CN101242924B - 耐火浇口和密封元件组成的组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢的连续铸造，尤其钢的再氧化问题。特别地，本发明涉及中间包(50)，该中间包包括由浇口(1)和用于防止或限制钢再氧化的环绕的耐火元件(4)组成。根据本发明的其他特征，本发明还涉及这样一种环绕的耐火元件和连续钢铸造工艺。

Description

耐火浇口和密封元件组成的组件

技术领域

本发明涉及钢的连续铸造，尤其涉及钢的再氧化问题。特别地，本发明涉及包括由浇口和环绕的耐火元件组成的组件的中间包，环绕的耐火元件用于防止或限制钢再氧化。根据本发明的其他特征，本发明还涉及这样一种环绕的耐火元件和连续钢铸造工艺。

背景技术

随着对钢的质量和性能控制要求的提高，钢的清洁度变得越来越重要。关心诸如控制化学成分和均匀性的问题已经被关心出现非金属夹杂物的问题代替。尤其是出现氧化铝夹杂物被认为既有害于生产工艺本身又有害于钢的性能。这些夹杂物主要在钢包中进行的连续铸造所必需的钢脱氧过程中形成。在钢熔体的二次冶炼和再氧化的过程中的非金属夹杂物的不完全清除会造成连续铸造过程的浇口堵塞。堵塞材料层通常包含聚集的大量氧化铝。堵塞材料层的厚度与钢的铸造数量以及钢的清洁度有关。由于浇口堵塞使单位时间铸造的钢更少(直径减小的结果)以及由于更换浇口会同时发生铸造中断，因此导致产量减少。除了浇口堵塞外，再氧化产物的出现也会导致浇口侵蚀，并导致在钢内形成夹杂物缺陷。

现有技术已经形成几种防止钢再氧化的解决方案。特别地，熔融的金属流在从铸造容器传送到下游容器(或结晶器)的过程中通常用水口套覆盖住以便防止浇注的钢与周围大气之间直接接触。常常将氩直接注入到浇注浇口的表面以便遮盖熔融的金属流。冶金容器(比如中间包)中的钢熔体表面通常覆盖一层液态熔渣层以便防止钢与周围大气之间直接接触。替代地(此外)，中间包上方的大气为惰性气体(使用去氧剂或诸如氩惰性气体)。

现有技术还已经形成清除中间包中出现的非金属夹杂物和再氧化产物的解决方案。这些解决方案通常在于促进这些夹杂物和再氧化产物的上浮以将其由浮动的熔渣层捕获。例如，使用坝、堰、导流板和/或冲击板向上偏转中间包中的熔融金属流。惰性气体起泡装置也可用于浮选出夹杂物和再氧化产物。

还存在使夹杂物和再氧化产物无害的其他解决方案。例如，钙基合金可用来消除氧化铝夹杂物的存在所带来的一些问题。

所有这些现有技术的解决方案有助于改善钢的大体清洁度但还无法铸造出不含夹杂物或再氧化产物的钢。而且，一些现有技术的解决方案，反过来又在钢内产生新的缺陷(比如气泡、钙基合金)，太昂贵(使用惰性气体)或不合乎环境要求。基于这些原因，希望提出一种可供选择的解决方案来解决上述问题，该解决方案经济实用又不会带来环境问题。

发明内容

本发明基于的假设：即使钢能相对清洁地制成，在正常条件下也不可能使其在结晶器内保持洁净。特别地，在连续铸造中(容器炉衬、熔渣、中间包、塞棒等)使用的耐火组分(通常是金属氧化物)之间的化学反应而使钢再氧化也能产生再氧化产物。另一个潜在的再氧化源是通过这些耐火元件或通过底壁炉衬和浇口入口之间的可浸透连接渗透出来的氧或甚至从耐火元件释放出来的氧。

因此，本发明的一个目的是通过防止再氧化产物到达铸造浇口和/或在铸造浇口紧邻处或浇口内生成再氧化产物来解决上述问题。

根据本发明，使用根据权利要求1所述的中间包可实现本目的。

现有技术已知在中间包的浇注孔周围提供环绕元件。例如FR-A-2394348公开了一个环，旨在保持中间包中的钢直到足够高的高度，因而达到足够的热质量以避免“冷”钢进入浇注孔。然而，现有技术未公开环绕元件或环的主表面的最低高度要低于浇口的顶部外边缘。

JP-A1-2003-205360公开了钢连续铸造的中间包。该中间包的座砖由两个元件组成。浇口位于座砖底部之内。附加的耐火元件定位在浇口上部之上以便覆盖和保护浇口与座砖之间的水泥接头。然而，本文档未公开耐火元件的外周边必须高于中间包的底壁表面。

归因于本发明的特殊布置，再氧化产物和/或夹杂物出现在冶金容器中，而且再氧化产物和/或夹杂物趋向于堆积在容器底面并被熔融钢流带走不会到达浇口的入口。

必须理解：环绕浇口的元件可以是任意的适当形状。在冶金容器设计的功能中，其可为圆形、椭圆形或多边形；其主孔可居中或偏离中心。环绕浇口的元件也可被切断以便在当一个或多个中间包壁面靠近浇注孔时能适应那些情况。元件的主表面可是平面的也可不是平面的(其可为截头圆锥体、波纹和倾斜的表面)。浇口可为内浇口(例如在用滑板控流阀控制熔融钢流的情况下或如果装置设有一根管或校准浇口快换机构)或浸入式水口或SES(例如在塞棒控流控制的情况下)。冶金容器或中间包可配备一个或多个这类组件。组件可配有一整块预置件(例如共压或者浇注)或单独的物件。

根据本发明，耐火元件包括主表面和环绕主表面的周边；周边的上面比耐火元件的主表面高。因而，在浇口周围的区域产生一种偏斜的凹陷。必须理解：周边的上面不必是平面。它可为波浪形的或沿周边具有不同高度(例如在靠近容器侧壁的周边区域处较高，在另一侧较低)。至少一个耐火元件的外周边的高度高于中间包底壁表面。因而，在浇口中间包周围产生的第二个障碍用于防止夹杂物或再氧化产物进入中间包入口。这种类型的布置特别有利。

有利的是，环绕的耐火元件由气密性材料制成，优选为可浇注材料。为了视为气密性，这种材料具有低于20％(这样低于传统炉衬材料(典型地高于30％)的开孔率)的开孔率(在使用温度下)。对于耐火材料，尤其是浇注料，透气性通常与孔隙率直接相关。因此，低孔隙率可铸造材料具有较低的透气性。因此低的孔隙率能通过在用于构成环绕元件的材料中包含除氧材料(比如抗氧化剂)获得。合适的材料为硼或金刚砂或诸如硅或铝的金属(或其合金)。优选地，它们的使用量不超过5wt％。替代地(或此外)，产生熔融相的产品(例如B₂O₃)也能包含在构成环绕元件的材料中。优选地，它们的使用量不超过5wt％。替代地(或此外)，形成更大体积新相(取决于反应或者温度影响)并且因而关闭现有的孔隙率的材料也能包含在构成预制元件的材料中。合适的材料包含有氧化铝和氧化镁。因而，防止在环绕浇口的区域内的钢的再氧化。

根据本发明的特别优选的实施例，浇口或(其一层)它本身由气密性材料制成。通常，这种浇口由耐高温氧化物(氧化铝、氧化镁和氧化钙)组成并等静压制。为了符合本发明视为的气密性，将100g候选材料的取样放置在氩气体下的熔炉中(平缓的氩流连续吹入(大约1l/min)熔炉中)并将温度升高到1000℃。然后将温度逐渐升高到1500℃(在1小时内)，然后保持在1500℃2小时。然后测量样本在1000℃和1500℃之间的重量损失。这个重量损失必须低于2％才能保证材料具有合格的气密性。因而，不仅夹杂物或再氧化产物不能到达浇口，另外，它们也不能在浇口本身内形成。这种特别的组合由此提供了协同效应，根据这种协同效应，能铸造一种完美的不含夹杂物或再氧化产物的钢。

构成浇口的材料可选自三种不同种类的材料：

a)不含碳的材料；

b)基本由不可还原的耐高温氧化物结合碳构成的材料；或

c)包含与生成的一氧化碳发生反应的元素的材料。

优选地，所选材料将具有两种或三种上述种类的材料。

第一种合适的材料例子为以氧化铝、莫来石、氧化锆或氧化镁为基的材料(尖晶石)。

第二种合适的材料，例如铝碳质材料。特别地，这些材料应该包含非常少量的氧化硅或通常在氧化硅(钠或钾的氧化物)中发现的非常少量的常规杂质。特别地，氧化硅或其常规杂质将保持在低于1.0wt％，优选低于0.5wt％。

第三种合适的材料，例如包括能与一氧化碳结合以形成金属氧化物和游离碳的游离金属。硅和铝适用于这种应用。这些材料也能或可选择地包含碳化物或氮化物，以便能够与氧化合物(例如硅或硼的碳化物)发生反应。

优选地所选材料将属于第二或第三种材料，甚至更优选地，所选材料将属于第二和第三种材料。

构成不会在使用温度下产生一氧化碳的层的合适材料能由60-88wt.％的氧化铝、10-20wt.％的石墨和2-10wt.％的碳化硅组成。这种材料基本上由非氧化物品种或不可还原氧化物组成，而且包括会与在工作条件下可能出现的氧发生反应的碳化硅。

在变体中，只有存在于钢接触面处的衬垫(浇口的内部和外部)由这种材料制成。在另一种变体中，浇口和环绕元件制成整体(整块)。

当环绕元件和浇口之间的接缝不完全紧密时，使用气密性灰浆形成的灰浆接缝更有利。常用的灰浆具有40-50％的开孔率。根据有利的本实施例，灰浆应该具有低于20％的开孔率。这种低开孔率的灰浆可采用与环绕元件相同的方法获得。

根据本发明的另一个特征，本发明涉及一种本发明的组件中所用的特别的环绕耐火元件。本环绕元件包括适合用于与浇口的外表面至少一部分匹配接合的主孔，主表面环绕主孔而且外周边环绕主表面，周边上面的高度高于主表面的高度。有利的是，环绕耐火元件由气密性材料制成。因此，防止在环绕浇口周围的钢再氧化。例如，特别适用于该目的的成分基本由高氧化铝材料制成，该氧化铝材料包括至少75wt.％的Al₂O₃，小于1.0wt.％的SiO₂，小于5wt.％的C，其余部分由在使用温度下不会被铝(特别是熔融铁中的溶解铝)还原的耐高温氧化物或氧化物的混合物(例如氧化钙和/或尖晶石)组成。特别适用的材料是可从VESUVIUS UK Ltd获得的可铸造的CRITRION 92SR。这种材料是熔融的氧化铝-氧化镁尖晶石强化的高氧化铝低水泥的浇注料。本产品的典型分析如下：

Al₂O₃    92.7wt.％

MgO      5.0wt.％

CaO      1.8wt.％

SiO₂        0.1wt.％

其它        0.4wt.％

根据本发明的其他特征，本发明涉及如上所述的从浇口浇注熔融钢的钢连续铸造工艺。

附图说明

现在将参照附图描述本发明。

图1显示了根据本发明的设有组件的冶金容器的底壁的截面图。

图2和3分别显示了根据本发明的环绕元件的俯视图和透视图。

图4和5显示了在浇口上部分的铸造操作末端聚集的硬壳。

图6和6a分别显示了根据本发明实施例的环绕元件的俯视图和侧视图。

图7显示了根据本发明的中间包的俯视图。中间包50(具有底壁3)包括具有切断部分的耐火元件4以适于临近中间包壁面。清楚起见未详述浇口。

具体实施方式

冶金容器(此处为中间包)的底壁3通常由耐火砖或浇注料制成的永久层33构造。浇注料制成的工作层32通常在永久层的上层。工作层的表面31在操作过程中与熔融钢接触。正常情况下，绝热层34在永久层33之下，以便保护冶金容器的金属外壳35。

浇口1贯通中间包底部，用来将熔融钢从中间包传送到连铸结晶器中。浇口设有通向一个孔的入口11，该孔由此限定了熔融钢的通道2。入口的上边缘用标号12表示。图1显示了浸入式水口，如上述其他种类的浇口(比如内浇口)一样也包含在本发明范围内。在SES情况下，连续铸造操作通常设有铡刀37用来剪断浇口1，并允许在堵塞情况下铸造操作继续进行。通常，SES由捣打料36保持在位。

环绕的耐火元件4环绕着浇口1的入口11。环绕元件4包括环绕主孔40的主表面41。主表面在图1中表示为截头圆锥体，而在图2和3中表示为平面，如上所述，其他布置也是可能的。凸起的外周边环绕主表面41。周边的上面42比主表面41的高度高。

从图1可以看出，使周边的上面42升高高于中间包的表面31是有利的。

耐火元件4和浇口1之间的连接处5的灰浆或水泥接缝会提供进一步的加固改进。

已经进行试验来说明本发明的效果。保留在铸造操作末端的内浇口处的固化的硬壳被收集并从中间切开。图4(用作对比)显示了在常规装置中收集的这种硬壳(没有环绕的耐火元件)，图5显示了在本发明的装置中收集的硬壳。

图4的渣壳20显示了在区域21、21’的显著扰动，表明在浇口的内壁出现了沉积的氧化铝。氧化铝沉积是造成浇口堵塞以及上述所有不利结果的原因。图4的硬壳20还显示了在区域22、22’的放大部分，表明浇口入口的严重侵蚀。

图5所示的渣壳20对应于浇口的内部形状，从而表明浇口既未遭受侵蚀也未遭受氧化铝堵塞。

图6、6a和7示出了本发明的特别的实施例，该实施例显示了设有切断部分的环绕元件4。

Claims (8)

1.用于熔融钢连续铸造的中间包，包括至少一个由用于形成将熔融钢传送到冶金容器底壁(3)的通道(2)的耐火浇口(1)和环绕在浇口(1)的入口部分(11)的耐火元件(4)组成的组件，元件(4)由耐火材料制成并且包括适合用于与浇口(1)的外表面至少一部分匹配接合的主孔(40)；环绕主孔(40)并具有最低的高度的主表面(41)，元件(4)的主表面(41)的最低高度低于浇口(1)的入口部分(11)的顶部外边缘(12)；环绕元件(4)的主表面(41)的周边，所述周边的上面(42)高于元件(4)的主表面(41)；其特征在于，元件(4)的周边的上面(42)高于中间包底壁(3)的表面(31)。

2.根据权利要求1所述的中间包，其中元件(4)由具有低于20％的开孔率的材料制成。

3.根据权利要求1或2所述的中间包，其中浇口(1)由在测试时重量在1000℃和1500℃之间的损失小于2％的材料制成，其中将100g材料的取样放置在氩气体下的熔炉中，平缓的氩流以1l/min的速度连续吹入熔炉中，将温度升高到1000℃，然后在1小时内将温度升高到1500℃并在1500℃保持2小时。

4.根据权利要求1或2所述的中间包，其中在浇口(1)和元件

(4)之间具有灰浆接缝(5)，而且灰浆具有低于20％的开孔率。

5.用于根据权利要求1-4任意一个所述的中间包中的元件(4)，元件(4)由耐火材料制成并且包括适合用于与浇口(1)的外表面至少一部分匹配接合的主孔(40)，环绕主孔(40)的主表面(41)以及环绕主表面(41)的周边，所述周边的上面(42)的高度高于主表面(41)的高度，其特征在于，元件(4)由具有低于20％的开孔率的材料构成，元件(4)的主孔(40)相对于主表面(41)偏离中心。

6.根据权利要求5所述的元件(4)，其中元件(4)基本上由高氧化铝材料构成，所述高氧化铝材料包括至少75wt.％的Al₂O₃，小于1.0wt.％的SiO₂，小于5wt.％的C，其余部分由在使用温度下不会被铝还原的耐高温氧化物或氧化物的混合物组成。

7.根据权利要求5或6所述的元件(4)，其中元件(4)被切断。

8.根据权利要求1-4任意一个所述的中间包在钢的连续铸造中的使用。

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