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郑州荣盛窑炉耐火材料有限公司
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功能耐火材料在连铸的应用及发展趋势

时间:2020-10-16 11:31 作者:耐火材料生产厂家点击:


 
连铸技术的迅速发展使其相关的耐火材料在品种和质量上都得到相应的发展和提高。连铸用耐火材料对连铸生产和连铸钢坯质量有很大的影响。为此,在发展连铸技术的同时,相应发展连铸用耐火材料。 
连铸用耐火材料是连铸机组中的重要部位,除具有一般的耐火材料特性外,还要求有净化钢水、改善钢的质量、稳定钢水的温度和成分、控制和调节钢水流量等功能,因而被称为功能耐火材料。特点是高性能、高精度和高技术,由于使用条件苛刻,要求安全可靠。
连铸用“功能耐火材料”在性能上除具有一定的冶金功能外,还要求有优异的抗热震性、高温强度和抗侵蚀性等。随着薄板(带)坯连铸、近终形连铸等技术的发展以及对铸坯质量要求的提高,连铸用耐火材料无论在原料选用、制作工艺或产品的功能等方面均已进入高技术陶瓷或高温陶瓷领域。该材料由于受到钢水、熔渣等高温下的物理化学作用,使用条件更加苛刻。
为满足连铸技术不断发展的需要,重要支撑条件之一是必须具备从钢包到结晶器有一整套优质功能耐火材料,并形成系列化。如采用碱性钢包内衬,中间包采用碱性涂料等,其优点在于延长使用寿命,并且具有净化钢水的功能;在中间包采用陶瓷过滤器,进一步降低钢水中的非金属夹杂物含量,采用优质长水口和浸入式水口实现多炉连浇的需要。
连铸系统用耐火材料品种包括:钢包耐火材料、钢包衬、透气元件等;功能耐火材料-指中间包耐火材料,无氧化浇注用长水口、浸入式水口;钢水流量控制用滑动水口、整体塞棒;净化钢水用陶瓷过滤器、挡渣墙和水平连铸用分离环、闸板等。
连铸用功能耐火材料——整体塞棒
塞棒是连铸“三大件”之一,是连铸用用功能耐火材料。塞棒主要有组合塞棒和整体塞棒两种形式。组合塞棒由塞头砖和袖砖组成。
塞棒主要起到中间包开闭作用,除能自动控制中间包至结晶器之间的钢水流量外,还可以通过塞棒的吹氩孔向中间包吹入氩气和其他惰性气体。塞棒兼有控制钢流和净化钢水的功能。塞棒仅在开浇及停浇时使用,平时处于打开的状态。在连铸开浇时为了防止中间包滑动水口打不开,故开浇时滑动水口是打开状态,钢流控制由塞棒进行,在接近结束浇注时,为了防止中间包内的渣被漩涡带进结晶器,利用塞棒来阻挡漩涡。
塞棒的类型有:(1)组合塞棒。这种传统的塞棒下端棒头(塞头砖)和上端是数节袖砖,上下端用钢管串连而成。由于接缝多,钢水和熔渣很容易侵蚀到连接缝中引起断棒或塞头脱落。(2)整体塞棒。棒身与棒头直接连接在一起,不存在连接缝,这是常用的一种类型。整体塞棒的特点是:采用等静压成型,其形状和尺寸取决于中间包的容量、钢水面高度和中间包的喇叭形状和孔径大小。其塞棒头有空心的、带吹氩孔或带透气塞的。其固定方式有两种:一种是金属销固定,另一种是螺纹固定。
通常塞棒的棒身、棒头、渣线采用不同的配料组成。棒身材料都选用Al2O3-C材质, 
其主体耐火原料可依据现场使用状况而选用高档电熔刚玉原料或特级巩土熟料;渣线部位受中间包覆盖剂和钢液作用,多数情况采用以高档电熔刚玉为原料的Al2O3-C材质,在强侵蚀情况下也选用ZrO2-C材质。棒头是塞棒关键的部位,棒头和水口碗部配合实现控流。棒头和水口碗部设计为曲面形式,以保证良好的控流效果和关闭功能。
决定塞棒控流功能和使用寿命的关键部位是塞棒棒头,保证棒头材料的高性能就显得十分重要。其常用材质有两种:Al2O3-C质棒头和MgO-C质棒头,需视浇注钢种和耐火材料的反应选择。真空度较高时,MgO会与C反应,造成棒头侵蚀加快;钢液Ca含量高时, 
与Al2O3反应,加快棒头冲蚀,不能长时间连铸。通常Al2O3-C棒头比MgO-C棒头更适合于铝镇静钢,而后者非常适合于钙处理钢。
塞棒的发展重点也在棒头材质的变化上。当前含碳材料棒头使用寿命已近限度,对一些高侵蚀性钢种也不完全适应,非氧化物的复合材料将是提高棒头寿命的方向之一。已有报道的是连铸高氧钢,由于碳的氧化使得塞棒及水口寿命降低,采用含AlN产品,使用时表面 
AlN氧化形成Al2O3的致密层,使塞棒的使用寿命得到了提高。
连铸功能耐火材料的发展趋向 
为了满足炼钢技术不断发展的使用要求,提升功能耐火材料的综合高温性能及功能作用,功能耐火材料今后的发展应贯彻多元化、复合化、复杂化、绿色化等发展理念。(1)多元化与复合化在原料选择上要多元化。根据不同部位的性能及使用要求,设计复合或原料梯度配制。高档原料与低档原料的复合;致密原料与低膨胀原料的复合;增强原料与增韧原料的复合;抗侵蚀原料与轻量化原料的复合。根据性能要求,设计目标物相、结合相和结构,优化原料组合和工艺配置,使其在高温下形成复合高温相、多元结合相,利用各物相的特性,提高功能耐火材料综合高温性能。(2)结构的简单化与复杂化从有利于生产制造、均质性能、减缓应力等方面考虑,其宏观结构要简单化、对称化、流线化。从提高性能考虑,其微观结构要复杂化,增加物相种类、晶体形貌、分布趋向的多变化、交叉化和无序化。(3)绿色化从节能环保、简化流程、降低成本等因素考虑,要开发绿色工艺技术、特别是中低温烧成工艺、短流程工艺。开展功能耐火材料在线维修技术的研发,延长服役寿命,降低消耗量。
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