连铸耐火材料说明课件

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绪论钢包长水口浸入式水口塞棒结论连铸耐火材料说明绪论1. 绪论1951年1958年1966年1968年1970年1974年1971年1980年代1990年代现在 连铸用耐火材料技术变迁A. Rossi(连续铸造法的创始者)使用ZrO2水口连续铸钢英国BISRA方式铸造高速钢时发现Al脱氧钢铸造时氧化锆质水口内Al2O3堵塞德国Dilligen工厂以板坯 连铸为对象开发应用浸入式水口使用熔融石英质 浸入式水口使用CIP成型Al2O3-C质浸入式水口的数量开始增加浸入式水口开始使用AG-ZG 双层结构加拿大Stelco公司发表的水口内吹入Ar气(PA

2、KS方式)的开发防止Al2O3析出堵塞狭缝型管状水口内,柱状狭缝、上水口、长塞棒吹入Ar气防止堵塞 内壁润湿性研究 / Non-SiO2, ZrO2-CaO-C, BN等 防堵研究 / Non-SiO2, ZrO2-CaO-C, BN, 无碳, Spinel形状研究 / 段差式, Mogul, 旋流式抗侵蚀性研究 / 提高ZrO2含量, Y2O3-CZ, ZrB21. 绪论1951年1958年1966年1968年1970年1.1. AG材质设计及改善抗氧化性不利良好的耐侵蚀性良好的耐剥落性化学/高温稳定性不利C50%Al2O3+etc. 100%SiO250%AGL424AG409AG160A

3、G351AGL421AG810AG276AGL15AGS4无预热使用通常预热使用特别预热注意使用良好的耐剥落性良好的耐侵蚀性 (含有石墨 30%) 0123450204060熔融石英含量（%）侵蚀速率(mm/hr)Mn 0%Mn 2% (含有SiO2 30%)01234010203040石墨含量(%)侵蚀速率(mm/hr)Mn 0%Mn 2%1.1. AG材质设计及改善抗氧化性不利良好的耐侵蚀性良好的1.2. ZG材质设计及改善改善ZrO2原料热处理后稳定度减少 晶界处稳定剂(CaO)析出(晶粒破坏)组织劣化 抗侵蚀性降低石墨 / ZrO2量 平衡石墨量减少 高热膨胀, 低热传导ZrO2量增加

4、 高耐侵蚀性60708090100110热处理前 1300/6hr 1500/6hr稳定度(指数)以前改善56789100510152025石墨量(%)抗折强度/弹性模量(E-04)020406080100120405060708090 ZrO2含量(%) 热膨胀系数 熔损指数（P-M分钟）热膨胀系数 熔损指数1.2. ZG材质设计及改善改善ZrO2原料石墨 / ZrO2. 长水口主体部分耐中包覆盖剂侵蚀材质金属套管 钢包长水口是连接钢包和中间包钢水的通道, 用来防止钢水与空气接触氧化 稳定性设计 空气隔离效果 吹入Ar气:水口上部采取多种形式的吹Ar方式 浸渍开孔型设计:为了防止钢包交换时与

5、空气接触 发生氧化,采用下扩型水口 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 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,开发2. 长水口主体部分耐中包覆盖剂侵蚀材质金属套管 钢包长水口2.1.防止空气吸入型长水口 必要特性 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 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Ar结构多种密封垫的应用业绩垫片密封式弥散式透气金属狭缝式透气结构密封方式- 不吹Ar(或用额外的工具)- 夹持器支撑力高- 利用多孔质耐火材料吹入Ar气- 通过金属铁套和水口间狭缝吹入Ar气最新动

6、向 提高长水口夹持器支撑力 (Max 1400Kgf) 结合部 采用垫片密封 / 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2.1.防止空气吸入型长水口 必要特性 钢包下水口和长水口的【钟型】【 普通型 】【锥型】钢包交换时,中间包内在钢水浸渍状态下钢包开浇: 空气接触最小化 - 高级钢生产及提高钢品质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钢水容量 Vs引流沙浮力 B钢水荷重 F引流沙容量 Vf水口重量 W浸渍深度 D界面面积 A局部应力max= (n)(Wa/Z) n:平均应力 :形状系数 W:截面系数浸渍开孔稳定系数S=F-BF=7.18Vs/AB=

7、(7.18-1.10)Vf/A局部重心距离 l2.2. 浸渍开浇用钢包长水口【复合型】【钟型】【 普通型 】【锥型】钢包交换时,中间包内在钢水浸渍 氧化层厚度(mm)热应力(指数)T1 T2 T1 :内壁没有脱碳层的情况T2 :内壁有脱碳层的情况 内壁采用46mm脱碳层时 热冲击减少约45%脱碳层Ry2.3. 无预热长水口 氧化层厚度(mm)热应力(指数)T1 02004006008001000120014000102030405060708090100110120130预热时间(分钟)预热温度()材质变化,裂纹产生区域稳定区域 100012003060分钟(1100升温后)预热过度氧化区内部

8、氧化强度降低区域预热温度不足铸造初期裂纹产生区域升温速度 30分钟内升温至1000,400800区间需要急剧升温预热温度 水口温度:10001200预热维持 达到1000后维持3060分钟铸造前 状态 防止预热后温度降低到800以下,预热后5分钟内使用最佳. 2.4. 长水口的二次使用020040060080010001200140001020 用途材质名渣线主体ZGL-1BM-151S-184S-130化学组成(%)FC+SiC25.028.024.030.0Al2O3-48.055.060.0SiO2 *-8.018.05.0MgO-12.0-ZrO265-物理性能显气孔率(%)17.51

9、5.916.315.5体积密度(g/cm3)3.282.482.382.45抗折强度(kg/cm2)65677465热膨胀率(%，1000)0.400.500.300.51备注高碱性中间包覆盖剂优秀的抗侵蚀性好的抗热震性好的抗侵蚀性2.5. 长水口的各项指标 用途渣线主体ZGL-1BM-151S-184S-130化学部位问题点设计对策头部/颈部密封/屈服应力 使用密封塞(连接材料) 添加易烧结原料 增加强度, 确保耐磨损性, 抗氧化性 应力缓和形状主体钢水类冲刷磨损 使用锆莫来石 高温下的高粘性化，耐磨性提高热震冲击裂纹调整熔融石英粒度/量 改善低热膨胀性,抗剥落性内壁结瘤堵塞 Ar气吹入狭缝

10、结构,确保透气性 烧结剂/石墨,结合碳/粒度 构成 保护渣部抗侵蚀性 AG/ZG双层结构 耐结晶器保护渣侵蚀性增加熔渣侵蚀吸入空气剥落性内壁侵蚀使用密封塞内壁堵塞Ar气吹入结构低热膨胀,低弹性模量AG/ZG双层结构使用锆莫来石3. 浸入式水口部位问题点设计对策头部/密封/ 使用密封塞(连接材料)主体钢浸入式水口吐出孔应力计算 vF分流后冲击力 F=(/g)QV(1-COS)02004006008001000120014000102030405060708090100110120130预热时间（分钟）预热温度（）因材质变化产生裂纹的区域内部氧化强度低下区域预热温度不足 浇铸初期裂纹产生区域稳定区

11、域 1000-1200 60-90分钟预热过度氧化区浸入式水口预热曲线研究产生热应力=ETk/(1-)01234K1CC/4K 1,2CCP2CC/UP2CC/DP3CC吐出孔应力（kg/cm2） 0102030405060稳定率(Kg/cm2)S(0/)0200400600800100012001400048121620加热停止后经过时间（分钟） (温度（）ZG+C/SZGAG+C/SAG浸入式水口吐出孔应力计算 vF分流后冲击力 0200400SiO2(s)+C(s)SiO(g)+CO(g) -(1)3SiO(g)+2AlAl2O3(s)+3Si-(2)3CO(g)+2AlAl2O3(s)

12、+3C-(3)全程反应式3SiO2(s)+3C(s)+4Al2Al2O3(s)+ 3Si +3C浸入式水口中的SiO2和C与熔钢中的Al反应生成Al2O31) Ar气的吹入(上水口，浸入式水口) - 气泡使Al2O3上浮分离 - 防止水口内钢水浸润2) 水口材质的选择 (ZrO2-CaO-C，无碳)3) 吹入Ar气使钢中气泡性缺陷增多吹Ar层CaO-ZrO2-C无碳内衬3.1. 防堵浸入式水口 用途 材质名 吹Ar层CaO-ZrO2-C无碳AGP633CSG613FS342化学成分(%)F.C.+SiC31253Al2O345-81SiO2 255-ZrO2 -48-MgO(CaO) -(19

13、)6体积密度(g/cm3)2.222.722.94显气孔率(%)191715.5热膨胀性(%,1000)0.30.40.75夹杂物附着机理浸入式水口防堵对策SiO2(s)+C(s)SiO(g)+CO(g) - 超低碳Al镇静钢使用结果 CaO-ZrO2-C材质配置 超低碳Al镇静钢中夹杂物 2Al(Fe)+3O(Fe)Al2O3 (聚集)浇铸速度3.9ton/minSol-Al0.030.04%浇铸时间135145min 超低碳Al镇静钢使用结果 CaO-ZrO2-C材质配置FEM结构分析高强度，抗氧化材质高强度浇注料强化金属铁套支撑力防止板面弯曲颈部锥型设计应力集中缓和 锥形现有的应力缓和

14、(14%)3.2. 快速更换式浸入式水口顶部材质AG830化学成分(%)F.C.+SiC20Al2O365.4其他16.5抗折强度(kg/cm2)180热膨胀率(%，1000)0.65快速更换系统 浸入式水口FEM结构分析高强度，抗氧化材质高强度浇注料强化金属铁套支撑电子流体分析 参考EMBr设计MAX1MAX2横向纵向1:1水模型流动分析 钢液面稳定设计 NISA2/DISPLAY3 3D Solid ModelMAX1MAX2钢液面FEM热应力分析 应力最小化设计 流动稳定性 -结晶器钢液面振荡减小 垂直下流 流程设计 -参考EMBr 端部热应力问题解决 -设计适当厚度 长时间连铸可能性

15、-采用Non-SiO2 AG设计对策3.3. 薄板坯连铸用浸入式水口电子流体分析 参考EMBr设计MAX1MAX2主体保护渣部分保护渣部分复合结构 (AG+ZG)部位主体保护渣部分材质名AG180ZG664ZG825化学成分(%)F.C.+SiC26.418.911Al2O361.6-SiO2 5.0-ZrO2 4.87683MgO(CaO) -(3.0)(3.5)体积密度(g/cm3)2.503.683.80显气孔率(%)15.416.018.5抗折强度(kg/cm2)1268565热膨胀率(%，1000)0.460.390.48弹性模量(*104 kg/cm2)15.610.07.0备注N

16、on-SiO2-高抗侵蚀性剖面图及品质规格主体保护渣部分保护渣部分复合结构 (AG+ZG)部位主体保护ZrO2-C(Al2O3-C质) 现有的Al2O3-C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Al2O3-C(无碳质)无碳浸润附着3.4. 不锈钢用浸入式水口 材质名Al2O3-C无碳AG198FS342化学成分(%)F.C+SiC24+23Al2O36981MgO-6体积密度(g/cm3)2.582.94显气孔率(%)14.716弹性模量(*104 kg/cm2）1145热膨胀率 (%,1000)0.500.75剖面图品质规格ZrO2-C(Al2O3-C质)

17、 现有的Al2O3-C质水口 内壁浸润切面钢种:STS 430钢寿命:4ch中间包温度:1535-1549 抑制夹杂物附着钢种:STS 409钢寿命:5ch中间包温度:1547-1552Al2O3-C质无碳质Al2O3-C质无碳质 内壁浸润切面钢种:STS 430钢 抑制夹杂物附着钢种:S部位现象问题点设计对策头部折损 偏心组装 水口碗部固定 正确组装 添加烧结剂 高温强度/抗氧化性 增加 抗氧化剂双层涂抹 头部材质/形状变更侵蚀磨损 钢种/钢水类 偏心组装 氧化主体折损 产品弯曲 偏心组装/棒头形状 准确尺寸管理 正确组装固定部折损 固定方法/固定状态 偏心组装 氧化 正确组装 预热方法研究

18、4. 整体塞棒折损侵蚀部位现象问题点设计对策头部折损 偏心组装 正确组装侵蚀 钢种塞棒位置(mm) 【 笔型 】 【 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 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【 根据棒头形状塞棒位置/通钢量变化 】4.1. 整体塞棒流量控制笔型微量控制型塞棒位置(mm)每小时通钢量(Qm3/hr)塞棒位置(mm) 【 笔型 】 【 微量控制型 】高侵钢种:STS 304钢设备:100吨钢包，1流板坯连铸寿命:12Ch.,520分(以前最多5Ch.)熔损速度: 0.01mm/ch部位棒头材质名AG-750AG-810以前改善化学成分(%)F.C+SiCAl2O3SiO225.071.02.018.078.01.0体积密度显气孔率(%)2.5817.02.8215.0耐压强度(kg/cm2)300350抗折强度(kg/cm2)80120热膨胀率(%，1000）0.400.424.2. 抗侵蚀整体塞棒减少石墨量及使用特殊Al2O3 原料通过提高抗浸润性延长寿命以前改善 STS 304钢品质规格钢种:STS 304钢部位棒头材质名AG-750AG-810MgO-C