本发明涉及炼钢厂中间包连续铸钢用浸入式水口耐火材料，尤其涉及一种采用含膨胀石墨材料的浸入式水口的密封结构及方法。
背景技术：
浸入式水口是连续铸钢设备中安装在中间包底部，向上与中间包透气上水口对接，向下插入结晶器钢液面以下，用于钢水连续浇注用套管型耐火材料。它的主要功能是防止中间包注流过程中钢水的二次氧化和飞溅，避免结晶器保护渣卷入钢液，改善注流在结晶器内的流动状态和热流分布。目前世界各国的板坯连铸和大方坯连铸都采用这种浸入式水口进行浇注。浸入式水口如图1所示。
浸入式水口的一项重要功能，就是防止中间包注流过程中钢水的二次氧化，那么钢水从中间包，经过透气上水口和浸入式水口，流入到结晶器中，在此过程中，以外换式水口机构为例，透气上水口和浸入式水口是通过滑动安装机构以平面对平面的方式对接，那么两个平面之间的密闭性好坏，直接影响到钢水在此部位能否被氧化。而实际情况是，由于滑动安装机构必须要从安全浇注的角度考虑，在平面的四个角部位，以液压方式将上平面(透气上水口的滑动面)与下平面(浸入式水口的滑动面1)牢牢锁紧，避免在高速浇注钢水过程中脱落。透气上水口和浸入式水口同属于较高档次的功能性耐火材料，与金属材料相似，有一定的弹性，上下平面的两端一旦高压锁紧，往往会造成平面变形弯曲，中间位置出现一定的缝隙，会导致吸气，钢水二次氧化，耐材急剧氧化而损毁，影响钢水浇注的安全生产、钢水质量。
而目前，作为生产浸入式水口的耐火材料厂家，往往是将水口的板面加工磨制得十分精细平整，板面扭曲尺寸甚至小于0.03mm，但是在安装锁紧之后，透气上水口和浸入式水口平面变形，两个平面之间一般都会产生0.2-0.6mm的缝隙，到了实际钢水浇注过程中，由于高温作用，透气上水口和浸入式水口平面变形会进一步加剧，甚至达到1.0-2.0mm，严重时，依然会造成透气上水口和浸入式水口平面之间吸气，造成钢水二次氧化，耐材急剧氧化而损毁。如图2所示，g为锁紧前，滑面间隙6<0.03mm；h为锁紧后，滑面间隙60.2-0.6mm。
因此，现有普通的浸入式水口生产工艺，已经不能适应钢厂高品质钢种生产的使用条件，必须优化现有浸入式水口生产工艺，改善透气上水口和浸入式水口平面之间的密封性能。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种采用含膨胀石墨材料的浸入式水口的密封结构及方法，通过对现有浸入式水口的外形进行优化设计，和生产工艺改进，使其在钢厂高温使用时，适应滑动安装机构现有的锁紧方式，在浸入式水口平面的特殊部位预置含一定比例膨胀石墨的特殊耐火材料，利用膨胀石墨高温膨胀的性能，将高温使用时浸入式水口平面变形弯曲，中间位置出现的缝隙进行有效封闭，提高水口的密封性能，保证中间包钢水浇注的安全顺行。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种采用含膨胀石墨材料的浸入式水口的密封结构，在所述浸入式水口的上端面设置有环形凹槽，在所述的环形凹槽中填充有上下两层捣打料，下层捣打料的上表面低于浸入式水口上端面3-4mm。
所述的上下两层捣打料，上层为非膨胀捣打料层，下层为膨胀捣打料层。
所述的环形凹槽的宽度为3-10mm，深度为7-12mm，半径为60-130mm。
一种采用含膨胀石墨材料的浸入式水口的密封结构的密封材料，包括捣打料a、捣打料b，所述捣打料a为上层捣打料，是由如下重量份数的原料配制而成：98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉36目8-20份、98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉80目8-20份、98白刚玉细粉或棕刚玉或板状刚玉180目20-35份、、鳞片石墨10-20份、活性氧化铝微粉0-6份、金属铝粉0-4份、金属硅粉0-2份、碳化硼0-1份、固体树脂粉0-2份、液体树脂7-10份；
所述捣打料b为下层捣打料，是由如下重量份数的原料配制而成：98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉36目8-20份、98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉80目8-20份、98白刚玉细粉或棕刚玉或板状刚玉180目20-35份、焦宝石粉320目3-10份、鳞片石墨5-10份、膨胀石墨5-15份、黏土粉0-6份、金属铝粉0-4份、金属硅粉0-2份、硼酸钠0-1份、固体树脂粉0-2份、液体树脂7-10份。
一种采用含膨胀石墨材料的浸入式水口的密封结构的密封材料的制备方法，具体方法如下：
1)捣打料a的制备：
a)将捣打料a中的98白刚玉细粉或棕刚玉或板状刚玉180目、鳞片石墨、活性氧化铝微粉、金属铝粉、金属硅粉、碳化硼、固体树脂粉，按照上述重量份数统一加入到双螺旋混合机中，混合15-25min后装袋待用，命名为预混粉a；
b)先将高速混炼机的内部加热到30-45℃，再将捣打料a中的98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉36目、98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉80目一次性加入到高速混炼机中，40-60转/分钟混炼3-6分钟，然后一次性加入温度为35-40℃的液体树脂，80-120转/分钟混炼5-10分钟，将预混粉a一次性加入到高速混炼机中，80-120转/分钟混炼5-10分钟，温度48-52℃时出料；
2)捣打料b的制备：
a)将捣打料b中的98白刚玉细粉或棕刚玉或板状刚玉180目、焦宝石粉320目、鳞片石墨、膨胀石墨、黏土粉、金属铝粉、金属硅粉、硼酸钠、固体树脂粉，按照上述重量份数统一加入到双螺旋混合机中，混合15-25min后装袋待用，命名为预混粉b；
b)先将高速混炼机的内部加热到30-45℃，再将捣打料b中的98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉36目、98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉80目原料一次性加入到高速混炼机中，40-60转/分钟混炼3-6分钟，然后一次性加入温度为35-40℃的液体树脂，80-120转/分钟混炼5-10分钟，将预混粉b一次性加入到高速混炼机中，80-120转/分钟混炼5-10分钟，温度48-52℃时出料。
一种采用含膨胀石墨材料的浸入式水口的密封结构的密封材料的使用方法，具体方法如下：
1)将加工出环形凹槽的浸入式水口固定在工作平台上，带环形凹槽的水口平面向上，先将捣打料b均匀平铺在环形凹槽内，用工具捣固密实，保证最后捣打料b的上平面低于浸入式水口的平面3-4mm；
2)将捣打料a均匀平铺在环形凹槽内的捣打料b上表面，用工具捣固密实，保证最后捣打料a的上平面高于浸入式水口的平面2.0-2.5mm；最后放置到电干燥窑中干燥，从室温至200℃，每小时升温20-25℃，200℃保温4-5小时，冷却后出窑；
3)把高于浸入式水口平面的捣打料a磨掉；
4)在钢厂，上线安装使用前烘烤1-2小时，温度500-550℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用不同耐火材料，在不同温度区间出现的收缩和膨胀现象，通过对其收缩系数和膨胀系数的计算，研发出不同性能的捣打料a、捣打料b，并在浸入式水口的平面上预先设计加工出环形凹槽，然后分别在环形凹槽下层充填捣打料b，上层充填捣打料a，每层均捣固密实，干燥，铣面处理，成品包装。
该产品在高温使用条件下，环形凹槽中的捣打料b体积膨胀，向上推动捣打料a，使之凸出浸入式水口平面0.6-1.2mm，在水口内孔的一周，形成一道环形密封结构，将透气上水口和浸入式水口平面由于高温变形而产生的缝隙有效封堵，避免了吸气现象的产生，从而保证中间包钢水浇注的顺利完成。
附图说明
图1是浸入式水口结构示意图。
图2是浸入式水口滑动面变形吸气示意图。
图3是浸入式水口滑动面环形凹槽的俯视图。
图4是浸入式水口滑动面环形凹槽的主视图。
图5是浸入式水口板面环形凹槽内捣打料a、捣打料b的填充示意图。
图6是采用环形凹槽的浸入式水口滑动面使用效果图。
图中：1-滑动面、2-浸入式水口本体、3-渣线、4-流钢口、5-中包上水口、6-滑面间隙、7-浸入式水口、8-环形凹槽、9-板面料、10-钢壳、11-流钢孔、12-膨胀捣打料层、13-非膨胀捣打料层、14-密闭空间。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
见图3-图6，一种采用含膨胀石墨材料的浸入式水口的密封结构，在所述浸入式水口7的上端面设置有环形凹槽8，在所述的环形凹槽8中填充有上下两层捣打料，下层捣打料的上表面低于浸入式水口7上端面3-4mm。
所述的上下两层捣打料，上层为非膨胀捣打料层13，下层为膨胀捣打料层12。
见图3、图4，所述的环形凹槽8的宽度为3-10mm，深度为7-12mm，半径r为60-130mm。
一种采用含膨胀石墨材料的浸入式水口的密封结构的密封材料，包括捣打料a、捣打料b，所述捣打料a为上层捣打料(非膨胀捣打料层13)，是由如下重量份数的原料配制而成：98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉36目8-20份、98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉80目8-20份、98白刚玉细粉或棕刚玉或板状刚玉180目20-35份、鳞片石墨10-20份、活性氧化铝微粉0-6份、金属铝粉0-4份、金属硅粉0-2份、碳化硼0-1份、固体树脂粉0-2份、液体树脂7-10份；
所述捣打料b为下层捣打料(膨胀捣打料层12)，是由如下重量份数的原料配制而成：98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉36目8-20份、98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉80目8-20份、98白刚玉细粉或棕刚玉或板状刚玉180目20-35份、焦宝石粉320目3-10份、鳞片石墨5-10份、膨胀石墨5-15份、黏土粉0-6份、金属铝粉0-4份、金属硅粉0-2份、硼酸钠0-1份、固体树脂粉0-2份、液体树脂7-10份。
一种采用含膨胀石墨材料的浸入式水口的密封结构的密封材料的制备方法，具体方法如下：
1)捣打料a的制备：
a)将捣打料a中的98白刚玉细粉或棕刚玉或板状刚玉180目、鳞片石墨、活性氧化铝微粉、金属铝粉、金属硅粉、碳化硼、固体树脂粉，按照上述重量份数统一加入到双螺旋混合机中，混合15-25min后装袋待用，命名为预混粉a；
b)先将高速混炼机的内部加热到30-45℃，再将捣打料a中的98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉36目、98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉80目一次性加入到高速混炼机中，40-60转/分钟混炼3-6分钟，然后一次性加入温度为35-40℃的液体树脂，80-120转/分钟混炼5-10分钟，让骨料表面均匀挂满树脂后，将预混粉a一次性加入到高速混炼机中，80-120转/分钟混炼5-10分钟，待泥料混均、温度48-52℃时出料，装袋待用，标注捣打料a。
2)捣打料b的制备：
a)将捣打料b中的98白刚玉细粉或棕刚玉或板状刚玉180目、焦宝石粉320目、鳞片石墨、膨胀石墨、黏土粉、金属铝粉、金属硅粉、硼酸钠、固体树脂粉，按照上述重量份数统一加入到双螺旋混合机中，混合15-25min后装袋待用，命名为预混粉b；
b)先将高速混炼机的内部加热到30-45℃，再将捣打料b中的98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉36目、98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉80目原料一次性加入到高速混炼机中，40-60转/分钟混炼3-6分钟，然后一次性加入温度为35-40℃的液体树脂，80-120转/分钟混炼5-10分钟，让骨料表面均匀挂满树脂后，将预混粉b一次性加入到高速混炼机中，80-120转/分钟混炼5-10分钟，待泥料混均、温度48-52℃时出料，装袋待用，标注捣打料b。
见图5，一种采用含膨胀石墨材料的浸入式水口的密封结构的密封材料的使用方法，具体方法如下：
1)将经拣选合格，并加工出环形凹槽8的浸入式水口7固定在专用工作平台上，带环形凹槽8的水口平面向上，先将捣打料b均匀平铺在环形凹槽8内，用工具捣固密实，保证最后捣打料b(膨胀捣打料层12)的上平面低于浸入式水口7的平面3-4mm；捣打料b的填充深度为4-8mm。
2)将捣打料a均匀平铺在环形凹槽8内的捣打料b上表面，用工具捣固密实，保证最后捣打料a(非膨胀捣打料层13)的上平面高于浸入式水口7的平面2.0-2.5mm；最后放置到电干燥窑中干燥，从室温至200℃，每小时升温20-25℃，200℃保温4-5小时，冷却后出窑；
3)将冷却出窑的浸入式水口7，在铣面磨床上加工，把高于浸入式水口7平面的捣打料a磨掉；保证浸入式水口7平面整体平整度符合要求，小于0.03mm即可包装，装箱，发往钢厂使用。
4)本法明在环形凹槽8中填充的捣打料分为两种，捣打料b，填充在底层，250-600℃期间既有膨胀，又有收缩，两者相抵消，体现出体积基本不变。而在600-1000℃期间既有膨胀，又有收缩，但膨胀远远大于收缩，体现出捣打料b体积逐渐膨胀；捣打料a填充在捣打料b的上层，有一定强度，在捣打料b的膨胀推动下，向上运动，封堵透气上水口和浸入式水口平面的缝隙。
在钢厂，上线安装使用前浸入式上水口需要烘烤1-2小时，温度为500-550℃。在该温度下，捣打料b中的膨胀石墨有一定的膨胀，但是由于其他物料的收缩作用，该膨胀基本被抵消，浸入式水口平面基本保持原来的平整度，不影响安装。
在正常使用的条件下，浸入式水口平面的温度能够达到900-1000℃，此时膨胀石墨继续膨胀，远远大于其他物料的收缩作用，体现在环形凹槽8中的捣打料b体积膨胀，向上推动捣打料a，使之凸出浸入式水口平面0.6-1.2mm，在水口内孔的一周，形成一道环形密封结构，将透气上水口和浸入式水口平面由于高温变形而产生的缝隙有效封堵，避免了吸气现象的产生，从而保证中间包钢水浇注的顺利完成。效果图见图6。
捣打料a和捣打料b中各原料，其主要理化指标或参数见表1
表1：捣打料原料主要理化指标或参数
实施例1：
以某钢铁公司2300连铸机用912型浸入式水口为例，为保证连铸钢水的质量，钢厂提出要求，即浸入式水口与中间包透气上水口两者的板面接触部位，要紧密结合，要达到密封，板间氩气流量为5v/h，板间背压要高于0.2bar，现有浸入式水口的生产工艺无法满足这样的要求。
本发明利用膨胀石墨高温膨胀的特性，将浸入式水口与中间包透气上水口两者的板面，在高温时产生的缝隙进行封闭。具体措施如下：
1)根据浸入式水口滑动面1的规格尺寸的大小，在浸入式水口成品的上表面，加工出宽度7mm，深度9mm，半径110mm的环形凹槽8。
2)生产凹槽填充用捣打料a、捣打料b，两种捣打料配比见表2：
表2：实施例1捣打料配方
两种捣打料具体生产及施工工艺过程如下：
1)捣打料a的制备：
a)将捣打料a中的98白刚玉细粉或棕刚玉或板状刚玉180目、鳞片石墨、活性氧化铝微粉、金属铝粉、金属硅粉、碳化硼，按照上述重量份数统一加入到双螺旋混合机中，混合20min后装袋待用，命名为预混粉a；
b)先将高速混炼机的内部加热到30-45℃，再将捣打料a中的98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉36目、98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉80目一次性加入到高速混炼机中，40-60转/分钟混炼5-6分钟，然后一次性加入温度为35-40℃的液体树脂，80-120转/分钟混炼8-10分钟，让骨料表面均匀挂满树脂后，将预混粉a一次性加入到高速混炼机中，80-120转/分钟混炼8-10分钟，待泥料混均、温度50℃时出料，装袋待用，标注捣打料a。
2)捣打料b的制备：
a)将捣打料b中的98白刚玉细粉或棕刚玉或板状刚玉180目、焦宝石粉320目、鳞片石墨、膨胀石墨、黏土粉、金属铝粉、金属硅粉、硼酸钠，按照上述重量份数统一加入到双螺旋混合机中，混合20min后装袋待用，命名为预混粉b；
b)先将高速混炼机的内部加热到30-45℃，再将捣打料b中的98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉36目、98白刚玉骨料或棕刚玉或板状刚玉80目原料一次性加入到高速混炼机中，40-60转/分钟混炼5-6分钟，然后一次性加入温度为35-40℃的液体树脂，80-120转/分钟混炼8-10分钟，让骨料表面均匀挂满树脂后，将预混粉b一次性加入到高速混炼机中，80-120转/分钟混炼8-10分钟，待泥料混均、温度50℃时出料，装袋待用，标注捣打料b。
3)将经拣选合格，并加工出环形凹槽的浸入式水口固定在专用工作平台上，带凹槽的水口平面向上，首先称取一定量的捣打料b，均匀平铺在凹槽内，用工具捣固密实，保证最后捣打料b的上平面低于浸入式水口的平面4mm即可；然后称取一定量的捣打料a，均匀平铺在环形凹槽内的捣打料b上表面，用工具捣固密实，保证最后捣打料a的上平面高于浸入式水口的平面2mm左右即可；最后放置到点干燥窑中干燥，从室温至200℃，每小时升温20-25℃，200度保温4-5小时即可，冷却后即可出窑。
4)将冷却出窑的浸入式水口，在铣面磨床上加工，把高于浸入式水口平面的捣打料a磨掉，保证浸入式水口平面整体平整度符合要求，小于0.03mm即可包装，装箱，发往钢厂使用。
在钢厂，上线安装使用前需烘烤2小时，温度500℃左右，捣打料b中的膨胀石墨在此温度有一定的膨胀，但是由于其他物料的收缩作用，该膨胀基本被抵消，浸入式水口平面基本保持原来的平整度，不影响安装。在正常使用的条件下，浸入式水口平面的温度能够达到900-1000℃，此时膨胀石墨继续膨胀，远远大于其他物料的收缩作用，体现在环形凹槽中的捣打料b体积膨胀，向上推动捣打料a，使之凸出浸入式水口平面0.8-1.0mm，在水口内孔的一周，形成一道环形密封结构，将透气上水口和浸入式水口平面由于高温变形而产生的缝隙有效封堵，避免了吸气现象的产生，从而保证中间包钢水浇注的顺利完成。
2018年1-2月间，在某钢铁公司2300连铸机，使用本实施例的912型浸入式水口20支，钢水118罐，在板间氩气流量5v/h的条件下，其板间背压值见表3：
表3实施例1板间背压值
而同期，普通浸入式水口在板间氩气流量5v/h的条件下，其板间背压值低于0.1bar，由此可见，本发明的浸入式水口很好地满足钢厂连铸优质钢水的工艺要求。目前该种浸入式水口正在推广中。