天津钢管公司连铸耐火材料的使用和改进

    天津钢管有限责任公司炼钢厂的连铸设备是1991年从德国曼内斯曼.德马克公司引进，采用之流弧形结晶、多点矫直圆坯连铸机，设计为4炉连浇，铸坯直径分别为Φ210mm、Φ270mm和中Φ310mm3种规格，年产57万t钢坯。1992年投产以来，耐火材料一直是制约连浇炉数达标的主要原因，集中表现在塞棒头部侵蚀严重造成水口关不住，塞棒在浇铸过程中本体断裂，以及水口堵死等，连浇炉数仅为2-3炉。到2000年末，经过对耐火材料质量的改进，连浇炉数平均为4．2炉。
    2001年公司分别对电弧炉和连铸设备进行提速改造，改造后连铸坯的年产量达80万t以上，浇铸时间由80min缩短为60min，连浇炉数稳定在6-8炉。
    1 浸入式水口
    1．1 高抗渣性
    一般情况下，碳含量为15％的Zr0₂-C材料具有较好的综合抗侵蚀性能。根据Zr0₂-C材料的侵蚀机理^[1]，降低Zr0₂-C材质中碳含量可提高耐火材料的抗渣性，然而碳含量的减少必将降低材料的抗热震稳定性能。为此，目前采用渣线部位为三层结构组成的复合型浸入式水口，其结构如图1。外层采用普通Zr0₂-C材质是为了保证最初与钢水接触时材料有足够的抗热震性。而内层采用A1₂0₃-CaO-C材质，以防止氧化铝堵塞水口。
    1．2 高机械强度和高抗热震性
    在凝固后的局部熔损部位，在金属一水口材料间存在着熔渣；随着金属中碳浓度的增加，局部熔损速度降低了；如果使金属中的碳饱和，则金属一水口材料间的熔渣消失，也不会发生局部熔损^[2]。基于这一点，开发了含碳的浸入式水口。此外，还开发了以氧化锆为主要成分的浸入式水口。由于氧化锆向熔渣中的溶解速度低，而且氧化锆呈微粒状在渣膜中悬浮，隔绝了水口材料和金属的接触，因此有效地抑制了局部熔损。实践证明^[3、4]，制品内部存在许多微细裂纹，可释放耐火材料内部的热应力，并抑制裂纹的扩展。如生产高铝质制品，当加入少量Zr0₂后，利用ETD2相变导致制品内部形成许多微裂纹，可使热应变储积的弹性能部分释放，从而减轻裂纹的扩展，提高制品的抗热震性。
    1．3 防止氧化铝结瘤堵塞
    为了减少结瘤，从机理上采取的措施主要有：
    (1)用Ca处理钢液，使A1₂0₃，转变为A1₂0₃-CaO系低熔物。 
    (2)采用含有CaO材料制作浸人式水口，还可使用Zr0₂-C材质防止水口堵塞。
    (3)浸入式水口内衬材质中含有能在高温下与A1₂0₃作用生成低熔点相的组分。
   2 整体塞棒
   为了提高塞棒的使用寿命，可在组成中加入一定量的碳。这些碳渗透到耐火材料颗粒内部或在颗粒间形成脉状网络碳链结构，即“碳结合”，从而降低制品的气孔率，提高制品的高温强度。同时，由于碳可提高制品的导热性，从而减弱制品因温度不均造成的热应力，避免棒头的剥片和断裂。为提高塞棒的使用寿命，根据所浇钢种，棒头可采用A1₂0₃-C质、MgO-C质或Zr0₂-C质材料。
   3 连铸耐火材料的改进措施和使用效果由于天津钢管公司浇注钢种绝大部分为高强度耐腐蚀合金钢，并采用铝脱氧，因此浸入式水口会产生A1₂0₃结瘤现象，造成钢液铸流不稳定，甚至水口堵塞。
   针对上述情况，在原进口浸入式水口结构和本体使用A1₂0₃-C质，渣线部位为Zr0₂-C质的复合水口基础上，洛阳南苑耐火材料公司和青岛双鹰耐火材料公司研制开发了水口内壁为Zr0₂-CaO-C质和在本体中加入一定量的Zr0₂、CaO等多种材质的浸入式水口，渣线处还采用进口电熔氧化锆的Zr0₂-C材质，并按生产不同钢种调整其含量，一般控制在75％左右。浸入式水口各层材料的组成见表1。
   公司使用的整体塞棒本体采用铝碳质，A1₂0₃含量约为45％，C含量约为25％。塞棒头部A1₂0₃含量约为60％，C含量约为15％，提高了棒头的强度及抗剥落和耐冲刷性能。此外，塞棒头部与浸人式水口碗部材质应匹配，以防止高温粘连现象发生。
   在本体中加入一定量的Zr％和SiC能进一步提高塞棒的抗侵蚀性。表2显示了浸入式水口和整体塞棒改造前后的侵蚀速度。
   表l 浸入式水口主要成分和性能

    表2 浸入式水口和整体塞棒渣线部位的侵蚀速率／mm炉^-1

   2001年末炼钢厂经过18次批量试验，耐火材料使用性能明显提高，未发生断裂、剥落和水口堵死现象，连浇炉数为7～8炉。
   参考文献
   1 李红霞，杨 彬．连铸用功能耐火材料的发展．洛阳耐火材料研究院论文，2000，1
   2 王诚训，王 珏．耐火材料技术与应用．北京：冶金工业出版社，2000.202
   3 徐维忠．耐火材料．北京：冶金工业出版社，1992．52
   4 斯特列洛夫．耐火材料结构与性能．北京：冶金工业出版社，1992，88


   李 霞，女，43岁，硕士，高级工程师。1986年毕业于北京科技大学钢铁冶金专业。主要从事超高功率电弧炉、钢包精炼及连铸工艺的研究。