一种细长型中间包及其制备工艺的制作方法

本发明涉及金属冶炼设备，具体涉及一种细长型中间包及其制备工艺。

背景技术：

1、真空感应炉是现代生产钢材的重要设备，尤其适用于生产高合金化、易偏析及微量元素难以控制的钢材。作为熔炼设备，浇注过程中，钢液需流经一中介装置，称为中间包；中间包的大型化对生产成本影响较大，约占生产成本的5～20％。因此，提高中间包使用寿命对降低生产成本具有显著作用。中间包尤其是长细型中间包的使用寿命受多种因素影响，包括结构设计、制备工艺、材质选择、烧结工艺等。这些因素不仅影响中间包的使用安全性，还影响中间包用后冷钢残留量及其报废后清理难度。因此，对这些影响因素进行合理设计是必要的。

2、真空感应炉用中间包在使用过程中存在的问题，具体原因如下：

3、1)中间包烧结工艺不合理导致烧结后中间包内部存在裂纹，浇注时钢液进入裂纹，清理时损坏中间包，大大降低了中间包的使用寿命；如果中间包填充料材质也存在问题，钢液很容易穿透中间包，降低使用可靠性和安全性；

4、2)中间包预制件材质问题导致高温钢液对中间包内部侵蚀性损坏严重；

5、3)中间包结构设计问题使中间包用后内部钢液残留量过大，残钢的热胀冷缩增大了中间包损坏的几率；而且，中间包内冷钢残留量过大，无法进行清理引起的中间包报废，报废后清理难度也较大。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种细长型中间包及其制备工艺，从中间包预制件和中间包外壳的结构设计、中间包填充料层和中间包封口料层的成分选择，以及中间包的制备工艺多角度改进，充分解决真空感应炉用细长型中间包的寿命低、可靠性差、浇注后中间包内冷钢残留较多以及中间包报废后清理困难的问题。

2、为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：

3、第一方面，提出一种细长型中间包，包括中间包预制件、中间包填充料层、分隔层、中间包外壳和中间包封口料层；

4、所述中间包预制件和中间包外壳均设置为半开口结构，所述中间包外壳套装在所述中间包预制件外侧，并且所述中间包外壳的开口端端面平齐于所述中间包预制件的开口端端面；所述分隔层铺设在所述中间包外壳内壁面，所述中间包填充料层密实填充在所述分隔层与所述中间包预制件外壁之间，并且所述中间包填充料层的上表面低于所述中间包预制件的开口端端面；所述中间包封口料层覆盖于所述中间包填充料层上，所述中间包封口料层的上表面平齐于所述中间包预制件的开口端端面。

5、进一步的，所述中间包预制件设置为分段式结构，包括沿所述中间包预制件长度方向依次设置的钢液流出段、若干补长段和钢液进入段，以及一级挡渣板和二级挡渣板；所述钢液流出段、钢液进入段和补长段均设置为沿所述中间包预制件长度方向的倒梯形截面结构，所述钢液流出段和钢液进入段靠近所述补长段的一端均设置为截面尺寸减小的缩口式结构，并且所述钢液进入段、顺序连接的所述补长段和所述钢液流出段的内底面依次降低；

6、所述钢液流出段设置有一活动式出钢水口和一二级挡渣板凹槽，所述活动式出钢水口设置在所述钢液流出段的底部，所述二级挡渣板凹槽设置在所述钢液流出段靠近所述补长段侧内壁；所述钢液进入段靠近所述补长段的一端内壁设置有一级挡渣板凹槽；所述二级挡渣板适配嵌入所述二级挡渣板凹槽内，所述一级挡渣板适配嵌入所述一级挡渣板凹槽内，并且所述二级挡渣板和一级挡渣板底端均与所述中间包预制件内底面之间预留空隙。

7、进一步的，所述中间包外壳为一金属外壳，所述金属外壳包括钢液进入区、补长区和钢液流出区，所述钢液进入区对应于所述钢液进入段，所述钢液流出区对应于所述钢液流出段，所述补长区对应于若干所述补长段；

8、所述中间包外壳的相对内壁在所述钢液进入区、补长区和钢液流出区分别设置有若干高度不同的预制件支撑架，所述预制件支撑架的延伸方向垂直于所述中间包预制件长度方向，并且所述预制件支撑架上设置有凹槽；

9、所述中间包外壳钢液流出区的内底面对应于所述活动式出钢水口的位置设置有一圆形孔洞，所述圆形孔洞用于放置所述活动式出钢水口；所述中间包外壳的外壁设置有两对吊耳和一对定位销，两对所述吊耳分别位于所述钢液进入区和钢液流出区沿所述中间包外壳长度方向的外壁两侧，所述定位销对称设置在所述中间包外壳沿其长度方向的外壁中部；所述中间包外壳开口端外沿设置有一圈裙边，所述裙边向远离所述中间包外壳的开口方向延伸。

10、进一步的，所述二级挡渣板和一级挡渣板均为活动式挡渣板，所述二级挡渣板的底端距离所述钢液流出段内底面的高度为20～30mm，所述一级挡渣板的底端距离所述钢液进入段内底面的高度为30～40mm。

11、进一步的，所述预制件支撑架在所述中间包外壳内侧的布设高度按照所述钢液流出区、补长区和钢液进入区的顺序逐渐增高5～15mm，位于同一区域的所述预制件支撑架高度相等。

12、进一步的，所述中间包预制件采用模具成型后干燥烧结制得；所述中间包预制件的各成分质量百分比为：al2o3≥97％，cao≤1.9％，sio2≤0.1％，其他添加剂≤1％。

13、进一步的，所述中间包填料层的填充料各成分质量百分比为：al2o3≥76％，sio2≤16％，tio2≤6％，其他添加剂≤2％。

14、进一步的，所述中间包封口料层的封口料各成分质量百分比为：al2o3≥94％，sio2≤5％，其他添加剂≤1％。

15、第二方面，提出一种细长型中间包的制备工艺，包括如下步骤：

16、1)在中间包外壳内表面铺设一层分隔层，所述分隔层为陶瓷纤维纸；

17、2)以中间包外壳内部高度最低的预制件支撑架作为参考高度，在中间包外壳的内底部多次捣打结实填充中间包填充料层的填充料，每次填充30～50mm厚度，直至与预制件支撑架高度齐平；

18、3)在预制件支撑架上按照顺序放入钢液流出段、补长段和钢液进入段，各段中间包预制件对应卡入预制件支撑架上的凹槽位置；

19、4)继续向中间包预制件与中间包外壳的侧壁处多次捣打结实填充中间包填充料层的填充料，每次填充30～50mm厚度，直至距离中间包外壳开口端50～80mm处；

20、5)将中间包封口料层的封口料与水混合均匀后覆盖于中间包填充料层上表面，直至中间包封口料层上表面与中间包外壳开口端齐平；其中，封口料与水混合均匀后的物料中，水的质量百分比为3～4％；

21、6)采用直径为2～4mm的钢丝在所述中间包封口料层上制作若干通气孔，获得中间包半成品；其中，所述通气孔深度为80～100mm，每个通气孔间隔为30～40mm；

22、7)将中间包半成品按照预设的烧结工序烧结，获得制备完成的中间包。

23、进一步的，所述步骤7)中烧结工序为：

24、先将中间包半成品在室温阴干35～40h，然后以45～50℃/h的升温速度自室温升温至200℃，保温2～3h；随后以70～80℃/h的升温速度，自200℃升温至550℃，保温3～4h；最后以100～110℃/h的升温速度，自550℃升温至1100℃，保温1～2h。

25、由以上技术方案可知，本发明的技术方案获得了如下有益效果：

26、本发明公开的细长型中间包及其制备工艺，其中，细长型中间包由外至内、自上而下的整体结构包括金属材质的中间包外壳、由陶瓷纤维纸构成的分隔层、分体式部件构成的中间包预制件，以及填充在中间包外壳和中间包预制件之间的中间包填充料层和中间包封口料层；制备时，在中间包外壳内表面先铺设一层分隔层后填充中间包填充料层的部分填充料，而后在预制件支撑架上放入中间包预制件后继续填充剩下的中间包填充料，然后在中间包填充料层上覆盖中间包封口料层；最后在中间包封口料上制作通气孔后烧结制成中间包。本发明通过结构设计和工艺改进，显著提高中间包工作效率，为生产提供更稳定的保障。

27、本发明通过精心设计细长型中间包的整体结构、制备工艺、烧结工艺以及耐火材料的材质，显著提高了细长型中间包的使用寿命，使其寿命提升幅度达到10-15炉次，从而降低了生产成本。此外，本发明设计的细长型中间包设计还提高了中间包使用的安全性，有效防止了中间包漏钢现象的发生；同时，本发明中间包外壳的分区式设计和中间包预制件的分段式设计充分降低了冷钢清理的难度，使得操作更加便捷；本发明对中间包结构及制备过程的改进不仅提高中间包相关的工作效率，同时也为生产提供了更稳定的设备保障。

28、应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。

29、结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。