CN113829472B

CN113829472B - 具有多方向施力特点的耐火砖成形方法及其辅助装置

Info

Publication number: CN113829472B
Application number: CN202111053152.4A
Authority: CN
Inventors: 李纪伟; 高冲锋; 张扬; 冯超; 郭忠航; 王秀伟
Original assignee: Luoyang Shengtie New Material Technology Co ltd
Current assignee: Luoyang Shengtie New Material Technology Co ltd
Priority date: 2021-09-09
Filing date: 2021-09-09
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2041-09-09
Also published as: CN113829472A

Abstract

本发明公开了具有多方向施力特点的耐火砖成形方法及其辅助装置，包括以下步骤：步骤一、将在混炼机中搅拌均匀后的混合料导入压砖机的模具内，启动压砖机对模具内混合料进行首次施压至压块下移停止，之后压块上移，模具下部顶砖装置将首次受压后的坯体顶出模框至成形台面位置；步骤二、将初次轻压后的砖坯进行翻转，具体操作为：采用耐火砖辅助翻砖装置对初次受压后的砖坯两端进行夹紧，砖坯在夹紧的状态下被夹具上移至一定高度，并启动翻转动作，以两个夹具中心连线为轴线，本发明采用轻压‑翻转‑轻压的方法对耐火砖进行加工，能够使得混合料具有更好的致密度，使得最终成形砖内部产生层裂的几率大幅降低，提高了产品的成品率以及良品率。

Description

具有多方向施力特点的耐火砖成形方法及其辅助装置

技术领域

本发明属于耐火砖加工方法技术领域，具体涉及具有多方向施力特点的耐火砖成形方法及其辅助装置。

背景技术

目前定型耐火材料成形方法均为半干法成形，即骨料、细粉添加结合剂（通常为酚醛树脂）后在混炼机中搅拌均匀，至物料有一定塑性，出料后倒入模具内，然后在一定压力下压制成形。按照所用机型和具体压制模式分为两大类，其一为液压机成形，混合料倒入模具内以后，利用液压一次性压制成形，达到所需致密程度。液压机设备投入大，维修难度高，虽然采用一次成形，但压制过程较长，总体效率偏低，且不易排气，对混合物料的稳定性要求很高。

另一类为多次压制成形，采用摩擦压砖机或电动螺旋压砖机压制成形，压制模式为丝杠旋转带动压块上下移动冲击打压，需打压多次（一般按照成形砖的重量计算1-2锤/kg），且设置压力从轻到重，便于排气，同时减少层裂的产生。这种是目前定型耐火材料成形的主要方法。在多次打压成形中，尽管已经采用先轻后重的压制模式，但层裂仍是其坯体报废的主要原因。且该成形制度对混合料干湿、塑性亦有相应要求，上述工艺参数的波动在该成形模式下容易带来单重偏低、骨料压碎等问题，对最终产品的使用性能不利。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供具有多方向施力特点的耐火砖成形方法及其辅助装置，在目前的多次加压、从轻到重的压砖模式中，引入自动夹翻砖装置及动作，在前期轻压过程中，利用该装置将轻压成形的坯体沿纵向翻转立起，再继续冲压动作，将立起的坯体压碎并再次压型，之后可以继续后续冲压动作，逐步增加压力，直至完成规定打击次数，在成形过程中，可以视具体物料特性和产品性能要求，进行一次翻砖立起或多次翻砖立起动作，满足耐材的生产加工需要。

本发明所采用的技术方案是：具有多方向施力特点的耐火砖成形方法，包括以下步骤：

步骤一、将在混炼机中搅拌均匀后的混合料导入压砖机的模具内，启动压砖机对模具内混合料进行首次施压至压块下移停止，之后压块上移，模具下部顶砖装置将首次受压后的坯体顶出模框至成形台面位置；

步骤二、将初次轻压后的砖坯进行翻转，具体操作为：采用耐火砖辅助翻砖装置对初次受压后的砖坯两端进行夹紧，砖坯在夹紧的状态下被夹具上移至一定高度（砖坯初始宽度的三分之二），并启动翻转动作，以两个夹具中心连线为轴线，将砖坯逆时针旋转90°，然后夹具移动使砖坯下移并停立在模具底板上，最后夹具松开并恢复至原始位置；在砖坯翻转且夹具恢复原位后，压砖机继续进行冲压动作，将立起的砖坯压碎后在模具内对其再次施压成形，并逐渐增大冲程和压力，直至获得规定尺寸和致密度的砖坯；

步骤三、压砖机将最终完成成形的砖坯从模框内顶出且压头复位后，启动机械手臂将完成成形的砖坯从模具底板上搬运至指定位置；此后再次向模具内导入混合料，按上述流程继续下一块耐火砖的成形。

所述压砖机为摩擦压砖机或电动螺旋压砖机，压砖方式为多次上下冲击打压，且设置压力从轻到重；冲压次数根据所成形耐火砖的尺寸、重量、材质以及致密度要求进行确定。

所述步骤二中，根据具体混合料的特性以及产品性能要求，可在轻压阶段进行一次或多次轻压及翻砖动作，之后再继续增大冲程和压力，重压一定次数至完成砖坯成形。

本发明还公开了具有多方向施力特点的耐火砖辅助装置，包括安装于压砖机工作台左右两侧呈对称设置的翻转机构、与翻转机构相连的空气泵以及电气控制箱，翻转机构包括设置在压砖机工作台上表面的底板，底板的上方具有中心线相互平行的提升气缸和助力旋转气缸，提升气缸和助力旋转气缸的中心线垂直于底板上表面，提升气缸的伸缩杆端部连接有一轴承，轴承的中心线与提升气缸的伸缩杆轴线相互垂直设置，轴承的外圈与提升气缸的伸缩杆固定连接，轴承的内圈位置连接有夹紧气缸，夹紧气缸的前端具有对砖坯进行夹紧的夹紧件，夹紧气缸的尾端固定安装有一旋转臂条，旋转臂条的中部具有沿旋转臂条长度方向开设的条形孔，在条形孔内滑动的安装有用以驱动旋转臂条进行转动的驱动件。

所述驱动件为安装在助力旋转气缸伸缩杆端部的异形架，异形架为中空结构，异形架顶部的横杆穿过旋转臂条上所开设的条形孔、且沿条形孔的长度方向往复运动。

所述夹紧件包括螺纹连接在夹紧气缸伸缩杆端部的螺套，螺套内部设置有内螺纹，螺套的另外一端通过螺纹连接有一调节杆，在调节杆上设置有外螺纹，调节杆上螺纹连接有用以对调节杆进行固定的螺母，调节杆的另外一端连接有夹紧板。

所述提升气缸、助力旋转气缸以及夹紧气缸均通过电磁阀与空气泵相连，且电磁阀电连接于电气控制柜，电气控制柜内置有PLC控制器。

这种具有多方向施力特点的耐火砖成形方法，其目的在于：

1、在将轻压成型后的坯体翻转立起后，再次施力压碎并施压成型，在这个过程中，混合料中结合剂在压力作用下分布更趋合理，混合料的塑性得以显著提高，类似于锻压金属以增加延展性的效果，使得在后续相同成形压力和打击次数下，坯体可以获得更好的致密度，且物料塑性提高有利于避免出现局部过压导致骨料被压碎进而导致结构劣化的问题；

2、在大压力压制前，混合料在经过上述多次翻转受压操作后，不仅塑性得以显著提高，且混合料在多次外力压制下，已经实现了排气，因此使得最终产品内部产生层裂的可能性大幅降低，产品成品率和良品率显著提高；

3、传统模式压制成形，混合料受力都在一个方向，在该受力方向上会因压力传递导致密度递减，因此成形厚度不宜过大，且成形后在受压方向上中心部位和上下两面的致密程度是不同的，中心部位致密度偏低，这在材料受热使用过程中易产生内部应力，导致剥落风险加剧；在本发明成形方法下，混合料可在多个方向上均经历受压，因此在应力分布状态上没有局部应力集中，在使用中降低了剥落风险；

4、传统压制方法下，砖体内部层裂、局部骨料压碎、排气不良等时有发生，使得产品内部有大裂纹、气孔、碎骨料等大尺度缺陷，降低了材料使用效果和使用安全性；在本发明成形方法下，最终产品在显微结构上不仅上述大尺度缺陷显著减少，还会在多次“轻压-破碎-轻压”的过程中产生较多微裂纹，有利于吸收在梯度高温使用条件下材料内部产生的应力，进而达到增韧的效果，使得耐火材料综合寿命显著提高；

5、在同条件下，新成型方法所需酚醛树脂结合剂加入量可以降低0.2-0.3%，因为在多次翻转轻压过程中，结合剂在外力作用下对物料的润湿更加充分，有效利用率得以提高，可在较低结合剂加入量下获得更好的塑性；结合剂降低不仅带来成本的降低，而且结合剂是有挥发成分的，烘烤中挥发成分溢出后产生气孔缺陷，会降低综合性能，因此在保持良好塑性的同时降低结合剂加入量对最终产品综合性能也是十分有利的。

上述具有多方向施力特点的耐火砖辅助装置，其工作过程为，搅拌均匀的混合料在导入至压砖机的模腔内部之后，压砖机的压块下压，对模腔内的混合料进行压制，压制时采用多次冲压、且压力从轻到重的方式，有助于排气和减少层裂，一次压制结束后，压砖机的顶出器将模腔内的砖坯顶出，此时，由PLC控制器驱动夹紧气缸开始工作，两侧夹紧气缸的伸缩杆伸长后，带动夹紧板向砖坯的两个端部进行移动，并对砖坯进行夹紧，砖坯被夹紧之后，由提升气缸驱动上方的轴承、夹紧气缸以及砖坯上升，与此同时，助力旋转气缸启动，助力旋转气缸的伸缩杆升降从而使得异形架升降，继而使得旋转臂条在异形架的带动下绕着轴承的中心线进行旋转，由于旋转臂条与夹紧气缸相连，可带动旋转气缸以及砖坯进行转动，砖坯在旋转90°后，提升气缸下降，两个夹紧气缸的伸缩杆缩回，作用在砖坯端部的作用力消失，实现了砖坯从水平状态到直立状态的翻转，此时，压砖机的顶出器下降，直立状态的砖坯重新进入模腔内，继续以同样的压制方法进行压制；经多次翻转以及压制后，砖坯成型，顶出器将成型后的砖坯顶出后，可将砖坯移动至其他位置，进行下一步工序，砖坯的压制工作结束。

所述翻转机构包括设置在压砖机工作台上表面的底板，底板的上方具有中心线相互平行的提升气缸和助力旋转气缸，提升气缸和助力旋转气缸的中心线垂直于底板上表面；这样设置的目的是：提升气缸用以将夹紧后的砖坯向上移动一段距离，以便在进行砖坯旋转时，避免砖坯的棱边与工作台表面相接触，防止造成砖坯的破损；助力旋转气缸用以驱动砖坯进行翻转，从水平状态翻转至直立状态，实现翻砖的目的。

所述提升气缸的伸缩杆端部连接有一轴承，轴承的中心线与提升气缸的伸缩杆轴线相互垂直设置，轴承的外圈与提升气缸的伸缩杆固定连接，轴承的内圈位置连接有夹紧气缸；这样设置的目的是：用以为了夹紧气缸在工作时，能够实现相对旋转，由于夹紧气缸对砖坯具有翻转的作用，从而实现砖坯的翻转效果，采用轴承是具有成本低、旋转灵活、结构简单的优点。

所述夹紧气缸的前端具有对砖坯进行夹紧的夹紧件；这样设置的目的是：该夹紧件主要用于对砖坯进行夹紧，此外，夹紧件具有长度调节的功能，可针对于不同尺寸砖型的夹紧工作，具有适用范围广的优点。

所述夹紧气缸的尾端固定安装有一旋转臂条，旋转臂条的中部具有沿旋转臂条长度方向开设的条形孔，在条形孔内滑动的安装有用以驱动旋转臂条进行转动的驱动件；这样设置的目的是：旋转臂条作为夹紧气缸与助理旋转气缸之间的连接件，在助力旋转气缸的伸缩杆升降时，可带动旋转臂条进行旋转，从而带动夹紧气缸进行转动，实现翻砖的动作。

本发明的有益效果为：

本发明采用轻压-翻转-轻压的方法对耐火砖进行加工，能够使得混合料具有更好的致密度，使得最终成形砖内部产生层裂的几率大幅降低，提高了产品的成品率以及良品率；引入自动夹翻砖装置，在前期轻压过程中，利用该装置将轻压成形的坯体沿纵向翻砖立起，再继续冲压动作，将立起的坯体压碎并再次压型，之后可以继续后续冲压动作，逐步增加压力，直至完成规定打击次数，在成形过程中，可以视具体物料特性和产品性能要求，进行一次翻砖立起或多次翻砖立起动作，满足耐火材料的生产加工需要，具有结构简单、使用便捷、效果良好的优点。

附图说明

图1为本发明成形方法的工艺路线图；

图2为本发明翻砖装置的安装位置图；

图3为本发明翻砖装置的立体结构图；

图4为本发明夹紧件的结构示意图；

图5为本发明旋转臂条的俯视图。

图中标记：1、翻转机构；101、底板；102、提升气缸；103、助力旋转气缸；104、异形架；105、旋转臂条；1051、条形孔；106、轴承；107、夹紧件；1071、螺套；1072、螺母；1073、调节杆；1074、夹紧板；108、夹紧气缸；2、空气泵；3、电气控制箱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

如图所示，具有多方向施力特点的耐火砖成形方法，包括以下步骤：

步骤一、将在混炼机中搅拌均匀后的混合料导入压砖机的模具内，启动压砖机对模具内混合料进行首次施压至压块下移停止（如图1中序号①所示），之后压块上移，模具下部顶砖装置将首次受压后的坯体顶出模框至成形台面位置（如图1中序号②所示）；

步骤二、将初次轻压后的砖坯进行翻转（如图1中序号③所示），具体操作为：采用耐火砖辅助翻砖装置对初次受压后的砖坯两端进行夹紧，砖坯在夹紧的状态下被夹具上移至一定高度（砖坯初始宽度的三分之二），其中，此处的夹具为辅助翻砖装置中的夹紧板1074，并启动翻转动作，以两个夹具中心连线为轴线，将砖坯逆时针旋转90°，然后夹具移动使砖坯下移并停立在模具底板上，最后夹具松开并恢复至原始位置；在砖坯翻转且夹具恢复原位后，压砖机继续进行冲压动作，将立起的砖坯压碎后在模具内对其再次施压成形（如图1中序号④所示），并逐渐增大冲程和压力，直至获得规定尺寸和致密度的砖坯；

以下列出了几种常见定形耐火材料在实际生产过程中分别采用传统单向施力成形模式以及多向施力成形模式时，材料性能参数及实际使用效果的对比。

上述表格为钢包渣线区MgO-C砖，从表格可知，实际生产相同尺寸的砖型，采用多向施力成形模式所成形的耐火砖，酚醛树脂的加入量相较传统成形模式少了0.2 wt%，体积密度增加0.05 g/cm³，显气孔率降低了1.65%，常温下的耐压强度增加4.5MPa，平均使用寿命增加3.5次，平均侵蚀速率降低0.27mm/次，砖坯的综合性能显著提高。

上述表格为钢包包壁MgO-Al₂O₃-C砖，从表格可知，实际生产相同尺寸的砖型，采用多向施力成形模式所成形的耐火砖，酚醛树脂的加入量相较传统成形模式少了0.1 wt%，体积密度增加0.06 g/cm³，显气孔率降低了0.9%，常温下的耐压强度增加7.4MPa，平均使用寿命增加3.5次，平均侵蚀速率降低0.05mm/次，砖坯的综合性能显著提高。

上述表格为钢包包底Al₂O₃-MgO-C砖，从表格可知，实际生产相同尺寸的砖型，采用多向施力成形模式所成形的耐火砖，酚醛树脂的加入量相较传统成形模式少了0.2 wt%，体积密度增加0.08 g/cm³，显气孔率降低了0.8%，常温下的耐压强度增加9.3MPa，平均使用寿命增加3.5次，平均侵蚀速率降低0.34mm/次，砖坯的综合性能显著提高。

上述表格为铁水包Al₂O₃-SiC-C砖，从表格可知，实际生产相同尺寸的砖型，采用多向施力成形模式所成形的耐火砖，酚醛树脂的加入量相较传统成形模式少了0.2 wt%，体积密度增加0.07 g/cm³，显气孔率降低了1.4%，常温下的耐压强度增加4.3MPa，平均使用寿命增加48次，平均侵蚀速率降低0.03mm/次，砖坯的综合性能显著提高。

本实施例还公开了具有多方向施力特点的耐火砖辅助装置，包括安装于压砖机工作台左右两侧呈对称设置的翻转机构1、与翻转机构1相连的空气泵2以及电气控制箱3，翻转机构1包括设置在压砖机工作台上表面的底板101，底板101的上方具有中心线相互平行的提升气缸102和助力旋转气缸103，提升气缸102和助力旋转气缸103的中心线垂直于底板101上表面，提升气缸102的伸缩杆端部连接有一轴承106，轴承106的中心线与提升气缸102的伸缩杆轴线相互垂直设置，轴承106的外圈与提升气缸102的伸缩杆固定连接，轴承106的内圈位置连接有夹紧气缸108，夹紧气缸108的前端具有对砖坯进行夹紧的夹紧件107，夹紧气缸108的尾端固定安装有一旋转臂条105，旋转臂条105的中部具有沿旋转臂条105长度方向开设的条形孔1051，在条形孔1051内滑动的安装有用以驱动旋转臂条105进行转动的驱动件。

所述驱动件为安装在助力旋转气缸103伸缩杆端部的异形架104，异形架104为中空结构，异形架104顶部的横杆穿过旋转臂条105上所开设的条形孔1051、且沿条形孔1051的长度方向往复运动，异形架104螺纹连接在助力旋转气缸103伸缩杆的端部位置，当助力旋转气缸103升降时，能够驱动异形架104在条形孔1051内沿着条形孔1051的长度方向进行移动，这样就能够驱动旋转臂条105进行旋转，达到翻转的效果。

所述夹紧件107包括螺纹连接在夹紧气缸108伸缩杆端部的螺套1071，螺套1071内部设置有内螺纹，螺套1071的另外一端通过螺纹连接有一调节杆1073，在调节杆1073上设置有外螺纹，调节杆1073上螺纹连接有用以对调节杆1073进行固定的螺母1072，调节杆1073的另外一端连接有夹紧板1074，如此设置，是能够便于针对不同长度的砖坯来调整夹紧件107的整体长度，避免由于夹紧件107长度不足而造成夹紧力不足，无法对砖坯进行夹紧的情况，也能够避免由于夹紧件107长度过长造成夹紧力过大，造成砖坯破损的情况出现。

所述提升气缸102、助力旋转气缸103以及夹紧气缸108均通过电磁阀与空气泵2相连，且电磁阀电连接于电气控制柜，电气控制柜内置有PLC控制器，采用PLC控制器对三个气缸进行控制，并配合压砖机锤头的动作，实现压砖机及其翻砖动作的程序化控制，具有自动化程度高、操作智能的优点。

上述具有多方向施力特点的耐火砖辅助装置，其工作过程为，搅拌均匀的混合料在导入至压砖机的模腔内部之后，压砖机的压头下压，对模腔内的混合料进行压制，压制时采用多次冲压、且压力从轻到重的方式，有助于排气和减少层裂，一次压制结束后，压砖机的顶出器将模腔内的砖坯顶出，此时，由PLC控制器驱动夹紧气缸108开始工作，两侧夹紧气缸108的伸缩杆伸长后，带动夹紧板1074向砖坯的两个端部进行移动，并对砖坯进行夹紧，砖坯被夹紧之后，由提升气缸102驱动上方的轴承106、夹紧气缸108以及砖坯上升，与此同时，助力旋转气缸103启动，助力旋转气缸103的伸缩杆升降从而使得异形架104升降，继而使得旋转臂条105在异形架104的带动下绕着轴承106的中心线进行旋转，由于旋转臂条105与夹紧气缸108相连，可带动旋转气缸以及砖坯进行转动，砖坯在旋转90°后，提升气缸102下降，两个夹紧气缸108的伸缩杆缩回，作用在砖坯端部的作用力消失，实现了砖坯从水平状态到直立状态的翻转，此时，压砖机的顶出器下降，直立状态的砖坯重新进入模腔内，继续以同样的压制方法进行压制；经多次翻转以及压制后，砖坯成型，顶出器将成型后的砖坯顶出后，可将砖坯移动至其他位置，进行下一步工序，砖坯的压制工作结束。

Claims

1.具有多方向施力特点的耐火砖成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤二、将初次轻压后的砖坯进行翻转，具体操作为：采用耐火砖辅助翻砖装置对初次受压后的砖坯两端进行夹紧，砖坯在夹紧的状态下被夹具上移至一定高度，并启动翻转动作，以两个夹具中心连线为轴线，将砖坯逆时针旋转90°，然后夹具移动使砖坯下移并停立在模具底板上，最后夹具松开并恢复至原始位置；在砖坯翻转且夹具恢复原位后，压砖机继续进行冲压动作，将立起的砖坯压碎后在模具内对其再次施压成形，并逐渐增大冲程和压力，直至获得规定尺寸和致密度的砖坯；

2.根据权利要求1所述的具有多方向施力特点的耐火砖成形方法，其特征在于：压砖机为摩擦压砖机或电动螺旋压砖机，压砖方式为多次上下冲击打压，且设置压力从轻到重；冲压次数根据所成形耐火砖的尺寸、重量、材质以及致密度要求进行确定。

3.根据权利要求1所述的具有多方向施力特点的耐火砖成形方法，其特征在于：步骤二中，根据具体混合料的特性以及产品性能要求，可在轻压阶段进行一次或多次轻压及翻砖动作，之后再继续增大冲程和压力，重压一定次数至完成砖坯成形。

4.如权利要求1所述的具有多方向施力特点的耐火砖成形方法的辅助装置，其特征在于：包括安装于压砖机工作台左右两侧呈对称设置的翻转机构、与翻转机构相连的空气泵以及电气控制箱，翻转机构包括设置在压砖机工作台上表面的底板，底板的上方具有中心线相互平行的提升气缸和助力旋转气缸，提升气缸和助力旋转气缸的中心线垂直于底板上表面，提升气缸的伸缩杆端部连接有一轴承，轴承的中心线与提升气缸的伸缩杆轴线相互垂直设置，轴承的外圈与提升气缸的伸缩杆固定连接，轴承的内圈位置连接有夹紧气缸，夹紧气缸的前端具有对砖坯进行夹紧的夹紧件，夹紧气缸的尾端固定安装有一旋转臂条，旋转臂条的中部具有沿旋转臂条长度方向开设的条形孔，在条形孔内滑动的安装有用以驱动旋转臂条进行转动的驱动件。

5.根据权利要求4所述的具有多方向施力特点的耐火砖成形方法的辅助装置，其特征在于：驱动件为安装在助力旋转气缸伸缩杆端部的异形架，异形架为中空结构，异形架顶部的横杆穿过旋转臂条上所开设的条形孔、且沿条形孔的长度方向往复运动。

6.根据权利要求4所述的具有多方向施力特点的耐火砖成形方法的辅助装置，其特征在于：夹紧件包括螺纹连接在夹紧气缸伸缩杆端部的螺套，螺套内部设置有内螺纹，螺套的另外一端通过螺纹连接有一调节杆，在调节杆上设置有外螺纹，调节杆上螺纹连接有用以对调节杆进行固定的螺母，调节杆的另外一端连接有夹紧板。

7.根据权利要求4所述的具有多方向施力特点的耐火砖成形方法的辅助装置，其特征在于：提升气缸、助力旋转气缸以及夹紧气缸均通过电磁阀与空气泵相连，且电磁阀电连接于电气控制柜，电气控制柜内置有PLC控制器。