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连铸用长水口在材质上的发展

发布日期: 2019-09-04 08:37:41    阅读量(130)    作者:张红

在连铸发展初期,以熔融石英质长水口为主。熔融石英质长水口以高 SiO2 含量(99.5 %以上)的熔融石英为原料,经泥浆浇注法成型。因为熔融石英是各向同性材料,因此有极低的热膨胀系数(0.5×10-6 K-1),因而赋予了其优越的抗热冲击性能;此外,熔融石英质长水口具有较高的机械强度和化学稳定性,并耐酸性渣侵蚀,使用前不需烘烤,且售价低。尽管熔融石英质长水口有如上性能特点,但随着保护渣技术的不断发展,由于非晶态的 SiO2抗侵蚀性差,且 SiO2易与钢水或渣中的锰或铁系氧化物形成低熔点化合物,不断被钢液带走,使得钢水中硅含量增加。在高温下 SiO2与 C 反应并分解和气化,并在耐火材料制品中形成空隙。此外,熔融石英在使用温度下会部分转化为方石英,引起体积膨胀导致水口结构疏松,强度下降。目前已基本被铝碳质水口代替。

随着多炉连浇技术的发展及洁净钢生产的需要,长水口的需求变得多样化,使用条件也更加苛刻,要求材料应具备良好的抗热震性和抗侵蚀性能,较高的机械强度,且对钢种适应性强,因而从结构与组成方面开发了铝碳质材料。从材质方面:采用电容刚玉等高纯原料,降低杂质含量,采用天然鳞片石墨,利用粗晶石墨对钢液的不润湿,添加熔融石英,提高热震稳定性;从结构方面:运用微粉技术,提高强度和热震稳定性。此外,在长水口外部渣线部位使用锆碳的等抗保护渣侵蚀性强的高档原料,有效的延长了长水口的使用寿命。

由于传统的铝碳质长水口中含有大量的石墨等碳源,使得热损耗增加和钢水增碳。因此,需要对传统铝碳质长水口进行改进。通过改变铝碳材质的碳结合方式、加入高性能添加剂等方式来提高长水口的抗热震性和抗氧化性。

由于长水口在使用过程中其它许多复杂因素的影响,弱化了上述改善效果,使最终在长水口上的抗热震性提高并不明显。同时,高性能添加剂价格昂贵,将其大量用于工业化生产中所造成的过高成本是长水口在性能改善上所带来的经济效益无法弥补的。

长水口的抗热震性很大程度与其结构有关,而优化结构比改善材质更能有效提高长水口的抗热震性,因此,很多研究者将提高长水口抗热震性的重心转移到改善结构上来,并取得了一些实质性的进展。内壁具有复合层的长水口相比标准型长水口具有显著优势,这种制造工艺已大量应用于工业实践,复合结构几乎成了长水口的标准配置。

连铸用长水口的材质从最初的熔融石英发展到应用最广泛的铝碳质再到复合材质,使用效果越来越好。长水口结构由最初的不吹氩气到吹氩密封,再到带有特殊结构(如颈部的整流管),设计越来越复杂多样化,使用性能和安全可靠性也得到较大提升。材质性能的提升和结构的优化使长水口的使用性能得到了很大的提升,从最初的寿命只有 2h 发展到平均 8h 左右,由使用前需要预热到现在的免预热水口,长水口的使用寿命有了较大的增长,使用时的操作流程也得到了简化,节省了时间和能源。

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