一種防止絮流浸入式水口及其製作、使用方法與流程
2024-02-20 15:40:15 1
本發明涉及煉鋼連鑄技術領域，尤其涉及一種防止絮流浸入式水口及其製作、使用方法。
背景技術：
連鑄過程中，中間包及浸入式水口的堵塞是連鑄鋁鎮靜鋼時出現的一個普遍問題。由此，對連鑄工藝的關鍵耐火材料一浸人式水口的性能提出了更高的要求。傳統的熔融石英質浸人式水口，由於澆注mn含量高的鋼種耐蝕性極差，已趨於淘汰。近幾年，性能較好的al2o3-c質水口和al2o3-c/zro2-c質複合型水口也面臨發展的瓶須。一方面，是由於鋁碳質水口中al2o3的堵塞問題難以有效地解決；另一方面，是由於汽車等工業對純淨等高性能鋼的大幅度需求。
鋁碳質浸人式水口在澆鑄鋁鎮靜鋼、含鋁高的鋼、稀土鋼、含鈦鋼時，會出現嚴重的al2o3結瘤堵塞，造成鋼流態不穩定，甚至水口堵死，嚴重威脅著鋼坯的質量和多爐連鑄的效率。研究表明，al2o3附著機理為：高溫下，鋁碳質水口耐火材料與鋼液發生反應，在水口內壁面形成脫碳層，使al2o3骨料暴露出來而形成粗糙面。同時，水口中的碳與其中的al2o3、sio2發生還原反應，還原產物及co進一步與鋼液中的ai發生反應生成al2o3沉積，沉積附著在裸露於水口內壁面的al2o3骨料上，在耐火材料表面形成網絡狀al2o3。隨後，鋼液中懸浮的脫氧產物-al2o3粒子在鋼流和渦流的作用下，頻繁與水口內壁面上的網絡狀al2o3碰撞、接觸，在界面張力的作用下，二者產生類似於團聚現象中的接觸並互相燒結，從而造成水口內壁面上的al2o3沉積附著和堵塞。在這一過程中，一般認為，當al2o3顆粒間的熔鋼在界面張力的作用下從中排出時，就形成了珊瑚狀al2o3沉積物；當熔鋼不能從中排出時，則形成含有金屬夾雜的al2o3沉積物，造成水口堵塞。此外，由於石墨的良好導熱性，使水口內壁—鋼液界面溫度降低，鋼液中溶解的ai達到飽和狀態，也會促使al2o3沉積，造成水口的al2o3沉積附著堵塞。
目前，針對al2o3堵塞所要做的工作主要有兩個方面:一方面是在工藝過程中要嚴格把關，改進脫氧方式，力爭提高鋼的純淨度，採取必要的保溫措施，防止鋼水溫度過度下降； 另一方面是對水口的結構和材質進行改進，力求達到最好的效果。
防止al2o3附普堵塞結構改進有如下主要措施：
1)水口中吹氮防止al2o3附著；在日本，吹氮是應用較為廣泛的一種防al2o3附著堵塞的方法。通過吹氮可以降低鋼液中懸浮的al2o3粒子與水口內壁的接觸頻率，減少al2o3的沉積粘附。但是，這種水口結構複雜，防堵塞效果有限，在實際操作中，吹氣量小時，防堵塞效果不明顯；過量吹入氮氣，易使鋼中產生針孔，降低鋼材質量；吹氣還造成鋼水局部產生紊流，加劇水口蝕損。此外，隨著薄板坯連鑄連軋新工藝的逐漸採用，水口向薄板化、異型化發展，近來有少用或不用吹氨的趨勢。
2)採用階梯狀水口防止al2o3附著堵塞；採用階梯狀水口可以改變鋼流狀態從而有效地防止了al2o3的附著堵塞。有人利用水模試驗研究了浸人式水口內壁形狀對水口內流體流動狀態的影響，並開發研製了雙階梯狀內壁的浸人式水口。結果發現，雙階梯狀內壁的浸人式水口可以使得結晶器內壁鋼液流動狀態更為均勻，同時可以降al2o3在水口內壁的沉積粘附。
3)增加保溫隔熱層，防止鋼液溫度過低；鋁碳質水口具有較高的導熱性，澆鑄時水口外壁溫度急劇下降，加上高的熱輻射，使水口表面溫度由1530℃降到800℃左右，鋼液中的al2o3濃度達到飽和狀態，易析出造成粘附。所以，通過採用在水口外壁周圍粘貼厚20mm及渣線部位上加厚至25mm的纖維隔熱材料進行保溫，可以降低水口的熱損失，減少溫差，抑制鋼液中的al2o3濃度達到飽和，產生析出附著。大量文獻研究表明，狹縫有隔熱的效果，同時他們讓水口未浸部分採用低熱導材料，對防止al2o3的附著也有較好的效果。
由於上述結構改進在解決al2o3等及雜物附著方面很有限，材質改進因此成為主要關注方面。鋁碳質浸入式水口在連鑄al鎮靜鋼和al-si鎮靜鋼等特種鋼時,水口內壁易發生氧化鋁結瘤現象,不但影響了連鑄的連續性作業,而且還造成結晶器內鋼水流向紊亂,使鑄坯質量惡化。與此同時,由於粘附物的剝落,也很容易在制品中產生夾雜物缺陷。研究表明,鋁碳水口中碳的存在是生成氧化鋁結瘤的主要原因之一,發生的主要反應如下:
sio2(s)+c(s)＝sio(g)+co(g)
3sio(g)+2al＝al2o3(s)+3si
因此,研究複合無碳內襯的浸入式水口已成為發展的主要方向之一。
技術實現要素：
本發明提供了一種防止絮流浸入式水口，根據y2o3耐高溫性及其與mgo共同作用時可降低zro2基材質的熱膨脹率及高溫熱震性的特點，研製出zro2基複合材料用做浸入式水口的內面鑲嵌層，適用於鋁鎮靜鋼種澆注，能夠提高鋼種潔淨度，有效防止水口絮流發生；本發明同時提供了該浸入式水口的製作及使用方法。
為了達到上述目的，本發明採用以下技術方案實現：
一種防止絮流浸入式水口，包括水口本體，所述水口本體由上至下依次為碗部、本體、渣線層、2個對稱的側孔出鋼口和三角形分流體，其中水口本體採用鋁碳材料，渣線層採用鋯碳材料；還包括外面層和內面鑲嵌層，外面層採用耐火纖維製作，內面鑲嵌層由以下組分按重量百分比組成：氧化鋯60％～65％，氧化釔20％～25％，氧化鈣2％～5％，氧化鎂10％～15％。
所述內面鑲嵌層鑲嵌在水口本體的圓形空腔內，位於側孔出鋼口以上部位，內面鑲嵌層外部設多道固定槽用於與水口本體固定連接。
一種防止絮流浸入式水口的製作方法，包括如下步驟：
1)原料準備：
水口本體的原料按各組分重量百分比為：天然石墨18％～25％，電熔白剛玉59％～70％，金屬矽1.5％～4％，金屬鋁1％～3％，金鋼砂2％～4％，碳化硼2.5％～5.5％；
渣線層的原料按各組分重量百分比為：電熔鋯剛玉22％～29％，電熔白剛玉65％～70％，炭黑2％～4％，金屬矽2％～4％；
外面層為耐火纖維紙或耐火纖維氈；
內面鑲嵌層的原料按各組分重量百分比為：氧化鋯60％～65％，氧化釔20％～25％，氧化鈣2％～5％，氧化鎂10％～15％；
2)配料：
將水口本體、渣線層和內面鑲嵌層的原料分別按照以上配比混合均勻，水口本體和渣線層分別按重量百分比外加6％～8％的酚醛樹脂結合劑，使用造粒機造粒，造粒後料經烘乾床烘乾，使之滿足成型要求；內面鑲嵌層按重量百分比外加3％～5％的酚醛樹脂攪拌均勻待用；
3)成型：
將內面鑲嵌層配料放入預製成型模具中，使用成型機在工作壓力50～100mpa壓力下 預製為預成型坯，其外部設有多道固定槽；再將水口本體造粒料、渣線層造粒料和內面鑲嵌層預成型坯分別按次序放入成型模具中，使用成型機在工作壓力100～200mpa壓力下壓製成型；將成型後的水口置於110～130℃烘箱中烘烤18～20小時，然後將成型產品在梭式窯中於1500～1800℃無氧條件下燒制6～8小時；
4)機械加工和表面處理：
燒成產品經過切削加工後，自渣線層以上部位的外部包裹粘貼一層外面層，且渣線層以上部位粘貼的外面層厚度是渣線層部位粘貼外面層厚度的1.5～2.0倍；全部完成後即製成浸入式水口。
一種防止絮流浸入式水口的使用方法，包括如下步驟：
1)使用前先對浸入式水口進行烘烤，使其溫度達到1000～1150℃；
2)使用浸入式水口進行澆注，澆注過程中進行吹氬保護；
3)對結晶器保護渣液渣層進行測量，當液渣層達到10～15mm時，關閉氬氣。
現有技術相比，本發明的有益效果是：
1)本發明根據y2o3耐高溫性及其與mgo共同作用時可降低zro2基材質的熱膨脹率及高溫熱震性的特點，研製出zro2基複合材料用做浸入式水口的內面鑲嵌層，適用於鋁鎮靜鋼種澆注，能夠提高鋼種潔淨度，有效防止水口絮流發生；
2)製作及使用方法簡單。
附圖說明
圖1是本發明所述防止絮流浸入式水口的結構示意圖。
圖中：1.水口本體2.外面層3.渣線層4.內面鑲嵌層5.圓形空腔6.側孔出鋼口7.固定溝槽8.三角形分流體
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明：
如圖1所示，是本發明所述防止絮流浸入式水口的結構示意圖。本發明所述一種防止絮流浸入式水口，包括水口本體1，所述水口本體1由上至下依次為碗部、本體、渣線層3、2個對稱的側孔出鋼口6和三角形分流體8，其中水口本體1採用鋁碳材料，渣線層3採用鋯碳材料；還包括外面層2和內面鑲嵌層4，外面層2採用耐火纖維製作，內面鑲嵌層4由以下組分按重量百分比組成：氧化鋯60％～65％，氧化釔20％～25％，氧化鈣2％～5％，氧化鎂10％～15％。
所述內面鑲嵌層4鑲嵌在水口本體1的圓形空腔5內，位於側孔出鋼口6以上部位，內面鑲嵌層4外部設多道固定槽7用於與水口本體1固定連接。
一種防止絮流浸入式水口的製作方法，包括如下步驟：
1)原料準備：
水口本體1的原料按各組分重量百分比為：天然石墨18％～25％，電熔白剛玉59％～70％，金屬矽1.5％～4％，金屬鋁1％～3％，金鋼砂2％～4％，碳化硼2.5％～5.5％；
渣線層3的原料按各組分重量百分比為：電熔鋯剛玉22％～29％，電熔白剛玉65％～70％，炭黑2％～4％，金屬矽2％～4％；
外面層2為耐火纖維紙或耐火纖維氈；
內面鑲嵌層4的原料按各組分重量百分比為：氧化鋯60％～65％，氧化釔20％～25％，氧化鈣2％～5％，氧化鎂10％～15％；
2)配料：
將水口本體1、渣線層3和內面鑲嵌層4的原料分別按照以上配比混合均勻，水口本體1和渣線層3分別按重量百分比外加6％～8％的酚醛樹脂結合劑，使用造粒機造粒，造粒後料經烘乾床烘乾，使之滿足成型要求；內面鑲嵌層4按重量百分比外加3％～5％的酚醛樹脂攪拌均勻待用；
3)成型：
將內面鑲嵌層4配料放入預製成型模具中，使用成型機在工作壓力50～100mpa壓力下預製為預成型坯，其外部設有多道固定槽7；再將水口本體1造粒料、渣線層3造粒料和內面鑲嵌層4預成型坯分別按次序放入成型模具中，使用成型機在工作壓力100～200mpa壓力下壓製成型；將成型後的水口置於110～130℃烘箱中烘烤18～20小時，然後將成型產品在梭式窯中於1500～1800℃無氧條件下燒制6～8小時；
4)機械加工和表面處理：
燒成產品經過切削加工後，自渣線層3以上部位的外部包裹粘貼一層外面層2，且渣線層3以上部位粘貼的外面層2厚度是渣線層3部位粘貼外面層2厚度的1.5～2.0倍；全部完成後即製成浸入式水口。
一種防止絮流浸入式水口的使用方法，包括如下步驟：
1)使用前先對浸入式水口進行烘烤，使其溫度達到1000～1150℃；
2)使用浸入式水口進行澆注，澆注過程中進行吹氬保護；
3)對結晶器保護渣液渣層進行測量，當液渣層達到10～15mm時，關閉氬氣。
以下實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。下述實施例中所用方法如無特別說明均為常規方法。
【實施例】
本實施例中，防止絮流浸入式水口用於薄板坯連鑄，其具體結構如下：
浸入式水口的圓形空腔5直徑為90mm，總長度為680mm，下部三角形分流體8的頂角為110°；側孔出鋼口6的入口寬度為62mm，高度為37mm；側孔出鋼口6的出口寬度為65mm，高度為38mm，側孔出鋼口6的角度為向下傾斜55°。內面鑲嵌層4厚度為20mm，水口本體1厚度35mm，外面層2厚度為15mm。
水口本體1的原料按各組分重量百分比為：天然石墨21％，電熔白剛玉67％，金屬矽3％，金屬鋁2％，金鋼砂3％，碳化硼4％；
渣線層3的原料按各組分重量百分比為：電熔鋯剛玉25％，電熔白剛玉68％，炭黑3％，金屬矽4％；
外面層2為耐火纖維紙或耐火纖維氈；
內面鑲嵌層4的原料按各組分重量百分比為：氧化鋯63％，氧化釔23％，氧化鈣3％，氧化鎂11％；
2)配料：
將水口本體1、渣線層3和內面鑲嵌層4的原料分別按照以上配比混合均勻，水口本體1和渣線層3分別按重量百分比外加6％的酚醛樹脂結合劑，使用造粒機造粒，造粒後料經烘乾床烘乾，使之滿足成型要求；內面鑲嵌層4按重量百分比外加4％的酚醛樹脂攪拌均勻待用；
3)成型：
將內面鑲嵌層4配料放入預製成型模具中，使用成型機在工作壓力70mpa壓力下預製為預成型坯，其外部設有8道固定槽7；再將水口本體1造粒料、渣線層3造粒料和內面鑲嵌層4預成型坯分別按次序放入成型模具中，使用成型機在工作壓力150mpa壓力下壓製成型；將成型後的水口置於110℃烘箱中烘烤18小時，然後將成型產品在梭式窯中於1600℃無氧條件下燒制6小時；
4)機械加工和表面處理：
燒成產品經過切削加工後，自渣線層3以上部位的外部包裹粘貼一層外面層2，且渣線層3以上部位粘貼的外面層2厚度是渣線層3部位粘貼外面層2厚度的1.5倍；全部完成後即製成浸入式水口。
一種防止絮流浸入式水口的使用方法，包括如下步驟：
1)使用前先對浸入式水口進行烘烤，使其溫度達到1100℃；
2)使用浸入式水口進行澆注，澆注過程中進行吹氬保護；
3)對結晶器保護渣液渣層進行測量，當液渣層達到15mm時，關閉氬氣。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。