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整体塞棒与长水口

作者:admin 发布日期: 2019-12-21 二维码分享

如前文中图15-1中所示,塞棒安装于中间包,与内装式浸入式水口或中间包,与内装式浸入式水口或中间包上水口配合,在连铸工艺中控制钢水从中间包到结晶器流量,以保证钢水在结晶器中液面稳定和连铸工艺的稳定。其规格大小依中间包不同而异,.长可达1500mm以上,在结构上还可设计成在棒头通气的,即从塞棒连接杆中心通入氩气,在棒头排出,可起到减少钢液中夹杂物和防止沉积作用。在材质选择上,以保证安全使用为..要素,一旦失控,由于塞棒的不可更换性将会造成连铸中断。通常棒身、棒头、渣线采用不同的配料组成。棒身材料无例外地选择Al2O3-C材质,其主体耐火原料可依据现场使用状况而选用高档电熔刚玉原料或特级矾土熟料,渣线部位受中间包覆盖剂和钢液作用,多数情况采用以高档电熔刚玉为原料的Al2O3-C材质,在强侵蚀情况下也选用ZrO2-C材质。棒头是塞棒.关键的部位,棒头和水口碗部配合实现控流,棒头和水口碗部设计为曲面形式,保证良好的控流效果和关闭功能。

决定塞棒控流功能和使用寿命的关键部位是塞棒棒头,保证棒头材料的高性能就显得十分重要。其常用材质有两种:Al2O3-C材质棒头和MgO-C材质棒头,需视浇注钢种和耐火材料的反应选择。真空度较高时,MgO会与C反应,造成棒头侵蚀加快,钢液Ca含量高时,与Al2O3反应,加快棒头冲蚀,不能长时间连铸。Vesuvius报道了在在塞棒棒头和浸入式水口碗部所用材质进展,不同钢种,不同操作条件选择不同的材质,如Al2O3-C棒头比MgO-C棒头更适合于Al镇静钢,而后者非常适合于钙处理钢,浇钢时棒头表面形成的含CaO-Al2O3系化合物和MAM2S之薄的渣膜能有效保护棒头不被钢水侵蚀。表15-21为适应不同钢种用的塞棒棒头和浸入式水口碗部材质性能。


塞棒的发展重点也在棒头材质的变化上。当前含碳材料棒头使用寿命已近限度,对一些高侵蚀性钢种也不完全适应,含非氧化物的复合材料将是提高棒头寿命的方向之一。已有报道的是连铸高氧钢,由于碳的氧化使塞棒及水口寿命降低,采用含AlN之产品,使用时表面AlN氧化形成Al2O3致密层,提高其寿命,见表15-22.


长水口又称保护套管,安装于盛钢桶下水口处,连接钢包和中间包,起着防止钢水氧化和飞溅、防止中间包渣的卷入等多重作用,是进行保护浇注提高钢的质量的重要功能耐火材料。基本结构如图15-3中所示,规格大小依连铸机不同而不同,长度一般在1000~1600mm,内径在80mm之内,材质为铝碳材料。长水口的生产工艺基本上与塞棒和浸入式水口相同,但在配料方面为保证其使用性能而具有一定的特点,即须从.关键的两个使用要求出发,一是要保证安全使用,二是要尽可能长的使用时间。

在某种程度上来讲,长水口的抗热冲击性是连铸三大件中要求.高的。当前国内钢厂多数连铸用长水口是不预热直接使用,浇注开始与钢液接触,水口内表面温度瞬间升至钢液温度,外表面与大气接触,温度要低得多,在水口材料内部会产生很大的热应力,容易使水口产生纵向裂纹。所以,长水口在材料设计上应具良好的耐急热冲击。材料在经受热冲击时内部热应力的大小可粗略地以σ=E·α/T1-μ)来表示,和膨胀率(α)、弹性模量(E)成正比、和⊿T成反比。从理论上讲,减小热应力改善抗热冲击性的途径有降低膨胀率(α)、弹性模量(E)、减小材料内部的温度梯度⊿T。目前保证长水口在热震上的可靠性所采用的措施有两种方式:一种是材料上较高的石墨含量,并加入低膨胀系数材料——熔融石英、长石,锆莫来石,或特制的添加剂,降低材料的热膨胀率和弹性模量;另一种是水口内外层取不同材质:直接接触高温钢液的内层低碳或无碳,低的热导率降低了外层材料中的热应力,外层材料为低SiO2含量的铝碳材质,提高抗钢液侵蚀性。所有这些的目的在于:通过不同的机理去提高制品的抗热震性,以满足使用条件下的苛刻热冲击条件。

长水口使用寿命和材料抗侵蚀、抗冲刷的能力有关。长水口使用中,不同部位蚀损速度和蚀损机理因工况不同而不同,几个蚀损严重的部位如图15-6中所示,分别为:渣线-受中间包覆盖剂侵蚀;钢液流出口的浸入钢液部位——受钢液强烈冲刷侵蚀氧化作用;颈部——钢液偏流冲刷及吹氧清扫;与滑动水口结合部——密封不严造成吸气氧化失碳,其中尤以浸入钢水中部分和颈部.为严重。提高长水口使用寿命之措施是好的抗钢液冲蚀主材料的选用,如白刚玉,致密刚玉,以及其他高抗侵蚀耐火原料;高效的防氧化添加剂,具有自修复功能的补强加入物,低硅低碳等。在组成配比上,增加石墨含量,可提高抗热震性,但降低抗钢液冲刷和侵蚀性,加入量要合适,一般为25%~30%,主成分为电熔刚玉,对抗钢液侵蚀冲刷起决定作用,添加剂SiC、熔融石英等分别起着提高抗热震性和抗氧化性的作用。表15-23给出了依使用要求和使用条件不同而设计的长水口组成配比及性能指标。



同其他许多耐火材料相似,长水口使用效果的好坏与使用时操作条件的优化有很大关系。Hideaki在其文章中指出近十年来日本长水口的使用寿命有了很大的发展,不少钢厂已达到能稳定在30~40浇次,主要措施有操作技术的改进,如良好的预热,合理的吹氧清扫程序;水口材料性能的提高改进,包括有提高力学性能指标,以承受水口振动应力;内衬采用低碳含量材质,减少了钢液冲刷;开发出先进的水口表面防氧化涂料和使用无SiO2材料,以保证产品质量的高度稳定和一致性。

在国内,实际生产中连浇炉次高、连铸时间长时,长水口的使用寿命还不能和浸入式水口和整体塞棒同步,常需在连浇中更换长水口。主要问题是出钢口部位和碗部抗钢液侵蚀和冲刷性能不足,为适应提高长水口寿命的需要和洁净钢冶炼需要,有采用无硅的铝炭长水口,性能指标见表15-24.


长水口在使用过程中,另一个需要重视的问题是碗部的吹氩密封,特别是对于高性能钢种的连铸。长水口与钢包滑动水口系统的下水口相接,钢水快速流动,会在此处形成一定的负压,很容易吸入空气,使钢水氧化,不能达到完全无氧化浇注。所以,绝大多数长水口在碗部都设计有吹氩密封结构。粗略地划分,可将吹氩密封结构分为三类:纤维密封套、直接复合或镶嵌式透气环(不含碳)和水口端部设置一定数量的通气槽,氩气由水口碗部外包铁壳之管道通入,分别通过密封结构咋水口碗部形成环行气膜,隔绝空气吸入。

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