一种钢包座砖及其制备方法

本发明涉及钢铁冶金，尤其涉及一种钢包座砖及其制备方法。

背景技术：

1、钢包，作为钢铁冶金过程中盛装钢液的重要容器，是衔接、运输与冶炼钢液的重要装备。其主要由外部钢包壳、内部耐火材料、顶部钢包盖以及底部功能化组件等结构所组成。其中，底部功能化组件则以钢包座砖（钢液流出通道）、滑动水口（控制钢液浇铸流量）与透气砖（精炼过程中吹氩所需）为主。

2、在钢的冶炼过程中，钢包座砖作为钢液从钢包内部流出的通道，不仅在钢包开浇前需时刻承受钢液的高温与高压环境，并且也在钢包开浇后还需时刻经历钢液的冲刷与侵蚀。因此，钢包底部所需座砖的结构稳定性将直接影响座砖的安全使用效果与服役寿命。因此，在座砖的生产过程中需同时满足极高的耐火度、优异的抗冲刷与侵蚀性能、良好的抗热震效果与热循环稳定性以及较高的机械强度。

3、但在钢包电磁出钢技术应用中，因其需采用感应加热的方式使座砖芯部通道（吐钢口）内的合金熔化，以此实现钢包的正常开浇，故需在座砖内安置感应线圈，由此容易导致座砖的安全性与稳定性大幅下降。具体而言：由于感应线圈与钢包座砖材质间存在较大的导热系数、热膨胀系数以及相变温度等差异，在钢包使用极易导致座砖内部线圈熔化变形，亦或是座砖的开裂问题。此外，不合理的座砖结构与较低的透磁效果也会影响线圈的感应加热效果，进而影响电磁出钢技术的成果开浇率。与此同时，随着座砖使用次数的不断提升，其内部通道的不断变形，亦会导致感应线圈的安全使用位置发生改变，严重时不仅会导致钢包座砖直接损毁，甚至直接引发钢包漏钢等生产事故。

4、基于以上背景，现有钢包座砖的生产技术与常规座砖产品所需性能已无法满足电磁出钢技术的应用条件，亟需一种既可以满足钢包长时间稳定且安全服役，又可以实现电磁感应加热技术顺利应用的全新钢包座砖，满足现阶段电磁出钢技术的应用所需。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本发明提供一种全新的钢包座砖及其制备方法，其中，钢包座砖能够在钢包服役过程中其内部的感应线圈不会发生提前熔断和变形等问题。

3、根据本发明第一方面提供的一种钢包座砖，包括：

4、砖体，设有吐钢口，吐钢口的入口端位于砖体的上表面，吐钢口的出口端位于砖体的下表面；

5、感应线圈，设在砖体内，并与吐钢口同轴设置；感应线圈的表面涂装有隔热保温材料，涂装在感应线圈的隔热保温材料的外表面包裹有隔热纤维；隔热保温材料的耐火度不低于1000℃，导热系数不高于0.03w/(m℃)，热阻值不高于0.025m2·k/w；隔热纤维的耐火度不低于1300℃，相对密度不高于450 kg/m3，高温导热系数不高于0.03w/(m℃)。

6、可选地，隔热保温材料为硅酸盐、铝酸盐或锆酸盐中的一种或多种混合；隔热纤维为纯石英质纤维、铝质纤维或锆质纤维中的一种或多种混合。

7、可选地，隔热保温材料在感应线圈上的涂装厚度为0.3cm~0.7cm；隔热纤维的包裹厚度为0.3cm~0.7cm；隔热纤维的表面包裹有铝质耐高温密封层。

8、可选地，砖体由目标浇注材料浇注而成；目标浇注材料按照质量份数计算，其原料包括以下组分：板状刚玉50份~80份、高纯镁砂0份~10份、α氧化铝微粉5份~15份、铁质纤维8份~10份，铝酸钙水泥4份~10份、高铝铬铁矿粉0份~5份、铝矾土2份~10份、减水剂0.2份~0.5份、去离子水3份~5份。

9、可选地，板状刚玉中氧化铝纯度不小于98.5%；其中，在板状刚玉中，粒径大于3mm的板状刚玉含量不低于25%，粒径为1mm~3mm的板状刚玉含量不低于20%，粒径为0.05mm~1mm的板状刚玉含量不低于25%，粒径小于0.05mm的板状刚玉含量不低于10%；高纯镁砂和高铝铬铁矿粉的粒度均不高于0.05mm。

10、可选地，铁质纤维长度为2cm~5cm，直径为0.5mm~2mm；铁质纤维为不锈钢纤维、耐热钢纤维、耐蚀钢纤维中的一种或两种混合。

11、可选地，吐钢口为直筒形或圆台形；其中，在吐钢口为圆台形时，吐钢口的侧壁从上到下逐渐向靠近其轴线方向倾斜，且倾斜角度不大于5°。

12、可选地，感应线圈由空心结构方管或圆管制成的螺旋式结构的线圈，所述空心结构方管或圆管的外径均为1.5cm~3.0cm、壁厚不低于0.2cm、匝间距不低于0.5cm；所述感应线圈的材质为铜，或感应线圈的材质为铜合金、铜与铬合金、或铜与锆合金中的一种或两种合金进行组合或材料复合材质；感应线圈的直径为吐钢口直径的3~8倍，感应线圈整体的直径和砖体的宽度之比为0.3~0.8：1；感应线圈的整体高度为砖体的高度的50%~80%。

13、根据本发明第二方面提供的一种如上述钢包座砖的制备方法，包括以下步骤：

14、（1）在感应线圈外表面涂装半固态隔热保温材料，待隔热保温材料完全干燥后，在感应线圈的外部包裹隔热纤维，并通过表面密封材料进行表面密封；其中，涂装在感应线圈外表面上的隔热材料涂装的厚度为0.3cm~0.7cm，干燥方式为常温自然干燥或加热干燥；在干燥方式为常温自然干燥时，常温自然干燥的环境湿度低于50%，干燥时间不低于72小时；在干燥方式为加热干燥温度时，加热干燥温度为60℃~120℃，干燥时间不低于16小时；隔热纤维的包裹厚度为0.3cm~0.7cm，表面密封材料为铝质耐高温密封胶带；

15、（2）将感应线圈安置于座砖模具内部，并在使感应线圈的中心轴与吐钢口的中心轴线位于同一轴线上后，将感应线圈进行位置固定；

16、（3）将用于制备砖体的目标浇注材料向座砖模具中浇注，完成对钢包座砖的制备。

17、可选地，步骤（3）中的将用于制备砖体的目标浇注材料向座砖模具中浇注，完成对钢包座砖的制备，包括：

18、在将用于制备砖体的目标浇注材料向座砖模具中浇注的过程中，采用机械或超声振动的方式，排出浇注在座砖磨具中的目标浇注材料内部的气泡，振动时间不低于5min；并在目标浇注材料经气泡排出处理后，在固化温度不低于150℃的温度下，进行不低于12小时的固化；待固化完成后放置于常温干燥环境下进行养护，养护时间不低于5天，环境温度不低于20℃，环境湿度不高于20%，最终完成对钢包座砖的制备。

19、上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果：

20、与现有技术相比，本发明的优点与增益效果在于：

21、（1）本发明中的感应线圈与砖体间的双层隔热布置方式（隔热保温材料+隔热纤维），可以实现砖体和感应线圈之间的稳定接触与服役。其中，感应线圈与砖体间的双层隔热布置方式的引入，可以在实现对感应线圈自身高效隔热的前提下，弥补金属材料与氧化物材料间诸多性能差异过大的关键性技术瓶颈。在保证砖体自身强度不被削弱的前提下，有效解决了感应线圈与砖体材质间热膨胀系数较大的问题，确保感应线圈结构的完整性。并且在现在浇注材料的材质与感应线圈的隔热材料的共同作用下，使得砖体的导热性得到进一步降低，可以有效抵挡钢液储运以及浇注过程中对座砖内部的热传导问题，确保感应线圈长期处于较低的服役与使用环境下，不会因一段时间内无法通过感应线圈的空心结构进行冷却通气时所导致的感应线圈异常升温与熔断问题。

22、（2）本发明提供的钢包座砖的制备工艺，可以有效降低砖体内部的气孔率，提升钢包座砖自身强度与结构稳定性。在钢包座砖预热与服役过程中，目标浇注材料会继续烧结并处理晶粒生长，以此形成更为致密且强度更高的烧结相。铁质纤维的引入又使钢包座砖外部结构组成了“钢筋铁骨”，进一步提升钢包座砖自身的强度与韧性。在以上因素的共同作用下，可以有效抵御钢液流动与浇注过程中对钢包座砖的冲刷与化学侵蚀。在长期使用后，被冲刷与侵蚀后的钢包座砖外部结构依旧较为平整且光滑，钢包座砖表面与内部通道不会出现明显的局部变形问题，确保钢包座砖整体结构的完整性、抗冲击性与抗压强度，以免因钢包座砖局部变形或开裂等因素导致座砖损毁，以及钢液渗入到钢包座砖内而造成漏钢等安全问题的产生。

23、（3）利用本发明所制备的钢包座砖，可以有效降低线圈的使用温度，大幅度提升现有电磁出钢技术中感应线圈的使用寿命，实现钢包座砖的稳定与安全服役，钢包座砖的连续浇铸炉数最低可达30炉以上（其他现有技术下线圈使用寿命为1-2次，座砖寿命低于5炉），并且确保在钢包开浇时的有效感应加热功率与感应加热强度，在钢包服役过程中座砖内部线圈不会发生提前熔断与变形等问题。相较于传统座砖浇注方式下的电磁出钢技术而言，座砖与感应线圈的使用寿命得到了根本性提升。