連鑄“三大件”抗氧化的研究和防護(hù)

宋云階

摘 ?要 ?連鑄“三大件”抗氧化性能是功能耐火材料在鋼廠使用和研究的重點(diǎn)，它影響到耐火材料使用壽命和鋼坯質(zhì)量的優(yōu)劣。本文闡述了連鑄“三大件”的氧化行為，簡(jiǎn)單介紹了連鑄“三大件”的各種氧化防護(hù)措施，確定了連鑄“三大件”的釉料配方。

關(guān)鍵詞 ?連鑄“三大件”;抗氧化;石墨;防護(hù)措施;釉料

0 ?前 ?言

整體塞棒、長(zhǎng)水口、浸入式水口等功能耐火材料統(tǒng)稱(chēng)連鑄“三大件”，其材質(zhì)主要有鋁碳質(zhì)、鋁鋯碳質(zhì)、鎂碳質(zhì)、鎂鋁尖晶石碳質(zhì)，屬于炭素耐火材料，它具有高導(dǎo)熱性、高熱穩(wěn)定性、高溫條件下較低的線(xiàn)膨脹系數(shù)，廣泛用于鋼鐵冶金行業(yè)。但是在高溫條件下連鑄“三大件”易氧化，一旦碳氧化后生成CO、CO2氣體從炭材料表面脫出，使得產(chǎn)品表面變得疏松，其高溫性能大大降低。因此，著重研究連鑄“三大件”的高溫抗氧化釉料，從而提高其高溫使用性能以及產(chǎn)品的使用壽命。

1 ?連鑄“三大件”的氧化過(guò)程

炭材料內(nèi)部的晶格缺陷，或材料在制備過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，以及原材料的純度低，有雜質(zhì)微粒（Na、K、Mg、S等）的存在，使得炭材料中存在一些活性點(diǎn)部位，容易吸附空氣中的氧氣，在溫度高于370 ℃時(shí)開(kāi)始發(fā)生氧化反應(yīng)。

隨著溫度升高，450～650 ℃反應(yīng)速度增大，石墨被氧化的速度加快;大于650 ℃，炭材料表面的石墨被完全反應(yīng)掉，表面變得疏松、強(qiáng)度變低，經(jīng)高溫鋼水沖刷，表層會(huì)被沖刷掉，從而降低了連鑄“三大件”的使用壽命。連鑄“三大件”在燒成過(guò)程中密封不好，吸入空氣易氧化;鋼廠高溫烘烤（900～1 100 ℃）以及澆鋼過(guò)程中鋼水溫度高（1 500 ℃以上），石墨與空氣中的氧氣反應(yīng)被氧化掉。

2 ?連鑄“三大件”的防護(hù)措施

使用高純耐火原料，在配方體系中加入合適的添加劑（金屬硅粉、碳化硅粉、碳化硼粉等），從而提高連鑄“三大件”的抗氧化性。

連鑄“三大件”燒成時(shí)的防護(hù)大致有：（1）埋炭燒成，在不銹鋼罐內(nèi)先鋪一層篩選過(guò)的焦炭，再將半成品裝入罐中，然后鋪一層焦炭，蓋好蓋子，做好砂封，按升溫曲線(xiàn)燒成。（2）不埋炭燒成時(shí)加強(qiáng)密封，微正壓燒成，利用碳和空氣中的氧反應(yīng)生成CO和CO2氣體，鋼罐內(nèi)處于缺氧氣氛。燒成到一定溫度時(shí)，及時(shí)關(guān)閉排氣孔，防止吸入空氣被氧化。（3）施釉裸燒法，半成品先加工，表面涂防氧化釉料，干燥后裝窯，按升溫曲線(xiàn)燒成，升到一定溫度時(shí)釉料釉化，形成釉膜覆蓋層，在磚體表層隔絕空氣，阻止石墨氧化。

埋炭燒成工藝能耗高、工作量大、環(huán)境差、粉塵多，不利于環(huán)保節(jié)能，現(xiàn)在連鑄“三大件”一般不采用埋炭燒成，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)條件，大多采用后面兩種生產(chǎn)工藝。

連鑄“三大件”采用施釉防止氧化大致有四種：浸釉法、刷釉法、淋釉法、噴釉法。按配方配制釉料，加入適量的水，在球磨機(jī)中球磨12 h以上，球磨成膠體狀，過(guò)篩后施釉。浸釉法是將連鑄“三大件”浸入釉料溶液中，磚坯表層形成一層釉膜覆蓋層，釉層厚度依浸液時(shí)間和釉料濃度決定。取出磚坯后，由于下部積釉偏厚，要求修釉。這種方法效率快、釉料厚度均勻，適合小的直孔浸入式水口浸釉;大的磚坯（長(zhǎng)水口、塞棒）采用淋釉法，先將磚坯放在支撐架上，裝釉料的容器放在高處，通過(guò)軟管流淌釉料溶液，磚坯表面淋涂的釉層厚薄均勻、效率快，溢出的釉料流入池子里，通過(guò)泵抽到上面容器中回用，避免浪費(fèi);刷釉法是將釉料溶液用刷子涂抹在磚坯表層，缺點(diǎn)是釉料厚度和均勻度難控制，適合于小批量、小規(guī)模生產(chǎn);噴釉法是通過(guò)噴槍將釉料溶液噴涂在磚坯外表面，內(nèi)腔用滾筒涂釉，釉料附著性好、致密度高。上述防護(hù)措施根據(jù)生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)條件采用適合自己的生產(chǎn)工藝進(jìn)行操作。

3 ?抗氧化釉料的研制

B2O3釉料的抗氧化性機(jī)理是利用B2O3在600～1 000 ℃內(nèi)的粘度形成易流動(dòng)的玻璃保護(hù)膜，阻擋氧的侵入。但是B2O3在1 000 ℃以上，特別是有水蒸氣存在時(shí)，容易生成硼酸而大量揮發(fā)，這一特點(diǎn)限制了B2O3涂層在更高溫度下使用。為此研制開(kāi)發(fā)了一種新型釉料，以B2O3為基料，加入特殊的氧化物（Na2O、K2O、Al2O3、B4C等），該釉料是一種耐高溫、長(zhǎng)壽命、抗氧化復(fù)合梯度釉料。研制開(kāi)發(fā)的釉料在多個(gè)鋼廠使用下來(lái)抗氧化效果很好，連鑄“三大件”的使用壽命大大提高了。

（1）原料

主要原料采用：電熔石英、鉀長(zhǎng)石、焦寶石、1#蘇州土、硼玻璃粉等，其化學(xué)成分如表1所示。

（2）原料配比

通過(guò)大量試驗(yàn)，并且在多個(gè)鋼廠使用下來(lái)，采用Ⅶ號(hào)釉料配方，連鑄“三大件”的抗氧化效果很好，產(chǎn)品的壽命得到提高，釉料試驗(yàn)配方如表2所示。

目前，好多生產(chǎn)廠家使用的進(jìn)口釉料價(jià)格在4萬(wàn)元/t以上，價(jià)格昂貴、生產(chǎn)成本高，采用我們自己研制的Ⅶ號(hào)釉料，成本約2 600元/t，完全能替代進(jìn)口釉料，節(jié)約成本。

（3）制備工藝

釉料制備工藝流程：原料稱(chēng)重→配料→裝入球磨罐加入適量的水→球磨12 h→過(guò)篩→施釉→干燥

（采用裸燒工藝方案，施釉后按裸燒的升溫曲線(xiàn)燒成），釉料制備過(guò)程中按配方配料，以料：球石：水=1：2：0.7的比例裝入球磨罐中，在球磨機(jī)中球磨12 h，釉料的細(xì)度用240目篩篩分，施釉厚度0.3～0.5 mm。

4 ?結(jié) ?論

（1）掌握連鑄“三大件”的氧化過(guò)程，采用適當(dāng)?shù)目寡趸雷o(hù)措施，避免產(chǎn)品在燒成過(guò)程中和鋼廠烘烤及澆鋼過(guò)程中氧化，提高產(chǎn)品的使用壽命。

（2）研制開(kāi)發(fā)的高溫抗氧化釉料不僅能提高連鑄“三大件”的抗氧化性能，還可以節(jié)約生產(chǎn)成本。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]魏明坤，肖輝，梁愛(ài)民.炭材料的高溫抗氧化研究進(jìn)展[J].江蘇陶瓷，2003（1）：24-27.

[2]徐利華，劉紅建，朱戈.無(wú)鉛、無(wú)硼金屬釉的制備研究[J].江蘇陶瓷，2013（5）：15-16.