一种含低碳内孔体的浸入式水口

摘要

本发明涉及用于钙处理钢连铸的一种含低碳内孔体的浸入式水口。一种含低碳内孔体的浸入式水口，包括内孔体、本体和渣线段，所述内孔体的材质是Al

说明书

技术领域

本发明涉及浸入式水口，尤其涉及用于钙处理钢连铸的一种含低碳内孔体的浸入式水口。

背景技术

浸入式水口是连铸关键功能耐火材料，而且也是液态钢水凝固前通过的最后一个功能耐火材料，因此浸入式水口的质量直接影响到钢水和铸坯的质量。长期以来，科技人员对浸入式水口的材质、性能和结构进行了大量研究，浸入式水口的性能和结构得到了很大改进，能较好地满足炼钢连铸的需要。

现有的浸入式水口，普遍采用Al₂O₃-C材质，碳含量约20%以上，渣线采用ZrO₂-C材质，ZrO_{2>约72%以上。由于水口结瘤情况较多，为防止水口结瘤和堵塞，水口的材料和结构得到了发展。日本研究表明，采用无碳、无硅的内孔体材料可以减轻水口结瘤，所以后来含内孔体水口大量使用。但内孔体材料很难在抗侵蚀性和抗热震性之间取得平衡，无碳、无硅的内孔体材料虽然防结瘤不错，但抗热震性不足；为了提高内孔体材料的抗热震性，有些内孔体加入了锆莫来石，虽然抗热震性得到改善，但防结瘤、抗侵蚀性不好；有些内孔体加入了尖晶石，但抗热震性不够。}

随着连铸工艺和各种品种钢浇铸的发展需要，对浸入式水口的质量和适应性提出了越来越高的要求。比如，不同钢种对浸入式水口的要求不同，对于铝镇静钢，要求浸入式水口具有良好的防堵塞能力；对于高氧钢，要求浸入式水口等三大件具有良好的抗侵蚀性；对于厚板钙处理钢，不仅要求浸入式水口具有良好的耐侵蚀性，而且尽可能减小水口对铸坯夹杂缺陷的影响。

无内孔水口，其材料是碳含量约25%的Al₂O₃-C材料，导热系数高，烘烤后至开浇前水口的降温比含内孔的水口大，这样，开浇后受到的热应力也较大，水口断裂的可能性较高。含内孔体水口由于内孔体的低导热性，水口的温降较小，抗热震性优于无内孔体水口。目前也有采用无内孔体浸入式水口（原先的浸入式水口都没有内孔体）。为了确保无内孔体水口的抗热震性，往往加入了一些改善抗热震性的物质，如熔融石英、锆莫来石和硼玻璃等。这些物质含有较高的SiO₂，降低了水口的抗侵蚀性。因此，目前还没有能很好满足钙处理钢连铸要求的浸入式水口。

现有文献和专利分析。中国“耐火材料”2012，No.5报道，为防止氧化铝结瘤和改善抗剥落性，日本研究开发了长水口和浸入式水口的无碳内衬。对尖晶石（MgO₂7%）和SiO₂不同的Al₂O₃-SiO₂材料进行了研究。将SiO₂含量33%的Al₂O₃-SiO₂无碳材料作为长水口和浸入式水口的内衬进行了应用，使用效果良好。日本“耐火物”2002，No.3报道，日本东芝陶瓷公司开发了Al₂O₃-MgO（Al₂O₃：82%；MgO：6%）浸入式水口内衬材料。这种材料受热时生成二次尖晶石而使材料致密，耐侵蚀性是Al₂O₃-C材料的1.38倍。日本“耐火物”1996，No.7报道，考虑到在浇铸Ca-Si处理钢时，因耐火材料中的Al₂O₃与钢水中的CaO反应生成低熔物而侵蚀增大，开发研究了Ca-Si处理钢用MgO-C质浸入式水口。开发产品的MgO>2O₃-C材料相比改善了耐侵蚀性。

中国专利CN201572914U公开了一种铝锆碳质免烘烤浸入式水口，在水口本体、渣线内壁上覆盖一层无碳材料，无碳材料可以是锆质、刚玉质、尖晶石、石英质中的任何一种。由于浸入式水口的整个内孔都是无碳材料，材料的导热率较低，延长了水口壁厚方向温度传递的时间，可避免浇钢过程中温度急剧变化使水口发生开裂，该发明水口在使用前不需要烘烤。中国专利CN102335730A公开了一种无硅浸入式水口及其制造方法，为了确保水口的抗热震性，在本体和渣线加入一定的钛酸铝，在不影响水口抗热震性和使用寿命的条件下，通过防止SiO生成的方式来减缓或阻止结瘤的产生，防止水口堵塞。日本专利WO2012/132562公开了一种连铸用浸入式水口，该专利在浸入式水口的吐出孔，每边设计上下2个吐出孔。这样的设计，钢水在结晶器的垂直方向形成双旋流，使上下的钢流速度控制在一定范围，从而提高铸坯质量。

现有文献和专利都没有涉及到关于浸入式水口设置低碳内孔体、兼顾抗侵蚀性和抗热震性的内容。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含低碳内孔体的浸入式水口，该浸入式水口不仅具有良好的抗侵蚀性，也具有良好的抗热震性，能满足钙处理钢连铸的要求。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

根据钙处理钢水口的侵蚀机理，钢中的CaO成分无法改变，Al₂O₃一部分来自钢液的脱氧产物，一部分来自水口材料，也基本不能改变，本发明采用了减少或去掉内孔体材料中的SiO₂成分，以减少低熔点相的生成和降低侵蚀，同时根据含内孔体水口抗热震性较好的特点，改变内孔体材料的成分，使其兼顾抗侵蚀性和抗热震性。这样本发明的浸入式水口不仅具有良好的抗侵蚀性，也具有良好的抗热震性，能满足钙处理钢连铸的要求。

一种含低碳内孔体的浸入式水口，包括内孔体、本体和渣线段，所述内孔体的材质是Al₂O₃-C，或Al₂O₃-spinel-C，或Spinel-C，或MgO-C，C含量6-12%，SiO₂含量小于5%。

所述本体材质为Al₂O₃-C，C含量大于等于20%；所述渣线段材质为ZrO₂-C，ZrO₂含量大于等于73%。

进一步，所述Al₂O₃-C内孔体的Al₂O₃含量大于75%。

进一步，所述Al₂O₃-spinel-C内孔体的Al₂O₃含量大于45%，尖晶石（spinel）含量15-30%。

进一步，所述Spinel-C内孔体的尖晶石含量大于75%。

进一步，所述MgO-C内孔体的MgO含量大于75%。

进一步，所述内孔体厚度为5-8mm。

本发明是在研究了现有钙处理钢连铸过程中水口侵蚀状况基础上提出的。

研究表明，钙处理钢连铸时，浸入式水口内孔体材料中的Al₂O₃（包括钢液的脱氧产物Al₂O₃）、SiO₂与钙处理钢中的CaO作用形成钙黄长石低熔点相，造成水口侵蚀，随着水口的侵蚀，内孔体变得疏松多孔，大量熔钢渗入，加快了水口侵蚀。含有锆莫来石内孔体的水口，SiO₂含量较高，浇铸钙处理钢时会形成2CaO·Al₂O₃·SiO₂（钙黃长石）低熔点相（熔点1590℃），造成内孔体侵蚀较多。

根据钙处理钢水口的侵蚀机理，钢中的CaO成分无法改变，Al₂O₃一部分来自钢液的脱氧产物，一部分来自水口材料，也基本不能改变，唯一的办法是减少或去掉内孔体材料中的SiO₂成分，以减少低熔点相的生成和降低侵蚀，同时根据含内孔体水口抗热震性较好的特点，提出本发明的含低碳内孔体的浸入式水口。

本发明采用含内孔体浸入式水口，利用含内孔体水口具有较好抗热震性的特点，改变内孔体材料的成分，使其兼顾抗侵蚀性和抗热震性。本发明采用低碳质内孔体，碳含量6-12%，如果碳含量小于6%，则内孔体材料的抗热震性不够，如果碳含量大于12%，则内孔体材料的导热系数增大，对水口的抗热震性不利。因钙处理钢并不忌讳碳，一定的碳含量可确保内孔体的抗热震性。SiO₂含量控制在5%以下，以减少内孔体的侵蚀和对铸坯质量的影响。内孔体的材质采用Al₂O₃-C，Al₂O₃-spinel-C，Spinel-C或MgO-C。Al₂O₃-C内孔体的Al₂O₃含量大于75%。Al₂O₃-spinel-C内孔体的Al₂O₃含量大于45%，尖晶石（spinel）含量15-30%。Spinel-C内孔体的尖晶石含量大于75%。MgO-C内孔体的MgO含量大于75%。内孔体厚度5-8mm。这样的内孔体具有良好的抗钙处理钢侵蚀的能力，同时，又可提高水口的抗热震性，减少水口断裂事故。因为具有良好的抗侵蚀性，厚板产品的探伤不合格率能控制在较低水平。

本发明含低碳内孔体的浸入式水口的本体材料采用Al₂O₃-C质，C含量20%以上，为了改善本体的抗热震性，加入一定的锆莫来石。渣线段采用常规的ZrO₂-C质，ZrO₂含量73%以上。

本发明的技术效果：

本发明的含低碳Al₂O₃-C，Al₂O₃-spinel-C，Spinel-C或MgO-C内孔体的浸入式水口，具有良好的抗钙处理钢侵蚀的能力，同时，又能确保水口的抗热震性，可减少水口断裂事故。因为具有良好的抗侵蚀性，有利于厚板产品的探伤不合格率控制在较低水平。

附图说明

图1为含内孔体的浸入式水口结构示意图；

图中：1内孔体，2本体，3渣线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明的含低碳内孔体的浸入式水口制造工艺与现有含内孔体浸入式水口的工艺相同。一种含低碳内孔体的浸入式水口，包括内孔体1、本体2和渣线段3。

本发明水口内孔体材料的成分控制以及与现有材料的比较见表2、表3。

本发明本体材质为Al₂O₃-C，C含量大于等于20%；渣线段材质为ZrO₂-C，ZrO₂含量大于等于73%。水口本体和渣线的具体配比如表1所示。

表1水口本体和渣线的配比（wt%）

从表2可以看出，发明例A1-A4，尽管内孔体材料的主体成分有所变化，但只要保持6%以上的低碳含量和5%以下的SiO₂含量，就可兼顾抗侵蚀性和抗热震性。而比较例B1尽管含有ZrO₂，由于SiO₂含量较多，抗侵蚀性不好。比较例B2因为碳含量较少，抗热震性不足，内孔体容易发生开裂甚至剥落。

表2

表3

上述表3中，发明例A5-A8，主要变化了SiO₂和C的含量，控制SiO₂在5%以下，C含量处于6-12%之间，能兼顾抗侵蚀性和抗热震性。比较例B3的SiO₂含量较多，造成抗侵蚀性下降。B4的C含量较高，内孔体的导热系数高，特别是冬季，水口的热量散热较快，水口的抗热震性降低。