连铸三大件综述

1、连铸三大件综述整体塞棒、长水口（大包长水口）和浸入式水口（中包所用 水口），称为连铸三大件。其材质主要是铝碳质，成型方法采用 等静压成型。这主要是因为：（1）连铸所要求的整体塞棒、长水 口和浸入式水口的长度直径比太大，普通的压力机压制的制品上 下密度差别太大。而用等静压压制时，压制面上压力均匀，各个 部位、断面上的体积密度均匀一致。（2）等压可经压制结合剂含 量低、塑性差的较难压制的泥料，高石墨含量的刚玉料正是属于 这类泥料。（3）由于石墨的层片状结构，在双面压制时易分层、 取向，引起层裂。随着石墨含量的增加，层裂倾向更明显。采用 等静压成型可以有效避免层裂，保证产品质量。现在也有一种解释是叫

2、连铸四大件分别是：长水口、塞棒、 中包水口、浸入式水口。其实，浸入式水口是分两类：内装浸入 式水口、外装浸入式水口。内装的一般用于特钢类（保护浇注）， 外装的用于普碳钢类。所以，广义上说还是“连铸三大件”1塞棒整体塞棒的特点：整体塞棒一律采用等静压成型，其形状和尺 寸取决于中间包的容量，钢水面的高度和中间包水口的喇叭形状 和孔径的大小而定。其塞棒头有带空心的，带吹氩孔或带透气塞的 整体塞棒。固定方式是关键，一种采金属销固定，一种采用螺纹固 定。塞棒的功能主要是用于中间包开闭，除能自动控制中间包至 结品器的钢水流量外，还可通过塞棒的吹氩孔，向吵间包吹入氩气 和其它惰性气体，塞棒还具有控制钢流和净

3、化的功能。整体塞棒材质一般为铝碳质。在塞棒的头部带有吹氩孔或镶 有透气塞，在浇注时，氩气由塞棒孔通过吹气孔或透气塞吹向浸 入式水口，氩气以细散的形式进入钢水，可以降低 A12O3的聚集 量，减少在浸入式水口内的沉积，延长整体塞棒的使用寿命。我国整体塞棒系统用耐火材料，研制成功刚玉质、铝碳质， 以及组合的整体式，端部采用ZrO2-C质材料再成型的铝碳一错碳 质复合式整体塞棒，镁碳质整体塞棒、A12O3-SiO2-C和 A12O3-SiO2-ZrO2质组合式塞棒，以及采用防氧化剂，为提高寿 命，降低消耗发挥了重要作用。表1铝碳质整体塞棒理化指标项目ABCDEF化学组成A12O3F.CC+SiC60

4、286025360318 810552560 7032566.6418.69显气孔率131818152.6032.652.54耐压强度MPa251832232032.6抗热震性次 1100C水冷10353535耐火度C3177031770连铸生产过程中，整体塞棒头部受侵蚀、冲刷严重，特别是 浇铸某些特钢，如经Ca、Si处理的钢种或P、S合金化的高速切 削钢，塞棒头部侵蚀过快，常因无法控制钢流速度而报废。开发 的MgO-A12O3-C复合塞棒，选用CaO/SiO22的电熔镁砂，含99% 的高纯石墨，并加抗氧化剂SiC和添加剂。使棒头充分发挥了 MgO-C材质耐侵蚀、抗热震的优越性，其膨胀率也与

5、A12O3-C质 相适应。复合Al2O3-SiC-C塞棒，棒体采用A12O3-C质，塞头部位A12O3-SiC-C质。特级矶土铝含量大于87%，电熔刚玉铝含量大于99%,石墨C大于95%，采用等静压成型，有效地解决了 A12O3-C和A12O3-SiC-C两种材质因热应力不同，而在高温下出 现的界面断裂。整体塞棒使用前必须烘烤到8001000C方能使用，长时间 的烘烤会使铝碳制品表面石墨氧化呈疏松状态，导致制品耐侵蚀 性和使用寿命降低，在使用时会造成制品断裂和穿孔事故。采用 防氧化涂料，在1000C以下表面形成一层连续的光亮的釉层，且 附着力强，不产生釉滴，抗氧化能力强。塞棒防堵塞措施：1、塞

6、棒吹氩。当浇铸添加Ti、Ca或Si 元素的特殊钢时棒端和水口连接部位，易形成夹杂物堵塞，在塞 棒头采用多孔和缝隙式，氩气从此吹向浸入式水口，可防止结瘤 堵塞。2、气洗长水口。把氩气从中间包塞棒的芯管上端吹入，通 过多孔质塞头砖进入注流中，不但可以防止水口堵塞，而且还有 细化夹杂和降低夹杂的效果。3、尖品石一碳塞棒防堵塞。钙处理 钢对铝碳质材料侵蚀，严重新开发的尖品石一碳塞棒，不与 mCaOnAl2O3反应，且材质强度高抗侵蚀性好。2长水口当钢水由钢包向中间包浇注时，为了避免氧化和飞溅，在钢包 底部的滑动水口的下端安装长水口，一端与下水口相连，另一端插 入中间包的钢水内进行密封保护浇注。长水口其

7、作用如下：（1） 防止钢水二次氧化，改善钢的质量；（2）减少钢中易氧化元素的 氧化产物在水口内壁沉积，延长其使用寿命；（3）长水口可多次 使用，降低耐火材料消耗。长水口应具备以下性能：（1）优异的抗热震性；（2）良好的机械性能和抗震动的能力；（3 ）抗钢液和熔渣的侵蚀性好；（4）边接处必须带有气封装置。长水口的材质一般有熔融石英质和铝 碳质两大类。熔融石英长水口，采用泥浆浇注法成型，其特点是抗热冲击 性好，有较高的机械强度和耐酸性渣侵蚀，化学稳定性好。但其 易与钢水或渣中的铁锰等氧化物形成低熔物，在高温下石英与碳 反应被分解和气化，耐侵蚀性差，也不利于冶炼洁净钢。铝碳质长水口选用高纯原料，降低

8、杂质含量，按合理的颗粒 级配改善组织结构，提高抗侵蚀性能；调整天然石墨的含量，利 用粗品鳞片石墨对钢液的不浸润性，以减少长水口的结瘤；改进 造型以减少水口裂纹；应用微粉技术，添加适量 A12O3微粉等增 强高温强度和热稳定性。铝碳质水口具有良好的抗热震性，对钢 种的适应性强。为防止水口表面的碳在烘烤和使用中被氧化，在 水口表面涂有防氧化涂层。防氧化涂层主要由长石、石英、粘土 等原料组成，通过湿磨制成釉料，用人工或机械方法涂抹在水口 表面，这种涂料在7001000C的范围内形成釉层，从而保护石 墨不被氧化或氧化极少。表2长水口的理化性能项目A12O3%SiO2%ZrO2%C %显气孔率%体积密度

9、 g/cm3抗折强度MPa热膨胀率%水口本体50 5614 1828 3316 202.32.4100.50渣线部位6518143.15110.31 (900C)透气环889242. 80. 60 (900C)对铝碳质长水口，通过加入适量低膨胀材料(熔融石英、钛酸铝)，增韧材料(氧化错)和钢纤维补强等的基础上，为进一 步改善其性能从材质上又采取提高水口中A12O3含量，减少SiO2 加入量，以确保热震性能，提高使用寿命。国内开发的不烘烤长水口，不烘烤直接使用，简化了工序， 降低了能源消耗。并在长水口与钢包下水口接合部位采用氩气密 封，发挥了长水口耐高温、抗侵蚀、耐冲刷等特点。此外还有铬 刚玉一

10、莫来石长水口和A12O3-SiC-C质浇注料制作的不定形长水 口，均取得了较好的使用效果。3浸入式水口在连铸技术中，为提高铸坯质量，在中间包与结品器之间设有 浸入式水口，其主要作用是：(1)防止钢水二次氧化氮化和钢水的 飞溅;(2)调节钢水流动状态和注入速度;(3)防止保护渣非金属夹 杂物卷入钢水中，对促进钢水中夹杂物的上浮起重要作用;(4)对 边铸拉坯成材率和铸坯质量有决定性影响。浸入式水口安装在中间包底部，并插入结品器中。其主要形 式有：A整体型浸入式水口：这种水口不需用中间包水口，其外形 较长，一般在700mm以上。有两种形式，一种是内装式水口，即 由中间包内向外安装，水口为整体结构，密

11、封性好；另一种是外 装型水口，安装方式由中间包底向内安装，日前国内尚未使用。B组合型浸入式水口：其形式由中间包水口和浸入式水口组 成。这种水口较短，一般不足400mm。在使用中浸入式水口的上 端与中间包水口的下口相连，其下端插入结品器中。C滑动水口型浸入式水口：这种浸入式水口相当于滑动水口 的下水口。浸入式水口与滑动水口的下水口相连或下滑板相连。 这种形式是今后的发展方向。浸入式水口具有一定的气孔率，同样具有透气性，外界空气 在钢水流动产生的负压作用下渗透到水口内部，与钢水接触使其 氧化。因此在长水口和浸入式水口的外表面必须涂一层防氧化釉 层。无论何种材质和结构的浸入式水口都必须满足以下条件：

12、(1) 保证正常拉速时的钢水流通量;(2)尽可能使结品器内，铸坯断面 的热流分布均匀;(3)有利于保护渣的迅速熔化;(4)有利于夹杂物 上浮，不卷渣;(5)避免结品器内钢液面剧烈翻动;(6)安装方便。3.1浸入式水口的材质在连铸初期，采用热稳定性好，纯度高的熔融石英浸入式水口， 可以满足普通碳素钢、低锰钢、铝镇静钢等钢种的浇注。但其在 高锰钢及高碱度熔渣的条件下，侵蚀非常严重。此时铝碳质浸入 式水口被广泛采用。铝碳质浸入式水口原料采用特级矶土、电熔 刚玉或烧结刚玉等，添加石墨及防氧化剂，产品具有抗侵蚀、耐 热震等优点。其性能见表9。为解决浸入式水口渣线部位被严重侵蚀，以及防止氧化铝附 着造成水

13、口的堵塞，在铝碳质的基础上开发了一系列新型的浸入 式水口。A Al2O3-C/ZrO2-C 复合水口随着连铸技术不断发展，钢种增多，拉速加大，要求进一步提高渣线部位的耐侵蚀性，在渣线处用错碳材质做复合层。由于ZrO2具有优良的化学稳定性难以被CaO-Al2O3-SiO2系保护渣侵蚀，高温下熔入渣中的ZrO2增加了渣的粘度，而未被熔解的ZrO2 颗粒又增加了渣的表观粘度，从而降低了渣对 ZrO2-C层的侵蚀， 提高了水口的耐用性。ZrO2含量越高抗侵蚀能力越强。复合式浸 入式水口性能见表10。表10复合浸入式水口理化指标B ( MgO-C)-(Al2O3-C)-(ZrO2-C)复合水口为提高浸入

14、式水口的耐用性，钢水流出部位采用 MgO-C质， 以延长使用寿命和改善浇铸速度的控制，在渣线部位采用 ZrO2 质或BN以提高耐侵蚀性。本体部位采用A12O3-C质。C ZrB2-C保护套浸入式水口渣线部位保护套，要求材质具有良好的耐剥落性。 ZrC、ZrN的高温稳定性欠佳，因而选择Zr的硼化物。采用ZrB-C 材质，添加适量金属A1提高抗侵蚀性，减小ZrB2的临界粒度， 防止耐剥落性下降。D添加AZT、AZTS材料的浸入式水口用烧结和电熔法合成的A12O3-ZrO2-TiO2(AZT)和 A12O3-ZrO2-TiO2-SiO2(AZTS)材料，具有膨胀系数低，耐侵蚀， 还原气氛下稳定性好等特点。采用AZT和AZTS两种原料，按一定 的颗粒配比加入一定量的熔融石英(FS)，用树脂作结合剂，以 等静压成型的浸入式水口，性能优良，具有机械强度高、耐侵蚀 和抗热震性能好的特点，满足多炉连浇的需要。制品中加入AZT和AZTS后，水口具有良好的抗热震性，其中以加入 AZT