提高连铸用耐火材料的技术工艺（二）
连铸用耐火材料的技术进步对连铸比的快速提高起到了推动作用。长水口、整体塞棒、浸入式水口作为连铸用三种关键功能耐火材料,其质量好坏直接关系到连铸工艺的顺行和产品质量。浸入式水口的影响尤为明显。浸入式水口是钢水从中间包流入结晶器的导流管,使用浸入式水口可防止钢水二次氧化，控制钢水的流动状态和注入速度，促进夹杂物上浮，防止保护渣和非金属夹杂物卷入钢水等。
随着连铸工艺的改进和浸入式水口用耐火材料的开发,浸入式水口的使用寿命有所延长,但是在浇铸过程中时而发生的水口结瘤或堵塞现象一直是困扰连铸工序的一个难题。水口结瘤或堵塞不仅降低了连铸机的生产效率,而且也是引起钢铁产品产生缺陷的主要原因之一。因此，解决水口的结瘤或堵塞问题具有十分重要的意义。
防止浸入式水口结瘤的措施：
优化水口的结构。水口内壁与钢水流直接接触，成为Al2O3等夹杂物附着的基体。其中，内腔孔径和内腔形貌是设计的关键。如果内腔孔径太大,钢水与水口接触面积增大,钢水流速尤其是水口内壁钢水流速会有所减慢,增加钢水中Al2O3等夹杂物黏附的机会。相反,如果内腔孔径过小,由于向下钢水流的冲击,水口内液面钢水反弹,向上和向下的钢水流在水口的出口发生碰撞,会出现一定程度的钢水滞留,加速Al2O3等夹杂物吸附。因此,合理设计水口内腔结构有利于改善水口内腔的堵塞。
此外，水口出口形状不仅关系到钢水从水口流出的流态和连铸坯的规格,而且合适的出口形状可以使结晶器内钢水中的夹杂物在上浮后被去除,降低黏附结瘤的几率。
导致水口结瘤的还有其他一些结构,如内部粗糙度、保温隔热层和结构突变等。当表面粗糙度超过0.3mm时,水口与钢水边界层的黏滞部分失效,黏滞层的保护作用消失,使得钢中的Al2O3等夹杂物易于富集。因此,水口工作面应尽可能光滑。采取在水口外表面周围粘贴厚20mm、渣线部位加厚至25mm的纤维隔热材料进行保温,降低热损失,减少温差也可以有效地消除温降的影响,减少钢水中的Al2O3，缓解水口的堵塞。在钢水流经水口的过程中,应避免水口的几何形状发生突变。因为在结构形状的突变点,极易出现钢水分流,造成钢流方向的急剧变化。这种变化会对Al2O3等夹杂物产生一种向心力,促使Al2O3夹杂与水口内壁耐火材料碰撞直至Al2O3附着在内壁上。因此,要通过结构设计使水口内部尽可能减少几何形状的突变。
合理选用水口材质。与铝碳材料相比,镁铝尖晶石材料具有良好的防止氧化铝附着能力。这是由于镁铝尖晶石材料结构致密,表面光滑,不含C和SiO2，热稳定性好,并且能够与氧化铝附着物发生尖晶石化反应或形成尖晶石固溶体等。另外,为了减少浸入式水口的堵塞,应根据浇铸的钢种不同,合理选择不同材质的水口。在浇铸铝镇静钢时,采用熔融石英质水口,通过生成含SiO2多的玻璃层来降低玻璃黏度,可以在一定程度上减少水口堵塞。在浇铸高锰钢时,在铝碳质水口的外表面包上一层耐火材料进行保温,有利于防止水口堵塞。但此时若采用石英质水口,由于水口壁上富集的MnO与SiO2生成低熔点的MnO•SiO2，会使水口严重熔损,导致钢中夹杂物显著增加。因此,为了防止水口堵塞和提高钢的质量,浇铸普碳钢、低合金钢应该选用锆质和石英质水口,浇铸含铝钢种或锰含量高于0.65%的钢种应采用石墨高铝质水口。其预防机理主要是通过减弱钢水与水口内壁的润湿性,来减小氧化铝在水口壁上的粘附力。
提高钢水的洁净度。钢水的洁净度是衡量钢水质量的重要标志,也是造成堵塞的主要因素,若钢水洁净度不高,或者钢液中的气体、夹杂物含量高,一方面会增加钢水的黏度,使其流动性变差,另一方面也会增加固态高熔点夹杂物的绝对浓度,从而为水口堵塞提供便利条件。因此,减少钢水中二次氧化产物的形成和降低脱氧产物的聚集,可以有效地防止水口堵塞。
通过控制脱氧加铝量,减少钢水中氧化铝的含量,有利于降低水口的堵塞程度。据报道,用喂丝机加入铝丝,有利于提高钢中铝的收得率。另外，采用Ca、Si等部分代替铝脱氧易于控制铝的加入量。通过钙处理钢水,可以将固态、高熔点的Al2O3夹杂转化为低熔点的12CaO•7Al2O3，从而减轻水口的堵塞。但要严格控制钙的加入量,若加入量太少,容易形成高熔点的铝酸钙；若加入量过多,又会生成高熔点的CaS,也会堵塞水口,即使钢水中含硫量很少,也会侵蚀塞棒。对水口系统进行吹气处理,可以改变钢水在水口内的流态，可在一定程度上减少Al2O3等夹杂物在水口内壁的吸附沉积。所用的气体一般是氩气，按吹气部位的不同,可分为三种供气方式，即塞棒吹气、水口吹气和塞棒与水口同时吹气。
总之，浸入式水口堵塞的形成是一个复杂过程,涉及的影响因素和条件很多,并且相互影响。从材料角度出发,通过改变与钢水接触的浸入式水口内孔材料性质,可避免Al2O3造成的堵塞。从水口结构角度出发,通过优化设计浸入式水口的钢液通道结构,调整钢液的流动状态,以及向水口内吹入氩气和在水口外贴上保温材料,也可避免Al2O3堵塞。总之,随着高效连铸技术和洁净钢冶炼技术的发展,开发多功能、高性能和长寿命的浸入式水口对于提高连铸效率、降低企业生产成本和提高铸坯质量具有十分重要的意义。(来源：钢讯)
编辑：陈媛（021-26093237）
