CN108907169B - 一种防止棒头开裂的塞棒及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止棒头开裂的塞棒，包括本体和压制成型于本体上方与本体共轴心线的棒头，其特征在于棒头包括棒头内芯和棒头外层，棒头内芯与本体均采用本体料压制并连成一体，而棒头外层采用棒头料压制并包覆在棒头内芯外侧，棒头内芯关于本体轴心线呈中心对称形状，且棒头外层与棒头内芯的接触面为曲面。相比原先的非同种材料界面之间平面接触的情况，本发明中棒头料与本体料的两种非同种材料间的接触界面的面积更大，一方面结合强度更高，另一方面接触处受到热应力和机械应力时，微裂纹的扩展过程受到曲面限制，不易形成开裂，故能够有效防止棒头开裂。本发明同时提供上述塞棒的成型方法。

Description

一种防止棒头开裂的塞棒及其成型方法

技术领域

本发明涉及一种防止棒头开裂的塞棒及其成型方法。

背景技术

塞棒是应用于钢厂连续浇铸过程的一种功能耐火材料制设备，其主要作用是配合上水口或者浸入式水口的碗口部分完成钢水的启闭和浇铸过程中钢水的控流。塞棒的结构组成通常主要包括本体1和棒头2，本体起到连接钢水浇注的相关机构和棒头的作用，棒头起到钢水启闭和控流作用。

由于本体1和棒头2的功用不同，其泥料组成的物性也存在很大差异，所以两者在结合处很容易受到热应力和机械应力的作用而造成开裂断头，为了解决这一问题，现有技术中在成型塞棒时通常都会引入过渡料一同压制形成连接本体1和棒头2的过渡层6，如图1所示，其成型方法的主要步骤包括：

1)向成型用塞棒胶模中加入本体料到规定位置，再加入过渡料，最后加入棒头料；

2)关闭塞棒胶模的胶盖，等静压压制成型，压力为110-120Mpa，最终制得的塞棒。

上述成型方法中过渡料通常是由本体料和棒头料按重量比1:1混合后制成，其物性介于本体和棒头料之间，能够起到缓和作用，在一定程度上增强本体和棒头结合力，从而能够扼制了本体与棒头结合处的开裂问题。

然而在长期实践中，我们发现采用过渡料制成的塞棒，使用一段时间后其棒头外周依旧会有一定程度的开裂。经分析这主要是因为常规成型方法制作的塞棒，过渡层6的上下表面与本体1和棒头2之间都是平面接触(平直的过渡层)，结合图1所示，平面接触的界面面积最小，在受到热应力或者机械应力时，应力受到最小阻挡，裂纹容易沿着平面扩展，最终在界面处开裂。目前没有较好的方法来解决这一缺陷问题，因此行业内塞棒的质量始终得不到提高。

发明内容

本发明目的是：针对背景技术中提到的缺陷而提供一种防止棒头开裂的塞棒。

本发明的技术方案是：一种防止棒头开裂的塞棒，包括本体和压制成型于本体上方与本体共轴心线的棒头，其特征在于棒头包括棒头内芯和棒头外层，棒头内芯与本体均采用本体料压制并连成一体，而棒头外层采用棒头料压制并包覆在棒头内芯外侧，棒头内芯关于本体轴心线呈中心对称形状，且棒头外层与棒头内芯的接触面为曲面。

进一步的，本发明中所述棒头内芯呈半球形、半椭圆形或半橄榄形。对于半椭圆形或半橄榄形需要说明，本发明中无论是以椭圆体或橄榄体的长轴所在中心面为分割面得到的半椭圆形或半橄榄形，还是以短轴所在中心面为分割面得到的半椭圆形或半橄榄形，都属于本案保护范围。

更进一步的，本发明中所述棒头内芯径向尺寸小于本体的径向尺寸，本体顶部留有围绕棒头内芯的一圈承台，而所述棒头外层的底部与承台相接。

更为具体的，本发明中所述棒头外层的外表面与本体的外表面在接触部位平滑过渡。

更进一步的，本发明中所述棒头内芯的外表面成型有若干凹部，而棒头外层上相应设有与凹部紧密压嵌结合的凸部。

本发明同时提供上述塞棒的成型方法，其特征在于包括下述步骤：

1)预成型棒头内芯：准备棒头内芯胶模，并向其中加入本体料，等静压压制，压力范围控制在10～30Mpa，脱模后成型出所需形状的棒头内芯，放置备用；

2)向塞棒胶模中加入本体料到规定位置；

3)将步骤1)中得到的棒头内芯放置到本体料上，采用中芯定位；

4)加入棒头料；

5)密封塞棒胶模的胶盖，等静压压制成型，压力范围控制在110～120MPa。

进一步的，本发明的上述步骤1)中的棒头内芯胶模的模腔呈半球形、半椭圆形或半橄榄形胶模，用于压制成型出呈半球形、半椭圆形或半橄榄形的棒头内芯。

进一步的，本发明的上述步骤1)中采用内表面分布有若干凸起的棒头内芯胶模，使得加入本体料压制成型后的棒头内芯的表面形成有相应的凹部。

本发明的优点是：

1)本发明提供的塞棒相比常规的产品，棒头采用特殊结构和方法压制而成，其中的棒头内芯与本体采用同种原料压制成一体，形成本体的一部分，而以棒头料压制而成的棒头外层则包覆在棒头内芯上，且接触面为曲面。相比原先的非同种材料界面之间平面接触的情况，本案中棒头料与本体料的两种非同种材料间的接触界面的面积更大，一方面结合强度更高，另一方面接触处受到热应力和机械应力时，微裂纹的扩展过程受到曲面限制，不易形成开裂，因此本发明的塞棒能够有效防止棒头开裂的情况。

2)本发明进一步优选的方案中，棒头内芯和棒头外层两种料的曲面接触界面上还通过凹凸部紧密压嵌结合，凹凸部的结合一方面更进一步增大了接触面的面积，有效提高了结合强度；另一方面，凹凸部压嵌结合的部位在受到热应力和机械应力时，微裂纹的扩展过程进一步受限，能够极大的延缓裂纹扩散，进一步确保棒头不开裂。

3)本发明的塞棒通过抗热震性对比试验和常温抗折强度对比试验，结果表明其抗热震性能和常温抗折强度性能均优于常规成型方式制作的塞棒。

4)本发明提供的制造上述塞棒的方法，其工艺过程简单易行，成本低，效率高。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为现有的塞棒主剖面结构示意图；

图2为本发明的塞棒主剖面结构示意图；

图3为本发明中棒头内芯的单独放大结构剖面图；

图4为从现有塞棒上切取的样品块的结构及尺寸示意图(单位mm)；

图5为从本发明塞棒上切取的样品块的结构及尺寸示意图(单位mm)。

其中：1、本体；2、棒头；3、棒头内芯；3a、凹部；4、棒头外层；5、承台；6、过渡层。

具体实施方式

实施例：首先结合图2和图3所示，对本发明提供的一种防止棒头开裂的塞棒的具体实施方式做具体说明如下：

其具有本体1和压制成型于本体1上方与本体1共轴心线的棒头2，本发明中的棒头2不同于图1所示的常规技术，其由棒头内芯3和棒头外层4构成，棒头内芯3与本体1均采用本体料压制并连成一体(图中虽然棒头内芯3与本体1的剖面阴影线不同，但两者属同一材料)，而棒头外层4采用棒头料压制并包覆在棒头内芯3外侧。

本实施例中棒头内芯3呈半橄榄形，是以橄榄体的短轴所在中心面为分割面分得的形状，是关于本体1轴心线呈中心对称的形状。因此棒头外层4与棒头内芯3的接触面为曲面，如图2所示。本实施例中本体1呈近似圆柱形，中心同常规技术一样设计氩气通道(图中未标出)。所述棒头内芯3径向尺寸小于本体1的径向尺寸，本体1顶部留有围绕棒头内芯3的一圈承台5，而所述棒头外层4的底部与承台5相接。所述棒头外层4的外表面与本体1的外表面在接触部位平滑过渡，即没有任何因错位而导致的侧面凸起，完全是平滑压接相连。

再结合图3所示，本实施例中所述棒头内芯3的外表面成型有若干凹部3a，而棒头外层4上相应设有与凹部3a紧密压嵌结合的凸部。

上述塞棒的成型方法，其步骤如下：

1)棒头内芯3的制作：准备棒头内芯胶模，并向其中加入本体料，等静压压制，压力范围控制在10～30Mpa，脱模后成型出所需形状的棒头内芯3，放置备用；

2)向塞棒胶模中加入本体料到规定位置；

3)将步骤1)中得到的棒头内芯3放置到本体料上，采用中芯定位；

4)加入棒头料；

5)密封塞棒胶模的胶盖，等静压压制成型，压力范围控制在110～120MPa。

其中步骤1)中的棒头内芯胶模的模腔呈半橄榄形胶模，用于压制成型半橄榄形的棒头内芯3，且步骤1)中采用内表面分布有若干凸起的棒头内芯胶模，使得加入本体料压制成型后的棒头内芯3的表面形成有相应的凹部3a，结合图3所示。

下面我们将上述实施例成型方法制得的塞棒与图1所示的常规塞棒分别做抗热震性对比试验和常温抗折强度对比试验。

一、抗热震性对比

1)样品的制作

分别采用本发明上述实施例方法和常规成型方法各制作10支塞棒样

品，烧成后加工至规定要求，然后全部X-光探伤，合格后备用。

2)抗热震性对比

检测根据《YB/T 376.3-2001抗热震性试验方法》对样品进行抗热震

性试验检测，试验条件：1100℃，水冷，通过对样品进行高温加热和水冷急

剧降温，使样品承受巨大温差产生的热应力，直至样品出现裂纹，对比两者

在开裂前的热冷交替次数。

3)实验结果如下：

通过以上数据可以看出：本发明塞棒的抗热震性明显高于常规成型方法。

二、抗折强度对比

1)分别采用本发明上述实施例方法和常规成型方法各制作10支塞棒样品，烧成后加工至规定要求，然后全部X-光探伤，合格后备用。

2)抗折强度检测与对比

根据《GB/T 3001-2007常温抗折强度试验方法》的要求进行检测，在样品上切取样块，每个样品切取一块样块，常规成型方法和本发明成型方法样品上各得到10个样块。

样块尺寸：150mm*25mm*25mm，从样品上切取，具体样块的切取规格结合图4和图5所示。注：本发明方法成型的样品上切取的样块中棒头料(也即棒头外层4)切取厚度为5mm，如图5所示，是根据整个棒头中棒头料占比比例而定。

3)抗折强度结果对比

通过以上数据可知：本发明塞棒的棒头抗折强度高于常规成型方法得到的塞棒棒头的抗折强度。

结论

通过上述抗热震性对比试验和常温抗折强度对比试验可知：

本发明方法成型的塞棒的棒头抗热震性能和常温抗折强度性能均优于常规成型方法制作的塞棒棒头，由此可知：本发明的塞棒能够有效防止棒头开裂。

当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种防止棒头开裂的塞棒，包括本体（1）和压制成型于本体（1）上方与本体（1）共轴心线的棒头（2），其特征在于棒头（2）包括棒头内芯（3）和棒头外层（4），棒头内芯（3）与本体（1）均采用本体料压制并连成一体，而棒头外层（4）采用棒头料压制并包覆在棒头内芯（3）外侧，棒头内芯（3）关于本体（1）轴心线呈中心对称形状，且棒头外层（4）与棒头内芯（3）的接触面为曲面，所述棒头内芯（3）的整个外表面均成型有若干凹部（3a），而棒头外层（4）上相应设有与凹部（3a）紧密压嵌结合的凸部，凹凸部压嵌结合的部位在受到热应力和机械应力时，使得微裂纹的扩展过程受限，能够极大的延缓裂纹扩散，确保棒头（2）不开裂。

2.根据权利要求1所述的一种防止棒头开裂的塞棒，其特征在于所述棒头内芯（3）呈半球形、半椭圆形或半橄榄形。

3.根据权利要求1或2所述的一种防止棒头开裂的塞棒，其特征在于所述棒头内芯（3）径向尺寸小于本体（1）的径向尺寸，本体（1）顶部留有围绕棒头内芯（3）的一圈承台（5），而所述棒头外层（4）的底部与承台（5）相接。

4.根据权利要求3所述的一种防止棒头开裂的塞棒，其特征在于所述棒头外层（4）的外表面与本体（1）的外表面在接触部位平滑过渡。

5.如权利要求1~4中任意一项所述的塞棒的成型方法，其特征在于包括下述步骤：

1）预成型棒头内芯（3）：准备棒头内芯胶模，并向其中加入本体料，等静压压制，压力范围控制在10~30Mpa，脱模后成型出所需形状的棒头内芯（3），放置备用；该步骤1）中采用内表面分布有若干凸起的棒头内芯胶模，使得加入本体料压制成型后的棒头内芯（3）的表面形成有相应的凹部（3a）；

2）向塞棒胶模中加入本体料到规定位置；

3）将步骤1）中得到的棒头内芯（3）放置到本体料上，采用中芯定位；

4）加入棒头料；

5）密封塞棒胶模的胶盖，等静压压制成型，压力范围控制在110~120MPa。

6.根据权利要求5所述的成型方法，其特征在于所述步骤1）中的棒头内芯胶模的模腔呈半球形、半椭圆形或半橄榄形胶模，用于压制成型出呈半球形、半椭圆形或半橄榄形的棒头内芯（3）。

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