專利名稱：一種煉鋼底吹用異型坩堝及其制造方法
一種煉鋼底吹用異型坩堝及其制造方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于煉鋼用坩堝的制造應(yīng)用領(lǐng)域，特別是涉及一種煉鋼底吹用異型坩堝及其制造方法。尤其適用于高氮鋼等各種鋼種冶煉過程中進(jìn)行底吹氮?dú)狻?br> 背景技術(shù)：
坩堝是冶煉類科學(xué)實(shí)驗(yàn)必備容器，主要用來盛裝高溫下液態(tài)的冶金渣料或鐵料， 以滿足高溫熔煉和凝固的需要，一般由耐火材料構(gòu)成，分堿性、中性和酸性三種。高校、科研院所及技術(shù)中心，為了開展有關(guān)熔煉的項(xiàng)目，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)需要使用大量復(fù)雜的坩堝，并且不同的項(xiàng)目所需坩堝的形狀、功能等各不相同。鋼鐵廠生產(chǎn)用的鐵水包、鋼水包等是坩堝的工業(yè)化形式，在國(guó)內(nèi)外冶煉廠已得到廣泛的應(yīng)用。
煉鋼的許多過程都需要進(jìn)行底吹氣體，均勻鋼液成分和溫度，同時(shí)上升的氣泡可以攜帶雜質(zhì)凈化鋼液。冶煉高氮鋼時(shí)，底吹的氮?dú)獗旧硖峁╀摲N所需的氮元素。
為了滿足底吹的要求，坩堝底部需要有透氣裝置，在高壓作用下氣體通過透氣孔吹入鋼液中。
科學(xué)實(shí)驗(yàn)中底吹冶煉用坩堝的制造存在的主要問題是透氣孔的燒結(jié)以及與坩堝的匹配。常用的方法是在底部的耐火材料中埋入特殊的細(xì)管(鋼管或剛玉管)，由于管子內(nèi)壁光滑，底吹壓力較小時(shí)和凝固時(shí)，有部分鋼液會(huì)滲入細(xì)管中，造成堵塞，如果冶煉溫度很高，鋼管會(huì)出現(xiàn)熔化。一般實(shí)驗(yàn)用坩堝尺寸較小，打結(jié)和燒結(jié)時(shí)要防止原料微塵堵塞管口， 這樣給細(xì)管的埋入操作增加了難度，也對(duì)原料的打結(jié)提出了苛刻要求。同時(shí)，埋入的特殊管子制造、加工成本也相對(duì)較高。
目前，底吹供氣元件主要由含碳20%左右的MgO-C耐火材料和不銹鋼中心通氣管組成。由于在使用過程中MgO-C耐火材料向不銹鋼通氣管滲碳，會(huì)導(dǎo)致通氣管的熔點(diǎn)降低， 使用壽命縮短。對(duì)此，發(fā)明的以《 -Al2O3微粉和鋁螯形化合物(AlCH)或硅有機(jī)化合物(Si(OC2H5)4)等等為涂層原料的鋼管， 能防止不銹鋼管與其周圍耐火磚內(nèi)的C反應(yīng)，使不銹鋼管的滲碳層厚度降低，進(jìn)而能提高其使用壽命，但相應(yīng)的增加了制造工序，提高了成本。對(duì)于小型坩堝來說，科學(xué)實(shí)驗(yàn)中加工比較困難。
常用桶形坩堝雖然制造工藝簡(jiǎn)單，但缺少有效的透氣功能，尤其是缺少科學(xué)實(shí)驗(yàn)所用的高溫高壓透氣坩堝。一般形狀的坩堝也無法滿足某些特殊設(shè)備、功能的需要，可操作性差，如果直接在桶形坩堝底部透氣，則連接不方便，特別是在高壓氣氛下，容易產(chǎn)成漏氣漏鋼?？傊?，透氣差的主要原因，就是沒有合適的坩堝透氣裝置和打結(jié)燒制工藝。
從上述分析可知，目前實(shí)驗(yàn)室坩堝透氣存在加工難，透氣效率差的問題，并且常規(guī)的坩堝無法滿足實(shí)驗(yàn)所需功能，造成實(shí)驗(yàn)困難、冶煉成本高。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)驗(yàn)室坩堝透氣存在加工難，透氣效率差的問題，并且常規(guī)的坩堝無法滿足實(shí)驗(yàn)所需功能，造成實(shí)驗(yàn)困難、冶煉成本高的不足，一是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且實(shí)用，加工成本低，適合大量復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)使用，顯著提高氣體底吹效率的一種煉鋼底吹用異型坩堝；二是提供一種方法步驟易操控，加工準(zhǔn)確方便，使用木針做為燒結(jié)材料，來源廣泛經(jīng)濟(jì)，明顯優(yōu)于其它材料的煉鋼底吹用異型坩堝的制作方法。
實(shí)現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案一種煉鋼底吹用異型坩堝，所述的坩堝分為上中下三部分，上部為中空筒形腔，中部為透氣孔層，下部為連接層。作為優(yōu)選方案，所述的透氣孔層設(shè)置有3飛個(gè)透氣孔，該透氣孔偏心分布。
作為優(yōu)選方案，所述的透氣孔的直徑小于1mm。
作為優(yōu)選方案，所述的連接層上設(shè)有錐形洞，該錐形洞與透氣孔對(duì)準(zhǔn)相通。
作為優(yōu)選方案，所述的錐形洞上小下大，錐度為:Γ5°，一種煉鋼底吹用異型坩堝的制造方法，所述方法使用的設(shè)備包括石墨質(zhì)模子、石墨芯、 木針，其特征在于，所述方法主要包括打結(jié)和燒制兩部分打結(jié)配制搗打料取鎂砂和硼酸粉劑為原料，按照重量計(jì)，硼酸為39Γ5%，其余為鎂砂，將鎂砂和硼酸粉劑反復(fù)混合，形成均勻的搗打料備用；將石墨質(zhì)模子裝好，在錐形塞頂部涂抹固定劑，插上木針；將石墨質(zhì)模子內(nèi)壁鋪裹襯紙；將搗打料逐量加入模子內(nèi)，邊加料邊搗打，待料淹沒木針后，往石墨質(zhì)模子插入石墨芯，再次逐量加料打結(jié)；燒制取出下部石墨錐形塞和上部石墨芯，放入加熱爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)，燒結(jié)爐內(nèi)抽真空，控制升溫速度為2(T25°C /min，在120(Tl30(rC的環(huán)境下保溫廣2 h后降溫；坩堝脫模成型。
作為優(yōu)選方案，搗打料中MgO含量大于98%。
作為優(yōu)選方案，所述的坩堝與可調(diào)碳管裝配使用。
作為優(yōu)選方案，所述的石墨模子的錐形塞頂部有凹槽，凹槽內(nèi)涂抹固定劑，錐形塞的中心偏離i甘堝中心布置,偏移距離為5"!5mm。
作為優(yōu)選方案，所述的木針由普通木材削成，直徑為O. 3^0. 5mm，長(zhǎng)3(T60mm設(shè)置為3飛根，分別固定在石墨模子的錐形塞的頂部。
作為優(yōu)選方案，所述的可調(diào)碳管為石墨質(zhì)，可調(diào)碳管頭部為上小下大的錐形，錐度為:Γ5°，與坩堝相配合。
作為優(yōu)選方案，所述的可調(diào)碳管分兩段，支撐碳管和調(diào)節(jié)碳管，支撐碳管與調(diào)節(jié)碳管采用螺紋連接。
采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于采用本發(fā)明打結(jié)燒制異型坩堝，可靈活改變參數(shù)，制作簡(jiǎn)單且實(shí)用，可降低加工成本，適合大量復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)使用。異型坩堝的底吹孔透氣效果好，加工準(zhǔn)確方便，使用木針做為燒結(jié)材料，來源廣泛經(jīng)濟(jì)， 明顯優(yōu)于其它材料。帶底吹透氣孔的坩堝，可放置在中頻爐、電阻爐等多種爐內(nèi)，碳管與氣體管路可以靈活連接。
本發(fā)明的一種煉鋼底吹用異型坩堝及制造方法，簡(jiǎn)單而方便的制造出透氣孔，燒結(jié)出適合底吹冶煉用異型坩堝，從而達(dá)到提高坩堝的透氣效率，高效低成本的制作坩堝的目的。此發(fā)明特別適用于高校、科研院所或企業(yè)技術(shù)中心的實(shí)驗(yàn)室用中小型坩堝的制作。不僅異型坩堝透氣效果好，并且制作工藝簡(jiǎn)單實(shí)用，降低了冶煉高氮鋼的經(jīng)濟(jì)成本。


圖I為本發(fā)明的裝配示意圖。圖2為本發(fā)明燒結(jié)成的坩堝結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是石墨筒結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是石墨芯結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是錐形塞結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，筒形腔1，透氣層2，連接層3，透氣孔4，錐形洞5，石墨筒6，耐火泥7，調(diào)節(jié)碳管8，支撐碳管9，石墨芯10，錐形塞11，木針12。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。本實(shí)施例公開了一種煉鋼底吹用異型坩堝及其制造方法，具體實(shí)施例如下 實(shí)施例I :一種煉鋼底吹用異型坩堝。煉鋼底吹用異型坩堝的結(jié)構(gòu)見圖1，該異型坩堝分為上中下三部分，上部為中空的筒形腔1，用來盛裝冶煉用鋼水；中部為隔板層，稱為透氣層2，偏心分布透氣孔；下部為連接層3。連接層3上設(shè)有錐形洞5，該錐形洞5與透氣孔4對(duì)準(zhǔn)相通。見圖1，錐形洞5上小下大，錐度為:Γ5°。錐形洞5與透氣孔4對(duì)準(zhǔn)，用來連接吹氣管路。異型坩堝的底吹透氣孔數(shù)、大小以及孔的分布位置，與冶煉高氮鋼的底吹強(qiáng)度和攪拌強(qiáng)度的要求有關(guān)，高壓底吹氮法冶煉高氮鋼的實(shí)踐表明，以3飛個(gè)透氣孔4偏心分布，透氣孔4的孔徑小于Imm為宜。本發(fā)明的透氣孔4設(shè)置為3個(gè)，3個(gè)透氣孔4偏心分布。透氣孔4的孔徑小于Imm為
O.7mm0本實(shí)施例打結(jié)了兩種容量的異型坩堝，第一種石墨質(zhì)模子較小，制作出的坩堝可容納300g鋼水；第二種石墨質(zhì)模子較大，制作出的坩堝可容納2kg鋼水。燒結(jié)是在冶煉高氮鋼用高溫高壓反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行，配有抽真空系統(tǒng)。異型坩堝與可調(diào)碳管裝配使用。實(shí)施例2 :—種煉鋼底吹用異型坩堝的制造方法。煉鋼底吹用異型坩堝的制造方法，該方法使用的設(shè)備包括石墨筒6、石墨芯10、錐形塞11，其步驟分為打結(jié)和燒制兩部分
打結(jié)
配制搗打料取鎂砂和硼酸粉劑為原料，鎂砂和硼酸的主要化學(xué)成分如表I所示，按照重量計(jì)，硼酸為39Γ5%，其余為鎂砂。將鎂砂和硼酸粉劑反復(fù)混合，形成均勻的搗打料備用，搗打料中MgO含量大于98%，顆粒級(jí)配如表2所示，顆粒級(jí)配分三級(jí)。然后將燒結(jié)所用的石墨質(zhì)模子組裝好，石墨質(zhì)模子的結(jié)構(gòu)如圖3-圖5所示，由石墨筒6、石墨芯10和錐形塞11三部分組成，其中錐形塞11的頂部有凹槽，凹槽內(nèi)涂抹固定齊U，插上木針12。透氣孔燒結(jié)材料用木針12，打結(jié)時(shí)不用考慮堵塞問題，且高溫?zé)Y(jié)后，化為殘灰，使用細(xì)鋼絲輕輕捅兩下，即可形成很好的透氣孔。
錐形塞11中心偏離坩堝中心布置，偏移距離為5 15mm。為了方便脫模，在石墨質(zhì)模子內(nèi)壁鋪裹厚度為O. 2mm的襯紙，襯紙高溫?zé)Y(jié)后化為殘灰。木針12由普通木材削成，直徑為O. 5mm,長(zhǎng)60mm設(shè)置為5根,分別固定在石墨質(zhì)模子的錐形塞11的頂部,高溫?zé)Y(jié)后化為殘灰。將搗打料逐量加入到石墨質(zhì)模子內(nèi)，邊加搗打料邊搗打，待搗打料淹沒木針12后，往石墨筒6內(nèi)2插入石墨芯10，再次逐量加料打結(jié)。燒結(jié)
打結(jié)完成之后取出下部石墨錐形塞11和上部石墨芯10，放入加熱爐內(nèi)燒結(jié)。燒結(jié)時(shí)，將燒結(jié)爐內(nèi)抽真空，控制升溫速度為2(T25°C /min，在120(Tl30(TC保溫f 2 h后降溫，冷卻速度要緩慢，防止急冷造成坩堝破裂。最后坩堝脫模成型，燒結(jié)成型的鎂質(zhì)坩堝如圖2所示，鎂質(zhì)坩堝與可調(diào)碳管裝配使用。通氣用的可調(diào)碳管為石墨質(zhì)，可調(diào)碳管頭部為上小下大的錐形，錐度為:Γ5°，與坩堝相配合。與坩堝相配合組裝見圖1，可調(diào)碳管分兩段，支撐碳管9和調(diào)節(jié)碳管8，支撐碳管9與調(diào)節(jié)碳管8采用螺紋連接，可調(diào)節(jié)總高度，以方便從窺視孔中觀察。各爐次打結(jié)和燒制條件見表3 (其中，坩堝種類的S代表300g級(jí)爐料的坩堝，L代表2kg級(jí)爐料的坩堝)。異型坩堝質(zhì)量和透氣效果見表4。從表4可見，采用本發(fā)明方法，坩堝燒結(jié)質(zhì)量?jī)?yōu)異，透氣效果好。從實(shí)施例結(jié)果可見，鎂砂顆粒的級(jí)配對(duì)坩堝燒結(jié)質(zhì)量有較大的影響，按照粗中細(xì)=1:3: 6的比例配置打結(jié)，效果較好。從實(shí)施例結(jié)果可見，燒結(jié)時(shí)控制溫度在1300°C，保溫I. 5h，燒制的坩堝質(zhì)量和透氣效果比較好，滿足高氮鋼冶煉的要求。可見，通過本發(fā)明制作的一種煉鋼底吹用異型坩堝，不僅透氣優(yōu)良，實(shí)施效果好，并且制作工藝簡(jiǎn)單實(shí)用，降低了冶煉高氮鋼等的煉鋼成本。表I原料主要成分/ Wt %
權(quán)利要求
1.一種煉鋼底吹用異型坩堝，其特征在于，所述的坩堝分為上中下三部分，上部為中空筒形腔，中部為透氣孔層，下部為連接層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煉鋼底吹用異型坩堝，其特征在于，所述的透氣孔層設(shè)置有3飛個(gè)透氣孔，該透氣孔偏心分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煉鋼底吹用異型坩堝，其特征在于，所述的透氣孔的直徑小于 Imnin
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煉鋼底吹用異型坩堝，其特征在于，所述的連接層上設(shè)有錐形洞，該錐形洞與透氣孔對(duì)準(zhǔn)相通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煉鋼底吹用異型坩堝，其特征在于，所述的錐形洞上小下大， 錐度為3 5°。
6.一種如權(quán)利要求I所述的煉鋼底吹用異型坩堝的制造方法，所述方法使用的設(shè)備包括石墨質(zhì)模子、石墨芯、木針，其特征在于，所述方法主要包括打結(jié)和燒制兩部分打結(jié)配制搗打料取鎂砂和硼酸粉劑為原料，按照重量計(jì)，硼酸為39Γ5%，其余為鎂砂，將鎂砂和硼酸粉劑反復(fù)混合，形成均勻的搗打料備用；將石墨質(zhì)模子裝好，在錐形塞頂部涂抹固定劑，插上木針；將石墨質(zhì)模子內(nèi)壁鋪裹襯紙；將搗打料逐量加入模子內(nèi)，邊加料邊搗打，待料淹沒木針后，往石墨質(zhì)模子插入石墨芯，再次逐量加料打結(jié)；燒制取出下部石墨錐形塞和上部石墨芯，放入加熱爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)，燒結(jié)爐內(nèi)抽真空，控制升溫速度為2(T25°C /min，在120(Tl300°C的環(huán)境下保溫f 2 h后降溫；坩堝脫模成型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煉鋼底吹用異型坩堝的制造方法，其特征在于，搗打料中MgO 含量大于98%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煉鋼底吹用異型坩堝的制造方法，其特征在于，所述的坩堝與可調(diào)碳管裝配使用。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述煉鋼底吹用異型坩堝的制造方法，其特征在于，所述的石墨模子的錐形塞頂部有凹槽，凹槽內(nèi)涂抹固定劑，錐形塞的中心偏離坩堝中心布置，偏移距離為 5 15mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述煉鋼底吹用異型坩堝的制造方法，其特征在于，所述的木針由普通木材削成，直徑為O. 3^0. 5mm，長(zhǎng)3(T60mm設(shè)置為Γ5根，分別固定在石墨模子的錐形塞的頂部。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述煉鋼底吹用異型坩堝的制造方法，其特征在于，所述的可調(diào)碳管為石墨質(zhì)，可調(diào)碳管頭部為上小下大的錐形，錐度為3 5°，與坩堝相配合。
12.根據(jù)權(quán)利要求12所述煉鋼底吹用異型坩堝的制造方法，其特征在于，所述的可調(diào)碳管分為兩段，支撐碳管和調(diào)節(jié)碳管，支撐碳管與調(diào)節(jié)碳管采用螺紋連接。
全文摘要
一種煉鋼底吹用異型坩堝及其制造方法，所述的坩堝分為上中下三部分，上部為中空筒形腔，中部為透氣孔層，下部為連接層。其制備方法使用的設(shè)備包括石墨質(zhì)模子、石墨芯、木針，包括打結(jié)和燒制兩部分配制搗打料，將搗打料逐量加入石墨質(zhì)模子內(nèi)，邊加料邊搗打，待料淹沒木針后，往石墨質(zhì)模子插入石墨芯，再次逐量加料打結(jié)；取出下部石墨錐形塞和上部石墨芯，放入加熱爐內(nèi)燒結(jié)，控制升溫速度為20~25℃/min，在1200~1300℃的環(huán)境下保溫1~2h后降溫；坩堝脫模成型。本發(fā)明打結(jié)燒制異型坩堝，可靈活改變參數(shù)，制作簡(jiǎn)單且實(shí)用，可降低加工成本，適合大量復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)使用。
文檔編號(hào)F27B14/10GK102914152SQ20121047028
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者王書桓, 趙定國(guó), 艾立群, 崔小杰 申請(qǐng)人:河北聯(lián)合大學(xué)