CN108097942A - 一种复合电磁场监控型钢包透气砖 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合电磁场监控型钢包透气砖。其技术方案是：透气砖芯(2)侧面和底部设有透气砖壳体(4)；透气砖芯(2)的底部设有的圆形凹面与透气砖壳体(4)的底部构成透气室(6)；透气室(6)的底部设置有电源(6)；透气砖芯(2)内垂直地设有5～30个透气狭缝(3)，2n个金属碳复合线圈(1)均匀地分布在透气狭缝(3)的周围，每层有n组金属碳复合线圈(1)呈轴心对称，每组金属碳复合线圈(1)串联连接；每层金属碳复合线圈(1)的平面布置相同。n根正极导线(5)和负极导线(9)分别与各层金属碳复合线圈(1)中对应的金属碳复合线圈(1)组的正极和负极并联。本发明的抗侵蚀与抗渗透性能优异、服役寿命长、能实时监测使用状况。

Description

一种复合电磁场监控型钢包透气砖

技术领域

本发明属于钢包透气砖技术领域。具体涉及一种复合电磁场监控型钢包透气砖。

背景技术

近年来，由于高质量钢材的需求越来越高，炼钢技术与炼钢工艺亟待改善与提高，钢包炉外精炼作为精炼工艺的重要部分，对钢液洁净度与品质具有重要作用。而透气砖在此过程中能起到调节钢液成分和温度的作用，是工艺顺利实施的关键元件，直接决定着炉外精炼的可靠性与完备性。但随着钢包的大型化发展，透气砖的冶炼条件日益苛刻。透气砖的损毁主要有钢渣的渗透与侵蚀、热应力引起的损毁、钢液冲刷引起的纵横向断裂等，还有存在残钢、渣堵塞狭缝等问题。其中钢包在精炼完成后进入连铸平台，从浇注就位到浇筑完成大约持续1小时左右，此时钢水需镇静保温，钢包透气砖停止吹氩气，大量的钢液和钢渣极易渗进透气砖的透气狭缝，对透气砖造成较大程度的侵蚀与渗透，同时还会引起透气砖堵塞导致透气砖不通气。因为钢包透气砖一般使用次数为6次，而透气座砖与包衬常同步更换，这样会造成新安装的透气砖高出透气砖座砖而使透气砖直接受到钢流强大的剪切及冲刷作用，因此急需提高透气砖的服役寿命，使透气砖与包衬材料具有较好的同步性。

目前，国内外在透气砖的材质、组合方式、吹气系统和透气参数等方面进行了大量研究与实践，旨在提高透气砖的使用性能与精炼效果。李远兵等(李远兵，李楠，彭兵，等.钢包用刚玉-尖晶石透气砖的研制与应用[J].耐火材料，2002，34(1)：38～40.)通过适当提高MgO的质量分数，虽提高了刚玉-尖晶石质透气砖的抗折强度与热震稳定性，但降低了其体积稳定性；郭永谦等(郭永谦，张利新，徐刚，等.新型弥散式透气砖的性能及应用[J].耐火材料，2017，51(4)：303～304.)研制了一种采用透气内芯与致密高强度材料组合的新型弥散式透气砖，具有透气性稳定、防止钢水渗钢等优点，但安装过程繁琐，对吹氩操作要求极高，精炼前期透气砖气道易被堵塞而吹不开；“一种钢包透气砖防堵塞供气系统”(CN103100705 A)专利技术，在钢包精炼完成后，始终保持透气砖狭缝内有气体排出，来减少钢水渗入狭缝以达到提高其服役寿命的目的，其发明仍存在两点不足：一是供气系统较为复杂，不易控制，二是在精炼后钢包进入连铸，此时钢液需要镇静，如果继续吹气，会影响钢液的冶炼品质和连铸过程的顺利进行；“钢包用复合式弥散透气砖”(CN 106380214 A)专利技术，公开了一种钢包用复合式弥散透气砖，将弥散式透气砖与狭缝式透气砖进行功能组合，结合了两者的优点，既能达到弥散透气的目的，又能充分发挥狭缝式透气在使用安全性上的优势，但同样无法解决精炼后出钢时透气砖严重渗钢、渗渣的问题。

综上所述，在钢包精炼后，钢包进入连铸平台，从连铸就位到浇注完毕，在不影响钢液质量及连铸工艺的前提下，透气砖严重渗钢、渗渣和侵蚀程度加剧的缺点还未能有效解决。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种抗侵蚀性能良好、抗渗透性能优异、服役寿命长、能实时监测使用状况、操作简单和适用性广的复合电磁场监控型钢包透气砖。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述透气砖包括透气砖芯、透气砖壳体、电源和进气管。透气砖芯外形呈圆台状，紧贴透气砖芯的侧面和底部设有透气砖壳体。

所述透气砖芯的底部中心处设有圆形凹面，所述圆形凹面与透气砖壳体的底部构成透气室。透气砖壳体的底部的中心处固定有进气管，进气管与透气室相通。透气室的环形底部设置有电源，所述电源与远程电源控制器无线连接。

所述电源的外形为整体环形或为2～8个块状电池串联为环形，所述电源的环形内径为进气管内径的1～1.2倍，所述电源的环形外径为所述透气室直径的0.7～0.9倍，所述电源高度为所述透气室高度的0.5～0.8倍。

在所述透气砖芯内垂直地设有5～30个透气狭缝，5～30个透气狭缝均匀地位于透气室上方，5～30个透气狭缝均与透气室相通。

在所述透气砖芯内设置有3～10层金属碳复合线圈，3～10层金属碳复合线圈的顶层位于透气砖芯的上部，3～10层金属碳复合线圈的高度h

h＝(0.4～0.7)H (a)

式(a)中：H表示透气砖芯的高度，mm。

每层金属碳复合线圈均为2n个，n为2～5的自然数，2n个金属碳复合线圈均匀地分布在透气狭缝的周围，2n个金属碳复合线圈的形心位于透气砖芯的同一圆周线上，2n个金属碳复合线圈中有n组金属碳复合线圈呈轴心对称布置，每组的金属碳复合线圈为串联连接。

每层金属碳复合线圈的平面布置相同。

n根正极导线的一端分别与电源的正极连接，n为2～5的自然数，其中：第一根正极导线的另一端分别与各层金属碳复合线圈中的第一组金属碳复合线圈的正极并联，……，第n根正极导线的另一端分别与每层金属碳复合线圈中的第5组金属碳复合线圈的正极并联。

n根负极导线的一端分别与电源的负极连接，n为2～5的自然数，其中：第一根负极导线的另一端分别与各层金属碳复合线圈中的第一组金属碳复合线圈的负极并联，……，第n根负极导线的另一端分别与每层金属碳复合线圈中的第5组金属碳复合线圈的负极并联。

所述金属碳复合线圈的缠绕方向与所述透气狭缝平行，每个金属碳复合线圈匝数相同和缠绕方向一致。

所述的金属碳复合线圈的外表面涂覆有SiC-Si-Al胶泥；所述SiC-Si-Al胶泥中：SiC含量>80wt％，Si含量>2wt％，Al含量>12wt％。

所述透气砖芯的材质为刚玉质、刚玉-尖晶石质、铬刚玉-尖晶石质、铬刚玉质中的一种。

所述的金属碳复合线圈的电磁线的材质为碳纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维、铂金、铂铑合金、铁合金的一种。

所述透气狭缝为狭缝定向型、直通定向型、直通孔型、迷宫型中的一种。

所述电源为直流电源，输出电压为100～300V，输出电流为5～30A；所述电源表面包覆有陶瓷纤维棉。

由于采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：

本发明将电磁场技术与透气砖进行了巧妙的结合，以非接触式的方式抑制了钢液与钢渣对透气砖的侵蚀，提高了钢包精炼过程的效率，提高了钢液的洁净度；此外，可以根据实际的冶炼状况利用远程电源控制器对磁场进行实时调节，适用各种类型和容量的钢包；并且本发明操作简单，易于控制。

本发明使用时，在钢包精炼完成后进入连铸平台，复合电磁场监控型钢包透气砖停止吹氩气，钢液处于镇静状态，此时通过远程电源控制器启动电源，并调节电源的输出电压与输出电流，金属碳复合线圈通电，在其中间的透气狭缝区域产生水平方向的磁场，此时通过透气狭缝向下渗透的钢液、钢渣在磁场中受到水平方向的洛伦兹力，向下运动的速率降低，能显著降低对透气砖芯的渗透程度与侵蚀速率。

本发明采用的金属碳复合线圈具有电流调节范围广、耐高温不易氧化等优点，制得的复合电磁场监控型钢包透气砖具有较长的使用寿命，促进了钢包内衬材料的一体化与同步化，减少了因频繁更换透气砖而使内衬材料的侵蚀加剧。

本发明可以实时监测复合电磁场监控型钢包透气砖的损毁情况：在使用过程中出现损毁时，位于透气砖芯上部的金属碳复合线圈会率先被损坏而无法通电，由于采取并联方式，未被破坏的金属碳复合线圈仍正常工作，但此时总电路的电阻值降低，总电流增加，远程电源控制器能实时监测电路电流变化，据此能起到预警作用。因此，本发明具有抗侵蚀性能良好、抗渗透性能优异、服役寿命长、能实时监测使用状况、操作简单和适用性广的特点。

附图说明

图1为本发明一种结构示意图；

图2为图1的A-A剖视示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，并非对本发明保护范围的限制。

实施例1

一种复合电磁场监控型钢包透气砖。如图1和图2所述，所述透气砖包括透气砖芯2、透气砖壳体4、电源6和进气管8。透气砖芯2外形呈圆台状，紧贴透气砖芯2的侧面和底部设有透气砖壳体4。

如图1所述，所述透气砖芯2的底部中心处设有圆形凹面，所述圆形凹面与透气砖壳体4的底部构成透气室7。透气砖壳体4的底部的中心处固定有进气管8，进气管8与透气室7相通。透气室7的环形底部设置有电源6，所述电源6与远程电源控制器无线连接。

如图1所述，所述电源6的外形为整体环形，所述电源6的环形内径为进气管8内径的1～1.2倍，所述电源6的环形外径为所述透气室7直径的0.7～0.8倍，所述电源6高度为所述透气室7高度的0.5～0.6倍。

如图1和图2所述，在所述透气砖芯2内垂直地设有5个透气狭缝3，5个透气狭缝3均匀地位于透气室7上方，5个透气狭缝3均与透气室7相通。

如图1和图2所述，在所述透气砖芯2内设置有4层金属碳复合线圈1，4层金属碳复合线圈1的顶层位于透气砖芯2的上部，4层金属碳复合线圈1的高度h

h＝(0.4～0.5)H a

式a中：H表示透气砖芯的高度，mm。

如图1和图2所述，每层金属碳复合线圈1均为4个，4个金属碳复合线圈1均匀地分布在透气狭缝3的周围，4个金属碳复合线圈1的形心位于透气砖芯2的同一圆周线上，4个金属碳复合线圈1中有2组金属碳复合线圈1呈轴心对称布置，每组的金属碳复合线圈1为串联连接。

每层金属碳复合线圈1的平面布置相同。

如图1所述，2根正极导线5的一端分别与电源6的正极连接，其中：第一根正极导线5的另一端分别与各层金属碳复合线圈1中的第一组金属碳复合线圈1的正极并联，第2根正极导线5的另一端分别与每层金属碳复合线圈1中的第2组金属碳复合线圈1的正极并联。

如图1所述，2根负极导线9的一端分别与电源6的负极连接，其中：第一根负极导线9的另一端分别与各层金属碳复合线圈1中的第一组金属碳复合线圈1的负极并联，第2根负极导线9的另一端分别与每层金属碳复合线圈1中的第2组金属碳复合线圈1的负极并联。

如图1和图2所述，所述金属碳复合线圈1的缠绕方向与所述透气狭缝3平行，每个金属碳复合线圈1匝数相同和缠绕方向一致。

所述的金属碳复合线圈1的外表面涂覆有SiC-Si-Al胶泥；所述SiC-Si-Al胶泥中：SiC含量>80wt％，Si含量>2wt％，Al含量>12wt％。

所述透气砖芯2的材质为刚玉质。

所述的金属碳复合线圈1的电磁线的材质为碳纤维或为碳纳米管纤维。

所述透气狭缝3为狭缝定向型。

所述电源6为直流电源，输出电压为100～200V，输出电流为5～20A；所述电源6表面包覆有陶瓷纤维棉。

实施例2

一种复合电磁场监控型钢包透气砖。除下述技术参数外，其余同实施例1：

所述电源6的外形为2～7个块状电池串联为环形，所述电源6的环形内径为进气管8内径的1～1.2倍，所述电源6的环形外径为所述透气室7直径的0.75～0.85倍，所述电源6高度为所述透气室7高度的0.6～0.7倍。

如图1和图2所述，在所述透气砖芯2内垂直地设有6～29个透气狭缝3，6～29个透气狭缝3均匀地位于透气室7上方，6～29个透气狭缝3均与透气室7相通。

如图1和图2所述，在所述透气砖芯2内设置有3层或5～9层金属碳复合线圈1，3层或5～9层金属碳复合线圈1的顶层位于透气砖芯2的上部，3层或5～9层金属碳复合线圈1的高度h

h＝(0.4～0.68)H a

式a中：H表示透气砖芯的高度，mm。

如图1和图2所述，每层金属碳复合线圈1均为6或8个，6或8个金属碳复合线圈1均匀地分布在透气狭缝3的周围，6或8个金属碳复合线圈1的形心位于透气砖芯2的同一圆周线上，6或8个金属碳复合线圈1中有3或4组金属碳复合线圈1呈轴心对称布置，每组的金属碳复合线圈1为串联连接。

每层金属碳复合线圈1的平面布置相同。

如图1所述，3或4根正极导线5的一端分别与电源6的正极连接，其中：第一根正极导线5的另一端分别与各层金属碳复合线圈1中的第一组金属碳复合线圈1的正极并联，……，第3或4根正极导线5的另一端分别与每层金属碳复合线圈1中的第3或4组金属碳复合线圈1的正极并联。

如图1所述，3或4根负极导线9的一端分别与电源6的负极连接，其中：第一根负极导线9的另一端分别与各层金属碳复合线圈1中的第一组金属碳复合线圈1的负极并联，……，第3或4根负极导线9的另一端分别与每层金属碳复合线圈1中的第3或4组金属碳复合线圈1的负极并联。

所述透气砖芯2的材质为刚玉-尖晶石质。

所述的金属碳复合线圈1的电磁线的材质为石墨烯纤维或为铂金。

所述透气狭缝3为直通定向型。

所述电源6为直流电源，输出电压为150～250V，输出电流为10～25A。

实施例3

一种复合电磁场监控型钢包透气砖。除下述技术参数外，其余同实施例1：

所述电源6的外形为8个块状电池串联为环形，所述电源6的环形内径为进气管8内径的1～1.2倍，所述电源6的环形外径为所述透气室7直径的0.8～0.9倍，所述电源6高度为所述透气室7高度的0.7～0.8倍。

如图1和图2所述，在所述透气砖芯2内垂直地设有30个透气狭缝3，30个透气狭缝3均匀地位于透气室7上方，30个透气狭缝3均与透气室7相通。

如图1和图2所述，在所述透气砖芯2内设置有10层金属碳复合线圈1，10层金属碳复合线圈1的顶层位于透气砖芯2的上部，10层金属碳复合线圈1的高度h

h＝(0.65～0.70)H a

式a中：H表示透气砖芯的高度，mm。

如图1和图2所述，每层金属碳复合线圈1均为10个，10个金属碳复合线圈1均匀地分布在透气狭缝3的周围，10个金属碳复合线圈1的形心位于透气砖芯2的同一圆周线上，10个金属碳复合线圈1中有5组金属碳复合线圈1呈轴心对称布置，每组的金属碳复合线圈1为串联连接。

每层金属碳复合线圈1的平面布置相同。

如图1所述，5根正极导线5的一端分别与电源6的正极连接，其中：第一根正极导线5的另一端分别与各层金属碳复合线圈1中的第一组金属碳复合线圈1的正极并联，……，第5根正极导线5的另一端分别与每层金属碳复合线圈1中的第5组金属碳复合线圈1的正极并联。

如图1所述，5根负极导线9的一端分别与电源6的负极连接，其中：第一根负极导线9的另一端分别与各层金属碳复合线圈1中的第一组金属碳复合线圈1的负极并联，……，第5根负极导线9的另一端分别与每层金属碳复合线圈1中的第5组金属碳复合线圈1的负极并联。

所述透气砖芯2的材质为铬刚玉-尖晶石质或为铬刚玉质。

所述的金属碳复合线圈1的电磁线的材质为铂铑合金或为铁合金。

所述透气狭缝3为直通孔型或为迷宫型。

所述电源6为直流电源，输出电压为200～300V，输出电流为15～30A。

本具体实施方式与现有技术相比，具有如下有益效果：

本具体实施方式将电磁场技术与透气砖进行了巧妙的结合，以非接触式的方式抑制了钢液与钢渣对透气砖的侵蚀，提高了钢包精炼过程的效率，提高了钢液的洁净度；此外，可以根据实际的冶炼状况利用远程电源控制器对磁场进行实时调节，适用各种类型和容量的钢包；并且本具体实施方式操作简单，易于控制。

本具体实施方式在使用时，在钢包精炼完成后进入连铸平台，复合电磁场监控型钢包透气砖停止吹氩气，钢液处于镇静状态，此时通过远程电源控制器启动电源6，并调节电源6的输出电压与输出电流，金属碳复合线圈1通电，在其中间的透气狭缝3区域产生水平方向的磁场，此时通过透气狭缝3向下渗透的钢液、钢渣在磁场中受到水平方向的洛伦兹力，向下运动的速率降低，能显著降低对透气砖芯2的渗透程度与侵蚀速率。

本具体实施方式采用的金属碳复合线圈1具有电流调节范围广、耐高温不易氧化等优点，制得的复合电磁场监控型钢包透气砖具有较长的使用寿命，促进了钢包内衬材料的一体化与同步化，减少了因频繁更换透气砖而使内衬材料的侵蚀加剧。

本具体实施方式可以实时监测复合电磁场监控型钢包透气砖的损毁情况：在使用过程中出现损毁时，位于透气砖芯2上部的金属碳复合线圈1会率先被损坏而无法通电，由于采取并联方式，未被破坏的金属碳复合线圈仍正常工作，但此时总电路的电阻值降低，总电流增加，远程电源控制器能实时监测电路电流变化，据此能起到预警作用。因此，本具体实施方式具有抗侵蚀性能良好、抗渗透性能优异、服役寿命长、能实时监测使用状况、操作简单和适用性广的特点。

Claims (5)

1.一种复合电磁场监控型钢包透气砖，其特征在于所述透气砖包括透气砖芯(2)、透气砖壳体(4)、电源(6)和进气管(8)；透气砖芯(2)外形呈圆台状，紧贴透气砖芯(2)的侧面和底部设有透气砖壳体(4)；

所述透气砖芯(2)的底部中心处设有圆形凹面，所述圆形凹面与透气砖壳体(4)的底部构成透气室(7)；透气砖壳体(4)的底部的中心处固定有进气管(8)，进气管(8)与透气室(7)相通；透气室(7)的环形底部设置有电源(6)，所述电源(6)与远程电源控制器无线连接；

所述电源(6)的外形为整体环形或为2～8个块状电池串联为环形，所述电源(6)的环形内径为进气管(8)内径的1～1.2倍，所述电源(6)的环形外径为所述透气室(7)直径的0.7～0.9倍，所述电源(6)高度为所述透气室(7)高度的0.5～0.8倍；

在所述透气砖芯(2)内垂直地设有5～30个透气狭缝(3)，5～30个透气狭缝(3)均匀地位于透气室(7)上方，5～30个透气狭缝(3)均与透气室(7)相通；

在所述透气砖芯(2)内设置有3～10层金属碳复合线圈(1)，3～10层金属碳复合线圈(1)的顶层位于透气砖芯(2)的上部，3～10层金属碳复合线圈(1)的高度h

h＝(0.4～0.7)H (a)

式(a)中：H表示透气砖芯的高度，mm；

每层金属碳复合线圈(1)均为2n个，n为2～5的自然数，2n个金属碳复合线圈(1)均匀地分布在透气狭缝(3)的周围，2n个金属碳复合线圈(1)的形心位于透气砖芯(2)的同一圆周线上，2n个金属碳复合线圈(1)中有n组金属碳复合线圈(1)呈轴心对称布置，每组的金属碳复合线圈(1)为串联连接；

每层金属碳复合线圈(1)的平面布置相同；

n根正极导线(5)的一端分别与电源(6)的正极连接，n为2～5的自然数，其中：第一根正极导线(5)的另一端分别与各层金属碳复合线圈(1)中的第一组金属碳复合线圈(1)的正极并联，……，第n根正极导线(5)的另一端分别与每层金属碳复合线圈(1)中的第5组金属碳复合线圈(1)的正极并联；

n根负极导线(9)的一端分别与电源(6)的负极连接，n为2～5的自然数，其中：第一根负极导线(9)的另一端分别与各层金属碳复合线圈(1)中的第一组金属碳复合线圈(1)的负极并联，……，第n根负极导线(9)的另一端分别与每层金属碳复合线圈(1)中的第5组金属碳复合线圈(1)的负极并联；

所述金属碳复合线圈(1)的缠绕方向与所述透气狭缝(3)平行，每个金属碳复合线圈(1)匝数相同和缠绕方向一致；

所述的金属碳复合线圈(1)的外表面涂覆有SiC-Si-Al胶泥；所述SiC-Si-Al胶泥中：SiC含量>80wt％，Si含量>2wt％，Al含量>12wt％。

2.根据权利1所述的复合电磁场监控型钢包透气砖，其特征在于所述透气砖芯(2)的材质为刚玉质、刚玉-尖晶石质、铬刚玉-尖晶石质、铬刚玉质中的一种。

3.根据权利1所述的复合电磁场监控型钢包透气砖，其特征在于所述的金属碳复合线圈(1)的电磁线的材质为碳纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维、铂金、铂铑合金、铁合金的一种。

4.根据权利1所述的复合电磁场监控型钢包透气砖，其特征在于所述透气狭缝(3)为狭缝定向型、直通定向型、直通孔型、迷宫型中的一种。

5.根据权利1所述的复合电磁场监控型钢包透气砖，其特征在于所述电源(6)为直流电源，输出电压为100～300V，输出电流为5～30A；所述电源(6)表面包覆有陶瓷纤维棉。