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连铸技术对其功能耐火材料(三大件)的性能要求

发布日期: 2020-10-15 08:50:40    阅读量(119)    作者:杨时标

自20世纪50年代连续铸钢技术问世以来,连铸功能耐火材料也随之诞生。伴随着冶金技术的进步、钢种的拓展、铸坯品质的提高和使用寿命的延长,连铸功能耐火材料也得到了长足的发展,以提高控流、整流和保护浇铸功能,防止氧化、增氮和夹杂。连铸技术对三大件材质的性能要求如下:

连铸要求其功能耐火材料具有良好的抗热震性、抗合成渣侵蚀、抗钢液侵蚀以及适宜的高温强度。这些特性要求又因三大件的使用部位及钢种、冶炼条件的不同而存在差异。

1、浸入式水口

(1)优良的抗热震性。水口使用前一般预热到1100℃,而连铸开浇钢水温度高达1500℃,水口需在1s内承受开浇热震温差400℃。

(2)抗结晶器保护渣侵蚀性好。渣线部位用锆碳材料因ZrO2的引入,其耐渣蚀性增强,但锆碳材料因其较低的碳含量及ZrO2的相变又存在热震炸裂风险,因此要求预热后不能降温太快。同时,因锆碳材料如果与内孔钢水直接接触,因其石墨含量及结合强度较低,在高速钢流的冲刷下会被快速熔损,所以必须与本体铝碳材料或内衬材料配合使用。

(3)抗钢液侵蚀性好,尤其是内孔部分,既要抗钢水冲刷,又要耐化学侵蚀。浸在结晶器中的本体部分很少被侵蚀,这也是选择铝碳质浸入式水口的主要原因。

(4)防堵塞性好。水口的沉积堵塞比内孔部位侵蚀问题更严重、更为普遍,尤其是对于铝镇静钢的浇注。目前,对于堵塞问题通过改变材质和流态是较理想的技术路线。

(5)高温强度要求特别重要,比长水口、塞棒要求高。钢水冲击不能掉底,钢水摆动不能折断。理论上要求1200℃下高温抗折强度达到2.5MPa,生产实际中控制烧后常温抗折强2、整体塞棒

(1)较好的抗热震性,但不如浸入式水口及长水口要求苛刻,因为塞棒仅是外部浸入钢水而非内孔,传热由外及内;另外,塞棒多随中间包一起预热也降低了其热震性要求。

(2)抗渣侵蚀性,本来对塞棒不是问题,但随着高碱性覆盖剂的推广应用及连浇炉数的不断提高,尤其是方坯、圆坯的连铸要达到连浇20h以上,中间包覆盖剂及熔渣对塞棒渣线的侵蚀就凸显出来,一般的铝碳材料已难以抵抗,有不少厂家已复合锆碳材料,如浸入式水口渣线锆碳料及普通铝碳料各50%(w)复合。

(3)抗钢液侵蚀性越高越好,尤其是棒头材料。这是因为棒头区域承受高湍流钢水的持续冲刷侵蚀,蚀损较快会导致控流不好或失控终浇。现多采用优质铝碳料或锆碳复合料(适用于大多数碳素钢)及镁碳料(适用于所有钢种,尤其是高氧钢、高锰钢、钙处理钢等铝碳材料不宜适用的钢种)。

(4)高温强度指标要求不高,因为塞棒壁相对较厚,有足够强度,故而几乎所有厂家均把生产过程中的废品、废料、车削料、集尘回收料经过破碎、分筛、烘烤(或烧成除碳)回加进塞棒本体料,可以引入50%(w)左右。由于塞棒使用中需要垂直固定,且进行高频往复冲动,对强度也有最低要求,一般而论,本体材料烧后常温抗折强度不得低于4MPa。

3、长水口

(1)极好的抗热震性。长水口一般不予预热,且体型较大,抗热震要求最为苛刻。当前主要有两大技术来应对该问题。一是欧洲的内壁氧化方式,以维苏威公司为代表,长水口烧成采用裸烧方式,外部施釉,碗口遮蔽,内孔体处于氧化气氛,形成1~2mm厚的氧化层和1.5mm左右的变质层以缓冲热震,钢包开浇1500℃以上的高温钢水直接冲击该透气绝热层,延缓了对外部铝碳本体的直接热冲击,抗热震性得到保证;二是国内开发的绝热内壁方式,胜威高温陶瓷公司最早研发并拥有该项专利,使用氧化铝或氧化锆的空心球或漂珠等低导热材料预成型内壁,也起到了很好的抗热震效果,但制造工艺略为复杂。另外,一些无碳防堵塞技术,如莫来石、尖晶石、锆酸钙等内衬材料的引入,因为无石墨或极大地降低了碳含量,从而对开浇热冲击不敏感,在一定程度上也提高了水口的抗热震性。

(2)抗渣蚀性,同塞棒一样,长时间浇注情况下要对渣线进行锆碳复合。

(3)抗钢液侵蚀性好,尤其是有长时间连浇要求时,钢流冲刷严重。要求选择既能提供足够的抗热震性,又要满足抗侵蚀性的材质;在设计上可以考虑与上部裸露在大气中的本体部分区别对待,多样化、复合化,有效控制成本。

(4)强度要求也是尽量高些。对长水口本体强度的最低要求是烧后常温抗折强度达6MPa。

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