[發明專利]用于連鑄長水口的柔性自膨脹耐溫密封元件及其制備方法

有效

• 申請號: 201710565888.7
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN109251042B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 楊時標;張建中
• 申請（專利權）人: 上海寶鋼工業技術服務有限公司
• 主分類號: B22D41/50
• 分類號: B22D41/50;C04B35/66;B28B3/02;B28B1/52;B28B11/24
• 代理公司: 上海天協和誠知識產權代理事務所 31216
• 代理人: 沈國良

本發明公開了一種用于連鑄長水口的柔性自膨脹耐溫密封元件及其制備方法，本密封元件包括由柔性自膨脹無機密封材料構成的密封元件本體以及設于本體表面的石墨紙，柔性自膨脹無機密封材料包括一定組分的無機脊性粉末、膨脹石墨、粘土、增強纖維和碳素材料，外加有機結合劑、燒結助劑、防氧化劑、分散劑、成膜助劑和阻燃劑；本方法將原料按質量百分比配制后充分均混，加入有機結合劑并充分濕碾，得到所述柔性自膨脹無機密封材料；放料入沖壓模具，合模沖壓出密封元件本體；脫模后經干燥固化后得到密封元件成品。本密封元件具有密封性好、耐溫性好、抗侵蝕、耐摩擦、柔性自膨脹的特點，且價格低廉；本方法制作方便，并具有一定的通用性。

技術領域

本發明涉及連鑄密封件及制作技術領域，尤其涉及一種用于連鑄長水口的柔性自膨脹耐溫密封元件及其制備方法。

背景技術

連鑄工藝中，長水口受鋼端連接鋼包滑動機構下水口、出鋼端浸入中間包鋼水中。鋼水自鋼包經由下水口集束注入長水口并在長水口內腔快速流動，文丘里效應致使長水口內腔形成“真空區”，受鋼端連接處產生負壓，極易吸入空氣造成鋼水氧化及增氮，部分鋼種也易形成浸入式水口結瘤堵塞。

長水口密封澆注實現無氧化澆鑄技術是防止鋼水二次氧化、減少鋼水及鑄坯夾雜物、提高鋼純凈度及鑄坯質量的主要技術措施之一。

實踐中，長水口密封澆注主要通過（氬）氣封和/或密封元件兩種方式來實現。

其中，密封元件主要是指密封墊、密封套、密封圈、密封碗、密封帽等，一般為片狀，厚3～10mm不等，根據受鋼端與鋼包下水口的剛性配合結構、接觸形式，密封元件可以制成圓環墊片狀、圓錐臺環套及錐臺加環墊杯形套等多種幾何形狀；使用材質目前主要是（硅酸鋁、氧化鋁、多晶莫來石、石棉、含鋯）陶瓷纖維材料，無機膠泥質因工業化生產不如纖維質制作便捷、自動化程度高而較少使用，但有推廣普及之勢。對密封元件的使用要求，概括而論應該具備如下性能：①具有良好的常溫保型自持形，有一定的機械強度，體積穩定，便于存儲、運輸和安裝；②具有高溫密封性，工作溫度（600～1400℃）下能夠少燒損，有足夠的殘留材料隔絕空氣吸入；③從屬于高溫密封性，應該具有一定的壓縮性，安裝時達到接觸緊密，不漏氣；④從屬于高溫密封性，應該具有一定的膨脹性，尤其是在工作狀態下，受熱后能夠自膨脹，消弭基質材料的高溫收縮，并強化密封；⑤從屬于高溫密封性，應該具有一定的熱塑性，工作溫度下能夠處于軟融狀態，有一定粘性但又不熔融流淌，保持整體完整性；⑥從屬于高溫密封性，應該具有一定的耐化學侵蝕性、耐磨蝕性，高溫下與外界氣氛的氧化速率慢，并能抵抗飛濺鋼液、渣液的侵蝕；⑦具有較好的分離性，用后更換時，能夠脫落取出，或者粘附在鋼包下水口上，不粘結在長水口受鋼端面，保持該端面清潔；⑧環境友好，對環境及鋼液無污染。

鑒于以上要求，目前廣泛使用的陶瓷纖維密封元件已不能滿足連鑄工藝發展的需求，陶瓷纖維的高氣孔率和柔性賦予密封元件一定的彈性，也是這個原因在其工作初期不可能實現完全密實，還是會有一定量的空氣被吸入長水口；隨著溫度的升高，纖維發生熔融，基本喪失密封作用。石棉陶瓷纖維密封元件耐高溫性能達不到要求，只能使用在600℃以下的中低溫領域，同時高溫耐磨性差，使用壽命短，對人有致癌作用，且污染環境；非石棉陶瓷纖維雖然高溫性能有所提高，但也僅能使用到1250℃以下的中低溫場合，密封元件在長水口內的工作溫度為1300℃左右，陶瓷纖維將發生結晶、脆化、熔融，體積急劇收縮，失去彈性，密封功能喪失。由于陶瓷纖維中的玻璃相熔融并粘附于受鋼端面，會與長水口端面材料發生燒結反應，相互交融在一起，并伴有液鋼液渣，造成換包時極難清理，多數情況下需要氧氣吹掃，清理不凈或燒氧時間過長會損害受鋼端面平整性，影響下一爐次的密封效果。同時對環境造成污染。

中國專利申請（CN101576161A）公開了一種鋼包長水口密封圈，該密封圈的原理是將膨脹材料、碳質粉末引入陶瓷纖維密封元件，彌補高溫收縮，堵塞氣孔，并用還原劑將吸入空氣中的氧氣反應消耗掉。該申請實質仍是陶瓷纖維密封，從微膨脹性方面部分克服了陶瓷纖維高溫收縮的缺陷，其它方面沒有實質改進。