譚杜 鮑志 鮑顥文

摘要為了滿足高拉速鑄機(jī)生產(chǎn)條件下，浸入式下水口能適應(yīng)生產(chǎn)及降低成本的要求，本文通過(guò)對(duì)耐火材料進(jìn)行研究，達(dá)到滿足高拉速條件下浸入式下水口內(nèi)壁具備耐沖刷性能和渣線部位耐侵蝕性，以此達(dá)到長(zhǎng)壽命使用要求。

關(guān)鍵詞 ?長(zhǎng)壽命；浸入式下水口；耐侵蝕

0前言

在鋼鐵工業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，連鑄中間包用耐火材料快速發(fā)展，為連鑄工藝技術(shù)的進(jìn)步提供強(qiáng)有力的支撐。而目前連鑄工藝使用的浸入式水口設(shè)計(jì)方案，一般都以樹脂結(jié)合的Al2O3-C材料為主，為了加強(qiáng)抗侵蝕性，通常其渣線部位選用氧化鋯、石墨等材料，由樹脂結(jié)合成鋯碳質(zhì)材料，部分添加SiC、Si、Al、B4C等添加劑來(lái)提高材料的抗氧化性能，確保滿足連鑄工藝要求。但隨著轉(zhuǎn)爐冶煉節(jié)奏加快，小方坯鑄機(jī)拉速最高達(dá)到5.73 m/min，而后續(xù)超高拉速連鑄生產(chǎn)會(huì)成為一種先進(jìn)連鑄工藝或各鋼廠追求的常態(tài)。在超高拉速生產(chǎn)條件下，為確保坯殼冷卻效果及保護(hù)渣迅速溶解，保持一定的潤(rùn)滑性，防止卷渣等因素，要求保護(hù)渣堿度必須提高，熔點(diǎn)隨之降低。為防止高拉速條件下，結(jié)晶器內(nèi)液面波動(dòng)過(guò)大，下水口浸入深度調(diào)整只能在10～20 mm范圍內(nèi)，同時(shí)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中存在中間包底部變形等影響，導(dǎo)致下水口二次渣線不明顯，造成幾乎接近一道渣線使用，這使得配套浸入式水口的渣線部位（鋼水與保護(hù)渣交接處）使用條件越來(lái)越苛刻。同時(shí)傳統(tǒng)的ZrO2-C材料已經(jīng)不能滿足連鑄過(guò)程的使用要求，一般的下水口生產(chǎn)廠家通常采取提高氧化鋯的含量來(lái)提高渣線材料的抗侵蝕性，但氧化鋯的提高，熱震性能大幅下降，下水口開裂隱患大大增加，往往下水口剛上線就發(fā)生開裂，澆注無(wú)法正常進(jìn)行，達(dá)不到連鑄生產(chǎn)的長(zhǎng)壽命使用要求。若生產(chǎn)廠家在下水口內(nèi)壁設(shè)防開裂層，這樣會(huì)導(dǎo)致下水口有效壁厚變薄，壽命降低。

1研究?jī)?nèi)容

1.1與現(xiàn)有技術(shù)相比，本研究具有以下有益效果

（1）在配料中添加氧化鋯纖維材料，氧化鋯纖維在ZrO2-C材料中能有效形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)材料的裂紋起到阻止作用，其穩(wěn)定性優(yōu)于傳統(tǒng)的ZrO2-C材料，即使提高氧化鋯含量，開裂問(wèn)題得以緩解，除保證材料成品熱震性能外，其自身在ZrO2-C中是無(wú)污染、高耐侵蝕氧化鋯材料，具有非常優(yōu)異的耐侵蝕性能，與傳統(tǒng)ZrO2-C材料比熱震性能提高，抗侵蝕效果明顯。

（2）浸入式下水口壽命提升，有效解決了連鑄生產(chǎn)過(guò)程中更換浸入式下水口次數(shù)，提高了鑄坯收得率。

（3）浸入式下水口壽命提升，減少了崗位員工更換浸入式下水口的勞動(dòng)強(qiáng)度及更換過(guò)程中生產(chǎn)斷流事故的發(fā)生幾率。

（4）浸入式下水口壽命提升，耐材侵蝕進(jìn)一步降低，進(jìn)入鋼水內(nèi)夾雜物減少，提高了鋼水質(zhì)量。

1.2材料配比要求

1.2.1超高拉速長(zhǎng)壽命浸入式下水口耐侵蝕材料配方1

（1）按重量份計(jì)算包括以下成分：氧化鋯顆粒40份，氧化鋯細(xì)粉30份，氧化鋯微粉5份，金屬粉末添加劑3份，結(jié)合劑5份，氧化鋯纖維2份。其中，氧化鋯顆粒為電熔氧化鋯、電熔穩(wěn)定氧化鋯或鈣釔復(fù)合穩(wěn)定氧化鋯中的一種或多種。氧化鋯顆粒的粒度級(jí)配為：0.6 mm10份、0.4 mm35份，且氧化鋯顆粒中ZrO2≥94.0 wt％。其中按重量份計(jì)算，氧化鋯細(xì)粉的粒度級(jí)配為：0.074 mm10份、0.044 mm20份、氧化鋯微粉5份，且氧化鋯微粉中ZrO2≥98.5 wt％，氧化鋯微粉的粒度為<3 μm。結(jié)合劑為酚醛樹脂，結(jié)合劑的粒度為<150目，金屬粉末添加劑為鋁、硅混合物，且金屬粉末中Al+Si含量大于98%。氧化鋯纖維為經(jīng)1 400 ℃高溫處理2 h后形成的纖維，氧化鋯纖維耐壓強(qiáng)度≥80 MPa，抗折強(qiáng)度為15 MPa，氧化鋯纖維中ZrO2>90 wt%。

（2）超高拉速長(zhǎng)壽命浸入式下水口耐侵蝕材料1的制備方法：按比例稱取氧化鋯顆粒40份、氧化鋯細(xì)粉30份、氧化鋯微粉5份、金屬粉末添加劑3份、結(jié)合劑5份和氧化鋯纖維2份，將上述各原料混合后造粒，再將造粒后的材料復(fù)合在水口渣線部位外壁，經(jīng)等靜壓壓制成生坯，經(jīng)過(guò)800～1 000 ℃燒制得成品。

1.2.2超高拉速長(zhǎng)壽命浸入式下水口耐侵蝕材料配方2

（1）按重量份計(jì)算包括以下成分：氧化鋯顆粒50份，氧化鋯細(xì)粉37份，氧化鋯微粉10份，金屬粉末添加劑6份，結(jié)合劑7份，氧化鋯纖維 3份。其中，氧化鋯顆粒為電熔氧化鋯、電熔穩(wěn)定氧化鋯或鈣釔復(fù)合穩(wěn)定氧化鋯中的一種或多種。氧化鋯顆粒的粒度級(jí)配為：0.5 mm17份、0.25 mm45份，且氧化鋯顆粒中ZrO2≥94.0 wt％。其中按重量份計(jì)算，氧化鋯細(xì)粉的粒度級(jí)配為：0.059 mm17份、0.032 mm27份、氧化鋯微粉10份，且氧化鋯微粉中ZrO2≥98.5 wt％，氧化鋯微粉的粒度為<3 μm。結(jié)合劑為酚醛樹脂，結(jié)合劑的粒度為<150目，所述金屬粉末添加劑為鋁、硅混合物，且金屬粉末中Al+Si含量大于98%。氧化鋯纖維為經(jīng)1 600 ℃高溫處理3 h后形成的纖維，氧化鋯纖維耐壓強(qiáng)度≥80 MPa，抗折強(qiáng)度為18 MPa，氧化鋯纖維中ZrO2>90 wt%。

（2）超高拉速長(zhǎng)壽命浸入式下水口耐侵蝕材料2的制備方法：按比例稱取氧化鋯顆粒50份、氧化鋯細(xì)粉37份、氧化鋯微粉10份、金屬粉末添加劑6份、結(jié)合劑7份和氧化鋯纖維3份，將上述各原料混合后造粒，再將造粒后的該材料復(fù)合在水口渣線部位外壁，經(jīng)等靜壓壓制成生坯，經(jīng)過(guò)800～1 000 ℃燒制得成品。

1.2.3超高拉速長(zhǎng)壽命浸入式下水口耐侵蝕材料配方3

（1）按重量份計(jì)算，包括以下成分：氧化鋯顆粒60份，氧化鋯細(xì)粉45份，氧化鋯微粉15份，金屬粉末添加劑8份，結(jié)合劑10份，氧化鋯纖維4份。其中，氧化鋯顆粒為電熔氧化鋯、電熔穩(wěn)定氧化鋯或鈣釔復(fù)合穩(wěn)定氧化鋯中的一種或多種。氧化鋯顆粒的粒度級(jí)配為：0.4 mm25份、0.0125 mm55份，且氧化鋯顆粒中ZrO2≥94.0 wt％。其中按重量份計(jì)算，氧化鋯細(xì)粉的粒度級(jí)配為：0.044 mm25份、0.020 mm35份、氧化鋯微粉15份，且氧化鋯微粉中ZrO2≥98.5 wt％，氧化鋯微粉的粒度為<3 μm。結(jié)合劑為酚醛樹脂，結(jié)合劑的粒度為<150目，所述金屬粉末添加劑為鋁、硅混合物，且金屬粉末中Al+Si含量大于98%。氧化鋯纖維為經(jīng)1 400 ℃高溫處理4 h后形成的纖維，氧化鋯纖維耐壓強(qiáng)度≥80 MPa，抗折強(qiáng)度為達(dá)20 MPa，氧化鋯纖維中ZrO2>90 wt%。

（2）超高拉速長(zhǎng)壽命浸入式下水口耐侵蝕材料3的制備方法：按比例稱取氧化鋯顆粒60份、氧化鋯細(xì)粉45份、氧化鋯微粉15份、金屬粉末添加劑8份、結(jié)合劑10份和氧化鋯纖維4份，將上述各原料混合后造粒，再將造粒后的該材料復(fù)合在水口渣線部位外壁，經(jīng)等靜壓壓制成生坯，經(jīng)過(guò)800～1 000 ℃燒制得成品。

2應(yīng)用及效果

配方1-3所制備得到的超高拉速長(zhǎng)壽命浸入式下水口耐侵蝕材料與傳統(tǒng)的ZrO2-C材料相比較，耐侵蝕材料性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1結(jié)果可知，在配料中添加氧化鋯纖維材料，氧化鋯纖維能在ZrO2-C材料中能有效形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)材料的裂紋起到阻止作用，其穩(wěn)定性優(yōu)于傳統(tǒng)的ZrO2-C材料，同時(shí)除保證材料成品熱震性能外，其自身在ZrO2-C中是無(wú)污染、高耐侵蝕的氧化鋯材料，具有非常優(yōu)異的耐侵蝕性能，與傳統(tǒng)ZrO2-C材料比熱震性能提高，抗侵蝕效果明顯。

3結(jié)論

（1）通過(guò)添加氧化鋯纖維材料，能有效提高浸入式下水口的耐侵蝕能力及抗熱震性，降低外徑侵蝕率，從而提高浸入式下水口使用壽命，最長(zhǎng)可達(dá)到≥14 h。

（2）相比傳統(tǒng)的ZrO2-C材料，添加氧化鋯纖維材料，能有效形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)材料的裂紋起到阻止作用，能杜絕澆注過(guò)程浸入式下水口開裂、刺穿問(wèn)題。

（3）氧化鋯纖維材料加入比重的增加，其中耐壓、抗壓強(qiáng)度、使用時(shí)間均得到提高，顯氣孔率、侵蝕速度明顯下降。

參考文獻(xiàn)

[1]Shung Sheng Kao，Hsin Chin Kua，Oliver Wiens，Wolfgang Moner，Markus Reifferscheid，Nobert Vogl，Gernot Hackl，Gerald Nitzl，潘秀蘭.高速連鑄用新型浸入式水口[J].世界鋼鐵，2014（1）：34-41．

[2]徐其言，周俐，帥勇，孔輝．結(jié)晶器保護(hù)渣與Zr－C質(zhì)浸入式水口的反應(yīng)機(jī)制研究[C].2010年全國(guó)冶金物理化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議專輯（上冊(cè)），2010：499-502．

[3]郭麗華，徐慶斌.不銹鋼連鑄中浸入式水口渣線的化學(xué)蝕損[J].國(guó)外耐火材料，2003，28（3）：44-47．