第七章连铸用耐火材料

为解决浸入式水口渣线部位被严重侵蚀，以及防止氧化铝附着造成水口堵 塞，在铝碳质浸入式水口的基础上开发了一系列的新型浸入式水口。 ➢铝碳-锆碳复合水口； ➢镁碳-铝碳-锆碳复合水口；
4、浸入式水口的损毁因素： （1）侵蚀
（2）堵塞
浸入式水口使用后的附着物和侵蚀情况
（1） 防止侵蚀的措施： ➢ 在浇注过程中采用中间包上
4、浸入式水口的材质与发展
连铸初期，采用熔融石英质浸入式水口； ➢ 特点：热震稳定性好，有较高的机械强度和耐酸性渣侵
蚀，化学稳定性好，可以满足浇注普通碳素钢、低锰钢 （Mn<侵蚀、耐热震，解决了高锰钢、合 金钢的多炉连浇问题。
中间包涂抹料施工现场
中间包喷补料施工现场
挡渣墙（堰）
➢ 在中间包内设置若干挡渣墙或挡渣堰，可改变钢水的流向 和流态，延长钢水流到水口的时间，可有效地促进夹杂物 上浮分离，均匀钢水成分和温度。
钢液流股状态示意图
中间包挡渣堰的材质有镁铝质、镁质或镁铬质几种； ➢ 镁质挡渣堰与高铝质挡渣堰相比成本降低。 ➢ 其性能和冶金效果是：具有良好的抗热震性；在工作温度
高铝质滑板砖：成型后均用沥青浸滞，再轻烧处理，获得较 高的强度和致密均匀的结构。配料中添加了磷酸盐以降低烧 成温度，可使滑板的尺寸保持稳定，并减少废品率和研磨量。
锆质滑板砖：耐化学 侵蚀性好，抗机械冲刷 性能好。但是氧化锆价 格昂贵，通常将其做成 镶嵌环或镶嵌件。
铝碳质滑板 ：烧结氧化铝和合成莫来石为主要原料，在基 质部分添加碳组份和防氧化剂(如金属铝、金属硅、SiC、 B4C、Mg-B等)，加入结合剂煤沥青或酚醛树脂混练成型； 在还原气氛下烧成，形成碳结合的耐火材料。
气幕挡墙的形成可以“抬起”钢液，也缩短了夹杂物上浮 的距离；
另外，气体的搅动作用增强了小颗粒夹杂物的碰撞机会， 容易使小颗粒夹杂物发生碰撞并聚集长大，更易于去除。
中间包冲击垫和湍流器
作用
防止中间包底部耐火材料受钢水的高速冲击，进而 延长中间包的使用寿命；
在一定程度上也能使中间包内的钢水流动状态发生 改变，增加停留的时间，
止钢水吸收空气而被氧化。
常见的密封装置有两类：一类是带透气环长水口；一类 是带吹氩环的长水口。
长水口用材质与发展
初期材质：熔融石英质长水口； 不利于生产高纯洁净钢和高锰钢。
铝碳质：本体为铝碳质，渣线部 位为ZrO2增强的ZrO2-C质，透 气环为氧化铝质。
国外薄板坯连铸使用的是镁碳刚玉碳-锆碳复合长水口。
15℃，工作层开始采用绝热板工作衬； 后来绝热板被具有同样功能的耐火涂抹料和耐火喷涂料所代
替；
随着中间包耐火材料的发展，最新的干式振动料以显著的优 势开始代替耐火喷涂料。
中间包工作层用耐火材料经历了耐火粘土砖(永久层即工作 层)、绝热板、喷涂料(涂抹料)及最新的干式振动料(即干性 工作衬)的发展历程。
2）滑板的生产方法
铝（锆）碳质用原料：
刚玉、锆刚玉、锆莫来石、石墨、氧化锆、树脂、Al粉、 Mg-Al合金等
塞棒的类型有： ➢ （1）组合塞棒。 ➢ （2）整体塞棒。 塞棒的材质和结构发展 ➢ 中间包塞棒由袖砖和塞头砖组成，用以包覆塞杆组成塞棒，
包底处砌筑座砖和水口，以此组成浇钢控制系统。为了防 止浸入式水口的堵塞，目前大多改用带有吹气功能的整体 塞棒。 ➢ 材质：刚玉质、Al2O3-C质；Al2O3-SiC-C质。
Ladle
Shround 钢包长水口
Tundish Monoblock Stopper (MBS) 中间包塞棒
Tundish
Nozzle 中包水口
Tundish Submerged Entry Shroud (SES) 浸入式长水口
Tundish
Monotube 可更换的 浸入式水口
Tundish Submerged Entry Nozzle (SEN) 浸入式水口
6、连铸用耐火材料
连续铸钢简称为连铸，是钢水不断地通过水冷结晶器，凝 成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却全部凝 固后切成坯料的一种铸造工艺。
连铸示意图
6、连铸用耐火材料
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；
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；
表 组合塞棒和复合塞棒的性能指标
6.2.3 中间包浸入式水口（Submerged Nozzles ）
浸入式水口安装在中间包的底部，并插入结晶器内。
1、浸入式水口的作用
➢ 1、防止钢水的二次氧化、氮化和 钢水飞溅；
➢ 2、调节钢水流动状态和注入速度； ➢ 3、防止保护渣非金属夹杂物卷入
钢水中，对促进钢水中夹杂物上浮 起重要作用； ➢ 4、对连铸坯成材率和铸坯的质量 有决定性的影响。
作业
《电炉底用干式捣打料》—— 杨攀、陈家栋、陈振威； 《RH浸渍管用浇注料》—— 林万兴、欧小燕、郑延峰； 《钢包渣线用镁碳砖》—— 姜尚鹏、祝日新、赵社龙； 《钢包用透气砖》—— 郝东、徐美军、黄粟； 《中间包用干式震动料》—— 遇龙、鲍立柱、翟超凡； 《薄板坯连铸浸入式水口》—— 薛宝达、魏星光、杨海军；
下浮动，改变保护渣与水口 的接触部位，这是生产中普 遍使用的办法；
➢ 适当加厚渣线部位的尺寸； ➢ 严格控制立方晶体ZrO2的比
例达到80%，提高鳞片状石 墨的纯度；
➢ 喷涂耐侵蚀材料和ZrB2等材 质做保护圈。
（2）防止浸入式水口堵塞的措施
5. 连铸“三大件”的生产
原料：白刚玉、板状刚玉、锆莫来石、石墨、氧化锆、防氧 化剂、树脂等
2、浸入式水口的使用要求
保证正常拉速下时的钢水流通量； 尽可能使结晶器内铸坯断面的热流
分布均匀； 有利于保护渣的迅速熔化； 有利于夹杂物的上浮、不卷渣； 避免结晶器内钢液液面的剧烈搅动； 安装使用方便。
3、 浸入式水口的安装形式
使用整体浸入式水口时，不需要中间包水口，但是浸入式水 口外形较长，一般在700mm以上，该水口有两种形式。
➢ 首先引入锆莫来石做骨料，利用锆莫来石中的氧化锆在约 1000℃时发生晶型转变，伴有体积收缩的特点，晶粒内产 生显微裂纹，大大改善了材料的耐热冲击性能。
➢ 其次ZrO2具有优良的抗侵蚀性，其耐侵蚀性较铝碳质滑板 明显提高，成为现今大型钢铁企业滑板使用中的主流。
方镁石-尖晶石-碳不烧滑板：以电熔尖晶石，电熔镁砂为 主要原料，热塑性树脂为结合剂，并添加适量的金属加入 物，经混碾成型后，制得直接油浸滑板砖。具有抗侵蚀、 耐热震、化学稳定性好等性能。
钢包滑动水口示意图
钢包滑动水口
滑动水口的结构：机械装置部分；驱动部分 （手动或液压两种）；
运动方式有两种：直线式和回转式。 滑板必须具备以下性能： ➢ 1）滑动面要平滑、平整度≤0.05mm； ➢ 2）机械强度高； ➢ 3）耐钢水和熔渣的
侵蚀能力要强； ➢ 4）不易黏附钢水。
1）各类滑板砖
下具有最佳的热态强度；浸泡中钢水中强度高；带入到钢 水中的氧含量比高铝质减少80%；可吸收钢中的夹杂物 Al2O3，在表面形成镁铝尖晶石。
中间包气幕挡墙
作用
可以有效地改善中间包内钢水的流动形态和夹杂物的运行 轨迹，从而达到去除小颗粒夹杂物的目的，甚至有脱气的 作用。
中间包内吹氩形成的气幕改善了中间包流场，可以减少短 路流的形成和死区比率，延长钢液在中间包内的停留时间， 夹杂物有足够的上浮去除时间；
减少死区体积，有利于夹杂物上浮，从而提高钢材 品质。
6.2 连铸“三大件”
6.2.1 钢包长水口 6.2.2中间包塞棒 6.2.3中间包浸入式水口
Ladle
Shround 钢包长水口
Tundish Monoblock Stopper (MBS) 中间包塞棒
Tundish
Nozzle 中包水口
Tundish Submerged Entry Shroud (SES) 浸入式长水口
钢流控制用滑动水口、整体塞棒； 净化钢水用挡渣墙、湍流器、气幕
挡墙材料等。
6.1中间包用耐火材料
中间包由中间包本体、 中间包盖、塞棒、中 间包滑动水口组成。
6.1.1 中间包的结构
塞棒
长水口
绝热层 永久层 工作层
档渣墙 冲击垫 浸入式水口
图1-2 中间包用耐火材料示意图
6.1.2 中间包耐火衬的发展历程
日本用钢纤维增强铝碳质长水口， 对解决水口的断头问题和提高间 歇操作有效。
表 长水口的理化指标
6.2.2 中间包整体塞棒（Stopper）
塞棒主要用于中间包开闭作用，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它惰性气体， 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。由于开浇时滑动水 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 内的熔渣被漩涡带进结晶器，利用塞 棒来阻挡漩涡。
中间包耐火衬主要包括绝热层、永久层和工作层。 中间包的绝热层一直用绝热纤维或保温砖，几乎没
有经历什么变化。 永久层70年代中期主要用粘土砖砌筑，后来使用高
铝砖砌筑，到80年代末期开始使用浇注料整体浇注 成形。
工作层早期的时候是用高铝质的耐火砖； 后来为了保持钢液在浇铸时中间包内钢液温度变化不超过
➢ 内装型水口：即由中间包内向外安装，水口为整体结构，密 封性好。
➢ 外装型水口：安装方式由中间包底向内安装。 组合型水口：由中间包水口和浸入式水口组成，该种浸入式
水口较短，一般不足400mm。 滑动水口型浸入式水口：这种浸入式水口相当于滑动水口的
下水口。浸入式水口不是与中间包水口相连接，而是与滑动 水口的下水口或下滑板相连接，密封方法与组合型浸入式水 口相一致。
生产工艺过程：
配料
造粒
等静压成型
干燥
埋碳培烧
整型
喷涂料
X－探伤
包装
入库
6.2.4 密封材料
连铸过程中的接缝部位 包括钢包下水口与长水 口、整体塞棒与上水口、 上水口与上滑板、下滑 板与下水口、下水口与 浸入式水口之间的结合 部位。
连接处密封的方法有： ➢ 在连接处使用浸有低熔点化合物纤维密封圈； ➢ 在接缝处吹入氩气形成正压区，阻止空气吸入； ➢ 在接缝处垫密封圈，并与吹入氩气同时使用，保护效果
6.1.3 中间包内衬用耐火材料
（1）保温层（绝热层）：纤维板、石棉板、 保温砖或轻质浇注料 （2）永久层：莫来石质浇注料、高铝质浇 注料 （3）工作层：
绝热板： 硅质、镁质、镁橄榄石质 涂抹料： 镁质、镁铬质、镁钙质 干振料： 镁质、镁钙质 （4）座砖：高铝质、刚玉质 （5）包底：与工作层相当，冲击区镁质预 制块、刚玉质预制块 （6）挡渣墙（堰）：铝镁质、镁质
更好。 密封材料：Al2O3-C质、MgO-C质、ZrO2-C质和石墨密
封环等。
6.3 滑动水口系统用功能耐火材料
6.3.1 钢包滑动水口系统用耐火材料
引流砂
座砖 上水口
钢壳
下滑板 下水口
上滑板
钢包滑动水口示意图
POW Filling Sand引流砂 Wellblock座砖 Ladle Nozzle钢包水口 Slide Plates滑板 Collector Nozzle下水口 Ladle Shroud长水口
➢ 这种材质的滑板因其组织致密，气孔微细且含有一定数量 的残碳，钢液和渣液难以浸渍，故耐侵蚀性良好；
➢ 缺点是由于组织致密，耐热冲击性则有所下降；其次，在 使用过程中，由于碳易被氧化，导致结构疏松，降低了耐 侵蚀性。
铝碳锆质滑板是在烧成铝碳质滑板的基础上研制开发的。 这种材质滑板采用了低膨胀率的Al2O3-SiO2-ZrO2系原料， 制成以斜锆石、莫来石、刚玉等为主晶相，以碳结合为特 征的耐火材料。
Tundish
Monotube 可更换的 浸入式水口
Tundish Submerged Entry Nozzle (SEN) 浸入式水口
6.2.1 钢包长水口（Shround ）
长水口的作用： ➢ 保护钢水浇注时不受二次氧化，
改善钢水质量； ➢ 防止钢流飞溅，操作安全； 长水口的功能： ➢ 优异的抗热震性； ➢ 良好的机械强度； ➢ 抗钢液和熔渣的侵蚀性好； ➢ 连接处必须带有气缝装置，防