连铸耐火材料说明

1、连铸耐火材料说明连铸耐火材料说明连铸耐火材料说明连铸耐火材料说明1.1.绪论绪论2.2.钢包长水口钢包长水口3.3.浸入式水口浸入式水口4.4.塞棒塞棒5.5.结论结论1. 绪论绪论1951年年1958年年1966年年1968年年1970年年1974年年1971年年1980年代年代1990年代年代现在现在 连铸用耐火材料技术变迁连铸用耐火材料技术变迁qA. Rossi( (连续铸造法的创始者连续铸造法的创始者) )使用使用ZrO2水口连续铸钢水口连续铸钢q英国英国BISRA方式铸造高速钢时发现方式铸造高速钢时发现Al脱氧钢铸造时氧化锆质水口内脱氧钢铸造时氧化锆质水口内Al2O3堵塞堵塞q德国德

2、国Dilligen工厂以板坯工厂以板坯 连铸为对象开发应用浸入式水口连铸为对象开发应用浸入式水口q使用熔融石英质使用熔融石英质 浸入式水口浸入式水口q使用使用CIP成型成型Al2O3- -C质浸入式水口的数量开始增加质浸入式水口的数量开始增加q浸入式水口开始使用浸入式水口开始使用AG- -ZG 双层结构双层结构q加拿大加拿大Stelco公司发表的水口内吹入公司发表的水口内吹入Ar气气( (PAKS方式方式) )的的开发防止开发防止Al2O3析出堵塞析出堵塞q狭缝型管状水口内狭缝型管状水口内, ,柱状狭缝柱状狭缝、上水口上水口、长塞棒吹入长塞棒吹入Ar气防止堵塞气防止堵塞 内壁润湿性研究内壁润湿

3、性研究 / Non- -SiO2, ZrO2- -CaO- -C, BN等等 q防堵研究防堵研究 / Non- -SiO2, ZrO2- -CaO- -C, BN, 无碳无碳, Spinelq形状研究形状研究 / 段差式段差式, Mogul, 旋流式旋流式q抗侵蚀性研究抗侵蚀性研究 / 提高提高ZrO2含量含量, Y2O3- -CZ, ZrB21.1. AG材质设计及改善材质设计及改善抗氧化性不利抗氧化性不利良好的耐侵蚀性良好的耐侵蚀性良好的耐剥落性良好的耐剥落性化学化学/ /高温稳定性不利高温稳定性不利C50%Al2O3+etc. 100%SiO250%AGL424AG409AG160AG3

4、51AGL421AG810AG276AGL15AGS4无预热使用无预热使用通常预热使用通常预热使用特别预热注意使用特别预热注意使用良好的耐剥落性良好的耐剥落性良好的耐侵蚀性良好的耐侵蚀性 ( (含有石墨含有石墨 30%) ) 0123450204060熔融石英含量（熔融石英含量（%）侵蚀速率侵蚀速率( (mm/hr) )Mn 0%Mn 2% ( (含有含有SiO2 30%)01234010203040石墨含量石墨含量( (%) )侵蚀速率侵蚀速率( (mm/hr) )Mn 0%Mn 2%1.2. ZG材质设计及改善材质设计及改善改善改善ZrO2原料原料热处理后稳定度减少热处理后稳定度减少 晶界

5、处稳定剂晶界处稳定剂( (CaO) )析出析出( (晶粒破坏晶粒破坏) )组织劣化组织劣化 抗侵蚀性降低抗侵蚀性降低石墨石墨 / ZrO2量量 平衡平衡石墨量减少石墨量减少 高热膨胀高热膨胀, , 低热传导低热传导ZrO2量增加量增加 高耐侵蚀性高耐侵蚀性60708090100110热处理前热处理前 1300/ /6hr 1500/ /6hr稳定度稳定度( (指数指数) )以前以前改善改善56789100510152025石墨量石墨量( (%) )抗折强度抗折强度/ /弹性模量弹性模量( (E-04) )020406080100120405060708090 ZrO2含量含量( (%) ) 热

6、膨胀系数热膨胀系数 熔损指数（熔损指数（P- -M分钟）分钟）热膨胀系数热膨胀系数 熔损指数熔损指数2. 长水口长水口主体部分主体部分耐耐中包覆盖剂侵蚀材质中包覆盖剂侵蚀材质金属套管金属套管 钢包长水口是连接钢包和中间包钢水的通道钢包长水口是连接钢包和中间包钢水的通道, 用来防止钢用来防止钢水与空气接触氧化水与空气接触氧化 稳定性设计稳定性设计 空气隔离效果空气隔离效果 吹入吹入Ar气气: :水口上部采取多种形式的吹水口上部采取多种形式的吹Ar方式方式 浸渍开孔型设计浸渍开孔型设计: :为了防止钢包交换时与空为了防止钢包交换时与空气接触气接触 发生氧化发生氧化, ,采用下扩型水口采用下扩型水口

7、 为防止浇铸初期的热冲击设计出最适合的材质组成为防止浇铸初期的热冲击设计出最适合的材质组成 利用有限元法进行外型设计及热应力分析利用有限元法进行外型设计及热应力分析 提高使用稳定性的事例研究及经验积累提高使用稳定性的事例研究及经验积累 为提高钢品质持续的改善为提高钢品质持续的改善, ,开发开发2.1.防止空气吸入型长水口防止空气吸入型长水口 必要特性必要特性 钢包下水口和长水口的结合部位钢包下水口和长水口的结合部位 因钢水高速下流产生负压力因钢水高速下流产生负压力 外部空气的流入致使钢水二次氧化外部空气的流入致使钢水二次氧化 采用符合使用条件的最佳形状及吹采用符合使用条件的最佳形状及吹Ar结构

8、结构多种密封垫的应用业绩多种密封垫的应用业绩垫片密封式垫片密封式弥散式透气弥散式透气金属狭缝式透气金属狭缝式透气结构结构密封方式密封方式- 不吹不吹Ar( (或用额外的工具或用额外的工具) )- 夹持器支撑力夹持器支撑力高高- 利用多孔质耐火材料吹入利用多孔质耐火材料吹入Ar气气- 通过金属铁套和水口间狭缝吹通过金属铁套和水口间狭缝吹入入Ar气气最新动向最新动向 提高提高长水口夹持器支撑力长水口夹持器支撑力 ( (Max 1400Kgf) ) 结合部结合部 采用垫片密封采用垫片密封 / 垫片密封形状垫片密封形状 接缝部接触面采用多种材质及形状的密封垫接缝部接触面采用多种材质及形状的密封垫【钟型

9、钟型】【 普通型普通型 】【锥型锥型】钢包交换时钢包交换时, ,中间包内在钢水浸渍状态下钢包开浇中间包内在钢水浸渍状态下钢包开浇: : 空气接触最小化空气接触最小化 - 高级钢生产及提高钢品高级钢生产及提高钢品质质设计时要考虑必要的使用稳定性设计时要考虑必要的使用稳定性: :因长水口的单重增加要考虑夹持器的支撑力因长水口的单重增加要考虑夹持器的支撑力钢水容量钢水容量 Vs引流沙浮力引流沙浮力 B钢水荷重钢水荷重 F引流沙容量引流沙容量 Vf水口重量水口重量 W浸渍深度浸渍深度 D界面面积界面面积 A局部应力局部应力 max= ( n )(Wa/Z) n:平均应力平均应力 :形状系数形状系数 W

10、:截面系数截面系数浸渍开孔稳定系数浸渍开孔稳定系数S=F-BF=7.18Vs/AB=(7.18-1.10)Vf/A局部局部重心重心距离距离 l2.2. 浸渍开浇用钢包长水口浸渍开浇用钢包长水口【复合型复合型】 氧化层厚度氧化层厚度( (mm) )热应力热应力( (指数指数) )T1 T2 T1 : :内壁没有脱碳层的情况内壁没有脱碳层的情况T2 : :内壁有脱碳层的情况内壁有脱碳层的情况 内壁采用内壁采用46mm脱碳层时脱碳层时 热冲击减少约热冲击减少约45%脱碳层脱碳层 R Ry y2.3. 无预热长水口无预热长水口02004006008001000120014000102030405060

11、708090100110120130预热时间预热时间( (分钟分钟) )预热温度预热温度()()材质变化材质变化, ,裂纹产生区域裂纹产生区域稳定区域稳定区域 100012003060分钟分钟( (1100升温后升温后) )预热过度预热过度氧化区氧化区内部氧化内部氧化强度降低区域强度降低区域预热温度不足预热温度不足铸造初期裂纹产生区域铸造初期裂纹产生区域升温速度升温速度 30分钟内升温至分钟内升温至1000, ,400800区间区间需要急剧升温需要急剧升温 预热温度预热温度v 水口温度水口温度: :10001200预热维持预热维持v 达到达到1000后维持后维持3060分钟分钟铸造前铸造前 状

12、态状态v 防止预热后温度降低到防止预热后温度降低到800以下以下, ,预热后预热后5分钟内使用最佳分钟内使用最佳. 2.4. 长水口的二次使用长水口的二次使用 用途用途材质名材质名渣线渣线主体主体ZGL- -1BM- -151S- -184S- -130化学组成化学组成( (%) )FC+SiC25.028.024.030.0Al2O3-48.055.060.0SiO2 *-8.018.05.0MgO-12.0-ZrO265-物理性能物理性能显气孔率显气孔率( (%) )17.515.916.315.5体积密度体积密度( (g/ /cm3) )3.282.482.382.45抗折强度抗折强度(

13、 (kg/ /cm2) )65677465热膨胀率热膨胀率( (%，1000) )0.400.500.300.51备注备注高碱性高碱性中间包覆盖剂中间包覆盖剂优秀的抗侵蚀性优秀的抗侵蚀性好的抗热震性好的抗热震性好的抗侵蚀性好的抗侵蚀性2.5. 长水口的各项指标长水口的各项指标部位部位问题点问题点设计对策设计对策头部头部/ /颈部颈部密封密封/ /屈服应力屈服应力q 使用密封塞使用密封塞( (连接材料连接材料) )q 添加易烧结原料添加易烧结原料 增加强度增加强度, , 确保耐磨损性确保耐磨损性, , 抗氧化性抗氧化性q 应力缓和形状应力缓和形状主体主体钢水类钢水类冲刷磨损冲刷磨损q 使用锆莫来

14、石使用锆莫来石 高温下的高粘性化，耐磨性提高高温下的高粘性化，耐磨性提高热震冲击热震冲击裂纹裂纹q调整熔融石英粒度调整熔融石英粒度/量量 改善低热膨胀性改善低热膨胀性, ,抗剥落性抗剥落性内壁内壁结瘤堵塞结瘤堵塞q Ar气吹入狭缝结构气吹入狭缝结构, ,确保透气性确保透气性 烧结剂烧结剂/ /石墨石墨, ,结合碳结合碳/ /粒度粒度 构成构成 保护渣部保护渣部抗侵蚀性抗侵蚀性q AG/ /ZG双层结构双层结构 耐结晶器保护渣侵蚀性增加耐结晶器保护渣侵蚀性增加熔渣侵蚀熔渣侵蚀吸入空气吸入空气剥落性剥落性内壁侵蚀内壁侵蚀使用密封塞使用密封塞内壁堵塞内壁堵塞Ar气吹入结构气吹入结构低热膨胀低热膨胀,

15、低弹性模量低弹性模量AG/ /ZG双层结构双层结构使用锆莫来石使用锆莫来石3. 浸入式水口浸入式水口浸入式水口吐出孔应力计算浸入式水口吐出孔应力计算 v vF分流后分流后冲击力冲击力 F=( /g)QV(1-COS )02004006008001000120014000102030405060708090 100 110 120 130预热时间（分钟）预热时间（分钟）预热温度（预热温度（）因材质变化产生裂纹的区域因材质变化产生裂纹的区域内部氧化强度低下区域内部氧化强度低下区域预热温度不足预热温度不足 浇铸初期裂纹浇铸初期裂纹产生区域产生区域稳定区域稳定区域 1000-1200 60-90分钟分

16、钟预热过度氧化区预热过度氧化区浸入式水口预热曲线研究浸入式水口预热曲线研究产生热应力产生热应力 = ETk/(1- )01234K1CC/4K 1,2CCP2CC/UP2CC/D P3CC吐出孔应力（吐出孔应力（kg/cm2） 0102030405060稳定率稳定率 ( (Kg/cm2) )S( ( 0/ ) )0200400600800100012001400048121620加热停止后经过时间（分钟）加热停止后经过时间（分钟） (温度（温度（）ZG+C/SZGAG+C/SAGSiO2( (s) )+C( (s) )SiO( (g) )+CO( (g) ) -( (1) )3SiO( (g)

17、 )+2AlAl2O3( (s) )+3Si-( (2) )3CO( (g) )+2AlAl2O3( (s) )+3C-( (3) )全程反应式全程反应式3SiO2( (s) )+3C( (s) )+4Al2Al2O3( (s) )+ 3Si +3C浸入式水口中的浸入式水口中的SiO2和和C与熔钢中的与熔钢中的Al反应反应生成生成Al2O31) ) Ar气的吹入气的吹入( (上水口，浸入式水口上水口，浸入式水口) ) - - 气泡使气泡使Al2O3上浮分离上浮分离 - - 防止水口内钢水浸润防止水口内钢水浸润2) ) 水口材质的选择水口材质的选择 ( (ZrO2- -CaO- -C，无碳，无碳

18、) )3) ) 吹入吹入Ar气使钢中气泡性缺陷增多气使钢中气泡性缺陷增多吹吹Ar层层CaO- -ZrO2- -C无碳内衬无碳内衬3.1. 防堵浸入式水口防堵浸入式水口 用途用途 材质名材质名 吹吹Ar层层CaO- -ZrO2- -C无碳无碳AGP633CSG613FS342化学化学成分成分(%)F.C.+SiC31253Al2O345-81SiO2 255-ZrO2 -48-MgO( (CaO) ) -( (19) )6体积密度体积密度( (g/cm3) )2.222.722.94显气孔率显气孔率( (%) )191715.5热膨胀性热膨胀性( (%, ,1000) )0.30.40.75夹杂

19、物附着机理夹杂物附着机理浸入式水口防堵对策浸入式水口防堵对策 超低碳超低碳Al镇静钢使用结果镇静钢使用结果 CaO-ZrO2-C材质配置材质配置2C aO .Al 2O 3.Si O 2(液狀)ZrO 2 + 2C aO .Si O 2C aO D i ffusi onAl 2O 3 D i ffusi onxC aO .yAl 2O 3.zSi O 2液狀生成C aO 移動C aO .ZrO 2 + C aO .Si O 2+Cparti calAl um i na 超低碳超低碳Al镇静钢中夹杂物镇静钢中夹杂物 2Al( (Fe) )+3O( (Fe) )Al2O3 ( (聚集聚集) )浇铸

20、速度浇铸速度3.9ton/minSol-Al0.030.04%浇铸时间浇铸时间135145minFEM结构分析结构分析高强度，抗氧化材质高强度，抗氧化材质高强度浇注料高强度浇注料强化金属铁套支撑力强化金属铁套支撑力防止板面弯曲防止板面弯曲颈部锥型设计颈部锥型设计应力集中缓和应力集中缓和 锥形锥形现有的现有的应力缓和应力缓和 ( (14%) )3.2. 快速更换式浸入式水口快速更换式浸入式水口顶部材质顶部材质AG830化学化学成分成分( (%) )F.C.+SiC20Al2O365.4其他其他16.5抗折强度抗折强度( (kg/cm2) )180热膨胀率热膨胀率( (%，1000) )0.65快

21、速更换系统快速更换系统 浸入式水口浸入式水口Flow pattern test电子流体分析电子流体分析 参考参考EMBr设计设计MAX1MAX2横向横向纵向纵向1:1水模型流动分析水模型流动分析 钢液面稳定设计钢液面稳定设计 NISA2/DISPLAY3NISA2/DISPLAY3 3D Solid Model 3D Solid ModelMAX1MAX2钢液面钢液面FEM热应力分析热应力分析 应应力最小化设计力最小化设计q 流动流动稳定性稳定性 - -结晶器钢结晶器钢液面振荡减小液面振荡减小q 垂直下流垂直下流 流程流程设计设计 - -参考参考EMBrq 端部热应力问题解决端部热应力问题解决

22、 - -设计适当厚度设计适当厚度q 长时间连铸可能性长时间连铸可能性 - -采用采用Non- -SiO2 AG设计对策设计对策3.3. 薄板坯连铸用浸入式水口薄板坯连铸用浸入式水口主体主体保护渣部分保护渣部分保护渣部分复合结构保护渣部分复合结构 ( (AG+ZG) )部位部位主体主体保护渣部分保护渣部分材质名材质名AG180ZG664ZG825化学化学成分成分( (%) )F.C.+SiC26.418.911Al2O361.6-SiO2 5.0-ZrO2 4.87683MgO( (CaO) ) -( (3.0) )( (3.5) )体积密度体积密度( (g/cm3) )2.503.683.80

23、显气孔率显气孔率( (%) )15.416.018.5抗折强度抗折强度( (kg/cm2) )1268565热膨胀率热膨胀率( (%，1000) )0.460.390.48弹性模量弹性模量( (*104 kg/cm2) )15.610.07.0备注备注Non- -SiO2-高抗侵蚀性高抗侵蚀性剖面图及品质规格剖面图及品质规格ZrO2- -C( (Al2O3- -C质质) ) 现有的现有的Al2O3- -C质水口内部存在浸润和夹杂物附着问题质水口内部存在浸润和夹杂物附着问题 内壁使用无碳材质，浸润及夹杂物附着减少内壁使用无碳材质，浸润及夹杂物附着减少Al2O3- -C( (无碳质无碳质) )无碳

24、无碳浸润浸润附着附着3.4. 不锈钢用浸入式水口不锈钢用浸入式水口 材质名材质名Al2O3- -C无碳无碳AG198FS342化学化学成分成分( (%) )F.C+SiC24+23Al2O36981MgO-6体积密度体积密度( (g/cm3) )2.582.94显气孔率显气孔率( (%) )14.716弹性模量弹性模量( (*104 kg/cm2）1145热膨胀率热膨胀率 ( (%, ,1000)0.500.75剖面图剖面图品质规格品质规格 内壁浸润切面内壁浸润切面-钢种钢种: :STS 430钢钢-寿命寿命: :4ch-中间包温度中间包温度: :1535- -1549 抑制夹杂物附着抑制夹杂

25、物附着-钢种钢种: :STS 409钢钢-寿命寿命: :5ch-中间包温度中间包温度: :1547- -1552Al2O3- -C质质无碳质无碳质Al2O3- -C质质无碳质无碳质部位部位现象现象问题点问题点设计对策设计对策头部头部折损折损 偏心组装偏心组装 水口碗部固定水口碗部固定q 正确组装正确组装q 添加烧结剂添加烧结剂 高温强度高温强度/ /抗氧化性抗氧化性 增加增加q 抗氧化剂抗氧化剂双层涂抹双层涂抹q 头部材质头部材质/ /形状变更形状变更侵蚀侵蚀磨损磨损 钢种钢种/ /钢水类钢水类 偏心组装偏心组装 氧化氧化主体主体折损折损 产品弯曲产品弯曲 偏心组装偏心组装/ /棒头形状棒头形

26、状q 准确尺寸管理准确尺寸管理q 正确组装正确组装固定部固定部折损折损 固定方法固定方法/ /固定状态固定状态 偏心组装偏心组装 氧化氧化q 正确组装正确组装q 预热方法研究预热方法研究4. 整体塞棒整体塞棒折损折损侵蚀侵蚀塞棒位置塞棒位置( (mm) ) 【 笔型笔型 】 【 微量控制型微量控制型 】高侵蚀钢长时间使用后塞棒关闭时钢水流出问题高侵蚀钢长时间使用后塞棒关闭时钢水流出问题 塞棒棒头采用微量控制形状高耐侵蚀材质解决问题塞棒棒头采用微量控制形状高耐侵蚀材质解决问题 棒头形状棒头形状【 根据棒头形状塞棒位置根据棒头形状塞棒位置/ /通钢量变化通钢量变化 】4.1. 整体塞棒流量控制整体

27、塞棒流量控制笔型笔型微量控制型微量控制型塞棒位置塞棒位置( (mm) )每小时通钢量每小时通钢量( (Qm3/hr) )-钢种钢种: :STS 304钢钢-设备设备: :100吨钢包，吨钢包，1流板坯连铸流板坯连铸-寿命寿命: :12Ch., ,520分分( (以前最多以前最多5Ch.) )-熔损速度熔损速度: 0.01mm/ch部位部位棒头棒头材质名材质名AG- -750AG- -810以前以前改善改善化学化学成分成分( (%) )F.C+SiCAl2O3SiO225.071.02.018.078.01.0体积密度体积密度显气孔率显气孔率( (%) )2.5817.02.8215.0耐压强度耐压强度( (kg/cm2) )300350抗折强度抗折强度( (kg/cm2) )80120热膨胀率热膨胀率( (%，1000）0.400.424.2. 抗侵蚀整体塞棒抗侵