本發(fā)明涉及煉鋼連鑄技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種防止絮流浸入式水口及其制作、使用方法。

背景技術(shù)：

連鑄過程中，中間包及浸入式水口的堵塞是連鑄鋁鎮(zhèn)靜鋼時(shí)出現(xiàn)的一個(gè)普遍問題。由此，對(duì)連鑄工藝的關(guān)鍵耐火材料一浸人式水口的性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的熔融石英質(zhì)浸人式水口，由于澆注mn含量高的鋼種耐蝕性極差，已趨于淘汰。近幾年，性能較好的al2o3-c質(zhì)水口和al2o3-c/zro2-c質(zhì)復(fù)合型水口也面臨發(fā)展的瓶須。一方面，是由于鋁碳質(zhì)水口中al2o3的堵塞問題難以有效地解決；另一方面，是由于汽車等工業(yè)對(duì)純凈等高性能鋼的大幅度需求。

鋁碳質(zhì)浸人式水口在澆鑄鋁鎮(zhèn)靜鋼、含鋁高的鋼、稀土鋼、含鈦鋼時(shí)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的al2o3結(jié)瘤堵塞，造成鋼流態(tài)不穩(wěn)定，甚至水口堵死，嚴(yán)重威脅著鋼坯的質(zhì)量和多爐連鑄的效率。研究表明，al2o3附著機(jī)理為：高溫下，鋁碳質(zhì)水口耐火材料與鋼液發(fā)生反應(yīng)，在水口內(nèi)壁面形成脫碳層，使al2o3骨料暴露出來而形成粗糙面。同時(shí)，水口中的碳與其中的al2o3、sio2發(fā)生還原反應(yīng)，還原產(chǎn)物及co進(jìn)一步與鋼液中的ai發(fā)生反應(yīng)生成al2o3沉積，沉積附著在裸露于水口內(nèi)壁面的al2o3骨料上，在耐火材料表面形成網(wǎng)絡(luò)狀al2o3。隨后，鋼液中懸浮的脫氧產(chǎn)物-al2o3粒子在鋼流和渦流的作用下，頻繁與水口內(nèi)壁面上的網(wǎng)絡(luò)狀al2o3碰撞、接觸，在界面張力的作用下，二者產(chǎn)生類似于團(tuán)聚現(xiàn)象中的接觸并互相燒結(jié)，從而造成水口內(nèi)壁面上的al2o3沉積附著和堵塞。在這一過程中，一般認(rèn)為，當(dāng)al2o3顆粒間的熔鋼在界面張力的作用下從中排出時(shí)，就形成了珊瑚狀al2o3沉積物；當(dāng)熔鋼不能從中排出時(shí)，則形成含有金屬夾雜的al2o3沉積物，造成水口堵塞。此外，由于石墨的良好導(dǎo)熱性，使水口內(nèi)壁—鋼液界面溫度降低，鋼液中溶解的ai達(dá)到飽和狀態(tài)，也會(huì)促使al2o3沉積，造成水口的al2o3沉積附著堵塞。

目前，針對(duì)al2o3堵塞所要做的工作主要有兩個(gè)方面:一方面是在工藝過程中要嚴(yán)格把關(guān)，改進(jìn)脫氧方式，力爭(zhēng)提高鋼的純凈度，采取必要的保溫措施，防止鋼水溫度過度下降； 另一方面是對(duì)水口的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)進(jìn)行改進(jìn)，力求達(dá)到最好的效果。

防止al2o3附普堵塞結(jié)構(gòu)改進(jìn)有如下主要措施：

1)水口中吹氮防止al2o3附著；在日本，吹氮是應(yīng)用較為廣泛的一種防al2o3附著堵塞的方法。通過吹氮可以降低鋼液中懸浮的al2o3粒子與水口內(nèi)壁的接觸頻率，減少al2o3的沉積粘附。但是，這種水口結(jié)構(gòu)復(fù)雜，防堵塞效果有限，在實(shí)際操作中，吹氣量小時(shí)，防堵塞效果不明顯；過量吹入氮?dú)?，易使鋼中產(chǎn)生針孔，降低鋼材質(zhì)量；吹氣還造成鋼水局部產(chǎn)生紊流，加劇水口蝕損。此外，隨著薄板坯連鑄連軋新工藝的逐漸采用，水口向薄板化、異型化發(fā)展，近來有少用或不用吹氨的趨勢(shì)。

2)采用階梯狀水口防止al2o3附著堵塞；采用階梯狀水口可以改變鋼流狀態(tài)從而有效地防止了al2o3的附著堵塞。有人利用水模試驗(yàn)研究了浸人式水口內(nèi)壁形狀對(duì)水口內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài)的影響，并開發(fā)研制了雙階梯狀內(nèi)壁的浸人式水口。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雙階梯狀內(nèi)壁的浸人式水口可以使得結(jié)晶器內(nèi)壁鋼液流動(dòng)狀態(tài)更為均勻，同時(shí)可以降al2o3在水口內(nèi)壁的沉積粘附。

3)增加保溫隔熱層，防止鋼液溫度過低；鋁碳質(zhì)水口具有較高的導(dǎo)熱性，澆鑄時(shí)水口外壁溫度急劇下降，加上高的熱輻射，使水口表面溫度由1530℃降到800℃左右，鋼液中的al2o3濃度達(dá)到飽和狀態(tài)，易析出造成粘附。所以，通過采用在水口外壁周圍粘貼厚20mm及渣線部位上加厚至25mm的纖維隔熱材料進(jìn)行保溫，可以降低水口的熱損失，減少溫差，抑制鋼液中的al2o3濃度達(dá)到飽和，產(chǎn)生析出附著。大量文獻(xiàn)研究表明，狹縫有隔熱的效果，同時(shí)他們讓水口未浸部分采用低熱導(dǎo)材料，對(duì)防止al2o3的附著也有較好的效果。

由于上述結(jié)構(gòu)改進(jìn)在解決al2o3等及雜物附著方面很有限，材質(zhì)改進(jìn)因此成為主要關(guān)注方面。鋁碳質(zhì)浸入式水口在連鑄al鎮(zhèn)靜鋼和al-si鎮(zhèn)靜鋼等特種鋼時(shí),水口內(nèi)壁易發(fā)生氧化鋁結(jié)瘤現(xiàn)象,不但影響了連鑄的連續(xù)性作業(yè),而且還造成結(jié)晶器內(nèi)鋼水流向紊亂,使鑄坯質(zhì)量惡化。與此同時(shí),由于粘附物的剝落,也很容易在制品中產(chǎn)生夾雜物缺陷。研究表明,鋁碳水口中碳的存在是生成氧化鋁結(jié)瘤的主要原因之一,發(fā)生的主要反應(yīng)如下:

sio2(s)+c(s)＝sio(g)+co(g)

3sio(g)+2al＝al2o3(s)+3si

因此,研究復(fù)合無碳內(nèi)襯的浸入式水口已成為發(fā)展的主要方向之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種防止絮流浸入式水口，根據(jù)y2o3耐高溫性及其與mgo共同作用時(shí)可降低zro2基材質(zhì)的熱膨脹率及高溫?zé)嵴鹦缘奶攸c(diǎn)，研制出zro2基復(fù)合材料用做浸入式水口的內(nèi)面鑲嵌層，適用于鋁鎮(zhèn)靜鋼種澆注，能夠提高鋼種潔凈度，有效防止水口絮流發(fā)生；本發(fā)明同時(shí)提供了該浸入式水口的制作及使用方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種防止絮流浸入式水口，包括水口本體，所述水口本體由上至下依次為碗部、本體、渣線層、2個(gè)對(duì)稱的側(cè)孔出鋼口和三角形分流體，其中水口本體采用鋁碳材料，渣線層采用鋯碳材料；還包括外面層和內(nèi)面鑲嵌層，外面層采用耐火纖維制作，內(nèi)面鑲嵌層由以下組分按重量百分比組成：氧化鋯60％～65％，氧化釔20％～25％，氧化鈣2％～5％，氧化鎂10％～15％。

所述內(nèi)面鑲嵌層鑲嵌在水口本體的圓形空腔內(nèi)，位于側(cè)孔出鋼口以上部位，內(nèi)面鑲嵌層外部設(shè)多道固定槽用于與水口本體固定連接。

一種防止絮流浸入式水口的制作方法，包括如下步驟：

1)原料準(zhǔn)備：

水口本體的原料按各組分重量百分比為：天然石墨18％～25％，電熔白剛玉59％～70％，金屬硅1.5％～4％，金屬鋁1％～3％，金鋼砂2％～4％，碳化硼2.5％～5.5％；

渣線層的原料按各組分重量百分比為：電熔鋯剛玉22％～29％，電熔白剛玉65％～70％，炭黑2％～4％，金屬硅2％～4％；

外面層為耐火纖維紙或耐火纖維氈；

內(nèi)面鑲嵌層的原料按各組分重量百分比為：氧化鋯60％～65％，氧化釔20％～25％，氧化鈣2％～5％，氧化鎂10％～15％；

2)配料：

將水口本體、渣線層和內(nèi)面鑲嵌層的原料分別按照以上配比混合均勻，水口本體和渣線層分別按重量百分比外加6％～8％的酚醛樹脂結(jié)合劑，使用造粒機(jī)造粒，造粒后料經(jīng)烘干床烘干，使之滿足成型要求；內(nèi)面鑲嵌層按重量百分比外加3％～5％的酚醛樹脂攪拌均勻待用；

3)成型：

將內(nèi)面鑲嵌層配料放入預(yù)制成型模具中，使用成型機(jī)在工作壓力50～100mpa壓力下 預(yù)制為預(yù)成型坯，其外部設(shè)有多道固定槽；再將水口本體造粒料、渣線層造粒料和內(nèi)面鑲嵌層預(yù)成型坯分別按次序放入成型模具中，使用成型機(jī)在工作壓力100～200mpa壓力下壓制成型；將成型后的水口置于110～130℃烘箱中烘烤18～20小時(shí)，然后將成型產(chǎn)品在梭式窯中于1500～1800℃無氧條件下燒制6～8小時(shí)；

4)機(jī)械加工和表面處理：

燒成產(chǎn)品經(jīng)過切削加工后，自渣線層以上部位的外部包裹粘貼一層外面層，且渣線層以上部位粘貼的外面層厚度是渣線層部位粘貼外面層厚度的1.5～2.0倍；全部完成后即制成浸入式水口。

一種防止絮流浸入式水口的使用方法，包括如下步驟：

1)使用前先對(duì)浸入式水口進(jìn)行烘烤，使其溫度達(dá)到1000～1150℃；

2)使用浸入式水口進(jìn)行澆注，澆注過程中進(jìn)行吹氬保護(hù)；

3)對(duì)結(jié)晶器保護(hù)渣液渣層進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)液渣層達(dá)到10～15mm時(shí)，關(guān)閉氬氣。

現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)本發(fā)明根據(jù)y2o3耐高溫性及其與mgo共同作用時(shí)可降低zro2基材質(zhì)的熱膨脹率及高溫?zé)嵴鹦缘奶攸c(diǎn)，研制出zro2基復(fù)合材料用做浸入式水口的內(nèi)面鑲嵌層，適用于鋁鎮(zhèn)靜鋼種澆注，能夠提高鋼種潔凈度，有效防止水口絮流發(fā)生；

2)制作及使用方法簡(jiǎn)單。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述防止絮流浸入式水口的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.水口本體2.外面層3.渣線層4.內(nèi)面鑲嵌層5.圓形空腔6.側(cè)孔出鋼口7.固定溝槽8.三角形分流體

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明：

如圖1所示，是本發(fā)明所述防止絮流浸入式水口的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明所述一種防止絮流浸入式水口，包括水口本體1，所述水口本體1由上至下依次為碗部、本體、渣線層3、2個(gè)對(duì)稱的側(cè)孔出鋼口6和三角形分流體8，其中水口本體1采用鋁碳材料，渣線層3采用鋯碳材料；還包括外面層2和內(nèi)面鑲嵌層4，外面層2采用耐火纖維制作，內(nèi)面鑲嵌層4由以下組分按重量百分比組成：氧化鋯60％～65％，氧化釔20％～25％，氧化鈣2％～5％，氧化鎂10％～15％。

所述內(nèi)面鑲嵌層4鑲嵌在水口本體1的圓形空腔5內(nèi)，位于側(cè)孔出鋼口6以上部位，內(nèi)面鑲嵌層4外部設(shè)多道固定槽7用于與水口本體1固定連接。

一種防止絮流浸入式水口的制作方法，包括如下步驟：

1)原料準(zhǔn)備：

水口本體1的原料按各組分重量百分比為：天然石墨18％～25％，電熔白剛玉59％～70％，金屬硅1.5％～4％，金屬鋁1％～3％，金鋼砂2％～4％，碳化硼2.5％～5.5％；

渣線層3的原料按各組分重量百分比為：電熔鋯剛玉22％～29％，電熔白剛玉65％～70％，炭黑2％～4％，金屬硅2％～4％；

外面層2為耐火纖維紙或耐火纖維氈；

內(nèi)面鑲嵌層4的原料按各組分重量百分比為：氧化鋯60％～65％，氧化釔20％～25％，氧化鈣2％～5％，氧化鎂10％～15％；

2)配料：

將水口本體1、渣線層3和內(nèi)面鑲嵌層4的原料分別按照以上配比混合均勻，水口本體1和渣線層3分別按重量百分比外加6％～8％的酚醛樹脂結(jié)合劑，使用造粒機(jī)造粒，造粒后料經(jīng)烘干床烘干，使之滿足成型要求；內(nèi)面鑲嵌層4按重量百分比外加3％～5％的酚醛樹脂攪拌均勻待用；

3)成型：

將內(nèi)面鑲嵌層4配料放入預(yù)制成型模具中，使用成型機(jī)在工作壓力50～100mpa壓力下預(yù)制為預(yù)成型坯，其外部設(shè)有多道固定槽7；再將水口本體1造粒料、渣線層3造粒料和內(nèi)面鑲嵌層4預(yù)成型坯分別按次序放入成型模具中，使用成型機(jī)在工作壓力100～200mpa壓力下壓制成型；將成型后的水口置于110～130℃烘箱中烘烤18～20小時(shí)，然后將成型產(chǎn)品在梭式窯中于1500～1800℃無氧條件下燒制6～8小時(shí)；

4)機(jī)械加工和表面處理：

燒成產(chǎn)品經(jīng)過切削加工后，自渣線層3以上部位的外部包裹粘貼一層外面層2，且渣線層3以上部位粘貼的外面層2厚度是渣線層3部位粘貼外面層2厚度的1.5～2.0倍；全部完成后即制成浸入式水口。

一種防止絮流浸入式水口的使用方法，包括如下步驟：

1)使用前先對(duì)浸入式水口進(jìn)行烘烤，使其溫度達(dá)到1000～1150℃；

2)使用浸入式水口進(jìn)行澆注，澆注過程中進(jìn)行吹氬保護(hù)；

3)對(duì)結(jié)晶器保護(hù)渣液渣層進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)液渣層達(dá)到10～15mm時(shí)，關(guān)閉氬氣。

以下實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。下述實(shí)施例中所用方法如無特別說明均為常規(guī)方法。

【實(shí)施例】

本實(shí)施例中，防止絮流浸入式水口用于薄板坯連鑄，其具體結(jié)構(gòu)如下：

浸入式水口的圓形空腔5直徑為90mm，總長(zhǎng)度為680mm，下部三角形分流體8的頂角為110°；側(cè)孔出鋼口6的入口寬度為62mm，高度為37mm；側(cè)孔出鋼口6的出口寬度為65mm，高度為38mm，側(cè)孔出鋼口6的角度為向下傾斜55°。內(nèi)面鑲嵌層4厚度為20mm，水口本體1厚度35mm，外面層2厚度為15mm。

水口本體1的原料按各組分重量百分比為：天然石墨21％，電熔白剛玉67％，金屬硅3％，金屬鋁2％，金鋼砂3％，碳化硼4％；

渣線層3的原料按各組分重量百分比為：電熔鋯剛玉25％，電熔白剛玉68％，炭黑3％，金屬硅4％；

外面層2為耐火纖維紙或耐火纖維氈；

內(nèi)面鑲嵌層4的原料按各組分重量百分比為：氧化鋯63％，氧化釔23％，氧化鈣3％，氧化鎂11％；

2)配料：

將水口本體1、渣線層3和內(nèi)面鑲嵌層4的原料分別按照以上配比混合均勻，水口本體1和渣線層3分別按重量百分比外加6％的酚醛樹脂結(jié)合劑，使用造粒機(jī)造粒，造粒后料經(jīng)烘干床烘干，使之滿足成型要求；內(nèi)面鑲嵌層4按重量百分比外加4％的酚醛樹脂攪拌均勻待用；

3)成型：

將內(nèi)面鑲嵌層4配料放入預(yù)制成型模具中，使用成型機(jī)在工作壓力70mpa壓力下預(yù)制為預(yù)成型坯，其外部設(shè)有8道固定槽7；再將水口本體1造粒料、渣線層3造粒料和內(nèi)面鑲嵌層4預(yù)成型坯分別按次序放入成型模具中，使用成型機(jī)在工作壓力150mpa壓力下壓制成型；將成型后的水口置于110℃烘箱中烘烤18小時(shí)，然后將成型產(chǎn)品在梭式窯中于1600℃無氧條件下燒制6小時(shí)；

4)機(jī)械加工和表面處理：

燒成產(chǎn)品經(jīng)過切削加工后，自渣線層3以上部位的外部包裹粘貼一層外面層2，且渣線層3以上部位粘貼的外面層2厚度是渣線層3部位粘貼外面層2厚度的1.5倍；全部完成后即制成浸入式水口。

一種防止絮流浸入式水口的使用方法，包括如下步驟：

1)使用前先對(duì)浸入式水口進(jìn)行烘烤，使其溫度達(dá)到1100℃；

2)使用浸入式水口進(jìn)行澆注，澆注過程中進(jìn)行吹氬保護(hù)；

3)對(duì)結(jié)晶器保護(hù)渣液渣層進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)液渣層達(dá)到15mm時(shí)，關(guān)閉氬氣。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。