CN108889936A - 耐火结构及提高其寿命的方法、挡渣滑板、中间包水口 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐火结构及提高其寿命的方法、挡渣滑板、中间包水口，属于冶炼技术领域。一种提高耐火结构寿命的方法，耐火结构包括耐火陶瓷本体、致密保护件和气室，致密保护件与耐火陶瓷本体连接以形成保护壳，耐火陶瓷本体包括能够与钢液接触的工作面，气室设置于耐火陶瓷本体的内部或者耐火陶瓷本体与致密保护件的连接处，耐火结构开设有连通外界与气室的进气孔，通过进气孔向气室充入保护气体，使保护气体经耐火陶瓷本体进入耐火陶瓷本体的工作面形成保护气膜。保护气膜能够有效地阻止钢水与耐火结构接触，保护耐火结构免受钢水的腐蚀。另外，气膜保护可以阻止耐火陶瓷与环境氧气的接触，所以大气环境中该耐火结构可以采用非氧化物陶瓷。
Description
技术领域
本发明涉及冶炼技术领域，具体而言，涉及一种耐火结构及提高其寿命的方法、挡渣滑板、中间包水口。
背景技术
耐火材料在冶金领域主要运用于金属的高温冶炼、液态金属的运输、以及在铸坯过程中根据工艺要求控制金属液的流速。随着冶金技术的发展，冶金生产工艺对耐火材料提出了新的和更高的要求。
在冶炼的过程中，高温钢水容易对耐火材料造成熔蚀、化学侵蚀和机械冲刷，降低了耐火制品的寿命。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种提高耐火结构使用寿命的方法，该方法能有效地减少钢水和钢渣对耐火结构的腐蚀。
本发明的第二目的在于提供一种耐火结构。
本发明的第三目的在于提供一种挡渣滑板。
本发明的第四目的在于提供一种中间包水口。
本发明是这样实现的：
一种提高耐火结构寿命的方法，耐火结构包括耐火陶瓷本体、致密保护件和气室，致密保护件与耐火陶瓷本体连接以形成保护壳，耐火陶瓷本体包括能够与钢液接触的工作面，气室设置于耐火陶瓷本体的内部或者耐火陶瓷本体与致密保护件的连接处，耐火结构开设有连通外界与气室的进气孔，通过进气孔向气室充入保护气体，使保护气体经耐火陶瓷本体进入耐火陶瓷本体的工作面形成保护气膜。
进一步地，在本发明的一种实施例中：
耐火陶瓷本体的显气孔率为10～70％。
进一步地，在本发明的一种实施例中：
耐火陶瓷本体工作面表层的显气孔率为10～40％。
进一步地，在本发明的一种实施例中：
耐火陶瓷本体由金属氧化物和/或非氧化物制成，金属氧化物包括氧化铝、氧化镁和氧化锆中的一种或多种；非氧化物包括碳化物、氮化物和硼化物中的一种或多种。
进一步地，在本发明的一种实施例中：
保护气体包括氮气或氩气。
进一步地，在本发明的一种实施例中：
致密保护件包括钢板或不锈钢板。
一种耐火结构，包括：耐火陶瓷本体、致密保护件和气室，致密保护件与耐火陶瓷本体连接以形成保护壳，耐火陶瓷本体包括能够与钢液接触的工作面，气室设置于耐火陶瓷本体的内部或者耐火陶瓷本体与致密保护件的连接处，耐火结构开设有连通外界与气室的进气孔，通过进气孔能够向气室充入保护气体。
进一步地，在本发明的一种实施例中：
耐火陶瓷本体的显气孔率为10～70％。
一种挡渣滑板，挡渣滑板包括上述的耐火结构，挡渣滑板具有液体通道，液体通道的内壁为耐火陶瓷本体的工作面。
一种中间包水口，包括上水口和中间包，上水口与中间包连接，上水口包括上述的耐火结构，上水口开设有进液口，进液口的内壁为耐火陶瓷本体的工作面。
本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的耐火结构，通过进气孔向气室充入保护气体，由于耐火陶瓷本体的陶瓷材料具有一定的显气孔率，则保护气体通过气室内向耐火陶瓷本体均衡地扩散，其中，由于致密保护件与耐火陶瓷本体连接形成保护壳，则当保护气体进入气室和耐火陶瓷本体时，致密保护件能够对保护气体形成隔挡以保证保护气体向耐火陶瓷本体扩散流向与钢液接触的工作面，保护气体在工作面受到钢液的挤压与钢液接触部位形成保护气膜，阻止钢液与耐火陶瓷本体表面直接接触，从而能够对耐火陶瓷本体起到保护作用，避免耐火陶瓷本体被钢液腐蚀，达到延长耐火结构的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的一种耐火结构的示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种耐火结构的示意图；
图3是本发明实施例提供的又一种耐火结构的示意图；
图4是图3中的耐火结构的俯视图；
图5是本发明实施例提供的耐火结构的示意图；
图6是本发明实施例提供的单面通气的耐火结构的示意图；
图7是本发明实施例提供的挡渣机构的结构示意图；
图8是图7中上滑板的结构示意图；
图9是图7中下滑板的结构示意图；
图10是本发明实施例提供的另一种上滑板和下滑板的结构示意图；
图11是本发明实施例提供的现有技术中中间包水口的结构示意图；
图12是本发明实施例提供的中间包水口的机构示意图。
图标：100-耐火结构；110-耐火陶瓷本体；111-工作面；120-致密保护件；130-气室；140-进气孔；141-进气管；10-挡渣机构；11-连接件；11a-基础板；11b-连接板；12-上滑板；12a-进液孔；13-下滑板；13a-出液孔；14-滑动机构；15-出钢口；200-耐火材料基体；20-中间包水口；21-上水口；21a-进液口；22-下水口；22a-出液口；23-中间包；30-中间包水口；31-上水口；32-下水口；33-中间包；34-快换机构。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
在冶炼的过程中，高温钢水容易对耐火材料造成熔蚀、化学侵蚀、和机械冲蚀，降低了耐火制品的使用寿命。
例如，在转炉炼钢中，一些对钢水成分要求比较高的品种钢，要求冶炼后出钢时必须采用挡渣措施，以防止冶炼时去除的有害成分返回到钢水中。转炉滑板法挡渣出钢过程中，由于滑板由耐火材料制成，滑板的工作面111直接接触高温钢水和高温熔渣，承受着高温钢水冲刷和熔渣的侵蚀。经过多次挡渣出钢后滑板扩孔都很严重，滑板的滑动面接触钢和渣的部位会出现凹槽。如果滑板处于极限关闭位置时，当凹槽与孔口贯通时，挡渣系统将失去挡渣功能。
基于此，本实施例提供一种提高耐火结构100寿命的方法。其中，耐火结构100包括耐火陶瓷本体110、致密保护件120和气室130，致密保护件120与耐火陶瓷本体110连接以形成保护壳，耐火陶瓷本体110包括能够与钢液接触的工作面111，气室130设置于耐火陶瓷本体110的内部或者耐火陶瓷本体110与致密保护件120的连接处，请参照图1和图2，图1和图2分别示出了两种示意的耐火结构100。耐火结构100开设有连通外界与气室130的进气孔140，通过进气孔140向气室130充入保护气体，使保护气体经耐火陶瓷本体110进入耐火陶瓷本体110的工作面111形成保护气膜。其中，保护气体包括氮气、氩气或压缩空气。气室130可以是环设于耐火结构100，也可以间隔设置在耐火结构100内部，请参照图3-图5。
该耐火结构100在使用时，通过进气孔140向气室130充入保护气体，由于耐火陶瓷本体110的陶瓷材料具有一定的显气孔率，则保护气体通过气室130内向耐火陶瓷本体110均衡地扩散，其中，由于致密保护件120与耐火陶瓷本体110连接形成保护壳，则当保护气体进入气室130和耐火陶瓷本体110时，致密保护件120能够对保护气体形成隔挡以保证保护气体向耐火陶瓷本体110扩散流向与钢液接触的工作面111，保护气体在工作面111受到钢液的挤压与钢液接触部位形成保护气膜，阻止钢液与耐火陶瓷本体110表面直接接触，从而能够对耐火陶瓷本体110起到保护作用，避免耐火陶瓷本体110被钢液腐蚀，达到延长耐火结构100的使用寿命。其中，致密保护件120包括但不限于钢板或不锈钢板，只要能够将保护气体隔挡在耐火陶瓷本体110内即可。在本实施例中，可在进气孔140安装进气管141，以方便充气装置向气室130内充入气体。另外，需要说明的是，本实施例的耐火结构100对其外形不做具体限定。在本实施例中，耐火陶瓷本体110可以设置为平面单向通气或环面通气，请参照图4和图5。
另外，由于处于大气高温环境，现有的转炉滑板无法使用非氧化物陶瓷，所以目前为止氧化锆是用在与钢水接触部位使用性能最好的的耐火材料。但是氧化锆材料的最大问题是不耐FeO侵蚀，而转炉钢渣中FeO的含量往往都很高。其它如氧化镁质或氧化铝质系耐火材料制品，其综合使用效果还不如氧化锆材料。滑板挡渣使用条件非常苛刻，以至于目前还不能满足30炉更换一次的基本要求，并且可供选择的材料十分有限。滑板的使用寿命已经成为制约该挡渣工艺推广应用的关键因素。
由于本实施例的提高耐火结构100寿命的方法中，保护气体在工作面111形成的保护气膜，能够阻止钢液与耐火陶瓷本体110表面直接接触，避免耐火陶瓷本体110被钢液腐蚀。
其中，耐火陶瓷本体110由金属氧化物和/或非氧化物陶瓷材料制成，金属氧化物陶瓷材料包括氧化铝、氧化镁和氧化锆中的一种或多种；非氧化物陶瓷材料包括碳化物、氮化物和硼化物中的一种或多种。
当保护气体为惰性气体时，由于保护气体充满了耐火陶瓷本体110的所有空隙，能够阻止高温下氧气与耐火陶瓷本体110的接触，因此，在高温大气环境下有耐氧化需要的关键部位，也可以选择非氧化物陶瓷材料。另外，如果耐火陶瓷本体110选择金属氧化物制成，则无论选择惰性气体或压缩气体都是可行的。
再者，由于保护气体流动能够降低耐火陶瓷本体110的工作面111温度，从而可以提高耐火陶瓷本体110的耐侵蚀和抗冲刷能力。
为了保证气体能够充分地充入耐火陶瓷本体110，选择的耐火陶瓷本体110其显气孔率为10～70％。其中，工作面111的气孔越细、气孔密度越大、分布越均匀，在接触钢渣和钢水时越容易形成均匀的保护气膜。可选地，在一些实施方式中，耐火陶瓷本体110的显气孔率为10～40％。
本实施例还提供一种转炉挡渣机构10，请参照图6，其包括连接件11、挡渣滑板以及滑动机构14，挡渣滑板包括上滑板12和下滑板13。上滑板12与连接件11连接，通过连接件11能够将上滑板12固定于转炉出钢口15。其中，连接件11包括连接的基础板11a和连接板11b，基础板11a配置成用于与出钢口15连接，连接板11b与上滑板12连接。
请参照图8和图9，上滑板12和下滑板13均包括上述的耐火结构100；上滑板12具有进液孔12a，进液孔12a的内壁为耐火陶瓷本体110的工作面111。
下滑板13通过滑动机构14与上滑板12密封连接，下滑板13开设有出液孔13a，进液孔12a的内壁为耐火陶瓷本体110的工作面111，滑动机构14配置成用于驱动下滑板13往复直线运动以能够将进液孔12a与出液孔13a连通或隔断。其中，进液孔12a和出液孔13a均为液体通道。
工作时，钢液从转炉出钢口15流出进入上滑板12的进液孔12a，由于进液孔12a的内壁为耐火陶瓷本体110的工作面111，则通过向耐火结构100的进气孔140通入保护气体可在上滑板12的进液孔12a孔壁形成保护气膜，对上滑板12进行保护，避免上滑板12与钢液接触的部位被腐蚀。
当滑动机构14驱动下滑板13运动使得进液孔12a与出液孔13a连通时，进液孔12a内的钢液流向出液孔13a，由于出液孔13a的内壁为耐火陶瓷本体110的工作面111，则通过向耐火结构100的进气孔140通入保护气体可在下滑板13的出液孔13a孔壁形成保护气膜，对下滑板13进行保护，避免下滑板13与钢液接触的部位被腐蚀。其中，滑动机构14可采用无锡双木机械科技有限公司生产的WSM一D303型号的产品。
请参照图9，另外，在上滑板12和下滑板13的面接触部位也可以设置该耐火结构100，耐火结构100的工作面111为上滑板12和下滑板13的接触面，上滑板12与下滑板13的接触面也因为保护气体的通入而可以避免被侵蚀。
需要说明的是，上滑板12和下滑板13可以整体为耐火结构100。上滑板12和下滑板13也可以设置成部分为耐火结构100。具体地，上滑板12和下滑板13均包括耐火材料基体200和耐火结构100，请参照图10，耐火结构100嵌设于耐火材料基体200内部，这样同样可以实现防腐蚀的效果。
另一方面，现有的中间包水口30采用的是上水口31、中间包33和下水口32的结构，请参照图11，上水口31与中间包33连接，下水口32通过快换机构34与上水口31连接，下水口32与上水口31采用面接触，下水口32扩径严重时可以随时利用快换机构34将下水口32快速推出实现更换。上水口31与下水口32接触钢水的部位一般采用耐侵蚀抗冲刷的氧化锆制品。上水口31由于不可更换所以其耐火材料的使用时间就成为制约中间包水口30使用寿命的关键因素。
现有技术的中间包水口30虽然允许上水口31有一定范围内的扩径，并通过快换机构34更换下水口32解决了定径水口使用时间短的问题。但是上水口31的扩径会因为制作的原料、加工工艺的控制、钢水的温度、钢水成份以及连铸的拉速的变化会有很大的差异性。目前中间包水口30快速更换水口系统中制约其使用寿命的核心部件是上水口31。由于使用环境为大气环境所以非氧化物陶瓷无法采用。目前广泛采用的仍然是氧化锆制品，为了提高耐用性，更多的使用高致密度低气孔率产品。
基于此，本实施例提供一种中间包水口20，请参照图12，其包括上水口21和中间包23，上水口21与中间包23连接，上水口21包括上述的耐火结构100，上水口21开设有进液口21a，进液口21a的内壁为耐火陶瓷本体110的工作面111。
则通过向耐火结构100的进气孔140通入保护气体可在上水口21的进液口21a孔壁形成保护气膜，对上水口21进行保护，避免上水口21与钢液接触的部位被腐蚀。
另外，中间包水口20的下水口22也可设置上述耐火结构100，下水口22开设出液口22a，出液口22a与进液口21a连通，且上水口21与下水口22面接触。通过向耐火结构100的进气孔140通入保护气体可在下水口22的出液口22a孔壁形成保护气膜，以对下水口22进行保护，延长其使用寿命。
需要说明的是，上水口21和下水口22可以整体为耐火结构100。上水口21和下水口22也可以设置成部分为耐火结构100。具体地，上水口21和下水口22均包括耐火材料基体200和耐火结构100，耐火结构100嵌设于耐火材料基体200内部，这样同样可以实现防腐蚀的效果。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提高耐火结构寿命的方法，其特征在于，所述耐火结构包括耐火陶瓷本体、致密保护件和气室，所述致密保护件与所述耐火陶瓷本体连接以形成保护壳，所述耐火陶瓷本体包括能够与钢液接触的工作面，所述气室设置于所述耐火陶瓷本体的内部或者所述耐火陶瓷本体与所述致密保护件的连接处，所述耐火结构开设有连通外界与所述气室的进气孔，通过所述进气孔向所述气室充入保护气体，使所述保护气体经所述耐火陶瓷本体进入所述耐火陶瓷本体的所述工作面形成保护气膜。
2.根据权利要求1所述的提高耐火结构寿命的方法，其特征在于，所述耐火陶瓷本体的显气孔率为10～70％。
3.根据权利要求2所述的提高耐火结构寿命的方法，其特征在于，所述耐火陶瓷本体工作面表层的显气孔率为10～40％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的提高耐火结构寿命的方法，其特征在于，所述耐火陶瓷本体由金属氧化物和/或非氧化物陶瓷材料制成，所述金属氧化物陶瓷材料包括氧化铝、氧化镁和氧化锆中的一种或多种；所述非氧化物陶瓷材料包括碳化物、氮化物和硼化物中的一种或多种。
5.根据权利要求1-3任一项所述的提高耐火结构寿命的方法，其特征在于，所述保护气体包括氮气或氩气。
6.根据权利要求1所述的提高耐火结构寿命的方法，其特征在于，所述致密保护件包括钢板或不锈钢板。
7.一种耐火结构，其特征在于，包括：耐火陶瓷本体、致密保护件和气室，所述致密保护件与所述耐火陶瓷本体连接以形成保护壳，所述耐火陶瓷本体包括能够与钢液接触的工作面，所述气室设置于所述耐火陶瓷本体的内部或者所述耐火陶瓷本体与所述致密保护件的连接处，所述耐火结构开设有连通外界与所述气室的进气孔，通过所述进气孔能够向所述气室充入保护气体。
8.根据权利要求7所述的耐火结构，其特征在于，所述耐火陶瓷本体的显气孔率为10～70％。
9.一种挡渣滑板，其特征在于，所述挡渣滑板包括权利要求1-6任一项所述的耐火结构，所述挡渣滑板具有液体通道，所述液体通道的内壁为所述耐火陶瓷本体的工作面。
10.一种中间包水口，其特征在于，包括上水口和中间包，所述上水口与所述中间包连接，所述上水口包括权利要求1-8任一项所述的耐火结构，所述上水口开设有进液口，所述进液口的内壁为所述耐火陶瓷本体的工作面。
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