第九章特種功能耐火材料

1、第九章 特種功能耐火材料前言特種功能耐火材料是指其獨特的功能，不僅具有常規(guī)意義上的耐高溫功能，還具有特定的功能作用。另外，與普通耐火材料生產(chǎn)工藝、應(yīng)用范圍不同，特種功能耐火材料具有特殊的制備方法和固定的使用位置。連鑄用“三大件”包括長水口（又稱保護套管）、整體塞棒和浸入式水口，滑動水口，定徑水口和透氣磚等均屬于連鑄用特種功能耐火材料。長水口用于鋼包與中間包之間，將鋼液由鋼包導入到中間包內(nèi)，防止鋼液二次氧化和飛濺。目前長水口材質(zhì)主要有兩種：熔融石英質(zhì)和鋁炭質(zhì)，前者抗熱沖擊性能優(yōu)越，具有較高的機械強度和化學穩(wěn)定性，并耐酸性渣侵蝕，使用前不用烘烤，但在澆鑄錳含量較高的鋼種時，侵蝕嚴重，壽命短：后者主

2、要是由剛玉和石墨為主要原料制成的產(chǎn)品，它對鋼種的適應(yīng)性強，特別適合澆鑄特殊鋼，對鋼水污染小。浸入式水口用于中間包和結(jié)晶器之間，將鋼液從中間包導入結(jié)晶器，有防止鋼液氧化及飛濺、減少鋼液液面震蕩及結(jié)晶器內(nèi)部紊流的作用，從而減少鋼坯表面缺陷。在使用過程中要求浸入式水口耐鋼液和保護渣侵蝕，不與鋼水中物質(zhì)反應(yīng)生成堵塞物。目前浸入式水口材質(zhì)主要是鋁碳-鋯碳復合材質(zhì)，即本體為鋁碳材料，渣線為鋯碳材料。還有少量的熔融石英質(zhì)浸入式水口，主要用于侵蝕性小和澆鑄時間短的鋼種。整體塞棒主要用于中間包，起開閉作用，控制塞棒頭部至中間包水口的位置來調(diào)節(jié)進入結(jié)晶器鋼水的流量，還可以通過整體塞棒的吹氬孔，向中間包水口吹氬，以

3、防止水口堵塞。采用塞棒可以降低事故率，減少水口堵塞，提高鋼坯質(zhì)量。目前整體塞棒為鋁炭質(zhì)。塞棒頭部受鋼水沖刷嚴重，根據(jù)所澆鋼種的不同，棒頭的材質(zhì)也有所不同，一般材質(zhì)有鋁碳、鋯碳、鎂碳等。為適應(yīng)現(xiàn)代高速高效連鑄技術(shù)及潔凈鋼冶煉不斷發(fā)展的需要，需進一步改進現(xiàn)有連鑄用功能性耐火材料的性能，進一步開發(fā)新型材質(zhì)，連鑄“三大件”正向著高性能、多功能、長壽命的方向發(fā)展。定徑水口是小方坯連鑄用的耐火材料之一，起控制鋼水流量的作用。鋼水均勻穩(wěn)定地通過定徑水口流入結(jié)晶器，是保證連鑄正常進行的必要條件。因此，定徑水口必需具備良好的抗侵蝕性和熱穩(wěn)定性，使用時不允許出現(xiàn)堵塞、脫落、開裂和擴徑。當前普遍采用的是含鋯材料，鋯

4、含量不同，檔次不同，從65%ZrO2含量的鋯英石，直至95%ZrO2含量的鋯質(zhì)定徑水口，使用壽命由5-6小時至15小時以上不等。吹氣攪拌技術(shù)是煉鋼工藝發(fā)展中一項非常重要的新技術(shù)，它可以促進鋼液中夾雜物隨氣體上浮潔凈鋼水，強化冶金過程促進冶金反應(yīng)進行，縮短冶煉時間，均勻鋼水溫度和成分，改善鋼材的質(zhì)量。爐底預安裝供氣元件吹入惰性氣體的工藝投資少、攪拌效率高、操作方便因而得到廣泛的應(yīng)用，已成為現(xiàn)代冶金的重要手段、爐外精練工藝中的重要環(huán)節(jié)，從復吹轉(zhuǎn)爐鐵水精練、底吹電爐到底吹鋼包，乃至中間包，魚雷罐，幾乎已應(yīng)用到冶煉的全過程中，在轉(zhuǎn)爐、電爐、鋼包中已普遍應(yīng)用。透氣元件是爐外精煉必需的功能元件，使用條件十

5、分苛刻，鋼液的攪動沖刷，吹氧清掃等，要求具有多重性能：透氣性好：鋼水與透氣材料有較大的潤濕角，使透氣通道內(nèi)滲鋼少、抗侵蝕性好：間歇操作急冷急熱要求透氣磚具有好的抗熱震性和抗剝落性：工作面吹氧清掃，抗氧化性也要好。隨著煉鋼工業(yè)的不斷發(fā)展，不斷開發(fā)出新材質(zhì)、壽命長、高性能的透氣磚才能滿足實際煉鋼生產(chǎn)的需要。中間包底吹透氣磚和魚雷罐用透氣磚正在開發(fā)中，有著良好的應(yīng)前景，如中間包吹氣就是在中間包內(nèi)產(chǎn)生氣幕，通過惰性氣體清洗鋼液、去除夾雜物，甚至脫氣，對提高鋼質(zhì)量效果十分顯著，當前處于試驗階段?；迨腔瑒铀诘闹匾M成部分，直接控制鋼水，決定滑動水口功能的部件，具有鋼水注入和流量調(diào)整功能。在使用過程中，

6、由于需長時期承受高溫熔體的化學侵蝕和物理沖刷作用，強烈的熱沖擊和機械磨損作用，使用條件極為苛刻：同時為實現(xiàn)自由開閉鋼流的功能，滑動面平整度及尺寸精確度均需嚴格要求，所以滑板必須具有以下性能：滑動面平整，平整度小于0.1mm：機械強度高：耐鋼液和熔渣侵蝕性強：不易附著鋼水。總之，連鑄用功能耐火材料是一新型耐火材料，使用條件惡劣，可靠性要求高，對連鑄過程的順利進行起著至關(guān)重要的作用。隨著冶金技術(shù)乃至其他高溫新工藝新技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)進步，均會對功能耐火材料提出一些更高的要求，其品種、材質(zhì)、性能、結(jié)構(gòu)、使用壽命也都在不斷發(fā)展中。功能耐火材料的品種會增加，新的功能耐火材料也會出現(xiàn)，如薄帶連鑄用鋼水布流器

7、和側(cè)封板，中包透氣裝置或氣幕墻、各種形式的過濾器等。本章僅對連鑄用功能耐火材料的使用條件、材質(zhì)、制造工藝、性能指標等進行基本介紹。第一節(jié) 連鑄“三大件”長水口、浸入式水口和整體塞棒均為碳結(jié)合氧化物-石墨復合材料，是以氧化物和石墨為主要原料，以酚醛樹脂為結(jié)合劑并加有少量外加劑制成的復合材料。連鑄“三大件”使用條件苛刻，它們?nèi)哂绕涫墙胧剿诤驼w塞棒的壽命對連澆時間的長短有較強的制約作用，另外其性能的好壞也對鋼的質(zhì)量有一定的影響作用。所以連鑄“三大件”不僅要具有較高的使用性能，而且要具有較高的可靠性保證使用時避免發(fā)生質(zhì)量事故。因此從研發(fā)的角度上出發(fā)要開發(fā)高質(zhì)量、長壽命的產(chǎn)品，而在生產(chǎn)的角度上講

8、要保證生產(chǎn)的產(chǎn)品具有高度的重現(xiàn)性。出鋼口渣線本體碗部圖9.1 浸入式水口示意圖一、使用條件及性能要求目前普遍使用的長水口為免烘烤鋁碳質(zhì)長水口，使用前不烘烤，直接使用，所以要求長水口必須具有優(yōu)異的抗熱震性。使用過程中，鋼水對內(nèi)壁的沖刷是長水口損毀的主要原因之一，尤其是長水口出鋼口處的沖刷，提高材料的抗沖刷性是改善長水口使用壽命的一個主要途徑。另外，長水口也要具備一定的強度滿足運輸、使用等過程對強度的要求。中間包覆蓋劑也會對長水口材料產(chǎn)生侵蝕，因此要求渣線要具有一定的抗侵蝕性。浸入式水口使用前用煤氣或其它加熱方式烘烤，使其在12小時內(nèi)升溫到10001200，保證使用時不炸裂。烘烤過程中，浸入式水口

9、內(nèi)外均為氧化氣氛：使用過程中浸入式水口外側(cè)也為氧化氣氛，而水口材質(zhì)為含碳材料，碳在485以上容易氧化，所以水口內(nèi)外必須涂敷防氧化涂料，保證水口材料在1250以下不氧化。加工、搬運、運輸、安裝以及使用時的流體沖擊均要求浸入式水口具有一定的強度，這是保證產(chǎn)品能夠使用的前提條件。當開始澆鋼時，1550左右的鋼水由中間包突然流入到浸入式水口內(nèi)，水口要承受500左右的溫差，要求浸入式水口要具有較好的抗熱震性，才能滿足進一步使用的要求。另外浸入式水口部位不同，其使用條件也不同，所采用的材質(zhì)也會不同。圖9.1是浸入式水口的示意圖，可以根據(jù)使用部位分為碗部、本體、渣線和出鋼口。碗部與整體塞棒棒頭配合控制鋼液，

10、要具有較高的抗鋼液沖刷性才能保證鋼液的平穩(wěn)澆鑄，碗部的選材一般與棒頭材質(zhì)類似。在使用過程中，渣線材料經(jīng)受熔鋼和熔渣的交替侵蝕，一般情況下鋁碳材料和石英材料很難滿足長時間澆鑄的需要，鋯碳材料由于具有較高的抗侵蝕性，是當前普遍選用的渣線材料。本體是連接碗部和渣線的材料，也是水口的主要材料，不僅要具有較好的抗熱震性，還要具有一定的常溫、高溫強度滿足使用時的需要，一般為鋁碳材料。出鋼口是鋼水離開浸入式水口進入結(jié)晶器的部位，浸泡在鋼水內(nèi)，因此要具有較高的抗鋼液侵蝕性和抗鋼水沖刷性。二、材質(zhì)組成一般情況下，長水口為鋁碳材料，渣線與本體材料相同，特殊情況下可使用抗侵蝕性高的鋯碳材料作為渣線。整體塞棒本體為鋁

11、碳材料，通常情況下渣線與本體材料相同，也有使用鋯碳材料作為整體塞棒的渣線：棒頭是整體塞棒的關(guān)鍵材料，根據(jù)澆鑄鋼種的不同棒頭材料可以是鋁碳材料、鋯碳材料、鎂碳材料、尖晶石-碳材料等。浸入式水口本體和出鋼口為鋁碳材料，渣線為鋯碳材料，而碗部則一般與整體塞棒棒頭的材質(zhì)相對應(yīng)。所以連鑄“三大件”雖然有不同的功能，但有著相同或類似的材質(zhì)組成、使用條件和性能要求等，因而在生產(chǎn)中幾乎采用完全相同的生產(chǎn)工藝。三、連鑄“三大件”生產(chǎn)工藝（一）原料選擇選擇不同原料對連鑄“三大件”產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和使用效果有著很大的影響，因此生產(chǎn)“三大件”產(chǎn)品對原料的純度、雜質(zhì)組成、粒度、結(jié)構(gòu)形態(tài)等都有較嚴格的要求。連鑄“三大件”

12、所選用原料大體上可分為如下幾種：主體氧化物原料，石墨原料，添加劑和有機結(jié)合劑等。使用多種高熔點、耐侵蝕氧化物原料，如各種類型的剛玉原料如電熔白剛玉、電熔棕剛玉、亞白剛玉、板狀剛玉、-Al2O3微粉和工業(yè)氧化鋁微粉等，電熔氧化鎂，電熔或燒結(jié)尖晶石，電熔氧化鋯等。一般長水口或浸入式水口中添加少量的熔融石英，以便提高材料的抗熱震性。電熔鋯莫來石的使用可以使材料在高溫使用時產(chǎn)生液相，提高材料高溫時的抗氧化性和熱穩(wěn)定性。主體氧化物原料的種類、品質(zhì)、粒度配比與產(chǎn)品強度、抗熱震性、抗侵蝕性和抗沖刷性密切相關(guān)。原料的選擇要以符合粒度要求、較高純度為基準，否則會降低材料的使用效果。連鑄“三大件”產(chǎn)品中均采用大量

13、天然鱗片狀石墨，石墨對產(chǎn)品的作用主要是賦予材料高抗熱震性以適應(yīng)使用時高溫熔體對材料的強烈熱沖擊和較高的抗渣滲透性。但其致命缺點是氧化問題，石墨的氧化和連鑄操作條件、石墨的品質(zhì)、粒度大小、材料中采用的防氧化措施等都有關(guān)系。石墨品質(zhì)包括碳含量、雜質(zhì)組成等以及石墨的粒度對材料的抗熱震性、抗侵蝕性等都有著較大的影響作用。石墨中的碳含量一般要求大于95%，否則過多的雜質(zhì)將會對產(chǎn)品的性能產(chǎn)生不利的影響作用。為有效的改善連鑄“三大件”產(chǎn)品在使用時的性能，常在材料中加入一定量的、起一定功能的原料，如防氧化添加劑、緩沖熱應(yīng)力添加劑等。連鑄“三大件”材料中含有較多石墨和結(jié)合碳，在產(chǎn)品組成設(shè)計時必須考慮防氧化問題。

14、添加防氧化劑和表面涂覆防氧化涂料是在生產(chǎn)過程中常常采用的方法。為抑制或減緩石墨在使用過程中的氧化以提高使用壽命，常在配料中加入防氧化添加劑，常用的有金屬鋁、硅粉、碳化硅、碳化硼、Al-Si、Al-Mg合金等等。這些添加劑在熱處理過程中生成非氧化物如SiC，Si3N4，Si2N2O，Sialon，AlN等可以改善材料的結(jié)合強度，防氧化添加劑本身或其在熱處理中的生成物在使用過程中優(yōu)先于石墨與氧反應(yīng)，能將CO(g)還原成C，抑制制品中C的氧化速度。緩沖熱應(yīng)力添加劑是添加的物質(zhì)在高溫時形成液相，緩解熱沖擊時材料內(nèi)部的熱應(yīng)力，提高材料的抗熱震性，低熔點的物質(zhì)如長石類、粘土等均可作為緩解熱應(yīng)力添加劑，但其

15、添加量不宜過多，否則會對產(chǎn)品高溫的使用性能尤其是抗侵蝕性造成不利的影響。由于酚醛樹脂對耐火骨料和石墨有良好的潤濕性，連鑄“三大件”一般選用酚醛樹脂作為結(jié)合劑，結(jié)合劑的品質(zhì)對坯料的混練、干燥、成型性能以及成品的顯微結(jié)構(gòu)和使用性能都有著直接的影響。酚醛樹脂是苯酚和甲醛在酸性或堿性催化劑條件下加熱，反復進行加成和縮合反應(yīng)逐漸形成的。按硬化方式酚醛樹脂分熱塑性酚醛樹脂和熱固性酚醛樹脂，熱塑性酚醛樹脂需使用硬化劑固化，一般使用六次甲基四胺（烏洛托品）硬化。在加熱時六次甲基四胺提供亞甲基作為樹脂硬化的橋梁，同時放出氨氣。另外MgO、CaO和Si等也是熱塑性酚醛樹脂的固化劑，它們也能在樹脂固化時提供架橋作用

16、。熱塑性樹脂的保質(zhì)期較長，一般大于一年，質(zhì)量的穩(wěn)定性高，但使用時需加硬化劑，對生產(chǎn)造成了一定的不便。熱固性樹脂使用時不加硬化劑，但其保質(zhì)期較短，夏天一般為一個月，冬天為三個月。酚醛樹脂按形態(tài)可分為固態(tài)和液態(tài)酚醛樹脂，生產(chǎn)中兩種樹脂均可使用。酚醛樹脂的粘度、碳含量等是選擇和使用樹脂時的主要依據(jù)。（二）生產(chǎn)過程連鑄“三大件”制品的生產(chǎn)過程一般如下：1.原料稱量：將各種原料按一定比例準確稱量，稱量誤差一般不得大于0.5wt%；預混：為使粉料混合的更加均勻，在混料前常將細粉等用混料設(shè)備如球磨罐、錐形混料機等混合均勻；2.混料：將各種原料和結(jié)合劑混合均勻，由于石墨與其它氧化物原料的密度相差比較大，一般混

17、練設(shè)備很難將料混合均勻，經(jīng)常采用強制逆流高速混煉設(shè)備；3.干燥：為保證成型，混好的料需要干燥，一般采用電熱干燥箱、流化干燥床、干燥炕等設(shè)備干燥。干燥的溫度根據(jù)所采用的酚醛樹脂特性選擇，一般不大于80，否則酚醛樹脂會發(fā)生固化，降低材料的使用性能；4.成型：一般連鑄“三大件”為細長型管狀件，適宜采用等靜壓成型，成型壓力通常為100150MPa。首先將鋼件模具和橡膠模具固定好，將坯料裝入預定位置，搗實，然后用橡膠模具密封，裝入等靜壓設(shè)備內(nèi)，按預定升壓曲線到達指定壓力并保壓一定時間，隨即按預定卸壓曲線降低壓力至0，壓制過程結(jié)束。將成型后的物件由橡膠模中取出，進入下一道工序；5.加工：由等靜壓壓制后的物

18、件形狀不規(guī)整，與實際產(chǎn)品形貌有一定差距或者某些部位由于設(shè)計局限沒有成型，均要求對壓制后的物件進行機加工。機加工的設(shè)備根據(jù)需要可以是車床、磨床、銑床等，由于加工物件本身的特性，所用車刀與普通車刀不同，應(yīng)選擇耐磨性更好的車刀。加工可以在熱處理前，也可在熱處理之后。熱處理前加工灰塵較小，一般工廠均選在熱處理前進行加工；6.熱處理：熱處理的目的是將材料中的酚醛樹脂碳化，使材料中形成有一定網(wǎng)絡(luò)的碳結(jié)合。緩慢加熱有利于材料中形成更加均勻的氣孔結(jié)構(gòu)，因此要求在熱處理過程中升溫速度不宜過快，而最高熱處理溫度也不宜過高，一般不大于1300，否則結(jié)合碳易脆化，降低材料的抗熱震性。由于連鑄“三大件”為含碳制品，熱處

19、理時氣氛必須為非氧化性氣氛，目前熱處理的方式一般有四種：埋碳保護熱處理即將物件放入匣缽中，周圍放入焦炭，然后密封，放入熱處理爐中進行處理：N2或Ar氣氛保護熱處理即熱處理氣氛為非氧化性氣氛：涂層保護熱處理即將物件表面涂覆防氧化涂料，在熱處理過程中涂料形成致密的、連續(xù)的隔離層，阻止氧化的發(fā)生：氣氛+涂層保護熱處理即將涂層保護熱處理和氣氛保護熱處理綜合使用，達到更佳的熱處理效果。熱處理設(shè)備一般為倒焰窯、隧道窯或梭式窯等；7.檢測：對熱處理后的物件首先檢測是否變形，其尺寸尤其是安裝尺寸是否符合設(shè)計要求。肉眼觀察或用專門的檢測設(shè)備如X-Ray探傷儀檢測物件是否存在缺陷。對每批物件進行質(zhì)量檢測，看其是否

20、符合標準要求；8.后期處理：主要包括三個方面一是表面涂覆防氧化涂層，二是特定位置包覆保溫纖維紙，三是鐵殼的粘附和焊接。防氧化涂層的目的是防止材料在預熱時和使用時的氧化，涂敷時一定要均勻，涂敷厚度要適宜，不宜過薄也不宜過厚，過薄防氧化效果不明顯，過厚容易脫落造成材料在使用或烘烤時的氧化，涂敷次數(shù)根據(jù)涂料的特性而定，一般為24次即可。一般將浸入式水口外側(cè)包覆纖維紙，用耐火泥粘接，起保溫作用?？鞊Q水口和長水口端部一般裝有鐵殼，用以定位和密封，鐵殼和材料之間用火泥密封；9.干燥：主要將后期處理中由涂料和火泥引入的水分去除，干燥溫度為110150，干燥時間視干燥溫度而定；10.包裝：用木條或泡沫將成品固

21、定于木箱內(nèi)，并用泡沫壓緊，然后釘箱，最后用捆扎帶將木箱外圍緊固，防止運輸過程中木箱的變形，準備發(fā)貨。（三）主要設(shè)備1.高速混練設(shè)備鋁炭質(zhì)長水口制品使用微細粉原料，并且使用了少量對改善長水口性能有益的原料，如果這些料混合不均勻?qū)⒂绊懼破返馁|(zhì)量，廢品也將增加。還有鱗片狀石墨在自由狀態(tài)下具有與加壓面平行取向的性質(zhì)，如果不進行造粒，配合料就缺乏均勻性，鋁炭長水口就容易產(chǎn)生裂紋和剝落。高速混練機最佳的混合效果由一個旋轉(zhuǎn)混合盤、通常一個或最多兩個旋轉(zhuǎn)混合工具、一個靜態(tài)的多功能壁-底部刮刀來完成?；旌瞎ぞ邤?shù)量少并根據(jù)不同的原材料和應(yīng)用專門設(shè)計，維護工作量小。混合盤可以根據(jù)需要傾斜，在混料過程中產(chǎn)生較好的混料

22、效果，圖1是高速混練機示意圖。其原理是料盤以低速順時針方向轉(zhuǎn)動，物料在中速逆時針方向旋轉(zhuǎn)的攪拌耙的作用下得到翻滾并被送入高速攪拌器運行的軌跡內(nèi)，高速攪拌器將物料拋起進行充分混合。由于旋轉(zhuǎn)混合盤、攪拌耙、高速攪拌器三者之間的逆流相對運動，不僅使物料在料盤中水平移動，同時也作拋起的運動，從而使物料內(nèi)不同成分發(fā)生高頻變化，保證了高強度混合過程的進行，具有在短時間內(nèi)均勻混合且有造粒的效果。改變了以往單純的碾壓揉搓作用，可使混合時間縮短在10min之內(nèi)完成且沒有顆粒料的二次破碎，也不結(jié)砣。圖9-2高速混練機示意圖2.等靜壓設(shè)備冷等靜壓工藝是使相同的高壓作用于物體所有表面，它應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域用于提高部件

23、的強度和耐磨性。冷等靜壓是使裝在密封的彈性模具中粉末加壓壓縮的過程，模具放入壓力缸中，用泵打入液體介質(zhì)，使高壓均勻的作用于模具的所有表面。冷等靜壓的應(yīng)用包括耐火材料工業(yè)的水口，模塊和坩鍋，硬質(zhì)合金，石墨件，陶瓷絕緣子，化工工業(yè)用的管道，鐵氧體，金屬過濾器，部件預成型和塑料管，棒等。3.流化干燥床經(jīng)過造粒后的配合料還有多余的揮發(fā)分，在成型過程中不僅容易產(chǎn)生裂紋，而且制品的氣孔率也明顯上升。流動干燥床的工作原理是用加熱到適當溫度的熱風使配合料粒子懸浮，以除去多余的揮發(fā)分。流動干燥床根據(jù)流態(tài)化原理設(shè)計。所謂流態(tài)化，是指干燥床內(nèi)床層上的物料受氣流作用，當氣流速度達到一定值以后，固體顆粒就會產(chǎn)生相互間的

24、位置移動，若再增加氣流速度，而床層的壓力損失保持不變，固體顆粒在床層中就產(chǎn)生不規(guī)則的運動，呈沸騰狀態(tài)，這時的物料就處于流態(tài)化。流動干燥床的熱風從床層下部吹入，床層上部的物料在熱風作用下處于流態(tài)化，物料與熱風進行充分的熱交換，既不破壞物料的物理結(jié)構(gòu)又能快速烘干，克服了物料過分干燥或沒干透的現(xiàn)象，對制品質(zhì)量可控性提供了保障。流動干燥床由熱風室、干燥室、攪拌裝置、機架、進料裝置和出料裝置組成。熱風從熱風室通過多孔箅板吹入干燥室，使物料處于流態(tài)化，并進行熱交換，使物料干燥，如圖2所示。圖9-3流化干燥床示意圖第二節(jié) 透氣磚隨著煉鋼潔凈度要求的提高，透氣磚吹氬精煉法以其投資少、操作簡單的特點得到廣泛的應(yīng)

25、用。透氣磚的使用性能如何，對于精煉工藝的順利實施和保證鋼材的質(zhì)量有著重要意義。圖9-4透氣磚使用示意圖1：氬氣管2：透氣塞3：鋼包襯4：鋼包殼5：鋼包渣一 、使用條件及性能要求透氣磚首先要求有良好的透氣性，圖1是透氣磚的使用示意圖，氣體攪拌是它的主要功能，氣體的攪拌功能與氣體流量有如下關(guān)系：E=其中：K氣體的攪拌能，W：Q氣體流量，m3/s：R氣體常數(shù)：T1氣體溫度，K：T2鋼液溫度，K：P1鋼包底壓力，Pa：P2鋼包頂壓力，Pa：因此由上面的公式可以看出，氣體流量越大、鋼包底壓力越小既減壓或真空狀態(tài)下攪拌能越大。通過透氣塞的氣流速度，隨噴吹壓力的提高而增大，對毛細管孔透氣塞而言二者呈對應(yīng)關(guān)系

26、，但對于無向性透氣塞而言，其流速隨其高度的增加而降低。透氣塞上部鋼水中的氣體擴散成羽毛狀小氣泡，氣泡在浮力的作用下上升，在0.1-0.3秒內(nèi)膨脹，導致鋼液循環(huán)。當通過透氣磚往鋼水中吹氣體時，根據(jù)供氣量和氣流速度，形成兩種特有的流動形貌既鼓泡和噴射，如圖1所示。鼓泡區(qū)的特點是在噴口處生成單個的氣泡，當氣流量加大時，首先加快氣泡的形成頻率，而氣泡體積則保持不變。氣量在增大時氣泡形成頻率保持穩(wěn)定，但氣泡的體積增大，在此階段，與噴口的直徑無關(guān)。如果氣量在進一步的增大，氣流就會在過渡階段連成一體，此刻的鼓泡區(qū)將變成一個以類溝狀射流而噴出的區(qū)，即形成了噴射區(qū)。氣體射流繼而又碎成由許多比表面大的小氣泡組成的

27、卷流，在熔池表面的噴吹點區(qū)，上浮的氣泡形成一股氣流，垂直的鋼水流就圍著此氣流而旋轉(zhuǎn)。圖9-5鼓泡和噴射示意圖透氣磚的工作面與高溫鋼水直接接觸，受高溫鋼水以及不斷流出的冷氣流的影響，產(chǎn)生很大的溫度梯度，且多次使用過程中的急熱、急冷沖擊，容易導致透氣磚產(chǎn)生裂紋和剝落，因此要求透氣磚材料要具有良好的抗熱震性。當氬氣流射入鋼水熔池時，氣流回擊并沖擊透氣磚出口前沿，產(chǎn)生“反沖擊作用”：另外鋼包底部鋼水運動加劇，氣相與液相相互作用形成湍流，對透氣磚產(chǎn)生剪切力、沖刷作用，尤其是底吹透氣磚高于包襯時，其被摧毀的速度更快，因此要求透氣磚要具有良好的抗沖刷性和較好的高溫力學性能。透氣磚的工作面與鋼水的接觸時間長，

28、在整個使用過程中，熔渣和熔鋼不斷向磚中滲透，堵塞氣體通道和侵蝕耐火材料。鋼液滲入耐火材料的深度h與耐火材料氣孔直徑r、鋼液與耐火材料的潤濕角有關(guān)，其關(guān)系為ghr=2cos，g重力加速度：鋼液表面張力：熔鋼的密度，這也是在設(shè)計透氣通道大小時的主要依據(jù)。渣中的CaO、SiO2、Fe2O3等氧化物與透氣磚發(fā)生反應(yīng)，生成低熔點化合物而發(fā)生侵蝕，因此要求透氣磚不僅要有良好的透氣性、抗熱震性、抗沖刷性，還要具有較好的抗侵蝕性。二 、工藝過程（一）原料選擇1.主體原料主體原料特別是基質(zhì)部分應(yīng)選擇純度高、耐侵蝕性強的材料，使得透氣磚在高溫燒結(jié)時形成高熔點化合物，使用時液相量少且粘度高具有較高的抗渣滲透能力。電

29、熔剛玉、板狀剛玉、電熔尖晶石、電熔氧化鎂等由于具有較好的耐侵蝕性和抗沖刷性，通常被選用作為透氣磚的主體材料，細粉一般使用易燒結(jié)的氧化鋁質(zhì)微粉。進口板狀剛玉由于結(jié)構(gòu)致密、氣孔率低、易燒結(jié)，經(jīng)常被用作透氣磚的主體材料。2.氧化鉻為提高透氣磚的抗侵蝕能力和改善材料的抗熱震性，透氣磚中常常加入一定量的氧化鉻微粉。部分氧化鉻在高溫下與剛玉形成固溶體，強化了基質(zhì)，提高了材料的抗侵蝕性：另外部分氧化鉻進入到玻璃相中，有效的提高了玻璃相的粘度，從而使材料的高溫強度得以提高。隨著氧化鉻加入量的增加，材料的高溫強度也隨之提高，但在添加量大于8wt%后對高溫強度的影響較小，而且氧化鉻價格較高，過量引入會使成本增加較

30、多，所以氧化鉻的添加量應(yīng)小于8wt%，純度為工業(yè)級。3.結(jié)合劑選用微粉作為結(jié)合劑，選取的原則是微粉的純度高，加入后不會引入過多的雜質(zhì)和增加基質(zhì)液相量，且能夠保證耐火材料較高的高溫強度。微粉加入后能有效的置換出澆注料微孔中的游離水，抵抗外力變形的能力變?nèi)酰涸谒?，微粉顆粒會由于某種原因而帶電荷，帶有同種電荷的微粉顆粒之間的排斥作用使顆粒分散開來，并與細粉一起形成漿體分散于骨料顆粒之間，從而減少了骨料顆粒之間的摩擦力，改善了澆注料的流動性，一般選用燒結(jié)性較好的高純氧化鋁微粉作為主要的結(jié)合劑，并輔以硅微粉、鋁酸鈣水泥等。為保證透氣磚具有優(yōu)良的抗侵蝕性和耐氬氣流較高的反沖擊沖刷性能，細粉的級配要合理。

31、4.添加劑為防止透氣磚在燒成過程和使用過程中產(chǎn)生較大收縮，致使透氣磚的透氣通道擴大造成漏鋼事故，或磚體產(chǎn)生裂紋造成安全事故，需加入一定量的膨脹添加劑，如MgO微粉等。5.分散劑和減水劑為保證在澆注成型時能獲得較致密的皮提，減少施工水分，在制作過程中要引入一定量的分散劑和減水劑，并將無機和有機的分散劑和減水劑復合使用。（二）工藝過程透氣磚的生產(chǎn)一般采用澆注成型和高溫燒成相結(jié)合的工藝，也有采用機壓成型和高溫燒成相結(jié)合的工藝，前者的主要工藝過程如下：1.配料：原料稱量：將各種顆粒、粉料按一定比例準確稱量，稱量誤差一般不得大于0.5wt%：2.預混：顆粒級配嚴格，細粉含量多，為使粉料混合的更加均勻，減

32、少粉料中結(jié)合劑、減水劑等團聚現(xiàn)象，在混料前常將細粉等用混料設(shè)備如球磨罐、錐形混料機等混合均勻，這樣混出的細粉組分分布均勻，尤其是含量較少的減水劑等分布更加均勻：3.混料：為將各種原料和結(jié)合劑混合均勻，經(jīng)常采用強制式混練設(shè)備進行混練。通過嚴格控制加水量，并充分攪拌得到流動性好的泥料。首先將顆粒和預混好的細粉加入到混料機中，攪拌58min，然后加入適量水再攪拌510min即可：4.成型：選用高頻率震動臺，在模具中加料后進行振動，待振動到表面泛漿，氣泡不再溢出為止，這樣可使混合料中的組分排列緊密和充滿模型。成型過程中須將燒燼物如塑料條加入，以便成型出透氣通道：5.養(yǎng)護：成型后采取適當?shù)拇胧?，促進其硬

33、化，當加有鋁酸鈣水泥時應(yīng)在適當溫度潮濕的條件下進行養(yǎng)護，時間應(yīng)大于24h：6.干燥：首先在空氣中進行自然干燥，干燥的時間應(yīng)大于24h，自然干燥后透氣磚的水分以不大于1wt%為宜。然后將透氣材料放入干燥箱或干燥窯中進行干燥，在干燥時易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，為此須制定嚴格的升溫制度、最高干燥溫度以及保溫時間等：7.燒成：由于原料和基質(zhì)的耐火度較高，出現(xiàn)液相的溫度也較高。為此透氣材料一般在溫度大于1500，氧化氣氛下燒成：8.裝配：將制好的透氣材料與配套材料如座磚等裝配好，準備發(fā)貨。第三節(jié) 滑板鋼包鋼水澆注控制系統(tǒng)有兩種類型：塞棒水口和滑動水口。近年來隨著鋼液在鋼包內(nèi)精煉和脫氣處理等新技術(shù)的應(yīng)用，需要提高出

34、鋼溫度和延長鋼液在鋼包內(nèi)的停留時間，此時塞棒水口系統(tǒng)已不能適應(yīng)要求，生產(chǎn)中已普遍采用滑動水口，這樣可以簡化鋼包的準備工作、改善勞動條件、節(jié)約耐火材料、加快鋼包的周轉(zhuǎn)，并減少由于塞棒斷頭等造成的事故，為實現(xiàn)澆注的機械化和自動化創(chuàng)造條件。一 、使用條件及性能要求滑板在使用過程中首先產(chǎn)生的是熱震損傷，澆鑄時滑板內(nèi)孔突然與高溫鋼水接觸受到強烈的熱沖擊，在鑄孔外部產(chǎn)生了超過滑板強度的張應(yīng)力，形成了以鑄孔為中心的輻射狀微裂紋。裂紋的出現(xiàn)為外來雜質(zhì)的擴散、滲透提供了通道，加速了化學侵蝕：反過來化學反應(yīng)又促進了裂紋的形成與發(fā)展，如此循環(huán)使鑄孔擴大、損毀。同時高溫鋼水的沖刷損傷鑄孔耐火材料，并造成剝落。因此，滑

35、板要具有良好的抗熱震性，不僅材料具有較高的抗熱震性，而且合理的滑板結(jié)構(gòu)也會對熱震性產(chǎn)生一定的影響。熱化學侵蝕是滑板損毀的主要原因，滑板在使用過程中接觸鋼水和熔渣，發(fā)生一系列化學反應(yīng)（主要是指鋼中和渣中的CaO、Ca、Mn、MnO、FeO等成分與滑板材料發(fā)生反應(yīng)），造成化學侵蝕。所以滑板要具有較高的抗侵蝕性，才能滿足高壽命的要求?；宀牧显诨瑒舆^程中發(fā)生磨損，特別是當滑板有一定的損傷時，凝固的鋼在滑動時會加速滑板的磨損。由上面的分析可以看出，高質(zhì)量、長壽命的滑板必須具有優(yōu)良的抗熱震性、不與鋼液和熔渣發(fā)生化學反應(yīng)、氣孔率低具有較高的強度等。二 、分類按組成滑動水口系統(tǒng)的滑板塊數(shù)分，可分為兩層式和三

36、層式滑動水口。兩層式滑板水口系統(tǒng)中有兩塊滑板，即上滑板和下滑板，操作時，上滑板固定不動，通過下滑板來進行截流和控流，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。三層式滑板水口系統(tǒng)中有三塊滑板，即上滑板、中間滑板和下滑板，操作時，上、下滑板固定不動，通過移動中間滑板來進行截流和控流，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖9-6兩層式滑動水口系統(tǒng)圖9-7三層式滑動水口系統(tǒng)按操作方式分兩層式滑板又可分為直進往復式和旋轉(zhuǎn)式，直進往復式滑板在操作過程中滑板來回作直線運動進行功能操作。而旋轉(zhuǎn)式滑動水口系統(tǒng)由固定盤（上滑板）、旋轉(zhuǎn)盤（下滑板）及固定裝置組成，在固定盤上開有一鑄孔，在旋轉(zhuǎn)盤上則開有2-3個不同或相同孔徑的鑄孔。通過旋轉(zhuǎn)盤做圓周運動，借助

37、于鑄孔的重合或鋯位來進行功能操作。按滑板用途分類，滑板可分為中間包用滑板和鋼包用滑板。三 、材質(zhì)選擇最初選擇為陶瓷結(jié)合的燒成高鋁質(zhì)滑板，主要以燒結(jié)氧化鋁為原料，高溫燒成和瀝青浸漬，其使用壽命不是很高，主要是材料的抗熱震性和抗侵蝕性都不適應(yīng)嚴酷的使用條件。隨后發(fā)展的是鋁碳質(zhì)滑板，有不燒和燒成鋁碳滑板。鋁碳滑板以燒結(jié)氧化鋁和合成莫來石為主要原料，在基質(zhì)部分添加碳組分和防氧化添加劑如金屬鋁、金屬Si、SiC等，加入結(jié)合劑煤瀝青或酚醛樹脂混練成型。鋁碳滑板較高鋁滑板在使用中具有明顯優(yōu)異的抗熱震性、抗剝落性和抗侵蝕性，在實際應(yīng)用中迅速取代了高鋁質(zhì)，成為滑板材料的主流。但碳易氧化，導致結(jié)構(gòu)疏松，侵蝕性降低

38、。因此在鋁碳質(zhì)滑板的基礎(chǔ)上又開發(fā)了鋁鋯碳質(zhì)滑板，采用低膨脹率的Al2O3-SiO2-ZrO2系原料，以斜鋯石、莫來石、剛玉等為主體原料，碳結(jié)合為結(jié)合相。利用鋯莫來石中氧化鋯在1000左右的晶型轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的體積效應(yīng)，在晶粒內(nèi)產(chǎn)生微裂紋，大大改善了滑板的抗熱震性：另外ZrO2具有優(yōu)良的抗侵蝕性，鋁鋯碳滑板的抗侵蝕性明顯優(yōu)于鋁碳滑板的抗侵蝕性。隨繼又有鎂質(zhì)、尖晶石、氧化鋯質(zhì)、鎂-碳質(zhì)、尖晶石-碳質(zhì)等滑板出現(xiàn)，分別適用于某些特殊處理鋼種澆注，幾種材質(zhì)的性能比較如表9-1。MgO-C質(zhì)滑板克服了方鎂石滑板抗熱震性差的缺點，在澆鋼溫度高、時間長以及鋼水中氧和鈣含量高的條件下，鎂碳質(zhì)滑板也獲得了滿意的使用效果

39、。為提高質(zhì)量，多數(shù)滑板浸漬瀝青增加密度、強度，降低氣孔率。隨著鋯莫來石、鋯剛玉、金屬、碳化物等原料的引入，石墨的精選，材料的熱震穩(wěn)定性、抗侵蝕性、抗氧化性、熱態(tài)強度等性能得到了優(yōu)化，滑板使用壽命逐步提高。當前國內(nèi)大中型鋼廠基本都選用燒成鋁碳質(zhì)滑板或鋁鋯碳質(zhì)滑板。鎂質(zhì)、尖晶石滑板耐蝕性好，但熱震性差，適于鈣處理鋼，常用于溫度變化比較緩慢的小型滑板或中包滑板。氧化鋯對低堿度MnO-SiO2渣有較高的抵抗能力，用于鈣處理鋼和高氧鋼。氧化鎂部分穩(wěn)定的氧化鋯質(zhì)滑板具有優(yōu)良的抗渣侵蝕性能，在苛刻的澆注條件下使用，壽命可高達10次以上。表9-1不同材質(zhì)滑板的理化指標項目鋁碳質(zhì)鋁鋯碳質(zhì)鎂碳質(zhì)尖晶石碳質(zhì)氧化鋯質(zhì)

40、體積密度，g/cm32.80-3.003.06-3.182.94-3.092.90-3.154.98-5.35顯氣孔率，%7.5-9.06.0-9.04-96-102-11常溫耐壓強度，MPa130-200150-230130-180160-190150-560高溫抗折強度，MPa（1480）11-1413-1630-4530-369-14熱膨脹率，%（1500）-1.0-1.11.941.261.03化學成分，%Al2O370-7570-758-1523.7-MgO-80-9075.3-ZrO2-7-10-93-97F.C12-155-103-53-4.50-2.0四、 生產(chǎn)工藝滑板的制造工

41、藝因材質(zhì)不同而有所不同，鋁碳、鋁鋯碳材質(zhì)滑板具有突出的抗熱震性和抗侵蝕性，多年來一直是所用滑板的主體材料，也是各滑板生產(chǎn)廠家的主導產(chǎn)品。鋁碳、鋁鋯碳滑板通過專門的滑板生產(chǎn)線生產(chǎn)，在產(chǎn)品上分為不燒和燒成兩種，以燒成滑板為主，除燒成外二者在生產(chǎn)工藝上相同，下面就以燒成鋁碳、鋁鋯碳滑板為例來說明其生產(chǎn)工藝特征。（一）原料鋁碳滑板的主體原料為剛玉和碳素原料，主要添加的輔助原料有鋯剛玉或鋯莫來石、金屬粉和非氧化物等用以提高和優(yōu)化滑板抗熱震性、抗侵蝕性、抗氧化性等使用性能?；宓男阅苡稍系姆N類及配比，結(jié)合劑、添加劑的選擇及制造工藝過程和參數(shù)，滑板的結(jié)構(gòu)等因素決定。1.剛玉原料滑板的性能和所用何種品質(zhì)Al

42、2O3相關(guān)，Al2O3含量高，抗侵蝕性好，低時，抗熱震性好，一般在85-95%，SiO2在5-12%，但目前趨向于減少SiO2含量。因此，剛玉原料是鋁碳滑板最主要的原料，剛玉原料的選擇要求品位要高，雜質(zhì)含量要低，多選用電熔白鋼玉、板狀剛玉、致密剛玉等。鋯莫來石（ZM）或鋯剛玉（ZA）為生產(chǎn)高檔次鋁鋯碳滑板所引入的主要材料，ZA或ZM具有比剛玉低的熱膨脹率和高的抗侵蝕性，其作用是提高滑板的抗侵蝕性和抗熱震性，以進一步提高滑板的使用壽命。2 .碳素原料碳具有良好的高溫性能，在鋁碳滑板中起著提高抗渣蝕和抗熱震性的作用和一定的高溫潤滑作用，抗侵蝕性和抗熱震性提高程度與石墨加入量成正比。石墨地加入使不燒

43、或燒成鋁碳滑板主要性能有所提高，使用壽命高于高鋁滑板。碳成分可由石墨，焦油，焦碳，或碳黑等引入，天然鱗片石墨抗氧化性好，碳黑等活性高，易和鋁。硅等添加劑反應(yīng)填充氣孔以改善性能，所以采用兩種碳更好些，一般碳含量為8-15%。3 .金屬和非氧化物添加劑它們的主要作用是防氧化，同時還可起到提高強度的作用。添加劑有金屬和非氧化物，常采用的有硅粉，金屬鋁粉，碳化硅，炭化硼等。由于在燒成過程中的反應(yīng)他們對滑板的性能和顯微結(jié)構(gòu)有重要影響，一是金屬添加物反應(yīng)生成的碳化物或氮化物形成一定的陶瓷結(jié)合，提高滑板的強度：另外金屬添加物反應(yīng)生成的碳化物或氮化物提高滑板的抗氧化性，添加物或其在滑板燒成時的反應(yīng)生成物在使用

44、時先于石墨氧化，起到延緩石墨氧化的作用。幾種添加劑在燒成和氧化氣氛下的反應(yīng)如下所示。同時加入Al，Si，非氧化物的生成溫度會降低。影響效果為：反應(yīng)生成物填充空隙降低氣孔率：反應(yīng)生成物保護了碳結(jié)合和提供了一定程度的陶瓷結(jié)合，益于提高強度，在一定范圍內(nèi)隨金屬加入量增加而增加：抑制石墨氧化，部分解決由于石墨氧化而引發(fā)的一系列破壞性作用碳氧化后強度降低不耐沖刷，氣孔增加鋼液滲入易于表面拉毛等。4 .結(jié)合劑采用酚醛樹脂為結(jié)合劑，酚醛樹脂結(jié)合劑潤濕性好，流動性好，是一種較合適的結(jié)合劑。（二）工藝過程1.稱量：原料稱量：將各種顆粒、粉料按一定比例準確稱量，稱量誤差一般不得大于0.5wt%；2.預混：其目的是

45、讓微量添加劑充分分散均勻。燒成鋁炭滑板的燒結(jié)，主要是基質(zhì)部分細粉和微粉的燒結(jié)，在混合過程中，若有助于燒結(jié)的微量添加劑不均勻，不但添加劑失效，而且因熱應(yīng)力不均使產(chǎn)品產(chǎn)生局部裂紋；3.混練：在強制混練機中混練?；炝系囊话沩樞驗椋簩㈩w粒和結(jié)合劑放入混練機中混合5min左右，然后放入細粉混練5min左右，放入石墨、添加劑等其它組分混練20min，總混練時間不得小于30min；4.困料：將混好的料放置一定時期，增加料的塑性利于成型；5.成型：大噸位液壓機或摩擦壓磚機：采用小孔成型后再擴孔、二面加壓新工藝，不僅可以提高滑板鑄孔周圍密度，又解決成型層裂；6.燒成：通常埋碳保護燒成，燒成溫度一般在1350-1

46、450；7.油浸：該工藝可起到防止滑板裂紋，防止滑動水口機構(gòu)吸入空氣，減小滑板間摩擦力，增強材料結(jié)合強度。由于燒成鋁炭滑板體積密度高，顯氣孔率較低，非真空敞開式煮沸法很難浸漬，通過高壓真空浸漬，不僅能增炭，而且可改善磚的物理性能和使用性能；干餾處理：滑板浸漬瀝青后，使用時瀝青熔化流淌，粘住滑板和機構(gòu)，揮發(fā)黃煙，污染環(huán)境，因此必須進行干餾炭化處理。掌握合適的干餾溫度和保溫時間，達到最佳效果。8.加工：對滑板進行鉆孔處理和表面磨光、磨平；9.打箍：將非工作面用鐵皮箍緊，防止使用時開裂，增加滑板的抗熱震性；10.涂潤滑劑：從改善滑板表面平整度、光滑度出發(fā)，在滑板表面涂覆含石墨的潤滑劑；11.檢驗：對

47、外觀尺寸、缺棱深度、裂紋長度、滑動面平整度、凹坑等進行檢查；12.成品：經(jīng)檢驗合格的產(chǎn)品進行包裝、分類，準備運往現(xiàn)場使用。第四節(jié) 定徑水口定徑水口是小方坯連鑄用關(guān)鍵耐火材料，其性能優(yōu)劣直接影響連澆時間。當前普遍采用的是鋯質(zhì)材料，鋯含量不同，其使用壽命也由5-6小時至15小時以上不等。定徑水口是利用其孔徑的大小來控制鋼水流速，鋯質(zhì)定徑水口失效的直接原因是擴徑，定徑水口擴徑后，鑄坯拉速加快，造成鑄坯質(zhì)量下降，引發(fā)拉漏事故。提高ZrO2含量，減少雜質(zhì)含量，提高致密度，減少氣孔率，有助于提高抗侵蝕性和抗沖刷性，提高使用壽命。一 、使用條件及性能要求安裝好的定徑水口在使用前要同中間包一起進行烘烤，烘烤溫

48、度視鋼廠的烘烤條件而定，一般要大于1000，烘烤條件不好的鋼廠，溫度只能達到800-900。使用時溫度為1500左右的鋼水直接與定徑水口接觸，對定徑水口造成強烈的熱沖擊，因此要求定徑水口具有良好的抗震性，否則在使用時會發(fā)生炸裂，直接影響澆鑄的進行。鋼水在定徑水口中的流速可高達4m/s，對定徑水口內(nèi)孔產(chǎn)生嚴重的沖刷，使水口直徑擴大，引起拉速的加快甚至引發(fā)漏鋼等事故，故要求定徑水口的抗鋼水沖刷性要好。定徑水口材質(zhì)與鋼水接觸時，鋼水中的夾雜物（如Al2O3、CaO、SiO2、MgO、Fe、Mn等）與氧化鋯反應(yīng)使之分解，生成非常細小的氧化鋯顆粒和多元液相發(fā)生化學侵蝕，并進而隨鋼液流走使定徑水口發(fā)生擴徑

49、。因此對定徑水口的質(zhì)量要求是：抗沖刷，耐侵蝕，熱震穩(wěn)定性好。二 、定徑水口設(shè)計原理通過控制中間包內(nèi)鋼水液面在小范圍波動和固定定徑水口孔徑的大小來達到控制拉速的目的，定徑水口的直徑是小方坯連鑄時控流的主要手段。從中間包水口流出的鋼水量的計算為:又流出的鋼水量與拉坯量相等，得到：Q=abv二式聯(lián)立得式中，d中間包定徑水口直徑a、b分別為結(jié)晶器內(nèi)腔橫斷面的寬度和厚度，cmv拉坯速度，cm/min：h中間包鋼液面高度，cm：g重力加速度，9.8×100×（60）2cm/min2c系數(shù)，c=：流量系數(shù)，鎮(zhèn)靜鋼取0.97-0.86（硅鋼、高碳鋼等取上限，低碳鋁鎮(zhèn)靜取下限）水口初始截面的

50、變化系數(shù)，初始時=1可以看出，在設(shè)計定徑水口直徑時，要考慮到連鑄參數(shù)如鑄坯寬度、厚度、拉坯速度、中間包液面高度等因素，鋼種也是影響直徑設(shè)計的因素之一。由上式還可以看出，在其它條件不變的情況下，定徑水口直徑的增加會使拉坯速度增加，說明在使用過程中水口直徑的擴大會導致拉坯速度的增加，而如果保持拉坯速度不變，那么降低中間包液面的高度是唯一可行的保持澆鑄進行的方法。三 、定徑水口分類（一）按生產(chǎn)工藝分類目前我國使用的普通鋯質(zhì)定徑水口，根據(jù)其生產(chǎn)工藝，可分為全均質(zhì)定徑水口、直接復合定徑水口、振動成型定徑水口和鑲嵌式定徑水口四種。1.全均質(zhì)定徑水口 圖9-8全均質(zhì)定徑水口示意圖圖2直接復合定徑水口示意圖全

51、均質(zhì)定徑水口如圖9-8所示。主要由鋯英石和氧化鋯按一定比例直接混合后，經(jīng)成型、干燥、燒結(jié)而制成。燒成溫度為1620-1650。其特點是組成、性能和結(jié)構(gòu)比較均勻，可靠性較好，但成本較高。2.直接復合定徑水口為降低成本，普通鋯質(zhì)定徑水口可以做成直接復合型，如圖9-9所示。水口本體由鋯英石制成，水口定徑端的內(nèi)孔部位（工作面）由鋯英石和氧化鋯復合制成。復合部位的氧化鋯含量為72-78。本體和復合部位同時成型，一次燒成，燒成溫度為1620-1650。此種水口的成本比全均質(zhì)定徑水口低得多。由于水口本體和復合部位是同時成型和燒成，復合部位在使用時不會脫落。但是，由于氧化鋯在11001250會發(fā)生馬氏體相變并

52、伴有體積變化，容易導致水口在使用時出現(xiàn)炸裂。因此，生產(chǎn)這種水口必須使用穩(wěn)定氧化鋯且含量不宜太高。由于穩(wěn)定氧化鋯與鋯英石的熱膨脹系數(shù)仍不一致，水口在使用時還可能會出現(xiàn)開裂。3.振動成型定徑水口振動成型定徑水口由水口芯、水口本體和鐵皮外殼組成，如圖3所示。水口芯由鋯英石和氧化鋯復合制成，燒成溫度與全均質(zhì)水口相同，水口本體為高鋁料。該水口的制作方法是先將水口芯做好，然后將水口芯、高鋁料和鐵皮外殼用振動加壓的辦法成型在一起。成型好的水口不用再燒結(jié)，只需烘干。此種水口具有成本低、水口芯不易脫落的優(yōu)點，缺點是長時間使用會因鐵皮外殼熔化而漏鋼。 圖9-9振動成型定徑水口示意圖 圖9-10鑲嵌式定徑水口示意圖

53、4.鑲嵌式定徑水口鑲嵌式定徑水口如圖9-10所示。水口本體（外套）由高鋁料制成，水口芯由鋯英石和氧化鋯復合制成。水口本體和水口芯分別制作，然后用耐火泥將二者粘結(jié)在一起。其特點是比全均質(zhì)水口成本較低，比直接復合定徑水口熱穩(wěn)定性好，如果粘結(jié)不好，長時間使用時會出現(xiàn)水口芯脫落。（二）按鋯含量分類根據(jù)定徑水口中氧化鋯含量的不同，可分為65（氧化鋯含量65wt%）、75（氧化鋯含量75wt%）、85（氧化鋯含量85wt%）和95（氧化鋯含量95wt%）四種類型，其中65、75、85為普通定徑水口，其原料以鋯英石和氧化鋯為主，燒成溫度為1620-1650。95型為氧化鋯材質(zhì)，近年來隨著中間罐鎂質(zhì)涂料尤其是

54、干式料的推廣應(yīng)用，大部分鋼廠中間罐的使用壽命明顯提高，普通鋯質(zhì)定徑水口已不能滿足使用要求，必須使用抗侵蝕性更好的氧化鋯定徑水口。目前澆鋼用的抗侵蝕性最好的材料是氧化鋯。由于氧化鋯在11001250會發(fā)生馬氏體相變并伴有體積變化，因此純氧化鋯不能用做制品。氧化鋯定徑水口一般都用氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯制成，也有使用氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯材料。氧化鋯定徑水口的燒成溫度較高，約1800。在燒成條件不具備時，可采用加入燒結(jié)劑的辦法，將燒成溫度降至16501700。但低溫（<1700）燒成的氧化鋯定徑水口的抗侵蝕性比高溫燒成的差。由于氧化鋯原料較貴，且燒成溫度高，因此生產(chǎn)成本高、價格貴。為降低成本，氧化

55、鋯定徑水口一般做成鑲嵌式，即水口外套用較便宜的高鋁料或鋯英石制成，水口芯（工作面）用氧化鋯制成。氧化鋯定徑水口可以實現(xiàn)多爐連澆，其使用時間可以10h。（三）按臨界粒度分類根據(jù)所用原料顆粒的大小，95型氧化鋯定徑水口可以分為粗顆粒型、細顆粒型和陶瓷型三種。1.粗顆粒氧化鋯定徑水口：氧化鋯的最大粒度可達2mm。由于顆粒較粗，水口的熱穩(wěn)定性很好，使用時不會出現(xiàn)炸裂，但強度較低。與其它耐火材料相比，這種水口的抗侵蝕性很好，其使用時間為814h。2.細顆粒氧化鋯定徑水口：氧化鋯的粒徑50m。因原料較細，水口的組織結(jié)構(gòu)比較均勻，顯氣孔率明顯比粗顆粒水口的低，因而抗侵蝕性比粗顆粒水口好，但熱穩(wěn)定性差一些。其

56、使用時間為1520h。3.陶瓷型氧化鋯定徑水口：近幾年，隨著連鑄技術(shù)水平的發(fā)展，有些鋼廠連澆時間可以20h，粗顆粒水口和細顆粒水口均不能滿足使用要求，必須使用氧化鋯陶瓷定徑水口。致密氧化鋯陶瓷定徑水口的粒徑5m，顯氣孔率5。這種水口的強度非常高，但熱穩(wěn)定性差，使用不當時會出現(xiàn)水口炸裂。在生產(chǎn)和使用這種水口時，必須采取措施，以降低水口開澆時所受的熱應(yīng)力，如采用薄壁水口內(nèi)芯制成鑲嵌式水口和提高開澆前水口的烘烤溫度等。氧化鋯陶瓷定徑水口的優(yōu)點是鋼水流動均勻使鑄機拉速穩(wěn)定，連澆時間可以20h，由于連澆時間長，不必頻繁更換中間罐，減少損耗和停機（準備）時間，提高鑄機的效率。不同類型的氧化鋯定徑水口（水口

57、芯）的性能如表2所示。目前，我國大部分鋼廠的連澆時間15h，從表2可知，粗顆粒氧化鋯定徑水口可以滿足使用要求，此種水口我國已研制開發(fā)成功，目前國內(nèi)尚未生產(chǎn)氧化鋯陶瓷定徑水口。表2不同類型氧化鋯定徑水口性能項目粗顆粒型細顆粒型陶瓷型體積密度/g/cm34.64.95.3-5.7顯氣孔率/%18103-5顆粒尺寸/m20-20003-1003-5耐壓強度/MPa2560300抗侵蝕性很好很好極好抗沖刷性好很好極好熱穩(wěn)定性好中差使用時間/h8-1415-20>2四、 生產(chǎn)工藝（一）原料主體原料選用鋯英石砂、斜鋯石和電熔氧化鋯等。鋯英石熔點高、導熱性好、熱膨脹性低，難與酸發(fā)生作用，也不易與熔融金屬潤濕和與之發(fā)生反應(yīng)，對渣、玻璃液都具有良好的抵抗性，因此可被用以制造抗侵蝕性好、抗熱震性優(yōu)良的定徑水口。氧化鋯是一高熔點化合物，在11001250會發(fā)生馬氏體相變并伴有體積變化，因此需加入穩(wěn)定劑MgO、CaO、Y2O3等。在CaO做穩(wěn)定劑的部分穩(wěn)定氧化鋯中，CaO的加入量通常為-或更多些：MgO做穩(wěn)定劑時，氧化鋯長期處在1000-1400溫度下會發(fā)生分解：Y2O3的穩(wěn)定效果最好，并且容易制造，但Y2O3為稀土礦物，價格昂貴，一般很少采用，但有