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连铸和功能耐火材料

作者:admin 发布日期: 2019-12-10 二维码分享

功能耐火材料是随着钢铁冶金工业连铸技术的发展而形成的一类特种耐火材料。更确切地说,应该称为冶金功能耐火材料。功能耐火材料当前主要所包括的耐火制品有:滑动水口、整体塞棒、浸入式水口(俗称连铸三大件)、透气砖和定径水口,他们在连铸工艺中的使用部位如图15-1所示。每种产品在使用中都起着某种专门功能作用,如控流作用、吹气搅动作用、防止二次氧化保护浇铸作用、决定钢液在结晶器内的流场分布等。这些耐火材料的使用是保证连铸工艺得以进行的重要前提条件之一。


功能耐火材料被单独作为一类耐火材料提出,不仅仅是由于它们多是以单元元件形式应用和在使用中起特殊功能作用,而且还在于这类材料为满足通常都更加苛刻的使用条件所应具备的特殊性能,为满足使用功能所采用的特殊结构和特殊制造工艺。与其他钢铁冶炼用炉衬耐火材料相比,在一定程度内,后者的质量高低可能仅仅影响到炉衬服役时间的长短,而功能耐火材料的品质好坏,则可能影响到整个连铸工艺过程能否正常进行。这就要求功能耐火材料不仅同常规接触钢液、渣液耐火材料一样也要具备耐高温、耐渣和钢液侵蚀等基本性能,而且依使用条件不同,在结构、材质、生产工艺及使用中的安全可靠性上有专门或特殊的要求。因此,如果要给功能耐火材料下一个定义的话,那就是以特殊或专门的工艺制备的具有特殊性能和结构的一类高级耐火材料,在高温使用过程中起着某种专门的功能作用。在某种意义上讲,可称它们为耐火功能元件。

功能耐火材料与常规耐火材料产品相比,其特点是:在使用中对冶金过程所起的专门功能性作用,往往作为单个元件或与一些辅助耐火制品组合使用,制作上有专门的生产工艺,材质选择上也几乎都是具有高性能的高档耐火材料,如镁炭材料、铝炭材料、锆炭材料、刚玉质、氧化锆质等,目前所应用的功能耐火材料多数是含炭耐火材料。功能耐火材料的使用条件都比较苛刻,如滑板在使用中经受高温钢液的热冲击和控流时的滑动面的磨损;连铸用长水口、整体塞棒、浸入式水口在开浇时经受钢液热冲击和浇注时渣液的强侵蚀作用;透气砖在使用中经受操作过程的强热循环作用和气流搅动下钢液流的冲蚀作用等等。随着连铸技术的不断发展、成熟,对功能耐火材料的使用寿命和功能也有越来越高的要求。因此,对功能耐火材料的共性要求是:为保证在苛刻的使用条件下的安全可靠性和高的使用寿命,连竹勇功能耐火材料需具有高的抗热震性和抗剥落性,高抗侵蚀性,以及为起到其功能作用应具有的相应的结构特征。

功能耐火材料是一族较新的耐火材料,品种、材质、性能、结构、使用技术都在发展中。随着冶金技术乃至其他高温新工艺新技术的发展和技术进步,会对耐火材料提出一些更新更专的功能要求。功能耐火材料的品种会增加,新的功能耐火材料也会出现,如薄带连铸用钢水布流器和侧封板,中包透气元件、各种形式的过滤器等。同时,耐火材料功能化的趋势也在增强,“功能”的概念也在扩展,并正在称为耐火材料发展的一个重要方向:为冶炼洁净钢、纯净钢,需要研究开发对钢液有净化功能的耐火材料;为减少钢水温降、降低能耗,需研究开发具有隔热功能的钢包耐火材料等等。这里仅对狭义上的功能耐火材料-连铸用功能耐火材料的材质、制造工艺、性能指标、应用等分别进行基本介绍,包括有滑动水口、透气砖、长水口、浸入式水口、整体塞棒和定径水口。

滑动水口结构如图15-2所示,是一套安装于钢包(或中间包)底部用以控制钢液流动的装置,包括上下水口砖和上下滑板,滑板是其关键部件。滑动水口取代了原传统的袖砖、塞头砖,水口砖组合控流系统,使浇钢过程的操作变得简单、安全、可靠、控流精确、钢包周转加快,降低耐火材料消耗。


早在1884年,美国的D.Lewis就提出了以滑动水口装置来控制钢包中钢液的流出构想并申请了..,但直到1964年,德国本特勒钢铁公司..将其实用化并获得成功。该项技术在控流、操作、安全、方便等诸方面显而易见的优点使之受到整个冶金行业重视并得到迅速推广,很快便在世界范围内被普遍采用。现已成为浇注工艺的重要控流系统,更成为钢水在钢包和中间包进行二次精炼的不可缺少的技术。从20世纪60年代使用以来,此项技术不断改进、提高,完善功能。滑动水口在中国从20世纪80年代推广以来,发展迅速,已普遍采用。

作为控制钢液流动的装置,滑动水口结构有往复式和旋转式,也可分为两层或三层带孔的滑板组成,与其配套的耐火材料有上水口、下水口和座砖等。一般钢包用两层结构的滑板,上滑板固定于钢包的上水口之下,下滑板和下水口固定在一个可直线往复运动的金属滑动盒内。使用时,使上下滑板铸口错开,上水口孔内填入引流沙,钢包即可装入钢水,当驱动下水口使上下铸口连通时,即可浇钢。中间包所采用的滑动水口为三层结构,上滑板与上水口固定,下滑板与下水口和浸入式水口固定,中间滑板是可移动的,用以调节钢液进入结晶器流量。在制作上,又分为复合滑板和均质滑板,前者滑动面和铸口部位主原料用高档原料,如电熔刚玉,其他部位采用低档原料,如矾土熟料,以降低成本。图15-2给出了钢包和中间包用往复式滑动水口和钢包用旋转式滑动水口结构形式示意图。

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