钢铁连铸中间包与侵入式水口用耐火材料,由耐火材料厂收集整理。
1.中间包:
过去中间包的作用只是储存、保持钢流稳定,分配钢液给各结晶器,维持连续浇铸的过渡性盛钢液的容器。现在认识到中间包是接触钢液的最后一个容器,是提高钢的质量、得到洁净钢最重要的一个环节。要求中间包衬与水口尽量对钢液污染少,并希望在中间包内能提温、除去钢中杂质与夹杂物。因此,近年来在中间包内增加了调整温度、清除钢水中非金属夹杂物和进行精炼的功能。
从钢中平衡氧含量与各种耐火氧化物及其化合物中的金属元素在钢液中浓度的关系。例如,若中间包衬采用莫来石(3Al2O3·2SiO2)耐火材料,钢中Si含量为0.1045%,钢中平衡氧[O]含量为54.2×10-6,此时钢中Al含量为1.3×10-6。若中间包衬采用镁橄榄石(2MgO·SiO2)耐火材料,如果钢中Si含量仍为0.1045%,钢中平衡氧含量[O]则降为10.3×10-6,此时钢中Mg含量为7.8×10-6。若中间包衬采用锆英石耐火材料(ZrO2·SiO2),钢中Si含量亦为0.1045%,钢中平衡氧含量[O]为91.5×10-6。由此看来,中间包衬采用镁橄榄石,其氧化物夹杂将比采用莫来石减少5倍。采用锆英石,其氧化物夹杂将比莫来否增加1倍。
ZrO2、CaO、MgO、MgO·Al2O3与2CaO·SiO2材质是较理想的中间包衬耐火材料,它们产生的氧化物夹杂少,不会造成钢液被耐火材料再氧化。其次是镁橄榄石,硅质是不好的。
现在不少钢种都采用Al脱氧。Al脱氧要产生Al2O3晶体,溶于钢中的Al会将耐火材料中的SiO2还原,同时产生Al2O3,2[Al]+3/2SiO2→Al2O3+3/2[Si]。如不从钢中除去Al2O3,就会成为钢钢中夹杂物。采用CaO质材料作中间包衬,由于CaO易与Al2O3反应形成液态铝酸钙,在钢中上浮并被除去。此外,CaO还有很好的脱硫效果。因此,开发CaO质中间包衬与涂层甚有意义。
在日本中间包衬多为镁质涂层,欧美多为镁橄榄石质隔热板。我国大部分为硅质隔热板,显然是不合适的。
中间包挡渣堰、钢液过滤器也应以碱性材料为宜。
2.浸入式水口:
浇铸过程中水口发生堵塞,特别是在用Al2O3-C质浸入式水口浇铸Al镇静钢、含Al钢、含Ti钢、稀土钢时,堵塞问题严重。水口堵塞破坏了正常浇铸,引起结晶器中钢液面波动,造成拉漏停浇。水口的堵塞物进入钢中成为夹杂物直接影响钢的质量。水口堵塞机理还不十分清楚。为了防止水口堵塞,曾对水口材质与水口结构进行了许多研究。归纳起来,防止水口堵塞有以下办法:
(1)减少钢中Al2O3量,消除造成钢中Al氧化的氧源。其方法是在盛钢桶至中间包之间采用保护管,避免钢包至中间包之间钢流被氧化。在Al2O3-C水口表面涂密封釉,在浸入式水口与中间包之间的连接处进行密封,以免吸入空气造成氧化。减少水口中易还原氧化物Na2O、SiO2的含量,以免与Al反应产牛Al2O3。
本森(Benson)根据热力学汁算与实验验证认为,Al2O3-C浸入式水口本身就会产生氧源。因为在Al2O3-C质水口内会发生Al2O3+C→Al4C3+CO反应,产生CO,其压力为587Pa。这一压力高于2A1+3CO→Al4O3+C反应的平衡CO压力(33Pa),就会造成钢液中Al的氧化。因此,Al2O3-C质浸入式水口的堵塞问题很难解决。
(2)钢液温度低时,钢液流动性差,易粘水口并在水口内冻结。为了避免堵塞,除提高钢液温度外,可在水口周围加隔热层或电加热。川村(Kawamura)指出,在制造Al2O3-C质浸入式水口时,在水口内制成一个厚1~5mm的陶瓷纤维隔热层,可减少浇钢初期的堵塞现象。