一种高寿命中间包包盖的制作方法

本发明是对中间包包盖的优化改进，涉及中间包制造技术领域，具体涉及一种使用安全性好、寿命长的中间包包盖，同时提供这种中间包包盖的制备方法。

背景技术：

节约能源及可持续发展，是经济保持和提升发展的重要措施之一，隔热保温是节能的重要举措之一，在连铸铸钢过程中，中间包包盖的使用在连铸铸钢的隔热保温方面具有重要的地位。传统的中间包包盖是利用整体成型的全铸钢或铸铁件，其整体性好，但经高温热辐射后的受热极不均匀，易产生较大的热应力（差），特别是在急冷急热作用下，铸钢件反复的相变，极易发生严重的变形和翘曲；同时还易粘渣粘钢，不易清理，影响其正常使用。

现行使用广泛的中包盖多为金属结构和耐火材料复合的平板式中包盖，其易发生金属结构烧蚀、弯曲变形及耐火浇注料结构剥落等损毁。金属结构的烧蚀是一个高温化学腐蚀与熔融的变化过程，由于变形而导致耐火浇注料与金属结构或包盖本体之间的接触处密封不严，高温燃烧的火焰及高温废气直接的冲刷，再加上钢水高温辐射使得包盖工作面温度迅速上升，造成外露的金属边框表面出现严重的高温氧化熔蚀，造成金属结构的不断烧蚀；其次包盖受热不均匀使其因热应力而导致变形、浇注料剥落，加上包盖的热状态装卸时金属结构的高温力学性能低下，进而强化了耐火浇注料的剥落损毁。其次，在连铸过程中钢水表面添加的覆盖层的熔融化学作用产生的气体等对包盖产生反复的冲击也加剧了包盖工作面的热应力不均，成为其变形剥落的主要影响因素之一。

为了改善中包盖的使用寿命，中国专利cn205834198u、cn205834200u公开的中间包包盖，采用辅料添加口、塞棒孔的交替孔结构，同时辅以加强筋和y型锚固件来增加耐火浇注料与金属结构之间的结合和应力缓解强度，增强保温隔热，进而提高使用寿命。中国专利cn104588630a公开的一种连铸中包，其对钢水冲击区位置包盖进行金属外框弧形化，同时辅以v型锚固件，以优化中包盖的使用寿命。

采用上述方式，对中间包包盖寿命提升较多，但随着资源紧张、产量压力及废料利用迟缓的多重压力，使用上，对包盖的寿命提出了更艰巨的任务目标。

技术实现要素：

本发明目的在于克服上述已有的技术的不足，提供一种不易发生变形或塌落、使用安全性好、寿命长的中间包包盖，相较现行使用的平板中间包包盖使用时长提高20%以上。

本发明的另一目的在于提供一种上述中间包包盖的制备方法。

本发明目的的实现主要通过改善包盖热应力不均的承受能力及冷却缓解高温而达成。主要改进方向之一是改善中间包包盖主体的外观结构，采用拱桥形设计风格，对工作面及表面进行弧形设计，以弧形的有利曲线设计增大包盖本体耐火浇注料预制件对应力的缓解释放能力。具体是这样实施的：一种高寿命中间包包盖，包括主体结构，主体结构为耐火材料成型体，主体结构内部置有骨架结构、预留有烘烤孔和塞棒孔，主体结构的外围设有保护钢板围栏，其特征在于主体结构的二面即上面非工作面和下面工作面或者下面工作面呈弧形设计。这种弧形设计是模仿拱形桥的设计模式，即弧形设计呈向上拱形模式，从工程力学角度考虑，可起到上拱之力，以抵消部分高温情况下材料的塌落拉力；同时此种设计也起到在下榻变形过程中的曲线变直线过渡过程的所展现出来的挤压抗力，与主体材料的下榻变形呈反向应力和反向支撑，以抑制包盖的变形。同时为简化制作和生产，其上面非工作面可设置为平面，仅依靠下面工作面的弧形结构来提高其应力释放能力，延缓变形程度，提高寿命。

进一步地，主体结构的四周底面处于同一平面内，以保障包盖的平稳密封放置。

进一步地，骨架结构中的螺纹钢筋网筋于主体结构内部空间交错穿插，以此增强耐材浇注料与金属筋络之间的结合稳固性。

进一步地，骨架结构中包含有连通且多点连接大气的圆形金属管网，所述的圆形管壁厚15-30mm，内孔径不低于10mm，以保障其具有足够的抗压抗变形强度；其在耐火材料内部呈纵向或横向与纵向交叉排布，形成贯通材料内部的多向弧形面域，多点连通大气。这些圆形管状网络即可起到支撑耐火材料的作用，保障耐火材料的整体统一性和使用安全；其次弧形管路中空模式又保障了材料内部的应力缓解和释放途径，充分利用管路的弧形外观构造耐材与金属管路的接触面的弧形，其次这些连通大气的管网中空又可利用空气的连通和流动对包盖内部进行热交换，进而散热降温，降低热应力和温度对包盖的影响。

进一步地，骨架结构中另包含有贯通的细圆形金属通气管网,主体结构上面非工作面上的进气孔单点连接惰性气体进气管,单点或多点出气孔位于主体结构的下面工作面上。出气孔以使惰性气体向中包内通入惰性气体。此种设计在包盖内形成冷却降温通道，通过通入连续冷却气体，使包盖降温，同时气体从工作面溢出进入到中包内填充在钢液面表层覆盖剂材料和包盖之间，相当于向连铸作业中的中间包内钢水上层空间注入惰性气体，可以较好地降低和杜绝可能存在的氧气或空气对钢液的影响。通道的形状可以是圆形，也可以是其他几何形状，细圆形金属通气管网的管路的外径径向尺寸不易过大，主要是从有利于确保包盖强度角度出发，惰性气体冷却管路通道，直径较好为10-20mm，过细对冷却效果不利，而过粗则影响耐材浇注料的整体强度，对包盖的金属构件和耐材浇注料的配合度产生较大影响。

本发明每块包盖的接缝处，考虑到中间包长度问题带来的分体组合式中间包包盖的生产及使用过程，接缝处容易发生蹿火及气流冲刷影响，而处于成本等因素综合制约下使用的大多的金属构件极易发生高温熔蚀和变形，故在接缝处设计耐火浇注料包裹金属构件的模式，即包盖拼接接缝部位的保护钢板围栏由耐火浇注料包裹。利用保护钢板围栏的支撑和骨架作用，同时利用耐高温的耐火材料对保护钢板围栏进行保护（减缓和防止构件的氧化和高温变形），以提高接缝处的使用性能及保温效果；同时此种设计还便于现场使用过程在接缝处涂抹密封耐火材料（涂抹料与耐火浇注料的粘附紧密性远大于其余金属构件的粘附性，同时便于清理），以进一步防范蹿火现象的发生。

本发明一种高寿命中间包包盖的制备方法，包括了造型设计、骨架结构制作及耐火浇注料的浇注成型，其特征在于成型前制作通用型外框模具、底模和顶模，依图纸设计进行内部骨架结构制作，然后组合模具后添加耐火度在1500℃以上的耐火浇注料浇注成型，加温烘烤或第一次使用烘烤使得整体获得足够的工作强度。

本发明制备方法中使用的耐火浇注料是莫来石质浇注料，因其为内部多孔结构，可利用其多孔结构增强中间包包盖在急冷急热状态下的抗热震能力，同时多孔结构还可起到隔热保温作用。莫来石质浇注料中添加引气造孔剂（可在中低温情况下分解）0.05wt%-0.5wt%，可根据不同的保温要求和包盖本体强度要求进行调整，添加的引气造孔剂可在成型过程引入少量气体，且在第一次使用温度条件下（500℃以上）烧失留下更多内部气孔，获得具有一定强度结构的内部多孔结构，以保障其工作安全性。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

图2为实施例1的侧视图。

图3为实施例2的结构示意图。

图4为实施例2的侧视图。

具体实施方式

实施例1

参见图1及图2，一种高寿命中间包包盖，主体结构的二面即上面非工作面7和下面工作面8均为拱桥形设计，四周底面处于同一平面内，主体结构为耐火材料成型体2，其内部置有骨架结构，预留有烘烤孔和塞棒孔3，主体结构的外围设有保护钢板围栏1，包盖拼接接缝部位的保护钢板围栏1由耐火浇注料包裹。

骨架结构中含有连通且弧形线交织、多点连通大气的圆形金属管网5，设计中圆形管壁厚15-30mm，内孔径不低于10mm，圆形管状物作骨架桥接支撑（仅垂直于中间包长度方向）；骨架结构中另包含有贯通的细圆形金属通气管网6,设计中细圆形金属通气管网的管路通道的直径为10-20mm，主体结构上面非工作面7上的进气孔单点连接惰性气体进气管,便于安全对接现场的惰性气体进气管通入冷却气，对中包盖进行及时连续降温，进而降低包盖的承受温度，降低急冷急热对包盖的影响，单点出气孔位于主体结构的下面工作面8上，以便使用中通入冷态惰性气体（单点排出）降温使用，用耐火浇注料浇注成型预制整体中间包包盖，成型后加温烘烤硬化获得强度；骨架结构中的螺纹钢筋网筋4于主体结构内部空间交错穿插，同时骨架结构与耐火浇注料接触位分布适当的v型锚固钉（金属体外围螺纹状），以此增强耐材浇注料与金属筋络之间的结合稳固性。

实施例2

参见图3及图4，一种高寿命中间包包盖，主体结构的上面非工作面7为平面，下面工作面8为拱桥形设计，四周底面处于同一平面内，主体结构为耐火材料成型体2，其内部置有骨架结构，预留有烘烤孔和塞棒孔3，主体结构的外围设有保护钢板围栏1，包盖拼接接缝部位的保护钢板围栏1由耐火浇注料包裹。

骨架结构中含有连通且弧形线交织、多点连通大气的圆形金属管网5，设计中圆形管壁厚15-30mm，内孔径不低于10mm，圆形管状物作骨架桥接支撑（垂直和平行中间包长度方向纵横交错排布）；骨架结构中另包含有贯通的细圆形金属通气管网6,设计中细圆形金属通气管网的管路通道的直径为10-20mm，主体结构上面非工作面7上的进气孔单点连接惰性气体进气管,便于安全对接现场的惰性气体进气管通入冷却气，对中包盖进行及时连续降温，进而降低包盖的承受温度，降低急冷急热对包盖的影响，多点出气孔位于主体结构的下面工作面8上，以便使用中通入冷态惰性气体（单点排出）降温使用，用耐火浇注料浇注成型预制整体中间包包盖，成型后加温烘烤硬化获得强度；主体结构内部适当地交错穿插有螺纹钢筋网筋，同时骨架结构与耐火浇注料接触位分布适当的v型锚固钉（金属体外围螺纹状），以此增强耐材浇注料与金属筋络之间的结合稳固性。

上述实施例的制备方法包括了造型设计、骨架结构制作及莫来石质耐火浇注料（浇注料中添加引气造孔剂0.05wt%-0.5wt%）的浇注成型，成型前制作通用型外框模具、底模和顶模，依图纸设计进行内部骨架结构制作，然后组合模具后添加耐火度在1500℃以上的耐火浇注料浇注成型，加温烘烤或第一次使用烘烤，使得整体获得足够的工作强度。

对于本领域技术人员来说，对本专利的构思及示例的思路设计上，利用现有技术以及特征间的相互组合，可延伸出多种结构模式的外观设计、骨架排布、冷却风管模式及耐火材料保护金属构件模式等的变化，同样可以被应用，也都能实现与上述实施例基本相同的功能和效果，再此不再一一举例细说，均属于本专利的保护范围。