TW584615B - Plug or brick for injecting gas into molten metal - Google Patents

Description

584615 五、 發明說明 ( 1〕 本 發 明 係 關 於 一 種 用 於 將 氣 JEA 體 噴 入 熔 融 金 屬 中 的 耐 火 塞 或 磚 以 及 關 於 用 於 將 氣 體 噴 入 熔 融 金 屬 中 之 耐 火 塞 或 磚 的 製 造 Ο 氣 體 常 爲 了 種 種 的 巨 的 而 被 噴 入 如 盛 鍋 桶 (ladles )、 坩堝 或 澆 鑄 分 配 器 (tundi she S) 等 容 器 的: 熔 鬲虫 金 屬 中 〇 例 如 氣 體 可 能 被 引 入 容 器 的 底 部 以 淸 除 固 化 產 物 相 當 冷 的 底 部 面 積 以 使其 白 具 有 該 類 出 □ 之 容 器 的 底 部 傾 瀉 出 □ 附 近 被 移 除 〇 例 如 在 煉 鋼 時 ， 藉 由 將 微 小 的 氣 泡 篚 緩 慢 的 噴 入 澆 鑄 分 配 器 中 可 有 助 於 去 除 內 含 物 內 含 物 被 微 小 氣 泡 所 吸 引 並 且 經 過 熔 融 物 上 升 至 表 面 —^ 般 係 被 鑄 分 配 器 的 遮 蓋 粉 末 或助 熔 劑 所 捕 捉 0 引 入 的 氣 體 也 可 用 來沖 刷 或 者 是 使 熔 融 物 熱 量 或 組 成 均 勻 化 或 者 是 協 助 合 金 添 加物得 以 分 散 在 整 個 熔 融 物 中 〇 當 熔 融 組 成 物 或 是 其 成 份 需 要 改 質 時 > 通 常 會 使 用 一 種 惰 性 氣 體 ， 但活 性 氣 體 也 可 能 被 使 用 例如 還 原 或 氧 化 氣 am 體 〇 例 如 習 慣 上 是 將 例 如 氮 氣 氯 氣 三 氯 氟 甲 院 (fr e c 丨η) Λ _L^ 氟 化 硫 氫 等 氣 體 噴 入 熔 融 金 屬 中 y 例 如 熔 融 的 鋁 或 鋁 合 金 ， 以 用 來 去 除 不 想 要 的 組 份 如 氫 氣 非 金 屬 內 含 物 和 鹼 金 屬 0 添 加 至 熔 融 金 屬 中 的 活性 氣 體 會 與 不 想 要 的 組 份 產 生 化 學 反 應 將 它 們 轉 化 成 如 沈 澱 物 、 浮 渣 或 是 不 溶 性 氣 體 化合 物 的 形 式 而 可 輕 易 地 白 剩餘 的 熔 融 物 中 分 離 出 來 〇 這 些 氣 體 (或其它）也_ 可J 於 鋼 銅 鐵 Λ 鎂 或 其合 金 〇 爲 了 有 效 率 的 進 行 氣 pm 體 噴 入 3- 的 操 作 ， 希 望 能 將 氣 體 以

584615 五、發明說明（2) 非常大量且非常細小氣泡的形式引入熔融金屬中，較好 是由容器的底部引入。隨著氣泡大小的減少，每單位體 積的氣泡數目將會增加。氣泡數目和它們每單位體積之 表面積大小的增加，將提高所使用噴入氣體能有效進行 所期望之操作的機率。 先前之氣體噴入方法包括在容器的耐火性內襯中安置 一種固態的多孔性耐火塞或磚，一般是在底板上，但有 時也會在牆上。在使用時，這些塞或磚會引入氣泡形態 的氣流。 舉個例子，一種已知用來將氣體引入熔融金屬的技術 包括以一種多孔性的陶瓷體加襯於含熔融金屬容器的一 部分（以容器的底板爲佳）。氣體引入多孔體的位置離多 孔體之金屬接觸面相當遠。當它通過多孔體時，氣體將 沿著數個小而曲折的路徑，而使得大量的氣泡進入熔融 金屬中。 一般而言，作爲將氣體引入主體中之歧管的金屬罩支 撐了多孔的陶瓷體。通常金屬罩是由軟綱[用於惰性氣 體或是輕度活性的氣體，如氫或氮]或英高鎳（inconel) [用於高度活性的氯或三氯氟甲烷）所構成。組合體/罩 在所有的側邊上皆被耐火性材料（如低水泥氧化鋁澆鑄 料或磚）所包圍和支撐，除了上表面之外。 上述結構的問題在於很難維持金屬罩和主體之間以及 金屬罩和支撐的澆鑄料/磚之間的有效氣體密封。其困 難部分是因爲金屬罩和耐火性材料的熱膨脹係數之明顯

584615 五、 發明說明 ( 3: ) 差 異 所 成 9 另 一 方 面 ， 如 果 所使 用 的 氣 體 爲 氯 則 金 屬 罩 會 受 到攻 擊 〇 如 果 產: 生· Τ Ϊ 裂痕（本文中 所指 的 丨，裂痕，’ 係指在 术V 體 分 散 裝 置 中 可 允 許 不想 要 之 氣 體 洩 漏 的 任 何 缺 陷 )， 氣體將會經由此裂痕洩漏出去， 1並且之後會經 常 經 過 下 — Lrfa 塊 磚 和 耐 火 性 支 撐 材而 移 動 至 周 圍 的 空 氣 中 〇 氣 體 穿 越 50公分或更多或耐火性材料是可能的 。當 氣 體 流 經 所 設 計 的 氣 泡 表 面 所形成 的 氣 體 洩 漏 效 應 可 大 幅 的 減 少 並 且 氣 泡 阻 礙 的 有 效程 度 減 小 時 > 追 個 問 題 將 相 當 令人 討 厭 〇 在某 些 情 形 下， 由 微 細 氣 泡 所形成 的 氣 流 將 會 停 止 並 且 被 大 量 方 向不 受 控 制 的 Μ 效 氣 泡 所 取 代 〇 如 果 是 使 用 氫 氣 則 要 考慮 其 相 對 較 局 的 花 費 〇 如 果 是 氯 氣 ， 此 類 的 問 題 將 更 爲嚴 重 因 爲 氯 氣 在 逸 散 至 大 氣 中 時 會 造 成有 害 的 效 應。 Μ j\\\ 論 所使 用 的 純 化 氣 體 爲 何 ， 重 要 的 是 避 免 裂 痕 的 形成 以 使 得 氣 體 洩 漏 得 以 避 免 〇 0 .、A· 刖 需 要 有 一 種 技 術 可 用 於 將氣 體 噴 入 熔 融 金 屬 中 其 可 達 到 將 大 量 非 常 細 小 的 氣 泡分 散 至 熔 融 金 屬 中 的 巨 的 同 時 亦 可 避 免 氣 體 分 散 裝置 的 裂 痕 生 成 y 以 免 導 致 氣 體 洩 漏 〇 另 —^ 方 面 也希 望 能 夠 有 一 種 裝置 能 夠 容 易 製 造 花 費 合 理 ， 並 且 比 現有 裝 置 的 尺 寸 爲小 〇 此外 還 希 望 任何 — 種 此 類 的 氣 體 目S 噴 入 裝 置 不 須 修改 或 是 只 須 微 幅 修 改 就 能 用 於 現有 的 設 備 例如 澆 鑄 分配 器 盛 綱 桶 Λ 熔 融 容 器 等 Ο - 5-

584615 五、 發明說明 ( 4〕 此 外 爲 了 將 這 種裝置 插 入 現有熔融金屬容器的耐火 性 內 襯 中 最 好 是 任何一 種 此 類的氣體噴入裝置能與周 圍 的 耐 火 性材料相 容，以 避 免 因爲熱膨脹程度的不合而 產 生 任 何 有 害 的 化 學反應 〇 此 外 較 好能 提 供一種 只 需 在製造程序中小幅調整就 可 適 應 非 常 廣 範 圍 之成泡 條 件 的裝置，因此，這種裝置 可 適 合特 殊 的 客 戶 需求。 因 此 本 發 明 關 於一種 用 於 將氣體通過與熔融金屬接 Amt 觸 之 表 面 而 噴 入 熔 融金屬 中 的 固體耐火塞或磚，其包括 i) 一 1 固； 竇 賛_ 上 涂 7 : 在與熔丨 融: 金J 冒接觸之表面之外被非多 孔 體 包 圍 的 多 孔 性 耐火體 贅 以 及ii)用來將氣體自氣體 源 輸 送 至 多 孔 體 的 氣體傳 送 裝 置。 在 本 說 明 書 的 範 圍內， 用 於 噴入氣體的塞或磚可以是 一 種 塞 磚 itfcf 塊 壩、瓦 棒 等。如前所述，本發明的 塞 或 磚 可 被 用 來 將 任何氣 mm 體 (無論是活性或惰性氣體）噴 入 任何 熔 融 金 屬 或其合金 之 中 。這種塞或磚具有至少一 種 與 熔 融 金 屬 接 hsm 觸 的表面 > 氣 體即是經過此表面被噴入 〇 追 種 塞 或 磚 包 括 一個實 質 上 除了在與熔融金屬接觸之 表 面 之 外 被 非 多 孔 體包圍 (例如被裝入或嵌入）的多孔性 耐 火 體 > 以 及 ii)用 1來將氣體自 丨氣體源輸送至多孔體的 氣 體 傳 送 裝 置 〇 它 可以被 包括在熔融金屬容器之內襯中 或 是 形 成 其 內 襯 的 一部分 0 此 種 多 孔 體 可 以 由任何 一 種 多孔性的耐火材料所構成 〇 事 實 上 J 所使 用 材料的 性 質 6- 並非必要的重點，只要該

584615 五、發明說明（5) 種材料具有所需的孔隙度即可。一般而言，它通常是一 種表觀孔隙度高於20%的多孔性材料。適合的材料通常 包括氧化鋁、氧化鋁尖晶石、氧化鎂或氧化鎂尖晶石， 或者是上述任一種材料的組合。

這種塞或磚也包括用來將氣體自氣體源輸送至多孔體 的规/體傳送裝置。迨種氣體輸送裝置一般係包含一個延 伸入非多孔體側壁的導管。這個導管可以由金屬或是一 種耐火性材料所製成。這個導管可藉由一種傳統的耐火 性密封材料（灰漿或水泥）來固定，或者是它可以被壓入 非多孔體之中。 傳統的氣體輸送方式可以被使用。然而，由於連接處 的緊密程度必須特別被注意，最好能使用一些特殊的安 裝方式，例如在WO-A 1 -0 1 /83 1 3 8中所揭露的方法。 另一種也不錯的氣體輸送方式包括一個調壓室 (Plenum chamber)，經過此調壓室，氣體接觸多孔體的 面積至少實質上約等於熔融金屬的接觸表面，因此，氣 體可以完美且均勻的分佈在多孔體中，結果使得氣體能 經由整個熔融金屬接觸面積而冒泡進入熔融金屬中。 這種使氣體噴入熔融金屬中的塞或磚已可見於一些文 獻，例如美國 USP 5,054,749，5,423,521 或 5,219,514 號專利。然而，它們之中沒有一個可以滿足上述提出的 需求。 本發明之塞或磚的特徵在於非多孔體係由耐火性材料 584615 五、 發明說明 ( 6 > 所 製 成 以 及 多 孔 髀 和 非 多 孔 體 被 共 同 壓 製 〇 所 有 上 述 提 出 的 特 別 需 求 可 以 藉 由 此 種 塞 或 磚 而 得 以 達 到 〇 同 樣 的 非 多 孔 性 材料 的 性 質 並 非 必 要 的 重 點 ， 只 要 它 是 —* 種 耐 火 性材料 並 且 具 有 所 需 的 孔 隙 度 即 可 〇 一 般 而 言 它 通 常 是 一 種 表 觀 孔 隙 度 低 於 2 0 %的 非 多 孔 性材 料 〇 非 多 孔 體 和 多 孔 體 較 好 是 能 由 具 有 類 似 熱 膨 脹 係 數 的 耐 火性材料所 _成 。這是爲了避免在熱循環 丨時形成 裂 痕 〇 藉 著 使 用 本 發 明 內 部 多 孔 體 的 孔 徑 分佈 情 形 和 滲 透 度 可 以 被 小 心 且 —* 致 地 控 制 > 以 產 生 一 種 均 勻 細 小的 孔 洞 結 構 J 使 得 細 小 且 均 勻 分佈 的 氣 泡得 以 白 多 孔 主 體 的 熔 融 金 屬 接 觸 表 面 流 出 0 這 種 滲 透 度 可 經 由 配 三田 m 孔 徑 分 佈的 方 式 很 容 易 地加 以 調 整 並 且 本 發 明 的 耐 火 塞 或 磚 可 以 被 製 成 個 別 客 戶 所 需 的 特 殊 規 格 〇 這 種 方 法 又 以 使 用 局 氧 化 鎂 含 量 之 耐 火 性材料 之 配 方 時 爲 較 佳 例 如 氧 化 鎂 尖晶 石 〇 此 種 配 方 與 鋼 廠 的 澆 鑄 分 配 器 內 襯 的 組 成 更 爲 相 容 y 其 通 常 爲 鹼 性 (氧化鎂）基 材 〇 因 此 它 的 化 學 和 熱 特 性非 常 類 似 〇 多 孔 耐 火 體 和 非 多 孔 性 耐 火 體 最 好 是 能 具 有 高 的 氧 化 鎂 含 里 > 大 於 組 成 物 重 里 的 50% 以 大 於 8 0% 爲 佳 y 又 以 大 於 90% 爲 更 佳 0 因 此 類 似 但 具 有 不 同 孔 徑 分 佈 情 形 的 材料也 可 用 來 做 爲 多 孔 和 非 多 孔 am 體 的 材料 〇 依 照 本 發 明 可 以 由 具 有 不 同 孔 徑 分 佈 情 形 之 局 氧 化 鎂 8- 含 旦 里 的 材料來 製 種 塞

584615 五、發明說明（7) 或磚。 藉由兩種耐火性材料的共壓製，不須憑藉其它氣體防 洩漏技術，非多孔體的低滲透性本質就可避免氣體的洩 漏了。共壓製的另一個優點是，用來噴入氣體的塞或磚 具有更小的體積，可以達到所需的氣體發泡程度。這將 幫助這些塞或磚在運送期間的處理及在容器中的安置； 特別是安置在內襯中。 這種共壓製的槪念並不限制於矩形、方形、圓形或橢 圓形，但也可用來製造任何一種適合共壓製的耐火性截 面。例如一種環狀的共壓製組件可想像成位於環繞在澆 鑄分配器的出口部分，因而形成一種環繞式的緩和上升 氣泡流，熱的液態金屬將在進入連續式鑄模之前通入。 另一方面，本發明亦關於一種用於將氣體噴入熔融金 屬的塞或磚的製法。依照本發明，此方法包括步驟如下 1) 將適量之包括多孔體和非多孔體的耐火性材料置入 鑄模中，同時須顧及這些材料的必要限制； 2) 同時將兩種耐火性材料予以共壓製； 3) 裝上氣體輸送裝置； 4) 將共壓製的材料予以熱處理。 較佳的情況是在將耐火性材料置入鑄模中之前，將例 如由薄（但硬）的塑膠或金屬箔所製成的標界器（delimiter) 放入鑄模中。這種標界器可以被塑成一個圓柱體（具有 圓形或橢圓形的底部），或是平行管狀_，沒有上表面和 下表面。然後將形成多孔體的耐火性材料置入由標界器 584615 五、發明說明（8) 所形成的中間部分，並且將形成非多孔體的耐火性材料 置於標界器和鑄模壁之間。然後小心的將標界器移除， 並且將形成非多孔體的另一份材料置入鑄模中，以形成 與熔融金屬接觸表面相反的另一個表面。 安裝氣體傳送裝置的步驟可以在其壓製步驟之前或之 後來進行，或者是同時在之前和之後進行。在本發明的 一個較佳實施例中，藉由將一條耗材置入位於形成多孔 體材料底部和形成非多孔體材料相鄰表面之間的鑄模中 ，以形成一種調壓室。或者是，在將材料予以共壓製之 後或之前，鑽一個小洞或是在非多孔體之間安放一個導 管，以使得多孔體（無論是否經過調壓室）與外部的氣體 來源相連接。 共壓製步驟可以依照任何已知的壓製方法來進行，例 如在油壓機中進行。 熱處理步驟必須在一種足以在多孔和非多孔體之間發 展出陶瓷般黏結效果的溫度下進行，因此可以提高塞或 磚的完整性及它的氣密度。用來產生調壓室而置放的耗 材（如有使用的話），最好能在熱處理步驟期間被去除。 這種耗材可以在所使用的溫度下被燒掉（紙板、紙）或是 熔化（蠟、合金）。一般而言，熱處理步驟包括將共壓製 材料在800到1 800°C的溫度之間，點火加熱2到12小 時。 現在，本發明將參考所附的附圖做更佳的敘述，但它 們只是用來闡述本發明，但並非對本發明之實施範圍加

-10- 584615 五、發明說明（1〇) 孔徑分佈情形：*: >1毫米 30%**，1毫米 0% <45微米 30% <45微米 5% 在被引入鑄模中之後，這些材料將被以可達到共同壓 製材料之最佳壓縮和整合狀態的速率進行機械加壓。熱 處理步驟係藉由緩慢加熱共同壓製材料的方式來進行， 其加熱速率可避免被壓體之中產生熱裂縫/裂痕，直到 加熱至1 600°C爲止，使耐火塞或磚維持在此溫度達4 個小時，並且使其慢慢的冷卻。 量測所得之性質如下： 表觀孔隙度 總密度 破裂之冷模數 冷碾碎強度 平均孔徑 (%) (g/cm3) (Mpa) (N/mm2) (微米） 非多孔體 15.4 2.99 7.11 90.15 6.861 多孔體 24.9 2.59 7.12 52.15 44.762 使用此種耐火塞或磚可以可靠且恆定的方式噴出細小 的氣泡。 符號之說明 1 2 3 4 5 6 7 9 11 塞或磚 多孔性耐火體 調壓室 耐火性導管 密封水泥或灰漿 壁 錐形部分 非多孔體 熔融金屬接觸表面 -12-

Claims (1)

1. 584615 六、申請專利範圍 第9 1 1 0 4 6 8 5號「用於將氣體噴入熔融金屬的耐火塞或磚 」胃㈣ g 〇 . (9 2年8 ή修正） 六申請專利範圍： 1. 一種固態多孔性耐火塞或磚（1 )，用於金屬容器內襯 中或上面’且用於將氣體經過熔融金屬接觸表面（丨i ) 噴入熔融金屬中，其包括： i) 一個貫質上除了在與熔融金屬接觸表面（11)之外 皆被非多孔體（9 )包圍的多孔性耐火體（2 );以及i i ) 用來將氣體自氣體源輸送至多孔體（2)的氣體傳送裝 置（3，5 )，其特徵在於非多孔體（9 )係由耐火性材料 所製成，並且多孔和非多孔體（2，9 )被共同壓製。 2. 如申請專利範圍第1項之塞或磚，其中於氣體傳送 裝置（3,5)包含一個調壓室（3)。 3. 如申請專利範圍第1或2項之塞或磚，其中於多孔 和非多孔體係由具有類似熱膨脹係數的耐火性材料 所構成。 4. 如申請專利範圍第1項之塞或磚，其中於多孔和非 多孔體係由超過50重量％的氧化鎂、氧化鎂尖晶石 、氧化鋁或氧化鋁尖晶石所構成。 5. 如申請專利範圍第1項之塞或磚，其中於多孔和非 多孔體係由超過80重量％的氧化鎂、氧化鎂尖晶石 、氧化鋁或氧化鋁尖晶石所構成。 584615 六、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第1項之塞或磚，其中於非多孔體係 由超過50重量％的氧化鎂、氧化鎂尖晶石、氧化鋁或 氧化鋁尖晶石所構成。 7. 如申請專利範圍第1項之塞或磚，其中於非多孔體係 由超過80重量％的氧化鎂、氧化鎂尖晶石、氧化鋁或 氧化鋁尖晶石所構成。 8. 如申請專利範圍第1項之塞或磚，其中於多孔體（2 ) 具有一個錐形部分（7 )，其係朝向它的熔融金屬接觸 表面逐漸變尖。 9. 一種用於將氣體經過熔融金屬接觸表面噴入熔融金 屬且用於金屬容器內襯中或上面的固態耐火性多孔 塞或碍的製法，包括步驟如下： 1 )將適量構成多孔體和非多孔體的耐火性材料置入 鑄模中，同時須顧及這些體的必要限制； 2 )同時將兩種耐火性材料予以共壓製； 3)裝上氣體輸送裝置； 4 )將共壓製的材料予以熱處理。 10. 如申請專利範圍第 9項之方法，其中氣體輸送裝置 包含一個調壓室。 11. 如申請專利範圍第 1 0項之方法，其中裝上氣體輸 送裝置的步驟3 )包括一個將一條耗材置入位於鑄模 中形成多孔體和非多孔體之間接合處的步驟。 如申請專利範圍第 1 1項之方法，其中此種耗材包 584615 六、申請專利範圍 括蠟。