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滑板损毁机理

作者:admin 发布日期: 2019-12-18 二维码分享

滑板在使用中经常见到的损毁形式有:滑板面粗糙(荒面损伤),孔缘损伤,裂纹和剥落、铸孔扩大。统计比例约为:裂纹和剥落占10%~20%,铸孔扩大占20%~40%,滑板面粗糙化占40%~60%。与这些破坏直接相关的因素是滑板的品质和苛刻的使用条件:浇钢开始时的强烈的热冲击,浇钢过程中的钢液和渣液的化学蚀损和冲刷,热机械磨损等。浇钢开始冷态滑板与高温钢液接触,极其强烈的热冲击,孔缘极易产生裂纹,龟裂,裂开。因此高抗热冲击性为首要保证性能,相应滑板材料应具与此使用性能相关的低的线膨胀系数、低弹性模量、高热导率、高断裂功。

高温下钢液、熔渣、气体的强冲刷和热化学侵蚀作用是造成滑板损毁失效的.主要原因。滑板在使用中与高温钢水及通过滑动面漏入的空气发生反应,而导致结构疏松和滑板的损毁,这些反应有碳的氧化、[Ca]、[Mn]、[Fe]等对滑板的侵蚀,锆莫来石的分解等。

碳的氧化在热化学损毁过程中起很大的作用,一方面会造成滑板表面碳结合被破坏,强度降低;另一方面,滑板气孔率较低(小于10%),孔径较小(小于6μm),渣和钢液的渗透较难,但一旦氧化脱碳,气孔直径增大了2~5倍,在钢水静压力下渣和钢液的渗透成为可能。渗透的渣和钢液凝结后,使滑动面润滑变差,滑板开启时摩擦力加大,剥落和粗糙程度增加,影响使用寿命。对用后滑板分析,钢液中氧含量大于90×10-4%时,石墨氧化影响明显。

钢液中的合金元素、氧化物杂质及脱氧剂与耐火材料反应,是造成滑板扩孔和工作面蚀损的另一重要原因。钢液中的MnMnOFeOCaO对耐火材料有较强的侵蚀性作用,这些成分易与滑板中SiO2反应而产生蚀损,高的钢水温度会加速反应。高铝质滑板所受影响明显超过铝碳质滑板,钢液中锰含量高时侵蚀明显加剧,对浇注几种不同钢种(钙处理钢,铝镇静钢,铝硅镇静钢)后的铝锆炭质滑板(Al2I3  71.5%、F.C 8.49%、ZrO2 6.23%、SiO2 6.11%),分析表明:碳在距工作面一定距离内氧化消失,锆莫来石分解,二者都导致结构疏松,钢水渗入,与耐火材料反应生成MnO·SiO2MnO·Al2O3,2FeO·SiO2,FeO·Al2O3,Ca→CaO+Si,Al→Al2O3-CaOAl2O3-CaO-SiO2系化合物。

宝钢浇注一般钢种时铝锆碳质滑板扩径速度1~1.5mm/炉,浇注钙处理钢高达15mm/炉,浇注1~2炉后,中间包滑板即出现漏钢,滑板流钢孔周围有12~3mm厚的C12A7为主成分的玻璃状物。此外,吹氧造成的蚀损也会使滑板扩径,控流失稳。低SiO2含量,低气孔率、微气孔、合适的碳含量将有利于滑板抗损毁能力的提高。

从使用角度来讲,对滑板的要求是安全可靠,寿命长,满足不同钢种,不同炼钢工艺的要求。基于对滑板损毁机理的认识,提高使用寿命和使用可靠性的前提在于提高滑板材料的三项性能,抗热震性,高温耐磨性,抗侵蚀性;在材质选择上趋于多元化;优化滑板结构和辅助技术的应用。

在钢包用滑板(全部为烧成滑板)改进方面,进行一定的优化而见效实例有:

(1)滑板孔径优化,较小的孔径利于增加滑板开启度,减少冲蚀,但太小会减小拉坯速度,降低产量和质量。大包滑板孔径一般为80mm,对应.大流量8.0t/min,改为75mm,对应.大流量6.4t/min,提高寿命14%;

(2)滑板外形优化,采用FEM(有限元法)对使用条件下滑板做应力分析和应变测量,根据所得应力分布对滑板外形结构作出改进,可降低内应力和应变,明显减少了沿滑动方向的开裂,钢包滑板平均寿命提高2次,中间包滑板寿命提高30%~40%

(3)耐火材料优化。已采用的措施有:加入低膨胀系数原料、应用氧化铝超微粉、降低碳含量、降低氧化锆含量、降低氧化硅含量、特殊添加剂等。

(4)常规铝锆炭质滑板的ZrO2的含量为10%左右,具有较好的抗剥落性,但钢中氧量较高时,即使少量FeOZrO2共存,也可生成低熔点相,同时氧化锆含量过高在滑板冷却时会扩大微裂纹,限制了滑板寿命的提高。日本黑崎对滑板中氧化锆量进行优化,结果是无氧化锆,抗剥落性.差,3%~6%ZrO2的抗剥落性较好,具体性能参数见表15-8


宝钢在浇注电工钢用滑板的比较实验中,强度高、抗氧化性好的无硅低炭铝炭质滑板扩径和滑动面磨损.轻微。即铝炭质滑板强度高,抗氧化性好,能满足三炉连浇;铝锆炭质滑板抗热震性好,强度高,但由于碳的氧化,导致滑板结构疏松,强度下降,此外ZrO2易与FeO反应形成低熔物,进一步恶化了组织。镁质滑板采用高纯原料高温烧成,油浸制成,虽具良好的抗侵蚀性和抗氧化性,但高温强度低,不耐冲刷;尖晶石炭质滑板采用高纯尖晶石和炭黑为原料,添加适量抗氧化剂,酚醛树脂结合,保护气氛烧成,同样是良好的抗侵蚀性,高温强度低,抗氧化性差,不耐冲刷;刚玉质滑板以板状氧化铝为原料,高温烧成,油浸制成,高强度,抗氧化,抗冲刷,但有滑动区拉毛夹冷钢的缺点。浇注电工钢用滑板性能和使用效果对比见表15-9


新结合相滑板的开发目的是:从材质设计上更大限度地解决含炭滑板的氧化和抗热震性问题,进一步提高滑板的使用寿命和使用安全性,满足炼钢工艺发展进步需求。目前多数还处于试用、改进、提高阶段,给予较大关注的是氮化物结合体系和金属结合体系的滑板。近几年出现的加有金属铝的金属复合基铝炭滑板,和常规烧成铝炭滑板相比,具有更好的抗氧化性和抗侵蚀性。加有金属铝的不烧滑板在使用过程中,会生成Al2O3/Al4C3,提高高温强度,同时可能会与渣中FeO反应:

3FeO+2Alg=Al2O3s+3Fes

2FeOl+Al2Og→Al2O3s+2Fes

所生成的Fes)和Al2O3s),对滑板工作面起致密化的作用,这种滑板参考性能指标为:Al2O3 95.8%SiO2 4.1% ,C3 1%,体积密度3.08g/cm3,显气孔率7.5%,常温耐压强度120MPa,常温抗折强度24MPa,高温抗折强度(1400℃32MPa。在一些钢厂使用效果远好于普通不烧滑板,也超过烧成铝炭滑板。生产特点是不烧、不油浸、不干馏,减少了对环境污染,简化了工艺。加有金属铝的滑板在500~1000℃处理,能形成不氧化的陶瓷结合相,再经沥青浸渍,性能得到进一步优化,表15-10为加金属铝滑板与烧成铝锆炭滑板的性能比较。

文献[156]介绍了开发的非氧化物结合(金属-氮化物结合)滑板。此处以板状氧化铝为主要原料,加入10%~20%金属铝(细粉,颗粒,铝纤维),1100℃以下,采取了一定的氮化工艺处理,形成金属铝+ALN的金属-氮化物结合相的显微结构。为防止ALN水化,对滑板进行一定的氧化处理。所开发滑板在国内三个钢厂使用寿命比原用滑板增加1次。表15-11为金属-氮化物结合滑板性能指标。



文献[157]介绍了赛隆结合刚玉滑板的试制。骨料为板状刚玉,基质细粉有板状刚玉细粉、金属硅粉、金属铝粉、α-Al2O3微粉等,高压成型,1450~1470℃氮化烧成,形成β-Sialon结合刚玉相的结构。性能指标见表15-12。试制滑板在中间包使用,滑板面抗侵蚀性优于Al2O3-ZrO2-C滑板。


与滑板配套组成滑动水口装置的还包括上下水口砖,上水口安装于钢包和中间包底部座砖内,下水口与下滑板安装在一起。在性能上,水口砖也需具有与滑板相类似的要求,经受开浇时热冲击具抗剥落性;在钢液和渣液的作用下具耐蚀性;在流动钢水磨损作用下具耐磨性,较高的机械强度;防止引流沙的烧结具低导热性及与引流沙之间低的反应性。钢包水口(上水口)的使用寿命通常是滑板的2~3倍,材质有铝炭、氧化铝-尖晶石-炭、刚玉、高铝质等。在结构上水口砖有通气和不通气之分,前者多用于中间包滑动水口,以减少水口堵塞,提高钢材质量。中间包水口的防止空气吸入和氧化铝堵塞的功能同耐侵蚀性同样重要,所以,趋向发展多孔的或带有吹气狭缝结构,以便于通气。对可通气水口来说,在上水口通气比在滑板、下水口或浸入式水口通气能更有效防堵、有效于钢流稳定。在采用吹气结构水口时,如果气泡不能在结晶器中上浮,会在铸坯造成气孔缺陷,所以现在技术倾向于减少气量,同时还要求气泡都要升至液面,为此开发了具有窄的孔径分布的多孔材料,有一.佳的气流配置(背压数量级为:0.15~0.16MPa)。近来,随多炉连浇,高速浇注的发展,通气水口质量,性能,可靠性更加重要,主要材质为铝炭质,莫来石质、高铝,锆质等,加入石英以改善耐剥落性,浸渍沥青改善耐蚀性。表15-13为国内生产的上下水口砖指标,表15-14和表15-15分别列出了日本品川公司部分中间包用通气上水口和钢包、中间包用不通气上水口的理化性能指标。






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