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連鑄鋼切莫忽視對耐火材料的選型
發(fā)布時間：2017/3/28 11:31:46 點擊率： 來源:艾米 作者：榮盛耐材 經(jīng)30多年的努力，采用連續(xù)鑄鋼已逐漸取代鋼錠模澆鑄。各國廣泛采用厚度為150～250mm連鑄板坯生產(chǎn)板材，進入80年代連鑄技術(shù)有了突破性的進展。目前，開發(fā)能澆注更薄的板坯，更高的澆注速度，使生產(chǎn)能力具有經(jīng)濟規(guī)模的連鑄技術(shù)，甚至開發(fā)從鋼水直接澆鑄成薄帶，直接作為成品或半成品的連鑄技術(shù)。
為提高連鑄機的生產(chǎn)率，增加拉坯速度是關(guān)鍵，實現(xiàn)高效連鑄的主要技術(shù)有：結(jié)晶器潤滑技術(shù)；穩(wěn)定注入鋼水技術(shù)，液面控制技術(shù)；防止外來夾雜和保護渣卷入，以及防止內(nèi)裂的技術(shù)等。通過采取這些技術(shù)措施，目前在大生產(chǎn)的鑄機上拉坯速度可達到3.0m/min，在試驗機上達到了5.0m/min。為實現(xiàn)高效連鑄，所用耐火材料的選型亦是重要條件之一。
一、薄板坯連鑄用耐火材料
新興發(fā)展的薄板坯連鑄機，可生產(chǎn)厚度為20～60mm，寬度為500～1200mm的薄板坯，直接供給熱軋廠的精軋機組作為坯料。德國曼內(nèi)斯曼-德馬克公司開發(fā)的薄板坯鑄-軋工藝（簡稱ISP），該工藝的技術(shù)特點如下：
（1）立彎式結(jié)晶器（圖4-66）。結(jié)晶器上部為垂直，下部為弧形結(jié)構(gòu)，側(cè)板可調(diào)。鑄坯在結(jié)晶器上部區(qū)域垂直拉引到結(jié)晶器中部與鑄機的弧形半徑相切。這種結(jié)晶器具有適合浸入式水口的佳空間。
水口外形為扁平狀，因而與鋼水的內(nèi)接觸面要比圓形、橢圓形的常規(guī)浸入式水口大2.5倍，防止Al2O3，在水口壁沉積而堵塞，加之浸入式水口壁與結(jié)晶器壁的間距為10～15mm，要防止凝鋼搭橋，因此使用前需要髙溫供烤，同時為防堵塞結(jié)瘤，要求鋼水精煉采用無氧化澆注。
（3）保護渣。由于結(jié)晶器的形狀和澆注薄板坯的高澆注速度，一開始很難穩(wěn)定和控制保護渣膜，會導致澆注敏感的鋼種產(chǎn)生縱裂紋。解決方法如下：
1）低熔點渣；
2）低粘度渣；
3）顆粒渣替代粉劑渣。
二、水平連鑄用耐火材料
1、分離環(huán)
鋼的水平連鑄是一項發(fā)展前景廣闊的新技術(shù)，它具有設(shè)備簡單、投資省、操作方便等優(yōu)點，加之中間包和結(jié)晶器直接水平相連，能有效地防止鋼水的二次氧化（防止鋼包和中間包的鋼液和注流以及結(jié)晶器內(nèi)的鋼液與空氣接觸發(fā)生氧化膜或氧化渣皮），減少鑄坯中的非金屬夾雜和表面缺陷，從而保證連鑄坯質(zhì)量。
水平連鑄與傳統(tǒng)的弧形連鑄相比的優(yōu)點是：
（1）由于設(shè)備水平布置，機身低、基建投資低。
（2）鑄坯質(zhì)量高。由于中間包與結(jié)晶器直接相連，防止了二次氧化，且鋼水中夾雜物易在中間包上浮，提高了鋼淸潔度。
（3）能直接澆注成小型鑄坯（如70mm方坯），甚至幾毫米的線坯。因此能用小的軋制比取得終了產(chǎn)品，大大地縮短了冶金生產(chǎn)流程。
（4）安全可靠性好。由于設(shè)備水平布置，一旦拉漏對后續(xù)設(shè)備燒損小，而且水平連鑄中安有專門的拉漏監(jiān)控裝置，可以對拉漏進行監(jiān)控。目前，水平連鑄適合于中小型鋼廠與電爐匹配生產(chǎn)小型斷面鑄坯。
在水平連鑄中，“分離環(huán)”——將中間包與結(jié)晶器密封連接，是關(guān)鍵性的功能耐火材料。該連接部位既要密封，實現(xiàn)密封澆注，又要作為鋼水結(jié)晶前沿凝固的起點“人工液面”從鋼水進入分離環(huán)起，四周開始凝固，接著凝殼與分離環(huán)分離，在結(jié)晶中形成鑄坯。分離環(huán)的主要作用有：
（1）密封連接中間包和結(jié)晶器；
（2）防止由于鋼水溫度下降而凝固堵塞結(jié)晶器；
（3）確定結(jié)晶器初生坯殼凝固的位置。
2、分離環(huán)應(yīng)具備的條件
分離環(huán)位于中間包與結(jié)晶器間密封連接，該處容易被鋼水侵蝕，若形成“倒喇叭口”則無法拉出鑄坯，因此所用材質(zhì)，既要能經(jīng)受高溫沖擊，還要容易加工，才能使它與結(jié)晶器銅套嚴密配合。同時分離環(huán)在工作狀態(tài)下，與高溫鋼水和水冷結(jié)晶器低溫銅套接觸，因此起著承受熱應(yīng)力和周圍環(huán)境的外載荷產(chǎn)生的機械應(yīng)力的作用。
對分離環(huán)及其所用材質(zhì)需要具備以下主要條件：
（1）不易被鋼水潤濕，使鑄坯與分離環(huán)能順利分開。
（2）高溫機械強度好，耐磨損、抗侵蝕。
（3）分離環(huán)承受溫度梯度大，要求耐熱沖擊性好，抗剝落，體積穩(wěn)定。此外，由于分離環(huán)的兩個面均浸泡在鋼水中，如果分離環(huán)出現(xiàn)剝落或裂紋，鑄埋殼前沿形態(tài)將不穩(wěn)定，不均勻。嚴重時，坯殼前沿則與分離環(huán)粘結(jié)在一起，不能“分離”，使坯殼拉斷。
同時分離環(huán)的使用還需注意：
1）烘烤預熱，防止裂紋；
2）防潮，分離環(huán)中含有B2O3，吸濕后會生成H3BO4，在烘烤、使用時放出水氣，使制品開裂破壞；
3）防氧化；BN基的分離環(huán)抗氧化能力較差，預熱烘烤溫度若過高或時間長，分離環(huán)將會氧化表層出現(xiàn)鼓脹或小泡，影響使用壽命。
3、閘板用耐火材料
水平連鑄用閘板與滑動水口的滑板相類似，水平連鑄的閘板為雙闡板，即由兩塊閘板組成。閘板的一塊與中間包水口相連接，另一塊與結(jié)晶器水口相接觸。兩塊閘板中間各有一個流鋼孔。在開澆前，兩塊閘板分別堵住中間包和結(jié)晶器水口的流鋼孔。
開澆時，兩塊閘板同時向下滑動，使其流銅孔與中間包和結(jié)晶器水口的流鋼孔一致。這時，中間包中的銅水，通過中間包水口進入閘板孔，再進入結(jié)晶器水口，終通過分離環(huán)進入結(jié)晶器，這時拉坯開始，當澆注完畢時，兩塊閘板同時上滑，堵住中間包水口和結(jié)晶器水口的流銅口，阻止鋼水進入結(jié)晶器。然后中間包移走，并帶走一塊閘板，另一塊閘板則與結(jié)晶器水口相連，防止鋼水從結(jié)晶器中倒流出來。閘板承上啟下，起到安全澆鑄、保證質(zhì)量的重要作用。
其性能應(yīng)具備以下幾點：
（1）耐鋼水和熔渣的侵蝕和沖刷。
（2）具有較髙的機械強度和耐磨性。
（3）具有良好的抗熱震性。
（4）有較高的平整度和光滑度。
目前，閘板材質(zhì)主要有含ZrO2 85%的閘板，含ZrO2 65%～75%的閘板，以及高鋁碳-鋯剛玉碳復合閘板。鋯質(zhì)閘板價格高，為了降低成本研制了Al2O3-C和Al2O3-ZrO2-C復合閘板，在鋼廠水平連鑄機試用，情況良好。閘板不開裂或很少有開裂現(xiàn)象。流鋼孔光滑、沒有沉積物、侵蝕很小，每小時侵蝕量約0.3mm。
為提高連鑄機的生產(chǎn)率，增加拉坯速度是關(guān)鍵，實現(xiàn)高效連鑄的主要技術(shù)有：結(jié)晶器潤滑技術(shù)；穩(wěn)定注入鋼水技術(shù)，液面控制技術(shù)；防止外來夾雜和保護渣卷入，以及防止內(nèi)裂的技術(shù)等。通過采取這些技術(shù)措施，目前在大生產(chǎn)的鑄機上拉坯速度可達到3.0m/min，在試驗機上達到了5.0m/min。為實現(xiàn)高效連鑄，所用耐火材料的選型亦是重要條件之一。
一、薄板坯連鑄用耐火材料
新興發(fā)展的薄板坯連鑄機，可生產(chǎn)厚度為20～60mm，寬度為500～1200mm的薄板坯，直接供給熱軋廠的精軋機組作為坯料。德國曼內(nèi)斯曼-德馬克公司開發(fā)的薄板坯鑄-軋工藝（簡稱ISP），該工藝的技術(shù)特點如下：
（1）立彎式結(jié)晶器（圖4-66）。結(jié)晶器上部為垂直，下部為弧形結(jié)構(gòu)，側(cè)板可調(diào)。鑄坯在結(jié)晶器上部區(qū)域垂直拉引到結(jié)晶器中部與鑄機的弧形半徑相切。這種結(jié)晶器具有適合浸入式水口的佳空間。
（2）薄壁浸入式水口（圖4-67），由于結(jié)晶器空間小，對浸入式水口提出了特殊要求，因而開發(fā)了特殊形狀的薄壁浸入式水口。
水口的下口總厚僅30～35mm。采用加強水口壁厚度為10mm，寬度為250mm。水口通道的厚度為10～15mm，流量為2～3t/min、浸入式水口材質(zhì)為含氮化硼（BN）和氧化鋯（ZrO2）的高鋁碳質(zhì)。其使用壽命為4h。
水口外形為扁平狀，因而與鋼水的內(nèi)接觸面要比圓形、橢圓形的常規(guī)浸入式水口大2.5倍，防止Al2O3，在水口壁沉積而堵塞，加之浸入式水口壁與結(jié)晶器壁的間距為10～15mm，要防止凝鋼搭橋，因此使用前需要髙溫供烤，同時為防堵塞結(jié)瘤，要求鋼水精煉采用無氧化澆注。
（3）保護渣。由于結(jié)晶器的形狀和澆注薄板坯的高澆注速度，一開始很難穩(wěn)定和控制保護渣膜，會導致澆注敏感的鋼種產(chǎn)生縱裂紋。解決方法如下：
1）低熔點渣；
2）低粘度渣；
3）顆粒渣替代粉劑渣。
二、水平連鑄用耐火材料
1、分離環(huán)
鋼的水平連鑄是一項發(fā)展前景廣闊的新技術(shù)，它具有設(shè)備簡單、投資省、操作方便等優(yōu)點，加之中間包和結(jié)晶器直接水平相連，能有效地防止鋼水的二次氧化（防止鋼包和中間包的鋼液和注流以及結(jié)晶器內(nèi)的鋼液與空氣接觸發(fā)生氧化膜或氧化渣皮），減少鑄坯中的非金屬夾雜和表面缺陷，從而保證連鑄坯質(zhì)量。
水平連鑄與傳統(tǒng)的弧形連鑄相比的優(yōu)點是：
（1）由于設(shè)備水平布置，機身低、基建投資低。
（2）鑄坯質(zhì)量高。由于中間包與結(jié)晶器直接相連，防止了二次氧化，且鋼水中夾雜物易在中間包上浮，提高了鋼淸潔度。
（3）能直接澆注成小型鑄坯（如70mm方坯），甚至幾毫米的線坯。因此能用小的軋制比取得終了產(chǎn)品，大大地縮短了冶金生產(chǎn)流程。
（4）安全可靠性好。由于設(shè)備水平布置，一旦拉漏對后續(xù)設(shè)備燒損小，而且水平連鑄中安有專門的拉漏監(jiān)控裝置，可以對拉漏進行監(jiān)控。目前，水平連鑄適合于中小型鋼廠與電爐匹配生產(chǎn)小型斷面鑄坯。
在水平連鑄中，“分離環(huán)”——將中間包與結(jié)晶器密封連接，是關(guān)鍵性的功能耐火材料。該連接部位既要密封，實現(xiàn)密封澆注，又要作為鋼水結(jié)晶前沿凝固的起點“人工液面”從鋼水進入分離環(huán)起，四周開始凝固，接著凝殼與分離環(huán)分離，在結(jié)晶中形成鑄坯。分離環(huán)的主要作用有：
（1）密封連接中間包和結(jié)晶器；
（2）防止由于鋼水溫度下降而凝固堵塞結(jié)晶器；
（3）確定結(jié)晶器初生坯殼凝固的位置。
2、分離環(huán)應(yīng)具備的條件
分離環(huán)位于中間包與結(jié)晶器間密封連接，該處容易被鋼水侵蝕，若形成“倒喇叭口”則無法拉出鑄坯，因此所用材質(zhì)，既要能經(jīng)受高溫沖擊，還要容易加工，才能使它與結(jié)晶器銅套嚴密配合。同時分離環(huán)在工作狀態(tài)下，與高溫鋼水和水冷結(jié)晶器低溫銅套接觸，因此起著承受熱應(yīng)力和周圍環(huán)境的外載荷產(chǎn)生的機械應(yīng)力的作用。
對分離環(huán)及其所用材質(zhì)需要具備以下主要條件：
（1）不易被鋼水潤濕，使鑄坯與分離環(huán)能順利分開。
（2）高溫機械強度好，耐磨損、抗侵蝕。
（3）分離環(huán)承受溫度梯度大，要求耐熱沖擊性好，抗剝落，體積穩(wěn)定。此外，由于分離環(huán)的兩個面均浸泡在鋼水中，如果分離環(huán)出現(xiàn)剝落或裂紋，鑄埋殼前沿形態(tài)將不穩(wěn)定，不均勻。嚴重時，坯殼前沿則與分離環(huán)粘結(jié)在一起，不能“分離”，使坯殼拉斷。
同時分離環(huán)的使用還需注意：
1）烘烤預熱，防止裂紋；
2）防潮，分離環(huán)中含有B2O3，吸濕后會生成H3BO4，在烘烤、使用時放出水氣，使制品開裂破壞；
3）防氧化；BN基的分離環(huán)抗氧化能力較差，預熱烘烤溫度若過高或時間長，分離環(huán)將會氧化表層出現(xiàn)鼓脹或小泡，影響使用壽命。
3、閘板用耐火材料
水平連鑄用閘板與滑動水口的滑板相類似，水平連鑄的閘板為雙闡板，即由兩塊閘板組成。閘板的一塊與中間包水口相連接，另一塊與結(jié)晶器水口相接觸。兩塊閘板中間各有一個流鋼孔。在開澆前，兩塊閘板分別堵住中間包和結(jié)晶器水口的流鋼孔。
開澆時，兩塊閘板同時向下滑動，使其流銅孔與中間包和結(jié)晶器水口的流鋼孔一致。這時，中間包中的銅水，通過中間包水口進入閘板孔，再進入結(jié)晶器水口，終通過分離環(huán)進入結(jié)晶器，這時拉坯開始，當澆注完畢時，兩塊閘板同時上滑，堵住中間包水口和結(jié)晶器水口的流銅口，阻止鋼水進入結(jié)晶器。然后中間包移走，并帶走一塊閘板，另一塊閘板則與結(jié)晶器水口相連，防止鋼水從結(jié)晶器中倒流出來。閘板承上啟下，起到安全澆鑄、保證質(zhì)量的重要作用。
其性能應(yīng)具備以下幾點：
（1）耐鋼水和熔渣的侵蝕和沖刷。
（2）具有較髙的機械強度和耐磨性。
（3）具有良好的抗熱震性。
（4）有較高的平整度和光滑度。
目前，閘板材質(zhì)主要有含ZrO2 85%的閘板，含ZrO2 65%～75%的閘板，以及高鋁碳-鋯剛玉碳復合閘板。鋯質(zhì)閘板價格高，為了降低成本研制了Al2O3-C和Al2O3-ZrO2-C復合閘板，在鋼廠水平連鑄機試用，情況良好。閘板不開裂或很少有開裂現(xiàn)象。流鋼孔光滑、沒有沉積物、侵蝕很小，每小時侵蝕量約0.3mm。
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