《浸入式水口.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《浸入式水口.doc(3页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、浸入式水口王德伟随着炼钢连铸技术的发展,浸入式水口也取得了很大的发展。浸入式水口结构和材质不断完善,在增产和提高钢质量中起着决定性作用。浸入式水口在连铸工艺中位于中间包与结晶器之间,是钢水从中间包流向结晶器的导流管,其作用是:防止钢水二次氧化;控制钢水的流动状态和注入速度;促进夹杂物上浮,防止保护渣非金属夹杂物卷入钢水中。它是连铸过程中最重要的功能耐火材料之一,其使用寿命决定了多炉连浇的炉数。浸入式水口的结构分为常用结构(单层式)和特殊结构,常用结构根据安装的方式不同又分为内装式和外装式。随着对钢材质量要求的提高以及对结瘤问题而采取的措施,浸入式水口的结构发展成了许多特殊的形式,根据浸入式水口
2、不同部位对材质的不同要求有双层结构和多层结构。随着钢铁连铸工业几十年的发展历史,作为连铸三大件的重要组成部分浸入式水口经历了几代产品的更新。最初使用的是石英质水口,但这种材质的水口耐侵蚀性较差。后来发展了铝碳质水口,铝碳水口在抗侵蚀、抗热震性上等性能上有了很大的提高,但是随着连铸技术的发展,浇铸速度的加快,保护渣的粘度降低,使渣线蚀损加剧,铝碳质水口已不能满足要求,于是发展铝碳-锆碳质复合浸入式水口。(1)熔融石英质水口熔融石英质浸入式水口是连铸技术“三大件”上最早使用的材质。从上个世纪六十年代钢铁工业引进连铸技术开始到七十年代中期,这一时期主要以熔融石英质浸入式水口。1973年我国研制成熔融
3、石英质浸入式水口,使当时的连铸水平大大向一前跨了一步。熔融石英制品具备良好的性能:热膨胀系数小,热震稳定性好,耐化学侵蚀(特别是酸和氯),耐冲刷,高温时粘度大,强度高,导热性低,电导率低;由于在烧成时收缩小,可以制得尺寸精确的制品。缺点是在1100以上长期使用时,会发生向方石英的转变(即高温析晶),促使制品产生裂纹和剥落,不能浇铸含锰较高的特殊钢种,只能浇铸普碳钢和低锰钢。(2)铝碳质浸入式水口由于炼钢连铸技术的发展,熔融石英质浸入式水口的使用受到限制,尤其是在浇铸锰钢等特殊钢种时,石英质水口的耐蚀性较差,不能满足生产的需要从上世纪七十年代末至八十年代,这个时期基本以发展成熟的Al2O3-C质
4、浸入式水口为主。1980年下半年我国研制成等静压成型的铝碳质水口,解决了锰含量较高钢种的浇铸。其与熔融石英质浸入式水口相比有以下优点:耐钢水冲刷性好,对钢水污染少,长时间使用引起的温度变化小。铝碳质水口在组成成分上,一般采用氧化铝-熔融石英-石墨的复合。石墨具有高耐火度,高温强度极高,导热率高,热膨胀率及弹性模量低,耐热冲击性大,在高温下形成连续的网状结构,有利于提高含碳材料的耐热震性;另外由于石墨表面张力小,与熔渣的接触角在90以上,使之不能进入含碳材料的毛细管,不易熔于熔融金属和炉渣,故具有耐蚀性强,有效防止熔渣侵入等优点。缺点是在高温下易氧化,易溶解于钢水等。制造铝碳质水口所用的石墨需加
5、以精制,纯度应在99%以上,形状为磷片状是六角板状结晶,越是银黑色结晶发育好的石墨越能显示其特征,抗氧化性也越好。氧化铝原料一般使用电熔或烧结氧化铝、合成莫来石等合成原料,纯度高,质量均匀,耐火度高,高温体积稳定性好,属中性,对各种炉渣的耐蚀性强,可利用各自的原料特性加以使用。熔融石英是对高纯硅石等进行加热处理而制成的非晶体石英,纯度高,热膨胀系数极低(0.5410-6),耐火度高。为了提高制品的耐热冲击性和热震稳定性,利用其优良的特性,添加了少量熔融石英。合理设计以上几种原料组成,用等静压制成型,N2气氛下烧成制成的浸入式水口,属于陶瓷结合型碳复合材料,石墨起到了结合碳的作用,具有良好的抗钢
6、水冲刷能力和耐侵蚀性,长时间使用引起的温度变化少。寿命比熔融石英质水口长,能进行多炉连铸,扩大了连铸钢种,成为连铸用水口的主流。当今许多水口材质的技术进步,仍是在这个主流的基础上进行功能增加和工艺改进。在实际应用中铝碳质水口存在以下缺点:耐热冲击性低,对保护渣的耐侵蚀性差;因导热性差,易于产生挂渣和氧化铝附着而引起水口的堵塞。(3)铝碳-锆碳质复合浸入式水口铝碳质水口由于具有一系列的优点,但也存着下列问题:不耐侵蚀而导致在渣线部位形成“缩颈现象”甚至断裂;水口内壁容易被钢水脱氧产物Al2O3等沉积而堵塞水口。并且由于新连铸技术的采用,浇钢温度高,拉速高,保护渣粘度较低,因而保护渣对浸入式水口的
7、侵蚀加剧,Al2O3-C已不能满足这些种苛刻条件。为了解决上述问题,上个世纪80年代日本从材质上开发出一种Al2O3-C/ ZrO2-C复合浸入式水口:本体主要采用Al2O3-C质、渣线部位采用ZrO2-C质复合材料。这是由于氧化锆具有优良的化学稳定性,难以被以CaO-Al2O3-SiO2系连铸保护渣侵蚀,高温下溶入渣中的ZrO2增强了熔渣的粘度,而未被溶解的氧化锆颗粒又增强了渣的表观粘度。从而降低了保护渣对氧化锆-石墨渣线层的侵蚀,提高了水口的耐蚀性。实践证明,优质铝碳-锆碳质复合水口比铝碳质水口寿命提高近一倍,使用寿命可达到1200min。连铸技术中,为提高钢坯质量,采用浸入式水口和保护渣
8、浇注新工艺,要求浸入式水口具有抗热震稳定性好、耐侵蚀、不堵塞的性能。浸入式水口的使用寿命受渣侵蚀和Al2O3沉积堵塞两个因素影响。铝碳质浸入式水口在使用过程中存在着Al2O3在内壁的附着和堵塞,在连铸铝镇静钢时堵塞尤为严重,现已成为影响铸坯质量和浸入式水口使用寿命的关键因素。目前主要采用本体Al2O3-C质、渣线复合ZrO2-C质的复合式浸入式水口。在满足抗热震性的前提下,渣线材质抗结晶器保护渣的侵蚀性能和水口内部抵抗Al2O3结瘤的性能是决定浸入式水口使用寿命的关键因素。上述水口的损毁主要集中在渣线部位,局部侵蚀严重,形成缩颈,严重时断裂。防止渣线损毁的方法有:在浇注过程中采用中间包上下浮动,改变保护渣与水口接触部位;适当加厚渣线部位尺寸,严格控制立方ZrO2的比例及提高鳞片状石墨纯度;在Al2O3-C系材料中加BN;在ZrO2-C系材料中加SiC;喷涂耐侵蚀材料和用ZrB2等材质做保护圈。