CN109732074A - 一种钢包弥散环透气上水口座砖及其吹氩冶金方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢包透气上水口座砖，包括上水口座砖本体、弥散式透气环、气室盒、进气管，钢包上水口座砖本体的中部设置有上下贯穿的流钢孔、连接孔、上水口安装孔，在连铸钢包浇注过程中，全程吹入氩气，且根据钢包内钢水净重的变化，自动调整氩气流量，氩气透过弥散式透气环形成微小氩气泡，大部分氩气泡向上运动，在钢包上水口周围形成环状气幕屏障，对即将进入钢包上水口的钢液进行气洗，且在上水口内形成稳定的、连续的环状气流，抑制上水口结瘤，并在钢包浇注后期，有效抑制汇流旋涡及排流沉坑引起的钢包下渣，应用本发明同比减少钢包中的钢水浇余量36％以上，同比减少连铸坯试样电解夹杂物重量35％以上。

Description

一种钢包弥散环透气上水口座砖及其吹氩冶金方法

技术领域

本发明涉及一种钢包弥散环透气上水口座砖及其吹氩冶金方法，属于钢铁冶金中炼钢工艺技术领域。

背景技术

钢水洁净度和可浇性是炼钢工艺过程控制的重点和难点，在连铸生产中，钢包中的熔渣流入到中间包以后，会造成钢水中铝和钛等易氧化合金元素的烧损，并产生氧化铝夹杂物，影响钢水的洁净度，并容易造成钢材表面质量问题。通常利用钢包下渣检测技术减少钢包下渣量，即在钢包浇注后期检测到钢包下渣就关闭水口、停浇，但在实际生产过程中发现存在以下问题：(1)钢包内钢水浇余量多，增加了钢铁料消耗、成本；(2)虽然在一定程度上能减少钢包下渣量，但没有去除钢液中夹杂物、净化钢液的冶金功能。

中国专利文献CN201455253U(专利号：200920016943.8)公开了一种在炼钢生产过程中使用的一种新型钢水罐水口座砖，为筒状结构，由上部圆台体、中部圆柱体、下部的圆台体组成，上部圆台体通道入口直径D1为150～240mm，下部连接的圆柱体通道直径D2为80～100mm。上部圆台体的高度L1为80～200mm。该专利存在以下不足：水口座砖中无透气元件，没有去除夹杂物、净化钢液的功能，也不能抑制钢水罐水口卷渣问题，钢水浇余量多。

中国专利文献CN104028739B(专利号：201410274221.8)公开了一种钢包透气上水口座砖及其控制钢包下渣的方法，包括上水口座砖本体、透气陶瓷棒、气室盒、进气管，上水口座砖本体的中部自上而下设置有流钢孔、上水口安装孔，上水口座砖本体内设置有圆环形均匀布置的透气陶瓷棒和环形的气室盒，气室盒的底部连接有进气管，在钢包内钢液处于低液位时，从进气管开始吹入氩气，控制钢包上水口发生涡流卷渣问题。该专利主要针对钢包浇注末期抑制钢包水口卷渣问题。该专利存在以下不足：氩气透过透气陶形成的氩气泡大、密集度小，且只在钢包浇注末期吹入氩气，没没有全程吹氩去除夹杂物的冶金功能。

中国专利文献CN108273987A(专利申请号：201810309436.7)和CN208146911U(专利申请号：201820491055.0)公开了一种钢包透气上水口座砖及其控制钢包下渣的方法，装置包括包上水口座砖本体、透气塞、气室盒、透气塞底座、吹氩通道、流钢孔和上水口安装孔，吹氩控制方法：当钢包内钢液的高度：钢包高度＝1：(16～35)时，通过吹气通道向钢液内部吹入惰性气体，抑制汇流旋涡及排流沉坑引起的钢包下渣。该专利主要针对钢包浇注末期抑制汇流旋涡及排流沉坑引起的钢包下渣问题。该专利存在以下不足：透气塞设置为2个或4个，不能在钢包上水口周围形成连续、密集的氩气泡环形气幕屏障，抑制汇流旋涡的作用受限，且只在钢包浇注末期吹入惰性气体，没有全程吹氩及促进夹杂物上浮、去除的冶金功能；在钢包内钢液面持续降低的条件下，因吹氩流量没有自动进行线性调整，造成吹破钢渣面引发的钢水卷渣问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种钢包弥散环透气上水口座砖及其吹氩冶金方法，该发明通过在钢包上水口座砖本体内设置弥散式透气环，在连铸钢包浇注过程中，全程吹入氩气，且根据钢包内钢水净重(钢包内钢液面)的变化，自动调整氩气流量，氩气透过弥散式透气环形成微小氩气泡，大部分氩气泡向上运动，在钢包上水口周围形成环状气幕屏障，对即将进入钢包上水口的钢液进行气洗，促进夹杂物上浮和去除，且有一定数量的氩气泡随钢流进入到上水口内，在上水口内形成稳定的、连续的环状气流，抑制上水口结瘤问题，并在钢包浇注后期，有效抑制汇流旋涡及排流沉坑引起的钢包下渣，同时解决了钢包内钢液面持续降低的条件下、因吹氩流量调整不及时、吹破钢渣面引发的钢水卷渣问题，应用本发明比应用对比例CN201455253U(专利号：200920016943.8)钢包中的钢水浇余量同比减少36％以上，连铸坯试样电解夹杂物重量同比减少35％以上。

一种钢包弥散环透气上水口座砖，包括钢包上水口座砖本体(1)、弥散式透气环(2)、气室(3)，钢包上水口座砖本体(1)的中部设置有上下贯穿的流钢孔(5)、连接孔(6)、上水口安装孔(7)，所述的钢包上水口座砖本体(1)内自上而下设置有弥散式透气环(2)和气室(3)，弥散式透气环的上部伸出水口座砖本体(1)的上表面，气室(3)设置于弥散式透气环的底部，气室(3)的侧部连接有进气管(4)，进气管的一端与气室连通，另一端从气幕挡墙本体(1)的侧部伸出。在连铸钢包浇注过程中，钢包弥散环透气上水口座砖全程吹氩，具有净化钢包内钢液、抑制钢包上水口结瘤和抑制钢包浇注下渣等三个吹氩冶金功能。

优选的，气室(3)通过埋设胎模一次成型于弥散式透气环的底部。

本发明优选的，所述钢包上水口座砖本体(1)，刚玉浇注料浇注成型，体积密度≥3.0g/cm³，高温抗折强度≥12Mpa，高温耐压强度≥80Mpa，AL₂O₃含量≥92％，Cr₂O₃含量≥2％。

本发明优选的，所述弥散式透气环(2)，其横剖面呈圆环形、纵剖面呈直角梯形，圆环的下部宽度x为50～60mm，上部宽度y为46～56mm，高度h为120～220mm。

本发明所述弥散式透气环(2)以高纯刚玉、莫来石等为主原料，采用等静压成型工艺生产，体积密度≥2.80g/cm³，弥散环中的透气孔均匀、弥散分布，氩气透过弥散式透气环形成连续、均匀分布的微小氩气泡(水模实验测定气泡的直径＜1mm)，优于现有机压成型生产的弥散式透气环，解决了现有机压成型生产的弥散式透气环透气性不匀、体积密度小等质量缺陷，优于中国专利文献CN108273987A(专利申请号：201810309436.7)所述的透气塞，解决了狭缝式透气塞易堵塞的技术难点，优于中国专利文献CN104028739B(专利号：201410274221.8)所述的透气陶瓷棒，解决了氩气透过透气陶瓷棒形成的氩气泡直径大、密集度小等性能不足，应用本发明比应用对比例CN104028739B(专利号：201410274221.8)钢包中的钢水浇余量同比减少19％以上，连铸坯试样电解夹杂物重量同比减少23％以上。

所述等静压成型工艺，是将待压试样置于高压容器中，利用液体介质不可压缩的性质和均匀传递压力的性质从各个方向对试样进行均匀加压，当液体介质通过压力泵注入压力容器时，根据流体力学原理，其压强大小不变且均匀地传递到各个方向。此时高压容器中的粉料在各个方向上受到的压力是均匀的和大小一致的。通过上述方法使瘠性粉料成型致密坯体的方法称为等静压法。本发明所述的等静压成型工艺采用现有技术。

本发明优选的，所述弥散式透气环(2)的上端伸出所述钢包上水口座砖本体(1)上表面的高度Z为5～10mm。

本发明优选的，所述气室(3)整体为圆环形，圆环的中心圆直径￠为300～330mm，气室的纵剖面为半圆形，其半径R为9～10mm，气室(3)上设置进气管安装孔(8)，进气管安装孔的直径d为12～13mm。优选的，进气管安装孔的直径d为12mm。进气管安装孔(8)用于安装进气管(4)。

本发明优选的，所述流钢孔(5)、连接孔(6)、上水口安装孔(7)的纵向中心线与钢包上水口座砖本体(1)的纵向中心线在一条直线上，所述的流钢孔(5)为圆台形，圆台的上端口直径d1为190～210mm，下端口直径d2为140～160mm，圆台的高度c为55～80mm，所述连接孔(6)为圆柱形通道，圆柱形通道的直径与圆台的下端口直径一致，圆柱高度b为250～270mm。

本发明优选的，所述上水口安装孔(7)上部为圆台形，圆台的上端口直径与连接孔(6)的端口直径一致，圆台的下端口直径d3为170～190mm。其它按照上水口的外形尺寸设计上水口安装孔的配合尺寸。

本发明优选的，所述钢包上水口座砖本体(1)的外形为圆柱形，圆柱形的外径D为400～430mm，圆柱形的高度H为460～470mm。

本发明所述的进气管(4)、进气连接金属管(9)材质均为耐热不锈钢圆管，其中进气管(4)的规格尺寸为M11×1.25(螺母内螺纹，大径11mm，螺距1.25mm)，进气连接金属管(9)规格尺寸为￠10×2(外径为10mm，壁厚为2mm)。

本发明钢包弥散环透气上水口座砖的弥散式透气环，采用等静压成型工艺生产，圆环的下部宽度x为50～60mm，上部宽度y为46～56mm，高度h为120～220mm，弥散式透气环的上端伸出所述钢包上水口座砖本体上表面的高度Z为5～10mm，钢包上水口座砖本体的外形为圆柱形等设计，是基于本发明的任务：提高弥散式透气环的透气均匀性和氩气泡密集度，提高氩气泡捕获、去除夹杂物的能力，抑制钢包上水口结瘤，抑制汇流旋涡及排流沉坑引起的钢包下渣、便于弥散式透气环的定位准确、实现弥散式透气环与本体寿命同步而特定选择的，是本领域的技术人员经过大量的水模实验研究和生产试验摸索得到的，其中弥散式透气环采用等静压成型工艺生产，解决了现有机压成型生产的弥散式透气环透气性不匀、体积密度小等质量缺陷，使得氩气透过弥散式透气环形成连续的、密集度大的微小氩气泡，大部分氩气泡向上运动，在钢包上水口周围形成环状气幕屏障，对即将进入钢包上水口的钢液进行气洗，促进夹杂物上浮和去除，且有一定数量的氩气泡随钢流进入到上水口内，在上水口内形成稳定的、连续的环状气流，抑制上水口结瘤问题，并在钢包浇注后期，有效抑制汇流旋涡及排流沉坑引起的钢包下渣，不仅提高了钢水的洁净度，而且减少了钢包内钢水浇余量；弥散式透气环的宽度设计是根据不同宽度透气环的夹杂物去除效果和产生旋涡的临界高度的水模实验研究结果、定位空间尺寸要求和成型质量要求综合研究设定的，弥散式透气环的高度设计，是基于钢包下线小修测量钢包上水口座砖本体和弥散式透气环的侵蚀残厚尺寸而设定的，以保证弥散式透气环与钢包上水口座砖本体、钢包渣线工作衬的使用寿命同步；弥散式透气环的上端伸出所述钢包上水口座砖本体上表面设计，解决了钢包弥散式透气环透气上水口座砖浇注生产中的弥散式透气环的定位难题；钢包上水口座砖本体的外形由传统的正方形设计为圆柱形，使得钢包透气上水口座砖本体的壁厚均匀，减少了热应力不均引发的裂纹问题，延长了钢包弥散式透气环透气上水口座砖的使用寿命。

本发明所述钢包弥散环透气上水口座砖的安装，采用现有技术安装在钢包上水口座砖安装地坑内(11)，进气连接金属管(9)的一端与进气管(4)连接，另一端从钢包包壳(10)的包底穿出，待当钢包座到连铸机大包回转台后，将进气连接金属管(9)与氩气气源连通。

本发明还提供一种利用上述钢包弥散环透气上水口座砖吹氩冶金装置，其特征在于，在氩气流量控制上设置一套氩气管路***和电气控制***，引入钢包内钢水称重信号，根据钢包内钢水净重的变化，线性调整氩气流量，解决了钢包内钢水液面持续降低的条件下、因吹氩流量调整不及时、吹破钢水渣面引发的钢水卷渣问题。

所述氩气管路***，如图5所示，分为主吹支路和手动旁路，其中主吹支路依次包括第一球阀15a、气体过滤器16、第一压力表17a、第二球阀15b、压力变送器18、电磁阀19、冶金专用质量流量控制器20、单向阀21、第二压力表17b、减压阀22、第三球阀15c；手动旁路依次包括第四球阀15d、手动调节阀23，手动旁路的前端安装于第一压力表17a和第二球阀15b之间，手动旁路的末端安装于单向阀21和第二压力表17b之间，手动旁路与主吹支路的第二球阀15b、压力变送器18、电磁阀19、冶金专用质量流量控制器20、单向阀21并联；用于主吹支路出现故障后、手动操作应用，氩气管路***定位于控制柜内，氩气管路***中的压力变送器18、减压阀22，具有机械式和电子式双重压力自动补偿功能，入口压力任意波动，出口压力自适应，不受背压扰动影响。

所述电气控制***，包括网路交换机、吹氩控制***PLC、触摸屏、上位机操作***、连铸基础自动化***，吹氩控制***PLC、触摸屏设置于控制箱内，吹氩控制***PLC、触摸屏、上位机操作***、连铸基础自动化***均通过以太网通讯与网路交换机连接，钢包内钢水称重***收集、发送钢包内钢水重量到连铸基础自动化***，通过以太网通讯、网路交换机上传到吹氩控制***PLC，如图6所示。本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，或者选用现有技术的控制***。

所述吹氩控制***PLC收集第一压力表(17a)压力值、冶金专用质量流量控制器(20)流量值、第二压力表(17b)压力值和钢包内钢水重量值，并执行吹氩控制***PLC的氩气流量自动控制指令，根据钢包内钢水净重的变化，自动调整氩气流量。

本发明还提供一种利用上述钢包弥散环透气上水口座砖吹氩冶金方法，包括下列步骤：

第一步，吹氩控制***PLC接收到钢包开浇信号，开始吹氩，初始氩气流量设定为钢包软吹确定的吹氩流量，一般为50-100NL/min；

第二步，在钢包浇注过程中，根据钢包内钢水净重的变化，线性调整氩气流量，过程氩气流量设定值＝钢包内剩余钢水净重÷钢包满包时的钢水净重×钢包满包时的初始氩气流量；

第三步，判定钢包出现下渣或下渣检测***报警、接收到钢包停浇信号，停止钢包弥散环透气上水口座砖吹入氩气。

本发明的有益效果是：

1)本发明在钢包上水口座砖本体内设置弥散式透气环，在氩气流量控制上设置一套氩气管路***和电气控制***，在连铸钢包浇注过程中，全程吹入氩气，且根据钢包内钢水净重的变化，自动调整氩气流量，氩气透过弥散式透气环形成微小氩气泡，大部分氩气泡向上运动，在钢包上水口周围形成环状气幕屏障，对即将进入钢包上水口的钢液进行气洗，促进夹杂物上浮和去除，且有一定数量的氩气泡随钢流进入到上水口内，在上水口内形成稳定的、连续的环状气流，抑制上水口结瘤问题，并在钢包浇注后期，有效抑制汇流旋涡及排流沉坑引起的钢包下渣，同时解决了钢包内钢液面持续降低的条件下、因吹氩流量调整不及时、吹破钢渣面引发的钢水卷渣问题，应用本发明不仅提高了钢水的洁净度，而且减少了钢包内钢水浇余量，应用本发明比应用对比例CN201455253U(专利号：200920016943.8)钢包中的钢水浇余量同比减少36％以上，连铸坯试样电解夹杂物重量同比减少35％以上。

2)本发明所述弥散式透气环，圆环的高度h为120～220mm，以高纯刚玉、莫来石等为主原料，采用等静压成型工艺生产，使得体积密度≥2.80g/cm³，使得弥散环中的透气孔均匀、弥散分布，氩气透过弥散式透气环形成连续、均匀分布的微小氩气泡(水模实验测定气泡的直径＜1mm)，优于中国专利文献CN107225231A(专利号201710575311.4)所述采用机压成型生产的弥散式透气环，解决了机压成型生产的弥散式透气环透气性不匀、体积密度小等质量缺陷，优于中国专利文献CN108273987A(专利申请号：201810309436.7)所述的透气塞，解决了狭缝式透气塞易堵塞的技术难点，优于中国专利文献CN104028739B(专利号：201410274221.8)所述的透气陶瓷棒，解决了氩气透过透气陶瓷棒形成的氩气泡密集度小等性能不足，使得本发明进一步提高了微小氩气泡带动夹杂物上浮、去除的吹氩冶金效果和抑制汇流旋涡及排流沉坑引起的钢包下渣的功能作用，应用本发明比应用对比例CN104028739B(专利号：201410274221.8)钢包中的钢水浇余量同比减少22％以上，连铸坯试样电解夹杂物重量同比减少23％以上。

3)本发明所述钢包上水口座砖本体的外形，由传统的正方形设计为圆柱形，使得钢包透气上水口座砖本体的壁厚均匀，一是减少了热应力不均引发的裂纹问题，延长了钢包弥散式透气环透气上水口座砖本体的使用寿命，二是体积、单重同比减少21.5％，同比降低钢包上水口座砖本体的原料成本21.5％。

附图说明

图1为本发明实施例中钢包弥散环透气上水口座砖结构主视图。

图2为本发明实施例中钢包弥散环透气上水口座砖结构俯视图。

图3为本发明实施例中气室盒结构示意图。

图4为本发明实施例中钢钢包弥散环透气上水口座砖安装示意图。

图5为本发明实施例中氩气管路***示意图。

图6为本发明实施例中电气连接示意图。

图中，1.钢包弥散环透气上水口座砖本体；2.弥散式透气环；3.气室盒；4.进气管；5.流钢孔；6.连接孔；7.上水口安装孔；8.进气管安装孔；9.进气连接金属管；10.钢包包壳；11.钢包上水口座砖安装地坑；12.钢包永久衬；13.钢包工作衬14.钢包渣线砖；15.球阀(包括第一球阀15a、第二球阀15b、第三球阀15c、第四球阀15d)；16.气体过滤器；17.压力表(包括第一压力表17a、第一压力表17b)；18.压力变送器；19.电磁阀；20.冶金专用质量流量控制器；21.单向阀；22.减压阀；23.手动调节阀。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明进一步说明，但不仅限于此。

实施例1

一种钢包弥散环透气上水口座砖，如图1-图3所示，包括钢包上水口座砖本体1、弥散式透气环2、气室3、进气管4，钢包上水口座砖本体的中部设置有上下贯穿的流钢孔5、连接孔6、上水口安装孔7，所述的钢包上水口座砖本体1内自上而下设置有弥散式透气环2和气室3，弥散式透气环的上部伸出水口座砖本体1的上表面，气室3通过埋设胎模一次成型于弥散式透气环的底部，气室3的侧部连接有进气管4，进气管的一端与气室连通，另一端从气幕挡墙本体1的侧部伸出，其特征在于，在连铸钢包浇注过程中，钢包弥散环透气上水口座砖全程吹氩，具有净化钢包内钢液、抑制钢包上水口结瘤和抑制钢包浇注下渣等三个吹氩冶金功能。

本发明所述弥散式透气环2以高纯刚玉、莫来石等为主原料，采用等静压成型工艺生产，体积密度2.85g/cm³，弥散环中的透气孔均匀、弥散分布，氩气透过弥散式透气环形成连续、均匀分布的微小氩气泡(水模实验测定气泡的直径＜1mm)，优于现有机压成型生产的弥散式透气环，解决了现有机压成型生产的弥散式透气环透气性不匀、体积密度小等质量缺陷，优于中国专利文献CN108273987A(专利申请号：201810309436.7)所述的透气塞，解决了狭缝式透气塞易堵塞的技术难点，优于中国专利文献CN104028739B(专利号：201410274221.8)所述的透气陶瓷棒，解决了氩气透过透气陶瓷棒形成的氩气泡密集度小等性能不足，使得本发明进一步提高了微小氩气泡带动夹杂物上浮、去除的吹氩冶金效果。

所述钢包上水口座砖本体1，刚玉浇注料浇注成型，体积密度≥3.0g/cm³，高温抗折强度≥12Mpa，高温耐压强度≥80Mpa，AL₂O₃含量≥92％，Cr₂O₃含量≥2％。

所述弥散式透气环2，其横剖面呈圆环形、纵剖面呈直角梯形，圆环的下部宽度x为52mm，上部宽度y为48mm，高度h为200mm。

所述气室3整体为圆环形，圆环的中心圆直径￠为320mm，气室的纵剖面为半圆形，其半径R为9.6mm，气室3上设置进气管安装孔8，进气管安装孔的直径d为12mm。

所述弥散式透气环2的上端伸出所述钢包上水口座砖本体1上表面的高度Z为7mm。

所述流钢孔5、连接孔6、上水口安装孔7的纵向中心线与钢包上水口座砖本体1的纵向中心线在一条直线上，所述的流钢孔5为圆台形，圆台的上端口直径d1为200mm，下端口直径d2为152mm，圆台的高度c为60mm，所述连接孔为圆柱形通道，圆柱形通道的直径与圆台的下端口直径一致，圆柱高度b为263mm。

所述上水口安装孔7上部为圆台形，圆台的上端口直径与连接孔6的端口直径一致，圆台的下端口直径d3为183mm。其它按照上水口的外形尺寸设计上水口安装孔的配合尺寸。

所述钢包上水口座砖本体1的外形为圆柱形，圆柱形的外径D为410mm，圆柱形的高度H为465mm。

所述钢包弥散环透气上水口座砖的安装，如图4所示，采用现有技术安装在钢包上水口座砖安装地坑内11，进气连接金属管9的一端与进气管4连接，另一端从钢包包壳10的包底穿出，待当钢包座到连铸机大包回转台后，将进气连接金属管9与氩气气源连通。

所述的进气管4、进气连接金属管9材质均为耐热不锈钢圆管，其中进气管4的规格尺寸为M11×1.25(螺母内螺纹，大径11mm，螺距1.25mm)，进气连接金属管9规格尺寸为￠10×2(外径为10mm，壁厚为2mm)。

本发明还提供一种利用上述钢包弥散环透气上水口座砖吹氩冶金方法，其特征在于，在氩气流量控制上设置一套氩气管路***和电气控制***，引入钢包内钢水称重信号，根据钢包内钢水净重的变化，线性调整氩气流量，解决了钢包内钢水液面持续降低的条件下、因吹氩流量调整不及时、吹破钢水渣面引发的钢水卷渣问题。

所述氩气管路***，如图5所示，分为主吹支路和手动旁路，其中主吹支路包括第一球阀15a、气体过滤器16、第一压力表17a、第二球阀15b、压力变送器18、电磁阀19、冶金专用质量流量控制器20、单向阀21、第二压力表17b、减压阀22、第三球阀15c，手动旁路包括第四球阀15d、手动调节阀23，手动旁路安装于第一压力表17a和第二球阀15b之间，与主吹支路的第二球阀15b、压力变送器18、电磁阀19、冶金专用质量流量控制器20、单向阀21并联；用于主吹支路出现故障后、手动操作应用，管路元件连接关系，氩气管路***定位于控制柜内，氩气管路***中的压力变送器18、减压阀22，具有机械式和电子式双重压力自动补偿功能，入口压力任意波动，出口压力自适应，不受背压扰动影响。

所述电气控制***，包括吹氩控制***PLC、触摸屏、上位机操作***、网路交换机、连铸基础自动化***，各***通过以太网通讯与网路交换机连接，钢包内钢水称重***收集、发送钢包内钢水重量到连铸基础自动化***，通过以太网通讯、网路交换机上传到吹氩控制***PLC，如图6所示。本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，或者选用现有技术的控制***。

所述吹氩控制***PLC收集第一压力表(17a)压力值、冶金专用质量流量控制器(20)流量值、第二压力表(17b)压力值和钢包内钢水重量值，并执行吹氩控制***PLC的氩气流量自动控制指令，根据钢包内钢水净重的变化，自动调整氩气流量。

所述吹氩控制***PLC的氩气流量自动控制指令如下：

第一步，接收到钢包开浇信号，开始吹氩，初始氩气流量设定为钢包软吹确定的吹氩流量为100NL/min；

第二步，在钢包浇注过程中，根据钢包内钢水净重的变化，线性调整氩气流量，过程氩气流量设定值＝钢包内剩余钢水净重÷钢包满包时的钢水净重×钢包满包时的初始氩气流量；

例如，钢包满包时的钢水净重为130吨，当钢包内剩余钢水净重65吨时，过程氩气流量设定值＝65÷130×100NL/min＝50NL/min。

第三步，人工判定钢包出现下渣或下渣检测***报警，接收到钢包停浇信号，停止钢包弥散环透气上水口座砖吹入氩气。

所述氩气管路***元件，均为市场采购，其中所述球阀15(包括第一球阀15a、第二球阀15b、第三球阀15c、第四球阀15d)的型号规格为304SS-1/2，气体过滤器16的型号规格为BK110-3，压力表17(包括第一压力表17a、第一压力表17b)的型号规格为YT40，压力变送器18的型号规格为8323-25-G1/2，电磁阀19的型号规格为5281-1/2-NBR，冶金专用质量流量控制器20的型号规格为Flox(on)s，量程为0-200NL/min，减压阀22的型号规格为BK100-2，手动调节阀23的型号规格为28-1/2-MS。

所述电气控制***元件，均为市场采购，其中所述PLC控制***的型号规格为西门子S7系列，PLC模拟量模块的型号规格为4AI/2AO，触摸屏的型号规格为西门子7寸触摸屏，上位机操作***的型号规格为D610，上位机软件WIN CC 6.0以上。

实施例2

如实施例1所述的钢包弥散环透气上水口座砖，不同之处在于：

所述弥散式透气环2，其横剖面呈圆环形、纵剖面呈直角梯形，圆环的下部宽度x为60mm，上部宽度y为56mm，高度h为220mm。

所述气室3整体为圆环形，圆环的中心圆直径￠为330mm，气室的纵剖面为半圆形，其半径R为10mm。

所述弥散式透气环2的上端伸出所述钢包上水口座砖本体1上表面的高度Z为10mm。

所述的流钢孔5为圆台形，圆台的上端口直径d1为210mm，下端口直径d2为160mm，圆台的高度c为78mm，所述连接孔为圆柱形通道，圆柱形通道的直径与圆台的下端口直径一致，圆柱高度b为250mm。

所述上水口安装孔7上部为圆台形，圆台的上端口直径与连接孔6的端口直径一致，圆台的下端口直径d3为190mm。

所述钢包上水口座砖本体1的外形为圆柱形，圆柱形的外径D为430mm，圆柱形的高度H为470mm。

实施例3

如实施例1所述的钢包弥散环透气上水口座砖，不同之处在于：

所述弥散式透气环2，其横剖面呈圆环形、纵剖面呈直角梯形，圆环的下部宽度x为50mm，上部宽度y为46mm，高度h为120mm。

所述气室3整体为圆环形，圆环的中心圆直径￠为300mm，气室的纵剖面为半圆形，其半径R为9mm。

所述弥散式透气环2的上端伸出所述钢包上水口座砖本体1上表面的高度Z为5mm。

所述的流钢孔5为圆台形，圆台的上端口直径d1为190mm，下端口直径d2为140mm，圆台的高度c为55mm，所述连接孔为圆柱形通道，圆柱形通道的直径与圆台的下端口直径一致，圆柱高度b为270mm。

所述上水口安装孔7上部为圆台形，圆台的上端口直径与连接孔6的端口直径一致，圆台的下端口直径d3为170mm。

所述钢包上水口座砖本体1的外形为圆柱形，圆柱形的外径D为400mm，圆柱形的高度H为467mm。

所述吹氩控制***PLC的氩气流量自动控制指令如下：

第一步，接收到钢包开浇信号，开始吹氩，初始氩气流量设定为钢包软吹确定的吹氩流量为50NL/min；

第二步，在钢包浇注过程中，根据钢包内钢水净重的变化，线性调整氩气流量，过程氩气流量设定值＝钢包内剩余钢水净重÷钢包满包时的钢水净重×钢包满包时的初始氩气流量；

例如，钢包满包时的钢水净重为130吨，当钢包内剩余钢水净重13吨时，过程氩气流量设定值＝13÷130×50NL/min＝5NL/min。

第三步，人工判定钢包出现下渣或下渣检测***报警，接收到钢包停浇信号，停止钢包弥散环透气上水口座砖吹入氩气。

实验例

对比例1：中国专利文献CN201455253U(专利号：200920016943.8)公开了一种在炼钢生产过程中使用的一种新型钢水罐水口座砖。

对比例2：中国专利文献CN104028739B(专利号：201410274221.8)公开了一种钢包透气上水口座砖及其控制钢包下渣的方法。

将本发明实施例1-3的钢包弥散环透气上水口座砖与对比例1-2的钢包水口座砖在某炼钢厂连铸机生产超低碳DC04级冷轧钢带的钢包中的钢水浇余量和钢包上水口结瘤情况进行对比，分别在铸坯1/4处取大样电解试样，加工成直径为60mm、高度为100mm的圆棒，进行大样电解夹杂物检测对比，对比结果见下表1。

表1

通过上表1的数据对比，应用本发明比应用对比例CN201455253U(专利号：200920016943.8)钢包中的钢水浇余量同比减少36％以上，连铸坯试样电解夹杂物重量同比减少35％以上，应用本发明比应用对比例CN104028739B(专利号：201410274221.8)钢包中的钢水浇余量同比减少22％以上，连铸坯试样电解夹杂物重量同比减少23％以上，生产应用结果表明，本发明钢包弥散环透气上水口座砖具有净化钢包内钢液、抑制钢包上水口结瘤和抑制钢包浇注下渣等三个吹氩冶金功能。

Claims (10)

1.一种钢包弥散环透气上水口座砖，其特征在于，包括钢包上水口座砖本体(1)、弥散式透气环(2)、气室(3)，钢包上水口座砖本体(1)的中部设置有上下贯穿的流钢孔(5)、连接孔(6)、上水口安装孔(7)，所述的钢包上水口座砖本体(1)内自上而下设置有弥散式透气环(2)和气室(3)，弥散式透气环的上部伸出水口座砖本体(1)的上表面，气室(3)设置于弥散式透气环的底部，气室(3)的侧部连接有进气管(4)，进气管的一端与气室连通，另一端从气幕挡墙本体(1)的侧部伸出。

2.如权利要求1所述的钢包弥散环透气上水口座砖，其特征在于，弥散式透气环(2)以高纯刚玉、莫来石为主原料，采用等静压成型工艺生产，体积密度≥2.80g/cm³，弥散环中的透气孔均匀、弥散分布，氩气透过弥散式透气环形成连续、均匀分布的微小氩气泡，水模实验测定气泡的直径＜1mm；

所述弥散式透气环(2)，其横剖面呈圆环形、纵剖面呈直角梯形，圆环的下部宽度x为50～60mm，上部宽度y为46～56mm，高度h为120～220mm。

3.如权利要求1所述的钢包弥散环透气上水口座砖，其特征在于，气室(3)通过埋设胎模一次成型于弥散式透气环的底部。

4.如权利要求1所述的钢包弥散环透气上水口座砖，其特征在于，所述钢包上水口座砖本体(1)的外形为圆柱形，圆柱形的外径D为400～430mm，圆柱形的高度H为460～470mm；所述弥散式透气环(2)的上端伸出所述钢包上水口座砖本体(1)上表面的高度Z为5～10mm。

5.如权利要求1所述的钢包弥散环透气上水口座砖，其特征在于，所述气室(3)整体为圆环形，圆环的中心圆直径￠为300～330mm，气室的纵剖面为半圆形，其半径R为9～10mm，气室(3)上设置进气管安装孔(8)，进气管安装孔的直径d为12～13mm。优选的，进气管安装孔的直径d为12mm。进气管安装孔(8)用于安装进气管(4)。

6.如权利要求1所述的钢包弥散环透气上水口座砖，其特征在于，所述流钢孔(5)、连接孔(6)、上水口安装孔(7)的纵向中心线与钢包上水口座砖本体(1)的纵向中心线在一条直线上，所述的流钢孔(5)为圆台形，圆台的上端口直径d1为190～210mm，下端口直径d2为140～160mm，圆台的高度c为55～80mm，所述连接孔(6)为圆柱形通道，圆柱形通道的直径与圆台的下端口直径一致，圆柱高度b为250～270mm；

所述上水口安装孔(7)上部为圆台形，圆台的上端口直径与连接孔(6)的端口直径一致，圆台的下端口直径d3为170～190mm。

7.一种钢包弥散环透气上水口座砖的安装方法，权利要求1-6任一项所述的钢包弥散环透气上水口座砖安装在钢包上水口座砖安装地坑内(11)，进气连接金属管(9)的一端与进气管(4)连接，另一端从钢包包壳(10)的包底穿出，待当钢包座到连铸机大包回转台后，将进气连接金属管(9)与氩气气源连通。

8.一种利用权利要求1-6任一项所述的钢包弥散环透气上水口座砖的吹氩冶金装置，其特征在于，在氩气流量控制上设置一套氩气管路***和电气控制***，引入钢包内钢水称重信号，根据钢包内钢水净重的变化，线性调整氩气流量。

9.如权利要求8所述的吹氩冶金装置，其特征在于，所述氩气管路***，分为主吹支路和手动旁路，其中主吹支路依次包括第一球阀15a、气体过滤器16、第一压力表17a、第二球阀15b、压力变送器18、电磁阀19、冶金专用质量流量控制器20、单向阀21、第二压力表17b、减压阀22、第三球阀15c；手动旁路依次包括第四球阀15d、手动调节阀23，手动旁路的前端安装于第一压力表17a和第二球阀15b之间，手动旁路的末端安装于单向阀21和第二压力表17b之间，手动旁路与主吹支路的第二球阀15b、压力变送器18、电磁阀19、冶金专用质量流量控制器20、单向阀21并联；用于主吹支路出现故障后、手动操作应用，氩气管路***定位于控制柜内，氩气管路***中的压力变送器18、减压阀22。

所述电气控制***，包括网路交换机、吹氩控制***PLC、触摸屏、上位机操作***、连铸基础自动化***，吹氩控制***PLC、触摸屏设置于控制箱内，吹氩控制***PLC、触摸屏、上位机操作***、连铸基础自动化***均通过以太网通讯与网路交换机连接，钢包内钢水称重***收集、发送钢包内钢水重量到连铸基础自动化***，通过以太网通讯、网路交换机上传到吹氩控制***PLC。

所述吹氩控制***PLC收集第一压力表(17a)压力值、冶金专用质量流量控制器(20)流量值、第二压力表(17b)压力值和钢包内钢水重量值，并执行吹氩控制***PLC的氩气流量自动控制指令，根据钢包内钢水净重的变化，自动调整氩气流量。

10.一种利用权利要求1-6任一项所述的钢包弥散环透气上水口座砖的吹氩冶金方法，包括下列步骤：

第一步，吹氩控制***PLC接收到钢包开浇信号，开始吹氩，初始氩气流量设定为钢包软吹确定的吹氩流量，一般为50-100NL/min；

第二步，在钢包浇注过程中，根据钢包内钢水净重的变化，线性调整氩气流量，过程氩气流量设定值＝钢包内剩余钢水净重÷钢包满包时的钢水净重×钢包满包时的初始氩气流量；

第三步，判定钢包出现下渣或下渣检测***报警、接收到钢包停浇信号，停止钢包弥散环透气上水口座砖吹入氩气。