【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及透气塞，具体涉及一种底吹工艺用y型渐变斜通圆孔式透气塞及其制备方法。
技术介绍
1、目前，可调控气孔尺寸的钢包用透气塞主要有狭缝型透气塞和圆孔型透气塞。狭缝型透气塞的搅拌效果好且重复开吹率高，是目前钢包用透气砖的首选，但矩形孔四角存在应力集中区，且不均匀缝隙可能导致大体积气泡产生，对微小杂质去除率不高，狭缝也很容易被钢水侵入形成夹钢，造成后期吹氩困难，钢液起花小，难以达到纯洁钢水的作用。相比于狭缝型透气砖，圆孔型透气砖具有减少孔周热应力集中现象、寿命吹出气泡大小可控的优点，但是重复开吹率低，外来颗粒会反复堵塞通道，导致吹氩效果不佳。因此现有透气塞无法在使用寿命长的同时兼顾较好的冶金效果。
2、传统透气塞制备方法主要有埋管式、拼缝式和狭缝式等。埋管式是在砖内预埋数根直径1-3mm的不锈钢管，砖体浇注成型；拼缝式是将砖分成多个部分拼凑而成，并通过调节各部分的空隙以控制透气缝隙的数量的大小；狭缝式是在砖体中预浇注数十条直通狭缝。这种传统成型方式整体性差、生产效率低、浇筑易变形且无法精准调节透气塞结构参数，限制透气塞的结构优化。为此，本领域技术人员开发出了不少新型透气塞及制备方法。
3、“一种复合型透气砖及连铸钢包浇注过程中吹氩精炼方法(cn202111625385.7)”专利技术，在弥散块内竖直设置多个贯通弥散块的狭缝气道，该结构利用两者的优点，具有透气量大、使用寿命高等良好的使用性能和较好的搅拌混匀及夹杂物去除效果。但是狭缝处易渗钢且无法控制气泡的大小的问题仍然存在。
4、“一种带双
5、“一种直通圆孔式钢包透气砖(cn201721319036.1)”专利技术，设计具有倾斜角度的直通圆孔式透气塞，倾斜的直通圆孔与矩形狭缝相比具有更好的热机械性能和冶金效果。但是圆孔很容易被钢水侵入形成夹钢而使透气量变小，并且直通圆孔呈矩形分布，吹入气体和透气塞固体域热交换区域不均匀。
6、“一种渐变三维贯通孔透气塞及其制备方法(cn201910097563.x)”专利技术，采用胞元拓扑方法设计一种在三维方向孔尺寸可调的多孔骨架几何模型，并采用3d打印得到多孔模板后浇筑制备透气塞。透气塞内部孔为三维贯通孔且量大，透气量提高了10～20％，使得生成的气泡分布均匀，吹成率高。但是骨架模板中胞元三维方向紧密相连且呈阵列分布，易阻挡浆料下落导致浇筑困难，因此该结构透气塞在实际生产中难以实现。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种底吹工艺用y型渐变斜通圆孔式透气塞及其制备方法，旨在解决现有技术中的问题。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
3、一种底吹工艺用y型渐变斜通圆孔式透气塞的制备方法，所述制备方法如下：
4、构建三维空间透气塞几何模型，其中各参数如下：
5、透气塞的高度h＝300～400mm，
6、安全段高度h1＝100～150mm，
7、渐变段高度h2＝10～20mm，
8、吹气段高度h3＝130～290mm，
9、安全段孔径r1＝0.1～0.3mm，
10、吹气段孔径r2＝0.4～1.0mm，
11、孔倾斜角度α＝0～6°，
12、孔圈数x＝4～6，
13、第x圈孔数nx＝2n，
14、每圈孔间隔d＝15～20mm；
15、进行参数化计算，以上下端面压差pdf作为优化目标，以吹气段孔径r2、渐变段高度h2、孔倾斜角度α作为输入变量p1、p2、p3，同时考虑到最大温度p4、最大等效应力p5、最大塑性变形量p6是决定透气塞热机械性能和冶金性能的重要指标，因此以p4～p6为约束条件，数学模型如下：
16、
17、
18、式中：tmax、σ、s分别为透气塞结构最大温度、最大等效应力、最大塑性变形量；pl、pu分别为设计变量上限值和下限值；
19、将所述几何模型导入3d打印机，采用3d打印浆体进行打印，得到透气塞模板；
20、将透气塞浆料浇入所述透气塞模板中，在温度为15～35℃和湿度为75～90％的条件下养护24h，脱模，110℃条件下干燥24h；然后在1～100pa条件下，以0.5～3℃/min的速率升温至600～800℃，保温1～3h，再以2～6℃/min的速率升温至800～1600℃，保温3～5h，随炉冷却至室温，制得y型渐变斜通圆孔式透气塞；
21、其中，所述透气塞浆料的制备方法是：将0～8wt％的cma骨料、62～70wt％的板状刚玉骨料、15～19wt％的板状刚玉细粉、6～10wt％的氧化铝微粉为和1～10wt％的纯铝酸盐水泥混合，得混合料；再向所述混合料中加入占所述混合料0.05～1wt％的聚羧酸盐，搅拌3～5min，然后加入4～6wt％的水，搅拌10～30min，制得透气塞浆料。
22、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
23、进一步，所述3d打印浆体为光敏树脂、聚氨酯和聚乙烯醇中的一种。
24、进一步，所述板状刚玉颗粒的al2o3含量≥98wt％；所述板状刚玉颗粒的粒度为0.5～6mm。
25、进一步，所述板状刚玉细粉的al2o3含量≥98wt％；所述板状刚玉细粉的粒度为0.1～0.5mm。
26、进一步，所述氧化铝微粉的al2o3含量≥99wt％；所述氧化铝微粉的粒度≤6um。
27、进一步，所述纯铝酸钙水泥的al2o3含量为70～80wt％，所述纯铝酸钙水泥的粒度≤50μm。
28、进一步，所述几何模型采用moga结合流固直接耦合技术进行参数化计算。
29、本专利技术还涉及一种底吹工艺用y型渐变斜通圆孔式透气塞，采用如上所述的底吹工艺用y型渐变斜通圆孔式透气塞的制备方法制备的y型渐变斜通圆孔式透气塞。
30、进一步，所述透气塞包括透气塞模板，所述透气塞模板呈圆台状结构。
31、进一步，所述透气塞模板内均匀间隔设有多个两端贯穿的吹气孔，多个所述吹气孔分别为上端孔径小、下端孔径大的渐变圆形孔，且每个所述吹气孔的上端孔径为0.6mm、下端孔径为0.4～1.0mm。
32、本专利技术与现有技术相比，具有如下积极效果：
33、现有的狭缝型透气塞和圆孔型透气塞，具有孔分布不均匀、吹出气泡较大、易夹钢和孔周热应力高度集中等不足，而本专利技术能在轴向方向分别调整透气塞模板的上下端孔径大小，通过均匀渐变连接，形成尺寸多变的渐变孔结构，安全段孔径小不易夹钢、吹气段孔径大吹本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种底吹工艺用Y型渐变斜通圆孔式透气塞的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：
2.根据权利要求1所述的底吹工艺用Y型渐变斜通圆孔式透气塞的制备方法，其特征在于：所述3D打印浆体为光敏树脂、聚氨酯和聚乙烯醇中的一种。
3.根据权利要求1所述的底吹工艺用Y型渐变斜通圆孔式透气塞的制备方法，其特征在于：所述板状刚玉颗粒的Al2O3含量≥98wt％；所述板状刚玉颗粒的粒度为0.5～6mm。
4.根据权利要求1所述的底吹工艺用Y型渐变斜通圆孔式透气塞的制备方法，其特征在于：所述板状刚玉细粉的Al2O3含量≥98wt％；所述板状刚玉细粉的粒度为0.1～0.5mm。
5.根据权利要求1所述的底吹工艺用Y型渐变斜通圆孔式透气塞的制备方法，其特征在于：所述氧化铝微粉的Al2O3含量≥99wt％；所述氧化铝微粉的粒度≤6um。
6.根据权利要求1所述的底吹工艺用Y型渐变斜通圆孔式透气塞的制备方法，其特征在于：所述纯铝酸钙水泥的Al2O3含量为70～80wt％，所述纯铝酸钙水泥的粒度≤50μm。
7.根据权利要求1所述的底
8.一种底吹工艺用Y型渐变斜通圆孔式透气塞，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的底吹工艺用Y型渐变斜通圆孔式透气塞的制备方法制备的Y型渐变斜通圆孔式透气塞。
9.根据权利要求8所述的底吹工艺用Y型渐变斜通圆孔式透气塞，其特征在于：所述透气塞包括透气塞模板(1)，所述透气塞模板(1)呈圆台状结构。
10.根据权利要求9所述的底吹工艺用Y型渐变斜通圆孔式透气塞，其特征在于：所述透气塞模板(1)内均匀间隔设有多个两端贯穿的吹气孔(2)，多个所述吹气孔(2)分别为上端孔径小、下端孔径大的渐变圆形孔，且每个所述吹气孔(2)的上端孔径为0.6mm、下端孔径为0.4～1.0mm。
...【技术特征摘要】
1.一种底吹工艺用y型渐变斜通圆孔式透气塞的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：
2.根据权利要求1所述的底吹工艺用y型渐变斜通圆孔式透气塞的制备方法，其特征在于：所述3d打印浆体为光敏树脂、聚氨酯和聚乙烯醇中的一种。
3.根据权利要求1所述的底吹工艺用y型渐变斜通圆孔式透气塞的制备方法，其特征在于：所述板状刚玉颗粒的al2o3含量≥98wt％；所述板状刚玉颗粒的粒度为0.5～6mm。
4.根据权利要求1所述的底吹工艺用y型渐变斜通圆孔式透气塞的制备方法，其特征在于：所述板状刚玉细粉的al2o3含量≥98wt％；所述板状刚玉细粉的粒度为0.1～0.5mm。
5.根据权利要求1所述的底吹工艺用y型渐变斜通圆孔式透气塞的制备方法，其特征在于：所述氧化铝微粉的al2o3含量≥99wt％；所述氧化铝微粉的粒度≤6um。
6.根据权利要求1所述的底吹工艺用y型渐变斜通圆孔式透气塞的制备方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘丽萍，李亚伟，徐阳帆，陈怡琛，贺铸，谭方关，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：
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