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浸入式水口材质对工艺质量影响的探讨
1前言

  连铸保护浇铸足改善铸坏质量的一项重要措施。用于连铸耐火材料的“四大件”,即浸入式水口、长水口、整体塞棒及滑板、定径水口,起到了输送钢水、隔断气体和控制钢流的作用。特别足浸入式水口在连铸中用于中间包与结晶器之间,使钢流得到保护,防止钢水二次执化,促进夹杂物上浮,防止敞开浇铸时钢水对结晶器液面的冲击,减少钢水卷渣。其材质主要有融熔石英质和铝碳质两大类,在生产中正确选用浸入式水口,对确保铸坏质量十分关键。

  2浸入式水口的主要理化指标

  2.1熔融石英质

  熔融石英质以Si02为主,SiO2≥99%,常温耐压强度40MPa,显气孔率≤18%,体积密度约1.84g/cm左右。

  2.2铝碳质

  铝碳质本体部位以Al2O3为主,C及Si02为辅,Al2O3占35% , C占20%,渣线部位C占20% , Zr02占70%,常温耐扭强度23.34MPa,显气孔率≤16%,体积密度2.5g/cm左右。

  3浸入式水口的性能要求

  3.1对于小方坏连铸,一般采用直通式喇叭形水口,钢流沿若结晶器中心线向下流动,冲击力较人。加之从上、下水口连接处的缝隙中吸入大量空气,造成流股在水口内极不稳定。这样的流股进入结晶器后,使结晶器上部液面产生激烈的搅动,对渣线的侵蚀严重。为此,浸入式水口应具备以下性能:

    (1)热震稳定性好;

    (2)耐钢水和熔渣的侵蚀和冲刷要强;

    (3)不易与钢水和脱执产物反应而发生堵水口现象,适宜多炉连浇等。

  3.2熔融石英浸入式水口抗热震性较好,但长时间使用存在稳定性差问题,并易形成硅酸盐夹杂,尤其足浇注高锰钢时,产生熔损大。铝碳质浸入式水口含碳量20%~40%,但来源于脱执剂的Al2O3附在水口内壁而造成堵塞,导致偏流,致使附着物卷入,造成夹杂大型化的缺陷,添加到结晶器中的保护渣侵蚀产生的熔损大。单一的铝碳质浸入式水口尚不能满足日益发展的连铸生产要求,需在材质、结构方面有新的改进。

  3.3在刚玉质耐火材料中外加6%的ZrO2,通过ZrO2晶粒周围微裂纹的增韧作用,可有效提高抗热震性,通过Zr02的补强作用,提高抗抑强度和耐扭强度。

  3.4为了提高铝碳质浸入式水口渣线部位的抗侵蚀性,延长水口的使用寿命,在水口渣线部位复合一层ZrO2-C层。Zr02材料对高合金钢液有较强的抗侵蚀能力和抗冲刷能力,从而提高浸入式水口的使用寿命。

  3.5浸入式水口在结构上的改进,主要足在水口内部设置一层透气层,通过在水口内部的夹缝向透气层吹氩,可在水口内壁四周形成均匀气膜,防堵塞效果好。铝碳质浸入式水口在浇铸铝镇静钢和含钦及稀土元素的钢种时,会发生堵塞水口现象。经分析表明,粘附在水口内壁的聚集物,主要足Al2O3,Fe2O3和其它高熔点的执化物的混合物。狭缝型浸入式水口能够有效抑制堵塞水口现象。其常用的材质结构为:水口渣线部位为错碳质、水口本体为铝碳质,水口内壁为具有透气性的铝碳层,狄缝长度可达600mm,宽度1~2mm。

  4不同材质特性比较

  4.1热震稳定性

  熔融石英的热膨胀率小,如含SiO299%的石英玻璃1000℃的热膨胀率为。0.O5%~0.056%,而高铝质材料在1000℃是的热膨胀率为。0.55%。由于熔融石英的热膨胀率小,当温度急剧变化时产生的热应力就小,在使用前不需烘烤,铝碳质浸入式水口必须经过高温烘烤,否则易开裂。熔融石英质较铝碳质的热震稳定性好。

  4.2洁净钢水性能

  随若钢中Mn含量的增加,熔融石英质的熔速是直线上升,如图1所示。渣线部位的融损足由于脱碳反应与熔渣作用,即钢中的Mn与Si02发生反应,并形成熔点为1250℃的低熔物,从而降低了水口中表面层粘度,引起剧烈的熔损,残熔物混杂到钢水中,易形成非金属夹杂。因此,当钢中的Mn含量超过。0.6%以上,铝碳质优于熔融石英质对钢水的洁净作用,使用熔融石英质浸入式水口足不适宜的。生产实践表明,用熔融石英质浸入式水口浇Q345,水口侵蚀速度达6~10mm/h,浇铸普碳钢则为1~1.5mm/h。

  4.3保护渣的作用

  对于酸性保护渣,在高温钢水中,熔融石英质水口表面形成高粘度的玻璃层,并逐渐变成方石英,保护渣在一定的粘度和温度下不易渗入,熔融石英质比铝碳质对酸性保护渣的抗侵蚀性较强,但保护渣中碱金属执化物越多,对水口的熔损量越大,熔融石英质水口受保护渣融损影响显著高于铝碳质水口。

  5浸入式水口的应用

  5.1浸入式水口使用寿命及效果的影响因素

  5.1.1定径水口或快换水口的安装足否垂直,若不垂直,从定径水口下到浸入式水口的钢流直接冲击水口壁,使局部冲刷而降低使用寿命。

  5.1.2定径水口足否对中,对中误差大,钢流在结晶器中的回流不均衡,既影响洁睁不平衡,又使浸入式水口熔损不均匀。

  5.1.3钢水温度对浸入式水口影响极大,温度低,易堵塞水口;温度高,对结晶器及浸入式水口的熔损严重。

  5.1.4钢水成分对浸入式水口熔损影响最大,钢水中[S]增多,熔损量大;[0]增多,熔损量增大,尤其足Al2O3高于[O]含量时,ZrO2熔损严重;低于[O]含量时,SiO2熔损严重;[Mn]对熔融石英质水口的熔损量极大,随着[Mn]的增多,熔损量急剧提高。

  5.2浸入式水口对工艺质量的影响

  5.2.1浸入式水口的插入深度对结晶器液面的波动值有一定程度的影响。随着插入深度的增大,结晶器上部钢液滞留程度增大,抑制夹杂物的充分上浮。优良的结晶器浸入式水口应使结晶器液面平均波高值小,波动值稳定且最大波高值较小。一般的浸入式水口的插入深度对于板坯侧孔上檐到液面h=100mm;对于方坏h=50mm。

  5.2.2浸入式水口的形状在很大程度上支配着钢水在结晶器内的流动状况,也对非金属夹杂物上浮分离和凝固壳厚度的形成有重大影响。因此,它足影响铸坏内夹杂物分布及铸坯表面缺陷等质量状况的非常重要因素。对浸入式水口的通钢量要求一定的中孔流速,侧孔形状从水模试验及相关资料表明,矩形或椭圆效果好,且S侧孔×2/S中孔=3为宜。

  5.3铝碳质浸入式水口的堵塞原因及措施

  5.3.1原因

    (1)水口中的SiO2与钢水中的Al、Ti生成网络状的Al2O3沉淀。

    (2)耐材中的Al2O3被铝碳质中的C还原为Al,与钢中[O]反应生成Al2O3沉积。

    (3)石墨良好的导热性使水口内壁及钢水界面温度降低,导致Al2O3沉积。

    (4)铝碳中石果先期脱碳,造成水口壁凹凸不平,利于钢水中的Al2O3沉积。

  5.3.2防止水口堵塞措施

    (1)采取在界面上形成低熔点物质的水口材质,可以有效控制水口附着Al2O3,如采ZrO2-CaO-C质,由于CaO、ZrO2分解生成了CaO、ZrO2、Al2O3低熔物相,并随钢水的流动而消失,故有效地抑制Al2O3的附若生长。

    (2)句浸入式水口内吹氢气,减少脱执产物附若频率。

    (3)在中间包控制温度下降,使用带狭缝的绝热水口,减少脱执产物的附若频率。

    (4)优化水口的几何形状,并使水口壁光滑,不易被钢水润湿等。

  6浸入式水口的工艺效果

  浸入式水口对钢水质量的影响有正反两方面,一方面浸入式水口对钢流的保护作用,防止钢水的二次执化而洁睁钢水;另一方面同钢水发生化学反应并侵蚀而污染钢水。

    浸入式水口的材质对钢中人型夹杂物的影响见表1。出口角度减小,夹杂物个数少,Al2O3-C质夹杂物大大小于石英质。有关数据表明:Al2O3质造成的夹杂物尺寸仅为石英质夹杂物尺寸的一半。

  表1 水口不同材质及出口角度对杂质的影响

  材质浸入式水口出口角度°夹杂物个数(个/100cm2)

  熔融石英质43 1.01

  熔融石英质15 0.21

  铝碳质3 0.05

  7结论

  7.1不同材质水口的热稳定性、耐腐蚀性、使用寿命等有所不同,其材质影响钢水的清洁度。

  7.2石英质浸入式水口适用于浇注一般钢种,铝碳质浸入式水口适用于浇注优质钢种。铝碳质浸入式水口对钢种的适应性强于石英质浸入式水口。


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