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浸入式水口和长水口用耐火材料的性能要求
浸入式水口和长水口用耐火材料的性能要求,在连铸法浇钢过程中,钢水从盛钢桶下水口注入中间包的导流管称为长水口,从中间包注入结晶器的导流管则叫作浸入式水口。这两种水口的作用是防止钢水的氧化和飞溅,后者还能调节结晶器内的钢水流动状态,防止裹进粉末保护剂和非金属夹杂物,以利于提高钢的质量。
下图为浸入式水口和长水口的示意图。图中a~d为浸入式水口,a和b为一体型,即下水口与浸入式水口连为一体,c与d则是分离的;e为长水口。
从上图巾看出,这些水口砖均为圆筒状,浇钢时,下端浸没在钢水面之下,桶壁外侧与空气直接接触,并受熔渣侵蚀,中间流钢水。水口砖的工作条件十分恶劣,对耐火材料的具体要求如下:1)热震稳定性好,能抵抗温度骤变和温差大的作用;2)抗钢水冲刷能力强,在浇钢过程巾铸口蚀损较少;3)抗渣性好,特别是浸入式水口应能抵抗合成渣的侵蚀;4)有优良的高温强度,即在钢水高温和流动的作用下不变形,铸口分岔处或吹气体时也能具有较高的抗冲击能力。
浸入式水口和长水口用的耐火材料,过去一般采用熔融石英质材料制作,其工艺要点是将熔融石英磨细,制成泥浆后再注入。石膏模内成型,在38~42℃的条件下干燥三天,然后送入隧道窑中烧成。该制品的特点是热震稳定性好,不经预热也可与钢水直接接触,导热性低,可消除铸口内钢水凝固的现象,但浇铸高锰钢时损毁较快。苏联熔融石英质浸入式水口,长为600~850毫米,铸口直径为140~150毫米,壁厚为30~40毫米,其上端呈喇叭口形,下端留有1~2个铸孔。根据钢种的不同,使用寿命也不同,每根水口一般能浇铸180~300吨钢水。
目前,由于采用多流浇钢和生产高纯钢及高锰钢等钢种,熔融石英质水口受到严重侵蚀,而且影响钢的质量。因此,各国普遍采用铝碳质材料制作浸入式水口和长水口,其工艺要点是将鳞片状石墨和氧化铝或刚玉等材料破粉碎后,用焦油或改性酚醛树脂作结合剂,经过造粒,采用等静压机以1000公斤/厘米左右的高压成型后,在还原气氛中烧成,然后进行外表面加工并涂抹防氧化剂。该制品的特点是碳键形成连续网状结构,因此抗钢水冲刷和热冲击的能力强,同时外形尺寸准确,成品率高,但导热性较大,易挂渣挂钢,堵塞铸口。日本铝碳质水口应用十分广泛,约占整个水口的90%以上。为了防止铸口堵寒和延长使用寿命,可以吹氩气以保证钢流畅通,渣线处用熔融石英或锆英石质材料做成环状或双层保护套,能连续使用七个小时,浇铸3~10炉钢。
上表为各国浸入式水口和长水口的主要性能。应当指出,在制造铝碳质水口时,一般均加入金属硅,以便与碳反应生成SiC,提高使用寿命。例如,苏联铝碳质浸入式水口的配料组成如下:刚玉55%,粘土15%,鳞片状石墨20%,碳化硅7%,金属硅3%。从表中看出,我国熔融石英水口的体积密度比国外小,而显气孔率较大。另外,我国浸入式水口的防氧化涂层和抗渣蚀保护套,尚处于研制阶段。
苏联采用粘土一石墨质浸入式水口,每根能浇注180~350吨普通钢,钢流稳定,可使钢水中非金属夹杂物的含量减少50~70%;采用高铝一石墨质浸入式水口,每根能浇注250~550吨普通钢、浇注锰钢时则为150~300吨。另外,也试用了镁质与锆英石质浸入式水口。
我国采用高铝—石墨质浸入水口,浇注锰钢时,平均使用寿命为3小时左右,浇钢量150吨,最高时为210吨。
采用铝碳质浸入式水口,能满足多流连铸的需要,虽有铸口堵塞现象的发生,可以通过吹入氙气等惰性气体加以解决。下图为吹氩方式示意图。氩气耗量一般为3~25升/分。其中,图a为塞棒吹氩,操作方便;图b为透气砖吹氩;图c为浸入式水口缝隙吹氩,效率高;图d为上水口缝隙吹氩,最适用于滑动水口浇钢。
为了加强密封,铝碳质长水口砖与下水口砖的连接处间隙,一般采用金属件固定。同时,用透气砖封严并吹氩气保护,这样能连续浇钢约为10炉次。
日本采用铝碳质浸入式水口砖浇钢时,为了防止铸口内表面附着钢水中的氧化铝析出物堵塞铸口,防止或减少氧化剂对水口渣线部位的侵蚀,将浸入式水口制成复合型(下图)。本体为铝碳质材料,渣线处衬体为锆英石一石墨质材料,铸口内工作层用SiO2含量为99%的熔融石英质材料制成。该水口不吹氩,可连续使用180分钟,而普通铝碳质浸入式水口仅能使用120分钟。
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