專利名稱：耐火澆口和密封元件組成的組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼的連續(xù)鑄造，尤其涉及鋼的再氧化問題。特別地， 本發(fā)明涉及包括由澆口和環(huán)繞的耐火元件組成的組件的中間包，環(huán)繞 的耐火元件用于防止或限制鋼再氧化。根據(jù)本發(fā)明的其他特征，本發(fā) 明還涉及這樣一種環(huán)繞的耐火元件和連續(xù)鋼鑄造工藝。
技術(shù)背景隨著對(duì)鋼的質(zhì)量和性能控制要求的提高，鋼的清潔度變得越來越 重要。關(guān)心諸如控制化學(xué)成分和均勻性的問題已經(jīng)被關(guān)心出現(xiàn)非金屬 夾雜物的問題代替。尤其是出現(xiàn)氧化鋁夾雜物被認(rèn)為既有害于生產(chǎn)工 藝本身又有害于鋼的性能。這些夾雜物主要在鋼包中進(jìn)行的連續(xù)鑄造 所必需的鋼脫氧過程中形成。在鋼熔體的二次冶煉和再氧化的過程中的非金屬夾雜物的不完全清除會(huì)造成連續(xù)鑄造過程的澆口堵塞。堵塞 材料層通常包含聚集的大量氧化鋁。堵塞材料層的厚度與鋼的鑄造數(shù) 量以及鋼的清潔度有關(guān)。由于澆口堵塞使單位時(shí)間鑄造的鋼更少(直 徑減小的結(jié)果)以及由于更換澆口會(huì)同時(shí)發(fā)生鑄造中斷，因此導(dǎo)致產(chǎn) 量減少。除了澆口堵塞外，再氧化產(chǎn)物的出現(xiàn)也會(huì)導(dǎo)致澆口侵蝕，并 導(dǎo)致在鋼內(nèi)形成夾雜物缺陷。現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)形成幾種防止鋼再氧化的解決方案。特別地，熔融 的金屬流在從鑄造容器傳送到下游容器(或結(jié)晶器)的過程中通常用 水口套覆蓋住以便防止?jié)沧⒌匿撆c周圍大氣之間直接接觸。常常將氬 直接注入到澆注澆口的表面以便遮蓋熔融的金屬流。冶金容器(比如 中間包)中的鋼熔體表面通常覆蓋一層液態(tài)熔渣層以便防止鋼與周圍 大氣之間直接接觸。替代地(此外)，中間包上方的大氣為惰性氣體(使 用去氧劑或諸如氬惰性氣體)。現(xiàn)有技術(shù)還已經(jīng)形成清除中間包中出現(xiàn)的非金屬夾雜物和再氧化產(chǎn)物的解決方案。這些解決方案通常在于促進(jìn)這些夾雜物和再氧化產(chǎn) 物的上浮以將其由浮動(dòng)的熔渣層捕獲。例如，使用壩、堰、導(dǎo)流板和/ 或沖擊板向上偏轉(zhuǎn)中間包中的熔融金屬流。惰性氣體起泡裝置也可用 于浮選出夾雜物和再氧化產(chǎn)物。還存在使夾雜物和再氧化產(chǎn)物無害的其他解決方案。例如，鈣基 合金可用來消除氧化鋁夾雜物的存在所帶來的一些問題。所有這些現(xiàn)有技術(shù)的解決方案有助于改善鋼的大體清潔度但還無 法鑄造出不含夾雜物或再氧化產(chǎn)物的鋼。而且， 一些現(xiàn)有技術(shù)的解決方案，反過來又在鋼內(nèi)產(chǎn)生新的缺陷(比如氣泡、4丐基合金)，太昂貴 (使用惰性氣體)或不合乎環(huán)境要求。基于這些原因，希望提出一種可 供選擇的解決方案來解決上述問題，該解決方案經(jīng)濟(jì)實(shí)用又不會(huì)帶來 環(huán)境問題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明基于的假設(shè)即使鋼能相對(duì)清潔地制成，在正常條件下也 不可能使其在結(jié)晶器內(nèi)保持潔凈。特別地，在連續(xù)鑄造中(容器爐襯、 熔渣、中間包、塞棒等)使用的耐火組分(通常是金屬氧化物)之間 的化學(xué)反應(yīng)而使鋼再氧化也能產(chǎn)生再氧化產(chǎn)物。另一個(gè)潛在的再氧化 源是通過這些耐火元件或通過底壁爐襯和澆口入口之間的可浸透連接 滲透出來的氧或甚至從耐火元件釋放出來的氧。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是通過防止再氧化產(chǎn)物到達(dá)鑄造澆口和/ 或在鑄造澆口緊鄰處或澆口內(nèi)生成再氧化產(chǎn)物來解決上述問題。根據(jù)本發(fā)明，使用根據(jù)權(quán)利要求1所述的中間包可實(shí)現(xiàn)本目的?，F(xiàn)有技術(shù)已知在中間包的澆注孔周圍提供環(huán)繞元件。例如 FR-A-2394348公開了 一個(gè)環(huán)，旨在保持中間包中的鋼直到足夠高的高 度，因而達(dá)到足夠的熱質(zhì)量以避免"冷"鋼進(jìn)入澆注孔。然而，現(xiàn)有技 術(shù)未公開環(huán)繞元件或環(huán)的主表面的最低高度要低于澆口的頂部外邊 緣。JP-A1-2003-205360公開了鋼連續(xù)鑄造的中間包。該中間包的座 磚由兩個(gè)元件組成。澆口位于座磚底部之內(nèi)。附加的耐火元件定位在澆口上部之上以便覆蓋和保護(hù)澆口與座磚之間的水泥接頭。然而，本 文檔未公開耐火元件的外周邊必須高于中間包的底壁表面。歸因于本發(fā)明的特殊布置，再氧化產(chǎn)物和/或夾雜物出現(xiàn)在冶金容 器中，而且再氧化產(chǎn)物和/或夾雜物趨向于堆積在容器底面并被熔融鋼 流帶走不會(huì)到達(dá)澆口的入口 。必須理解環(huán)繞澆口的元件可以是任意的適當(dāng)形狀。在冶金容器 設(shè)計(jì)的功能中，其可為圓形、橢圓形或多邊形；其主孔可居中或偏離 中心。環(huán)繞澆口的元件也可被切斷以便在當(dāng)一個(gè)或多個(gè)中間包壁面靠 近澆注孔時(shí)能適應(yīng)那些情況。元件的主表面可是平面的也可不是平面 的(其可為截頭圓錐體、波紋和傾斜的表面)。澆口可為內(nèi)澆口(例如 在用滑板控流閥控制熔融鋼流的情況下或如果裝置設(shè)有一根管或校準(zhǔn) 澆口快換機(jī)構(gòu))或浸入式水口或SES(例如在塞棒控流控制的情況下)。 冶金容器或中間包可配備一個(gè)或多個(gè)這類組件。組件可配有一整塊預(yù) 置件(例如共壓或者澆注)或單獨(dú)的物件。根據(jù)本發(fā)明，耐火元件包括主表面和環(huán)繞主表面的周邊；周邊的 上面比耐火元件的主表面高。因而，在澆口周圍的區(qū)域產(chǎn)生一種偏斜 的凹陷。必須理解周邊的上面不必是平面。它可為波浪形的或沿周 邊具有不同高度(例如在靠近容器側(cè)壁的周邊區(qū)域處較高，在另一側(cè) 較低)。至少一個(gè)耐火元件的外周邊的高度高于中間包底壁表面。因而， 在澆口中間包周圍產(chǎn)生的第二個(gè)障礙用于防止夾雜物或再氧化產(chǎn)物進(jìn) 入中間包入口。這種類型的布置特別有利。有利的是，環(huán)繞的耐火元件由氣密性材料制成，優(yōu)選為可澆注材 料。為了視為氣密性，這種材料具有低于20% (這樣低于傳統(tǒng)爐襯材 料(典型地高于30%)的開孔率)的開孔率(在使用溫度下)。對(duì)于 耐火材料，尤其是澆注料，透氣性通常與孔隙率直接相關(guān)。因此，低 孔隙率可鑄造材料具有較低的透氣性。因此低的孔隙率能通過在用于 構(gòu)成環(huán)繞元件的材料中包含除氧材料(比如抗氧化劑)獲得。合適的 材料為硼或金剛砂或諸如硅或鋁的金屬(或其合金)。優(yōu)選地，它們的 使用量不超過5wt%。替代地(或此外)，產(chǎn)生熔融相的產(chǎn)品(例如B203 )也能包含在構(gòu)成環(huán)繞元件的材料中。優(yōu)選地，它們的使用量不 超過5wt。/。。替代地(或此外)，形成更大體積新相(取決于反應(yīng)或者 溫度影響)并且因而關(guān)閉現(xiàn)有的孔隙率的材料也能包含在構(gòu)成預(yù)制元 件的材料中。合適的材料包含有氧化鋁和氧化鎂。因而，防止在環(huán)繞 澆口的區(qū)域內(nèi)的鋼的再氧化。根據(jù)本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例，澆口或(其一層)它本身由氣 密性材料制成。通常，這種澆口由耐高溫氧化物(氧化鋁、氧化鎂和 氧化鈣)組成并等靜壓制。為了符合本發(fā)明視為的氣密性，將100g 候選材料的取樣放置在氬氣體下的熔爐中(平緩的氬流連續(xù)吹入(大 約1 1/miii)熔爐中)并將溫度升高到1000°C。然后將溫度逐漸升高到 1500。C (在l小時(shí)內(nèi))，然后保持在1500°C 2小時(shí)。然后測(cè)量樣本在 1000。C和150(TC之間的重量損失。這個(gè)重量損失必須低于2%才能保 證材料具有合格的氣密性。因而，不僅夾雜物或再氧化產(chǎn)物不能到達(dá) 澆口，另外，它們也不能在澆口本身內(nèi)形成。這種特別的組合由此提 供了協(xié)同效應(yīng)，根據(jù)這種協(xié)同效應(yīng)，能鑄造一種完美的不含夾雜物或 再氧化產(chǎn)物的鋼。構(gòu)成澆口的材料可選自三種不同種類的材料a) 不含碳的材料；b) 基本由不可還原的耐高溫氧化物結(jié)合碳構(gòu)成的材料；或c) 包含與生成的一氧化碳發(fā)生反應(yīng)的元素的材料。 優(yōu)選地，所選材料將具有兩種或三種上述種類的材料。 第一種合適的材料例子為以氧化鋁、莫來石、氧化鋯或氧化鎂為基的材料(尖晶石)。第二種合適的材料，例如鋁碳質(zhì)材料。特別地，這些材料應(yīng)該包 含非常少量的氧化硅或通常在氧化硅(鈉或鉀的氧化物)中發(fā)現(xiàn)的非 常少量的常規(guī)雜質(zhì)。特別地，氧化硅或其常規(guī)雜質(zhì)將保持在低于 1.0wt%，優(yōu)選低于0.5wt。/。。第三種合適的材料，例如包括能與 一氧化碳結(jié)合以形成金屬氧化 物和游離碳的游離金屬。硅和鋁適用于這種應(yīng)用。這些材料也能或可選擇地包含碳化物或氮化物，以便能夠與氧化合物(例如硅或硼的碳 化物)發(fā)生反應(yīng)。優(yōu)選地所選材料將屬于第二或第三種材料，甚至更優(yōu)選地，所選材料將屬于第二和第三種材料。構(gòu)成不會(huì)在使用溫度下產(chǎn)生一氧化碳的層的合適材料能由60-88wt.。/。的氧化鋁、10-20wt.。/o的石墨和2-10wt.。/。的碳化硅組成。這種材料基本上由非氧化物品種或不可還原氧化物組成，而且包括會(huì) 與在工作條件下可能出現(xiàn)的氧發(fā)生反應(yīng)的碳化硅。在變體中，只有存在于鋼接觸面處的襯墊(澆口的內(nèi)部和外部) 由這種材料制成。在另一種變體中，澆口和環(huán)繞元件制成整體(整塊)。當(dāng)環(huán)繞元件和澆口之間的接縫不完全緊密時(shí)，使用氣密性火泥形 成的灰漿接縫更有利。常用的火泥具有40-50%的開孔率。根據(jù)有利 的本實(shí)施例，火泥應(yīng)該具有低于20%的開孔率。這種低開孔率的灰漿 可釆用與環(huán)繞元件相同的方法獲得。根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)特征，本發(fā)明涉及一種本發(fā)明的組件中所用 的特別的環(huán)繞耐火元件。本環(huán)繞元件包括適合用于與澆口的外表面至 少一部分匹配接合的主孔，主表面環(huán)繞主孔而且外周邊環(huán)繞主表面， 周邊上面的高度高于主表面的高度。有利的是，環(huán)繞耐火元件由氣密 性材料制成。因此，防止在環(huán)繞澆口周圍的鋼再氧化。例如，特別適 用于該目的的成分基本由高氧化鋁材料制成，該氧化鋁材料包括至少 75wt.。/o的A1203，小于1.0wt.。/o的Si02，小于5wt.。/o的C，其余部分 由在使用溫度下不會(huì)被鋁(特別是熔融鐵中的溶解鋁)還原的耐高溫 氧化物或氧化物的混合物(例如氧化鈣和/或尖晶石)組成。特別適用 的材料是可從VESUVIUS UK Ltd獲得的可鑄造的CRITRION 92SR。 這種材料是熔融的氧化鋁-氧化鎂尖晶石強(qiáng)化的高氧化鋁低水泥的澆 注料。本產(chǎn)品的典型分析如下A1203 92.7wt.% MgO 5.0wt.% CaO 1.8wt.%Si02 0.1wt.% 其它 0.4wt.%根據(jù)本發(fā)明的其他特征，本發(fā)明涉及如上所述的從澆口澆注熔融 鋼的鋼連續(xù)鑄造工藝。


現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明。圖l顯示了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)有組件的冶金容器的底壁的截面圖。 圖2和3分別顯示了根據(jù)本發(fā)明的環(huán)繞元件的俯視圖和透視圖。 圖4和5顯示了在澆口上部分的鑄造操作末端聚集的硬殼。 圖6和6a分別顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的環(huán)繞元件的俯視圖和側(cè) 視圖。圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的中間包的俯視圖。中間包50 (具有底壁 3 )包括具有切斷部分的耐火元件4以適于臨近中間包壁面。清楚起見 未詳述洗口 。
具體實(shí)施方式
冶金容器(此處為中間包)的底壁3通常由耐火磚或澆注料制成 的永久層33構(gòu)造。澆注料制成的工作層32通常在永久層的上層。工 作層的表面31在操作過程中與熔融鋼接觸。正常情況下，絕熱層34 在永久層33之下，以便保護(hù)冶金容器的金屬外殼35。澆口 l貫通中間包底部，用來將熔融鋼從中間包傳送到連鑄結(jié)晶 器中。澆口設(shè)有通向一個(gè)孔的入口 11,該孔由此限定了熔融鋼的通道 2。入口的上邊緣用標(biāo)號(hào)12表示。圖l顯示了浸入式水口，如上述其 他種類的澆口 (比如內(nèi)澆口 ) 一樣也包含在本發(fā)明范圍內(nèi)。在SES情 況下，連續(xù)鑄造操作通常設(shè)有鍘刀37用來剪斷澆口 1,并允許在堵塞 情況下鑄造操作繼續(xù)進(jìn)行。通常，SES由搗打料36保持在位。環(huán)繞的耐火元件4環(huán)繞著澆口 1的入口 11。環(huán)繞元件4包括環(huán)繞 主孔40的主表面41。主表面在圖1中表示為截頭圓錐體，而在圖2 和3中表示為平面，如上所述，其他布置也是可能的。凸起的外周邊 環(huán)繞主表面41。周邊的上面42比主表面41的高度高。從圖l可以看出，使周邊的上面42升高高于中間包的表面31是 有利的。耐火元件4和澆口 1之間的連接處5的火泥或水泥接縫會(huì)提供進(jìn) 一步的加固改進(jìn)。已經(jīng)進(jìn)行試驗(yàn)來說明本發(fā)明的效果。保留在鑄造操作末端的內(nèi)澆 口處的固化的硬殼被收集并從中間切開。圖4(用作對(duì)比)顯示了在 常規(guī)裝置中收集的這種硬殼(沒有環(huán)繞的耐火元件)，圖5顯示了在本 發(fā)明的裝置中收集的硬殼。圖4的渣殼20顯示了在區(qū)域21、 21，的顯著擾動(dòng)，表明在澆口的 內(nèi)壁出現(xiàn)了沉積的氧化鋁。氧化鋁沉積是造成澆口堵塞以及上述所有 不利結(jié)果的原因。圖4的硬殼20還顯示了在區(qū)域22、 22，的放大部分， 表明澆口入口的嚴(yán)重侵蝕。圖5所示的渣殼20對(duì)應(yīng)于澆口的內(nèi)部形狀，從而表明澆口既未遭 受侵蝕也未遭受氧化鋁堵塞。圖6、 6a和7示出了本發(fā)明的特別的實(shí)施例，該實(shí)施例顯示了設(shè) 有切斷部分的環(huán)繞元件4。
權(quán)利要求
1.用于熔融鋼連續(xù)鑄造的中間包，包括至少一個(gè)由用于形成將熔融鋼傳送到冶金容器底壁(3)的通道(2)的耐火澆口(1)和環(huán)繞在澆口(1)的入口部分(11)的耐火元件(4)組成的組件，元件(4)包括適合用于與澆口(1)的外表面至少一部分匹配接合的主孔(40)；環(huán)繞主孔(40)并具有最低的高度的主表面(41)，耐火元件(4)的主表面(41)的最低高度低于澆口(1)的入口部分(11)的頂部外邊緣(12)；環(huán)繞著元件(4)的主表面(41)的周邊，所述周邊的上面(42)高于耐火元件(4)的主表面(41)；其特征在于，耐火元件(4)的周邊(42)高于中間包底壁(3)的表面(31)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中間包，其特征在于元件(4)由氣密 性耐火材料制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中間包，其特征在于澆口 (l)基 本上由氣密性耐火材料構(gòu)成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l-3任意一個(gè)所述的中間包，其特征在于火泥接 縫(5)位于澆口 (1)和耐火元件(4)之間，而且其特征在于火泥(5) 為氣密性的。
5. 用于根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一個(gè)所述的中間包中的耐火元件 (4)，耐火元件(4)包括適合用于與澆口 (1)的外表面至少一部分匹配接合的主孔(40)，環(huán)繞主孔(40)的主表面(41)以及環(huán)繞主表 面Ul)的周邊，所述周邊(42)的上面(42)的高度高于主表面(41)， 其特征在于，元件(4)由氣密性材料構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的元件(4)，其特征在于基本上由高氧化 鋁材料構(gòu)成，所述高氧化鋁材料包括至少75wt。/。的A1203，小于 1.0wt.。/。的Si02，小于5wt.。/。的C，其余部分由在使用溫度下不會(huì)被 鋁還原的耐高溫氧化物或氧化物的混合物組成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的元件(4),其特征在于元件(4) 被切斷。8.鋼的連續(xù)鑄造工藝，包括將熔融鋼從鋼包澆注到中間包，并且 從中間包進(jìn)入鑄造結(jié)晶器中，其特征在于中間包是根據(jù)權(quán)利要求1-4 任意一個(gè)所述的中間包。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋼的連續(xù)鑄造，尤其鋼的再氧化問題。特別地，本發(fā)明涉及中間包(50)，該中間包包括由澆口(1)和用于防止或限制鋼再氧化的環(huán)繞的耐火元件(4)組成。根據(jù)本發(fā)明的其他特征，本發(fā)明還涉及這樣一種環(huán)繞的耐火元件和連續(xù)鋼鑄造工藝。
文檔編號(hào)B22D41/50GK101242924SQ200680030385
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2006年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者D·讓森, J·西莫伊斯, P·吉約 申請(qǐng)人:維蘇維尤斯·克魯斯布公司