔刚玉或莫来石等替换10％，保留10％铬刚玉。

圆柱状消耗芯的截面直径根据钢包大小及通气量要求，选择40mm-120mm，直径误差控制在±10mm以内，高度根据包底耐火材料厚度确定。

圆台状安全芯的高度选择120mm-200mm。

为了增强消耗芯，消耗芯中间可以放置也可以不放置一支或多支陶瓷棒，陶瓷棒最多不要超过6支为佳，陶瓷棒采用等静压成型或凝胶注模成型，并经高温烧成，陶瓷棒有序围绕消耗芯中心均布，高度与消耗芯相同；如果放置一支陶瓷棒，直径最大为消耗芯直径的四分之一，最小大于10mm，如果放置多个陶瓷棒，陶瓷棒直径取6mm-15mm。

陶瓷棒上可以设置也可以不设置一个或多个透气孔。

2，消耗芯与安全芯的制作方法如下：

2.1，按配方备料，预溶结合剂，根据所选原料不同，控制总用水量为0.1％-5％；

2.2，混碾时先倒入粒度大于180目的原料，混合均匀后加入结合剂，然后加入粒度小于等于180的原料，混合5min；

2.3，将混合料称取固定数量，加入圆柱状、但不一定是圆柱的弹性模具 并封口，在等静压压力机下成型，成型压力控制在40MPa-120MPa，保压时间为10秒-500秒。

2.4，将拆模后的砖坯可以在100℃-200℃的温度下烘烤1h-24h，也可以不烘烤。

2.5，将拆模后的砖坯在1000℃-1650℃的温度下烧成，保温时间为0.5-5h。

3，透气砖的制作方法

3.1，按技术方案2制作消耗芯与安全芯；

3.2，将安全芯与消耗芯固定在一起并置于透气砖金属壳内，用专用机构固定；

3.3，灌入自流包埋料或振动成型包埋料；

3.4，凝固后经150℃-300℃烘烤，保温时间为6h-24h；

3.5，焊接后盖与尾管。

本发明调节消耗芯与安全芯透气量的方法采用配料时颗粒级配、消耗芯与安全芯最小截面面积、成型压力三种手段实现。

本发明对消耗芯和安全芯的制作采用等静压一次性无余量净尺寸成型。

包埋料选择钢纤维增强刚玉-尖晶石浇注料、钢纤维增强氧化铬-刚玉-尖晶石浇注料、钢纤维增强铬刚玉浇注料、钢纤维增强刚玉-莫来石浇注料当中的任意一种，也可以不加钢纤维。

陶瓷棒可已选择刚玉-尖晶石质、氧化铬-刚玉-尖晶石质、铬刚玉质、刚玉-莫来石质当中的任意一种。

本发明的有益效果是：安全芯可以做为安全标识，当消耗芯损耗完毕后，安全芯显露出来，即可停止使用或最多使用1-2次；

消耗芯的组成是一种均质结构，通气原理是利用陶瓷材料透气性，在设计配方时通过颗粒填充不完全使得材料透气砖提高，从而达到通气的目的，这种气体通道的宏观尺寸很小，因此，钢水通过气体通道渗入的程度大大降低，所选典型原料铬刚玉具有良好的功能，热震、抗侵蚀等性能非常好，从这方面将，钢水或钢渣通过材料自身渗入的程度也降低，既然渗入降低，就会便于吹通，无需烧氧清扫操作，同时也会提高寿命。技术方案1中选择了各种原料来替换铬刚玉，可针对不同精炼要求和工况的钢包提供不同性能的透气砖，从而控制寿命，有利于社会资源的节约。

本发明通过等静压的方式制作消耗芯，这一点与常规的两面受压相比具有本质的区别，等静压成型的坯体受压均匀，因此材料结构更均匀，非常有利于提高使用性能。因为选择等静压的成型方式，因此消耗芯选择了圆柱状，做到一次性无余量净尺寸成型，与其它形状相比，圆柱状的消耗芯热应力不易集中，对周围包埋料发挥自身功能有促进作用。消耗芯的通气量可以用三种方式调整，首先是原料配比，不同的配比会造就不同的透气性；其次选择消耗芯不同的横截面积；第三调整成型压力。

与常规透气砖相比，需要高温处理的消耗芯或安全芯体积不大，因此对于能源的节约也有一定意义，特别是大大缩短了透气砖的制作周期。

附图说明：

图1：透气砖剖面图；

图中①：消耗芯；②：安全芯；③：包埋料；④：陶瓷棒。

具体实施方式

下面举例对本发明进行详细说明：

1，制作消耗芯①与安全芯②，原料配比如下：

结合剂配比如下

1.1，按配方备料，预溶结合剂；

1.2，混碾时先倒入粒度大于180目的原料，混合均匀后加入结合剂，然后加入粒度小于等于180的原料，混合5min；

1.3，将混合料称取固定数量，加入弹性模具并封口，在等静压压力机下成

型，成型压力控制在65MPa，保压时间为20秒。

1.4，将拆模后的消耗芯①砖坯在150℃的温度下烘烤12h。

1.5，将拆模后的消耗芯①砖坯在1650℃的温度下烧成，保温时间为1h，安全芯②在1400℃的温度下烧成，保温时间为3h。

2，制作增强陶瓷棒④，等静压成型陶瓷棒④，成型压力为100MPa，材质选择铬刚玉质，临界粒度为3mm。

3，制作透气砖

3.1，将安全芯②与消耗芯①固定在一起并置于透气砖金属壳内，用专用机构固定；

3.2，灌入自流包埋料③；

3.3，凝固后经250℃烘烤，保温时间为12h；

3.4，焊接后盖与尾管。