供气砖及其制备方法与流程

本发明涉及钢铁冶炼用耐火材料技术领域。具体地说是供气砖及其制备方法。

背景技术：

转炉供气砖又称转炉透气砖、供气元件(以下简称供气砖)，它是安装在转炉底部，在转炉炼钢时通过该产品向炉内吹入气体(包括n2、ar2、co2)，给钢液提供底吹搅拌动力的复合功能元件。

顶底复合吹炼是转炉炼钢技术发展的一个重要方向，而底吹供气砖是实现转炉复合吹炼技术的核心，采用底吹工艺可以达到缩短冶炼时间、均匀钢液温度和成分、降低钢液夹杂物、提高金属收得率和降低铁合金消耗的目的。目前随着市场对纯净钢和优质特殊钢的需求扩大，以及转炉容量的逐渐增大和寿命的提高，对转炉供气砖也提出了更高的要求，既要能满足复吹工艺性能要求，又要结构简单、安全可靠。

国内外广泛使用的转炉底吹供气砖主要是定向多微孔型供气砖。它是由耐火材料和不锈钢金属通气管复合而成，它们均匀规则的分布在供气砖的中心部位，在使用时气体在金属管内流动，阻力小，因此透气性能好；气量调节范围大，超过转炉炼钢所需气体最大流量的10倍，适应了转炉冶炼供气模式的要求；安全性好，即使在断气的极端条件下，钢水也不会一贯到底，而在气室上部凝固。

如图4所示供气砖的大头嵌有气室，砖内沿高度方向埋有数根排列有序的直通形通气管，通气管用不锈钢管，钢管的一端与气室底板用氩弧焊接技术连接，另外焊接的部位还包括：气室边板与气室底板、气室边板与气室盖板、气室盖板与气室尾管，要求焊缝处无裂纹，加压通气时也不漏气。在成型过程产生底板形变和污染，供气气室底板直接和不锈钢管进行焊接，焊接后产生微孔和微裂纹，导致气密性检测不合格、达不到检测标准，从而报废。

技术实现要素：

为此，本发明所要解决的技术问题在于一种密封性和透气性符合检测要求，且有效提高焊接合格率的供气砖及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

供气砖，包括供气砖本体和气室，所述供气砖本体内的不锈钢金属通气管的第一端伸出到所述供气砖本体外侧，并伸入到所述气室的气室底板上的底板孔内，所述不锈钢金属通气管的管壁与所述底板孔的孔壁之间为焊接连接；在所述气室底板与所述气室的内腔之间安装有不锈钢底板，所述不锈钢底板上设有钻孔；所述不锈钢金属通气管的第一端自所述供气砖本体内伸出后依次穿过所述底板孔和所述钻孔，所述不锈钢金属通气管的管壁与所述钻孔的孔壁之间为焊接连接；所述气室底板与所述不锈钢底板之间为焊接连接。

上述供气砖，所述不锈钢底板、所述气室的气室边板和所述气室的气室盖板三者之间围成所述内腔；所述气室边板位于所述不锈钢底板和所述气室盖板之间，所述气室的气室尾管与所述气室盖板之间为焊接连接，并且所述气室尾管与所述内腔流体导通。

上述供气砖，所述不锈钢底板的厚度为0.5-3mm，所述钻孔的直径比所述不锈钢金属通气管的外径大0.2-0.4mm，所述气室底板的厚度为8-10mm。

上述供气砖，所述不锈钢底板的厚度为1mm。

上述供气砖，所述不锈钢底板的厚度为2mm。

上述供气砖，所述不锈钢金属通气管与所述底板孔一一对应，所述底板孔与所述钻孔一一对应。

上述供气砖，所述供气砖本体为耐火材料砖体，所述不锈钢金属通气管的内径为0.5-2.0mm，所述不锈钢金属通气管的壁厚为0.5-1.0mm。

供气砖制备方法，如上述供气砖，其制备方法包括如下步骤：

(a)开始加工生产之前将不锈钢金属通气管两端焊死封闭，防止生产加工过程中造成所述不锈钢金属通气管堵塞；将不锈钢金属通气管的一端从气室底板一侧的朝向耐火材料板面插入到所述气室底板上的底板孔内，并伸出所述气室底板另一侧的朝向气体板面；

(b)在模具内，保持所述不锈钢金属通气管与所述底板孔同轴，向朝向耐火材料板面上堆填耐火材料，并对耐火材料进行捣料、敲打直至耐火材料达到设计高度，此时位于所述朝向耐火材料板面一侧的相邻所述不锈钢金属通气管之间填满耐火材料；

(c)对模具内的耐火材料施加压力等静压成型，从而在所述朝向耐火材料板面一侧形成供气砖本体；

(d)在所述朝向气体板面的一侧，将所述底板孔的孔壁与所述不锈钢金属通气管的管壁之间进行焊接连接，使得所述底板孔的孔壁与所述不锈钢金属通气管的管壁之间密封，焊接过程中保持所述不锈钢金属通气管的管孔通透，防止焊接过程因堵塞所述不锈钢金属通气管管孔而导致透气性变差；

(e)从所述朝向气体板面的一侧，将开设有钻孔的不锈钢底板与所述气室底板的朝向气体板面贴合，所述不锈钢金属通气管伸出所述朝向气体板面的一端穿过所述钻孔并伸出所述不锈钢底板背离所述气室底板的一侧面，所述不锈钢底板背离所述气室底板的一侧面为气体接触板面，将所述不锈钢金属通气管伸出所述气体接触板面多余的部分切割掉，使得所述不锈钢金属通气管伸出所述气体接触板面的长度为1-2mm；所述不锈钢底板的大小形状与所述气室底板的大小形状相同，并且所述不锈钢底板的厚度小于所述气室底板的厚度；

(f)在所述不锈钢底板的四周立面与所述气室底板的四周立面邻接处进行点焊，使得所述不锈钢底板与所述气室底板之间相对固定连接；

(g)在所述气体接触板面一侧，对所述不锈钢金属通气管伸出所述气体接触板面的一端进行扩焊，将所述钻孔孔壁与所述不锈钢金属通气管管壁之间进行焊接连接，使得所述钻孔孔壁与所述不锈钢金属通气管管壁之间密封，焊接过程中保持所述不锈钢金属通气管的管孔通透，防止焊接过程因堵塞所述不锈钢金属通气管管孔而导致透气性变差；

(h)将气室一端的气室边板端面抵顶在所述气体接触板面上，所述气室的外形及大小与所述气体接触板面的外形及大小完全相同；从外侧四周将所述气室边板侧面与所述不锈钢底板进行点焊连接；

(i)从外侧四周将所述气室边板侧面、所述不锈钢底板立面和所述气室底板立面进行焊接密封连接，形成连续且全部覆盖所述不锈钢底板四周立面、连续且全部覆盖所述气室底板四周立面以及连续覆盖临近所述不锈钢底板的所述气室边板侧面的环形整体焊接带；所述气室另一端的气室边板端面与气室盖板密封连接，并且所述气室盖板的中心密封连接有气室尾管；所述不锈钢底板、所述气室的气室边板和所述气室的气室盖板三者之间围成容纳气体的内腔；所述不锈钢金属通气管和所述气室尾管分别与所述内腔流体导通，并将所述不锈钢金属通气管的另一端进行切割以使得两端导通。

上述供气砖制备方法，所述气室边板为方筒形结构，并且所述气室边板、所述气室盖板与气室尾管为相互独立的分体式部件；从内侧四周将所述气室边板侧面与所述气体接触板面之间进行焊接密封；将气室盖板抵顶在气室另一端的气室边板端面上，并从四周将所述气室盖板与所述气室边板之间进行焊接密封连接；最后在所述气室盖板中心孔上焊接气室尾管。

上述供气砖制备方法，所述气室边板、所述气室盖板和气室尾管为预制好的一体式结构；并且所述气室边板和所述气室盖板为一体成型结构。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

通过在气室底板与气室的内腔之间安装不锈钢底板，避免了等静压成型过程中气室底板形变和污染而导致的焊接后产生微孔和微裂纹、气密性检测不合格、达不到检测标准、从而报废的技术缺陷。同时，本申请中所选不锈钢板材质薄底板和不锈钢管材质相近，易于焊接。这种透气砖也可应用于电炉生产。不锈钢底板不能太薄，太薄了在点焊的时候安全性不高，容易焊穿，实现不了目标密封效果；不锈钢底板也不能太厚，太厚了耗费钢材，造成不必要的浪费。

采用本结构的供气砖焊接后，避免了原有焊接方式产生的微孔和微裂纹。经气密性检测，合格率达到99％以上，有效保证了供气砖的焊接质量和提升产品合格率。

附图说明

图1本发明供气砖的结构示意图；

图2本发明供气砖的俯视结构示意图；

图3本发明供气砖的图1的局部放大示意图；

图4现有技术中供气砖的结构示意图；

图5本发明供气砖的环形整体焊接带的结构示意图。

图中附图标记表示为：1-供气砖本体；1-1-不锈钢金属通气管；2-不锈钢底板；2-1钻孔；2-2-气体接触板面；3-气室；3-1-气室底板；3-2-气室边板；3-3-气室盖板；3-4-气室尾管；3-5内腔；4-环形整体焊接带。

具体实施方式

实施例1

如图1和图3所示，本实施例的供气砖包括供气砖本体1和气室3，所述供气砖本体1内的不锈钢金属通气管1-1的第一端伸出到所述供气砖本体1外侧，并伸入到所述气室3的气室底板3-1上的底板孔内，所述不锈钢金属通气管1-1的管壁与所述底板孔的孔壁之间为氩弧焊焊接连接；在所述气室底板3-1与所述气室3的内腔3-5之间安装有不锈钢底板2，所述不锈钢底板2上设有钻孔2-1；所述不锈钢金属通气管1-1的第一端自所述供气砖本体1内伸出后依次穿过所述底板孔和所述钻孔2-1，所述不锈钢金属通气管1-1的管壁与所述钻孔2-1的孔壁之间为氩弧焊焊接连接；所述气室底板3-1与所述不锈钢底板2之间为氩弧焊焊接连接。

所述不锈钢底板2、所述气室3的气室边板3-2和所述气室3的气室盖板3-3三者之间围成所述内腔3-5；所述气室边板3-2位于所述不锈钢底板2和所述气室盖板3-3之间，所述气室3的气室尾管3-4与所述气室盖板3-3之间为氩弧焊焊接连接，并且所述气室尾管3-4与所述内腔3-5流体导通。

所述不锈钢底板2的厚度为1mm，所述钻孔2-1的直径比所述不锈钢金属通气管1-1的外径大0.2mm，所述气室底板3-1的厚度为8mm。所述不锈钢金属通气管1-1与所述底板孔一一对应，所述底板孔与所述钻孔2-1一一对应。所述供气砖本体1为耐火材料砖体，所述不锈钢金属通气管1-1的内径为0.5mm，所述不锈钢金属通气管1-1的壁厚为0.5mm。所述焊接为氩弧焊接。

具体组装过程：

在气室底板3-1的一侧增加一层厚度为1mm的不锈钢底板2，供气砖本体1内的不锈钢金属通气管1-1套入不锈钢底板2的钻好的钻孔2-1内，使不锈钢底板2与气室底板3-1的形状重合。

不锈钢底板2上的钻孔2-1要求和气室底板3-1的底板孔孔型排列、间距一致，钻孔2-1的直径比不锈钢金属通气管1-1的外径大0.2mm。

焊接前切去所述不锈钢金属通气管1-1的多余部分，并使得所述不锈钢金属通气管1-1露出所述不锈钢底板2外表面的长度为1-2mm，留出焊接量。

然后将不锈钢金属通气管1-1内的孔通透，防止焊接过程堵塞管内孔导致透气性变差。采用氩弧焊将每根不锈钢金属通气管1-1的四周与不锈钢底板2进行扩焊，并焊接实，不得断焊产生漏点。并保证焊接后每根管内畅通。

最后将气室边板3-2与气室底板3-1、气室盖板3-3之间所有缝隙进行焊接，以及气室盖板3-3与气室尾管3-4进行焊接。

这种透气砖也可应用于电炉生产。

实施例2

如图1和图3所示，本实施例的供气砖包括供气砖本体1和气室3，所述供气砖本体1内的不锈钢金属通气管1-1的第一端伸出到所述供气砖本体1外侧，并伸入到所述气室3的气室底板3-1上的底板孔内，所述不锈钢金属通气管1-1的管壁与所述底板孔的孔壁之间为氩弧焊焊接连接；在所述气室底板3-1与所述气室3的内腔3-5之间安装有不锈钢底板2，所述不锈钢底板2上设有钻孔2-1；所述不锈钢金属通气管1-1的第一端自所述供气砖本体1内伸出后依次穿过所述底板孔和所述钻孔2-1，所述不锈钢金属通气管1-1的管壁与所述钻孔2-1的孔壁之间为氩弧焊焊接连接；所述气室底板3-1与所述不锈钢底板2之间为氩弧焊焊接连接。

所述不锈钢底板2、所述气室3的气室边板3-2和所述气室3的气室盖板3-3三者之间围成所述内腔3-5；所述气室边板3-2位于所述不锈钢底板2和所述气室盖板3-3之间，所述气室3的气室尾管3-4与所述气室盖板3-3之间为氩弧焊焊接连接，并且所述气室尾管3-4与所述内腔3-5流体导通。

所述不锈钢底板2的厚度为2mm，所述钻孔2-1的直径比所述不锈钢金属通气管1-1的外径大0.3mm，所述气室底板3-1的厚度为9mm。所述不锈钢金属通气管1-1与所述底板孔一一对应，所述底板孔与所述钻孔2-1一一对应。所述供气砖本体1为耐火材料砖体，所述不锈钢金属通气管1-1的内径为1.0mm，所述不锈钢金属通气管1-1的壁厚为0.75mm。所述焊接为氩弧焊接。

具体组装过程：

在气室底板3-1的一侧增加一层厚度为2mm的不锈钢底板2，供气砖本体1内的不锈钢金属通气管1-1套入不锈钢底板2的钻好的钻孔2-1内，使不锈钢底板2与气室底板3-1的形状重合。

不锈钢底板2上的钻孔2-1要求和气室底板3-1的底板孔孔型排列、间距一致，钻孔2-1的直径比不锈钢金属通气管1-1的外径大0.3mm。

焊接前切去所述不锈钢金属通气管1-1的多余部分，并使得所述不锈钢金属通气管1-1露出所述不锈钢底板2外表面的长度为1-2mm，留出焊接量。

然后将不锈钢金属通气管1-1内的孔通透，防止焊接过程堵塞管内孔导致透气性变差。采用氩弧焊将每根不锈钢金属通气管1-1的四周与不锈钢底板2进行扩焊，并焊接实，不得断焊产生漏点。并保证焊接后每根管内畅通。

最后将气室边板3-2与气室底板3-1、气室盖板3-3之间所有缝隙进行焊接，以及气室盖板3-3与气室尾管3-4进行焊接。

这种透气砖也可应用于电炉生产。

实施例3

如图1和图3所示，本实施例的供气砖包括供气砖本体1和气室3，所述供气砖本体1内的不锈钢金属通气管1-1的第一端伸出到所述供气砖本体1外侧，并伸入到所述气室3的气室底板3-1上的底板孔内，所述不锈钢金属通气管1-1的管壁与所述底板孔的孔壁之间为氩弧焊焊接连接；在所述气室底板3-1与所述气室3的内腔3-5之间安装有不锈钢底板2，所述不锈钢底板2上设有钻孔2-1；所述不锈钢金属通气管1-1的第一端自所述供气砖本体1内伸出后依次穿过所述底板孔和所述钻孔2-1，所述不锈钢金属通气管1-1的管壁与所述钻孔2-1的孔壁之间为氩弧焊焊接连接；所述气室底板3-1与所述不锈钢底板2之间为氩弧焊焊接连接。

所述不锈钢底板2、所述气室3的气室边板3-2和所述气室3的气室盖板3-3三者之间围成所述内腔3-5；所述气室边板3-2位于所述不锈钢底板2和所述气室盖板3-3之间，所述气室3的气室尾管3-4与所述气室盖板3-3之间为氩弧焊焊接连接，并且所述气室尾管3-4与所述内腔3-5流体导通。

所述不锈钢底板2的厚度为3mm，所述钻孔2-1的直径比所述不锈钢金属通气管1-1的外径大0.4mm，所述气室底板3-1的厚度为10mm。所述不锈钢金属通气管1-1与所述底板孔一一对应，所述底板孔与所述钻孔2-1一一对应。所述供气砖本体1为耐火材料砖体，所述不锈钢金属通气管1-1的内径为2.0mm，所述不锈钢金属通气管1-1的壁厚为1.0mm。所述焊接为氩弧焊接。

具体组装过程：

在气室底板3-1的一侧增加一层厚度为3mm的不锈钢底板2，供气砖本体1内的不锈钢金属通气管1-1套入不锈钢底板2的钻好的钻孔2-1内，使不锈钢底板2与气室底板3-1的形状重合。

不锈钢底板2上的钻孔2-1要求和气室底板3-1的底板孔孔型排列、间距一致，钻孔2-1的直径比不锈钢金属通气管1-1的外径大0.4mm。

焊接前切去所述不锈钢金属通气管1-1的多余部分，并使得所述不锈钢金属通气管1-1露出所述不锈钢底板2外表面的长度为1-2mm，留出焊接量。

然后将不锈钢金属通气管1-1内的孔通透，防止焊接过程堵塞管内孔导致透气性变差。采用氩弧焊将每根不锈钢金属通气管1-1的四周与不锈钢底板2进行扩焊，并焊接实，不得断焊产生漏点。并保证焊接后每根管内畅通。

最后将气室边板3-2与气室底板3-1、气室盖板3-3之间所有缝隙进行焊接，以及气室盖板3-3与气室尾管3-4进行焊接。

这种透气砖也可应用于电炉生产。

实施例4

实施例1至3中供气砖的制备方法包括如下步骤：

a、开始加工生产之前将不锈钢金属通气管1-1两端焊死封闭，防止生产加工过程中造成所述不锈钢金属通气管1-1堵塞；将不锈钢金属通气管1-1的一端从气室底板3-1一侧的朝向耐火材料板面插入到所述气室底板3-1上的底板孔内，并伸出所述气室底板3-1另一侧的朝向气体板面；

b、在模具内，保持所述不锈钢金属通气管1-1与所述底板孔同轴，向朝向耐火材料板面上堆填耐火材料，并对耐火材料进行捣料、敲打直至耐火材料达到设计高度，此时位于所述朝向耐火材料板面一侧的相邻所述不锈钢金属通气管1-1之间填满耐火材料；

c、对模具内的耐火材料施加压力等静压成型，从而在所述朝向耐火材料板面一侧形成供气砖本体1；

d、在所述朝向气体板面的一侧，将所述底板孔的孔壁与所述不锈钢金属通气管1-1的管壁之间进行焊接连接，使得所述底板孔的孔壁与所述不锈钢金属通气管1-1的管壁之间密封，焊接过程中保持所述不锈钢金属通气管1-1的管孔通透，防止焊接过程因堵塞所述不锈钢金属通气管1-1管孔而导致透气性变差；

e、从所述朝向气体板面的一侧，将开设有钻孔2-1的不锈钢底板2与所述气室底板3-1的朝向气体板面贴合，所述不锈钢金属通气管1-1伸出所述朝向气体板面的一端穿过所述钻孔2-1并伸出所述不锈钢底板2背离所述气室底板3-1的一侧面，所述不锈钢底板2背离所述气室底板3-1的一侧面为气体接触板面2-2，将所述不锈钢金属通气管1-1伸出所述气体接触板面2-2多余的部分切割掉，使得所述不锈钢金属通气管1-1伸出所述气体接触板面2-2的长度为1-2mm；所述不锈钢底板2的大小形状与所述气室底板3-1的大小形状相同，并且所述不锈钢底板2的厚度小于所述气室底板3-1的厚度；

f、在所述不锈钢底板2的四周立面与所述气室底板3-1的四周立面邻接处进行点焊，使得所述不锈钢底板2与所述气室底板3-1之间相对固定连接；

g、在所述气体接触板面2-2一侧，对所述不锈钢金属通气管1-1伸出所述气体接触板面2-2的一端进行扩焊，将所述钻孔2-1孔壁与所述不锈钢金属通气管1-1管壁之间进行焊接连接，使得所述钻孔2-1孔壁与所述不锈钢金属通气管1-1管壁之间密封，焊接过程中保持所述不锈钢金属通气管1-1的管孔通透，防止焊接过程因堵塞所述不锈钢金属通气管1-1管孔而导致透气性变差；

h、将气室3一端的气室边板3-2端面抵顶在所述气体接触板面2-2上，所述气室3的外形及大小与所述气体接触板面2-2的外形及大小完全相同；从外侧四周将所述气室边板3-2侧面与所述不锈钢底板2进行点焊连接；

i、从外侧四周将所述气室边板3-2侧面、所述不锈钢底板2立面和所述气室底板3-1立面进行焊接密封连接，形成连续且全部覆盖所述不锈钢底板2四周立面、连续且全部覆盖所述气室底板3-1四周立面以及连续覆盖临近所述不锈钢底板2的所述气室边板3-2侧面的环形整体焊接带4；所述气室3另一端的气室边板3-2端面与气室盖板3-3密封连接，并且所述气室盖板3-3的中心密封连接有气室尾管3-4；所述不锈钢底板2、所述气室3的气室边板3-2和所述气室3的气室盖板3-3三者之间围成容纳气体的内腔3-5；所述不锈钢金属通气管1-1和所述气室尾管3-4分别与所述内腔3-5流体导通，并将所述不锈钢金属通气管1-1的另一端进行切割以使得两端导通。

本实施例中所述气室边板3-2为方筒形结构，并且所述气室边板3-2、所述气室盖板3-3与气室尾管3-4为相互独立的分体式部件；从内侧四周将所述气室边板3-2侧面与所述气体接触板面2-2之间进行焊接密封；将气室盖板3-3抵顶在气室3另一端的气室边板3-2端面上，并从四周将所述气室盖板3-3与所述气室边板3-2之间进行焊接密封连接；最后在所述气室盖板3-3中心孔上焊接气室尾管3-4。

此外，所述气室边板3-2、所述气室盖板3-3和气室尾管3-4也可以为预制好的一体式结构；并且所述气室边板3-2和所述气室盖板3-3为一体成型结构。

由于现有技术中将不锈钢金属通气管1-1、所述气室底板3-1和耐火材料三者一起等静压成型，形成供气砖本体1之后，所述气室底板3-1在压力成型的时候板面承受很大的压力，可能会造成所述气室底板3-1板面具有微小的裂纹而造成气密性或承压气密性达不到要求；而且在等静压成型之后，所述气室底板3-1的朝向气体板面、底板孔的孔壁以及所述不锈钢金属通气管1-1管壁外表面均受到污染而不洁净，将底板孔的孔壁与所述不锈钢金属通气管1-1管壁外表面焊接密封之后，可能会造成焊缝气密性或者承压气密性不够，因而现有技术中在供气砖制造好之后，所述气室底板3-1的朝向耐火材料接触面会发生漏气现象，合格率较低。而采用本发明的制备方法，能够最大限度地避免现有生产工艺存在的诸多缺陷，对生产出来的供气砖进行气密性检测，合格率达到99％以上，有效保证了供气砖的焊接质量和提升产品合格率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。