CN107073565A - 连续铸造用浸渍喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续铸造用浸渍喷嘴，其包含：管状的喷嘴主体、以围绕上述喷嘴主体的内壁的方式配置的内腔部、以及在上述喷嘴主体的下部配置的排出口，上述内腔部由包含钙钛矿(CaTiO3)、锆酸钙(CaZrO3)、硅酸钙(CaO·SiO2)和石墨(C)的混合物形成。

Description

连续铸造用浸渍喷嘴
技术领域
本发明涉及连续铸造用浸渍喷嘴，特别是涉及通过与氧化铝(Al2O3)夹杂物反应来形成低熔点物质，从而能够抑制喷嘴堵塞的连续铸造用浸渍喷嘴。
背景技术
一般的连续铸造工序是如下工序：将收容于钢包的钢液注入中间包，将注入中间包的钢液连续注入铸模，使钢液一次冷却后，向一次冷却的铸坯的表面洒上冷却水来进行二次冷却，从而使钢液凝固来制造铸坯。此时，在将收容于中间包的钢液向铸模内供给的过程中，利用设置于中间包的出炉口的浇口或塞棒，控制钢液的出炉，并通过浸渍喷嘴供给至铸模内。
钢液中存在氧化铝(Al2O3)夹杂物，通过浮上分离未被去除的微细夹杂物附着于连接中间包与铸模的浸渍喷嘴的内壁上，成为浸渍喷嘴堵塞的原因。为了解决该问题，以往有如下方法等：将Ar气体向浸渍喷嘴内壁供给，用气泡(bubble)捕获(traping)夹杂物，从而抑制夹杂物附着于浸渍喷嘴内壁的方法；以及在浸渍喷嘴的内壁形成包含CaO的物质层，形成氧化铝和低熔点物质，从而去除附着的夹杂物的方法。
利用Ar气体的方法虽然能够一定程度减少夹杂物附着于浸渍喷嘴内壁，但是由于由Ar气体引起的冷却效果等而在抑制夹杂物附着方面存在局限。此外，在内腔部形成包含CaO的物质层的方法被认为是抑制夹杂物附着于浸渍喷嘴内壁的最有效的方法之一。作为包含CaO的物质层，如韩国公开专利第1994-0014253号中所公开那样，使用锆酸钙(CaZrO3)、硅酸钙(CaO·SiO2)、石墨(C)，在铸造温度下，从这些物质溶出CaO，CaO与氧化铝反应，从而抑制夹杂物附着。
但是，在CaO的溶出不足的情况下，会形成CaO·2Al2O3、CaO·7Al2O3等高熔点物质，由此可能发生喷嘴堵塞反而加快的情况。
此外，为了有效地形成低熔点物质(12CaO·7Al2O3)，需要增加内腔部内的CaO含量，为此需要增加锆酸钙的含量。但是，在增加锆酸钙的含量的情况下，随着CaO溶出，ZrO2变得不稳定，在铸造温度下，从立方晶(cubic)或单斜晶(Monoclinic)向四方晶(tetragonal)进行相转变，从而发生体积变化。由此，在铸造中可能会发生裂纹(crack)产生或排出口脱落等问题，因而实际情况是，无法通过增加锆酸钙含量来增加CaO含量。并且，如果在常温下直接接触1550℃的钢液，则由于因热冲击产生的瞬间膨胀，浸渍喷嘴可能产生裂纹等，因此在800～1100℃下将浸渍喷嘴预热，该情况下，相转变加快，发生故障的可能性变高，因此需要对浸渍喷嘴预热的严格管理。
发明内容
本发明提供通过在氧化铝夹杂物附着于内腔部时容易形成低熔点化合物，从而能够抑制夹杂物附着的连续铸造用浸渍喷嘴。
本发明提供在铸造中不发生裂纹产生或排出口脱落等问题并能够增加CaO含量的连续铸造用浸渍喷嘴。
本发明提供利用包含钙钛矿(CaTiO3)、锆酸钙(CaZrO3)、硅酸钙(CaO·SiO2)、石墨(C)的混合物来形成内腔部的连续铸造用浸渍喷嘴。
根据本发明的实施例的连续铸造用浸渍喷嘴包含：管状的喷嘴主体、以围绕上述喷嘴主体的至少一部分内壁的方式配置的内腔部、以及在上述喷嘴主体的下部配置的排出口，上述内腔部由包含钙钛矿(CaTiO3)、锆酸钙(CaZrO3)、硅酸钙(CaO·SiO2)和石墨(C)的混合物形成。
上述内腔部以3mm至5mm的厚度形成。
相对于上述混合物100wt％，上述钙钛矿、锆酸钙、硅酸钙和石墨添加95wt％至99wt％，并与1wt％至5wt％的粘合剂混合。
相对于上述混合物100wt％，含有40wt％至90wt％的钙钛矿和锆酸钙。
上述钙钛矿相对于锆酸钙含有5％至50％。
相对于上述混合物100wt％，含有5wt％至35wt％的上述石墨。
相对于上述混合物100wt％，含有1wt％至25wt％的上述硅酸钙。
上述排出口由包含钙钛矿、锆酸钙、硅酸钙和石墨的混合物形成。
上述排出口形成为CaO含量少于上述内腔部。
上述内腔部的CaO含量为15wt％至35wt％，上述排出口的CaO的含量为10wt％至25wt％。
上述内腔部和排出口以15％至35％的孔隙率形成。
本发明的实施例利用包含钙钛矿(CaTiO3)、锆酸钙(CaZrO3)、硅酸钙(CaO·SiO2)、石墨(C)的混合物形成连续铸造用浸渍喷嘴的内腔部。根据本发明，即使预热时间短或者预热温度低，也能够降低浸渍喷嘴发生裂纹产生和排出口脱落等问题的可能性，并且，由于内腔部中存在TiO2且CaO含量增加，因此能够有效抑制夹杂物附着于浸渍喷嘴内壁。由此，能够实现浸渍喷嘴的长寿命，能够同时达成提高生产率和降低成本的效果。
附图说明
图1是应用根据本发明的一个实施例的浸渍喷嘴的连续铸造装置的示意图。
图2是根据本发明的一个实施例的连续铸造用浸渍喷嘴的截面图。
图3是针对Al2O3-C、CaZrO3和CaTiO3的氧化铝附着反应试验后的图像。
图4至图7是在氧化铝基板上将CaTiO3和CaZrO3分别以不同比率成型而成的试样的反应性实验结果图像。
具体实施方式
以下，参照随附的附图，详细说明本发明的实施例。但本发明并不限于以下公开的实施例，可以实现彼此不同的多种形态，本实施例只是将本发明的公开完整，是为了向具有通常知识的技术人员完整地说明本发明的范畴而提供的。
图1是包含根据本发明的一个实施例的浸渍喷嘴的连续铸造装置的示意图，图2是本发明的浸渍喷嘴的截面图。
参照图1，应用本发明的连续铸造装置包含：将在钢包100中经过制钢工序的钢液进行储存的中间包200；配置于中间包200的下侧并使钢液凝固来制造铸坯的铸模300；对应配置于中间包200的出炉口210的下侧并控制钢液的出炉的浇口400；以及对应配置于浇口400的下部并将中间包200内的钢液向铸模300引导的浸渍喷嘴500。此外，浇口400可以利用滑动浇口，滑动浇口包含上部和下部固定板410、420，以及配置在上部固定板410与下部固定板420之间的滑动板430。这样的连续铸造装置通过使滑动板430滑动来控制中间包200的出炉口210与浸渍喷嘴500之间的连通，从而能够控制钢液的出炉。当然并不限于此，可以使用能够控制中间包200的出炉口201与浸渍喷嘴500之间的连通的任意机构。
如图2所示，浸渍喷嘴500包含：以能够将中间包200内的钢液向铸模300内引导的方式制成为管状的喷嘴主体510；以围绕喷嘴主体510的内壁的方式配置的内腔部520；喷嘴主体510外部的渣线部530；以及以在喷嘴主体510下部的两侧彼此对称的方式形成而使浸渍喷嘴500内的钢液向铸模300排出的排出口540。
喷嘴主体510可以利用Al2O3-C和Al2O3-SiO2-C中的任一种材料来制作，以钢液可流动的方式制成管状。此外，渣线部530可以利用ZrO2-C的材料来形成，可以形成于排出口540上侧的喷嘴主体510的外面。
内腔部520形成于喷嘴主体510的内壁。即，内腔部520可以在浸渍喷嘴500的内壁以规定厚度、例如3mm～5mm厚度形成并与钢液接触。此时，内腔部520可以以不突出于喷嘴主体510的内壁的方式形成。即，内腔部520可以在浸渍喷嘴500内壁以3mm～5mm的深度形成。当然，内腔部520可以配置成一部分以一定深度插入于浸渍喷嘴500内壁、其余突出的形态；也可以配置成从浸渍喷嘴500内壁突出的形态。此外，内腔部520可以以沿喷嘴主体510的长度方向从下侧起50％以上的长度形成。当然，内腔部520优选形成在喷嘴主体510内壁整体。这样的本发明的内腔部520可以利用钙钛矿(CaTiO3)、锆酸钙(CaZrO3)、硅酸钙(CaO·SiO2)和石墨(C)与粘合剂的混合物来形成。通过由包含钙钛矿的混合物形成内腔部520，从而基于如下反应而CaO溶出，且CaO与氧化铝反应，抑制夹杂物附着。
CaTiO3→CaO+TiO2
CaZrO3→CaO+ZrO2
CaO·ZrO2→CaO+ZrO2
12CaO+7Al2O3→12CaO·7Al2O3
即，从钙钛矿分离出CaO和TiO2，从锆酸钙分离出CaO和ZrO2后，CaO与氧化铝反应，形成12CaO·7Al2O3，从而抑制浸渍喷嘴500内壁的夹杂物附着。其中，钙钛矿与锆酸钙相比活化能更低，因此锆酸钙被分离成CaO和ZrO2之前，钙钛矿被分离成CaO和TiO2。由此，在从锆酸钙分离出CaO之前，先从钙钛矿分离出CaO而存在，因而最终整体的CaO含量增加，随之CaO与氧化铝的反应性得到提高，能够进一步抑制夹杂物的附着。此时，分离出CaO之后，TiO2和ZrO2发挥维持内腔部520的形状的作用。但是，如果为了增加CaO的含量而增加锆酸钙的含量，则ZrO2变得不稳定而可能在铸造中产生裂纹。即，如果从锆酸钙分离出CaO，则会残留ZrO2，但由于用作ZrO2的稳定剂的CaO被分离，因此ZrO2不稳定，由此在钢液接触于内腔部520时或将浸渍喷嘴500预热的期间产生裂纹等。然而，如果包含钙钛矿，则从钙钛矿分离出CaO后残留的TiO2维持稳定状态，CaO不会被用作稳定剂，因此不会产生裂纹等。由此，包含钙钛矿并存在由其分离出的TiO2，因此即使浸渍喷嘴500的预热时间短或预热温度低，发生裂纹产生和排出口脱落等问题的可能性也会降低。此外，虽然ZrO2不与氧化铝反应，但TiO2与氧化铝反应，从而能够进一步抑制夹杂物附着。即，在上述反应式中，虽然记载了CaO与氧化铝的主要反应，但TiO2也与氧化铝反应。结果是，通过含有钙钛矿，即使不增加锆酸钙的含量，也能够增加CaO的含量，并且TiO2与氧化铝反应，从而能够进一步提高与氧化铝的反应性，能够进一步抑制夹杂物的附着。此外，由于TiO2不将CaO用作稳定剂，因此能够防止在铸造中产生裂纹等。
根据本发明的内腔部520通过将钙钛矿、锆酸钙、硅酸钙和石墨与粘合剂混合而形成，包含钙钛矿的内腔部材料可以以95wt％至99wt％混合，粘合剂可以以1wt％至5wt％混合。即，相对于内腔部材料与粘合剂的混合物100wt％，内腔部材料以95wt％至99wt％混合，粘合剂以1wt％至5wt％混合。作为粘合剂，可以利用酚醛树脂等热固性树脂。在此，如果粘合剂小于1wt％，则内腔部材料的混合困难，如果粘合剂超过5wt％，则由于湿度高而存在内腔部520的成型困难的问题。此外，在上述混合物中，钙钛矿和锆酸钙可以含有40wt％至90wt％。即，相对于内腔部材料与粘合剂的混合物100wt％，钙钛矿和锆酸钙可以含有40wt％以上且90wt％以下。关于钙钛矿和锆酸钙，在CaO溶出后，TiO2和ZrO2发挥维持内腔部520的形状的作用，因此只有含有40wt％以上时，才能够维持内腔部520的形状，并且为了添加不同的其他成分，需要含有90wt％以下。而且，钙钛矿相对于锆酸钙可以含有5％至50％。即，相对于钙钛矿与锆酸钙的混合物100wt％，钙钛矿可以含有5wt％至50wt％。在相对于锆酸钙混合小于5％的钙钛矿的情况下，本发明的效果甚微，在混合超过50wt％的情况下，反应性过大，浸渍喷嘴500的寿命可能缩短。即，如果含有过量钙钛矿，则会因过度反应而内腔部520被快速消耗，由此浸渍喷嘴500的寿命可能缩短。并且，相对于混合物100wt％，石墨可以含有5wt％至35wt％。为了与浸渍喷嘴500外部的热传递，需要添加5wt％以上的石墨，在超过35wt％而添加过量时有可能被氧化。此外，硅酸钙由CaO·SiO2+2CaO·SiO2构成，相对于混合物100wt％，可以含有1wt％至25wt％。根据钙钛矿的量，硅酸钙的量可能不同，但为了诱导与氧化铝的反应，需要含有1wt％以上，在添加超过25wt％时，反应过度，浸渍喷嘴500的寿命可能缩短。
另一方面，排出口540也可以用与内腔部520相同的材质制成。即，可以利用钙钛矿、锆酸钙、硅酸钙和石墨(C)与粘合剂的混合物来形成。但是，可以以与内腔部520的上述混合物的含量相比更低的含量来形成排出口540，从而形成为CaO总含量少于内腔部520的CaO总含量。即，关于钙钛矿、锆酸钙、硅酸钙和石墨的CaO含量，内腔部520可以以15wt％至35wt％形成，排出口540可以以10wt％至25wt％形成。另一方面，内腔部520和排出口540优选以孔隙率为15％至35％的方式制成。如果内腔部520和排出口540的孔隙率小于15％而致密，则有可能在铸造中产生裂纹，如果超过35％，则强度可能降低。
如上所述，在根据本发明的一个实施例的浸渍喷嘴500中，由包含钙钛矿(CaTiO3)、锆酸钙(CaZrO3)、硅酸钙(CaO·SiO2)和石墨(C)的材质形成在喷嘴主体510的内壁形成的内腔部520。通过包含钙钛矿，即使不增加锆酸钙的含量，也能够增加CaO的含量，并且TiO2与氧化铝反应，从而能够提高与氧化铝的反应性，能够进一步抑制夹杂物的附着，能够防止在铸造中产生裂纹等。
图3作为不同试样的材质的氧化铝附着反应试验后的图像，是针对Al2O3-C、CaZrO3和CaTiO3的氧化铝附着反应试验后的图像。即，图3(a)是Al2O3-C基板的图像，图3(b)是CaZrO3基板的图像，图3(c)是CaTiO3基板的图像。如图所示可知，关于夹杂物附着水平，Al2O3-C最低，CaZrO3和CaTiO3依次高。此外，各基板的氧化铝附着反应试验后，成分分析结果显示，关于Al2O3-C，Al2O3为98wt％，其他为2wt％，关于CaZrO3，Al2O3为57wt％，CaO-Al2O3化合物为37wt％，以及其他为6wt％。此外，关于CaTiO3，Al2O3为15wt％，CaO-Al2O3化合物为78wt％，以及其他为7wt％。由此，反应性最优异的CaTiO3与CaZrO3相比，CaO在材料内的溶出更容易，CaO容易与氧化铝形成低熔点物质。从这样的结果可知，在添加CaTiO3作为浸渍喷嘴500的内腔部520和排出口540的材质的情况下，能够有效抑制浸渍喷嘴500的夹杂物附着。
图4至图7是在氧化铝基板上将CaTiO3和CaZrO3分别以0:100、30:70、50:50、70:30的比率混合而成型后，在1550℃维持3小时而观察反应性的结果。其中，图4至图7的(a)表示了Al的反应性，图4至图7的(b)表示了Ca的反应性。如图4至图7的(b)所示，均可见试样内的Ca向氧化铝基板扩散，在以30:70的比率混合CaTiO3与CaZrO3的情况下，试样完整地残留，在50:50的情况下，试样虽然反应活跃，但不会全部被溶解，确认到在3小时后还有残留。但是，在以70:30比率混合CaTiO3与CaZrO3的情况下，可确认到在3小时后试样全部溶解而消失，该情况下，由于过快的反应，因此无法用作浸渍喷嘴的内腔部。由此，CaTiO3的含量相对于CaZrO3优选添加50％以下。
另一方面，虽然利用上述实施例具体描述了本发明的技术思想，但应当知晓，上述实施例是用于说明本发明，并不用于限制本发明。此外，本发明的技术领域中，本领域技术人员可以理解，在本发明的技术思想范围内可以实施多种多样的实施例。

Claims (11)

1.一种连续铸造用浸渍喷嘴，其包含：管状的喷嘴主体、以围绕所述喷嘴主体的至少一部分内壁的方式配置的内腔部、以及在所述喷嘴主体的下部配置的排出口，
所述内腔部由包含钙钛矿(CaTiO3)、锆酸钙(CaZrO3)、硅酸钙(CaO·SiO2)和石墨(C)的混合物形成。
2.根据权利要求1所述的连续铸造用浸渍喷嘴，其中，所述内腔部以3mm至5mm的厚度形成。
3.根据权利要求1或2所述的连续铸造用浸渍喷嘴，其中，相对于所述混合物100wt％，所述钙钛矿、锆酸钙、硅酸钙和石墨添加95wt％至99wt％，并与1wt％至5wt％的粘合剂混合。
4.根据权利要求3所述的连续铸造用浸渍喷嘴，其中，相对于所述混合物100wt％，含有40wt％至90wt％的钙钛矿和锆酸钙。
5.根据权利要求4所述的连续铸造用浸渍喷嘴，其中，所述钙钛矿相对于锆酸钙含有5％至50％。
6.根据权利要求4所述的连续铸造用浸渍喷嘴，其中，相对于所述混合物100wt％，含有5wt％至35wt％的所述石墨。
7.根据权利要求6所述的连续铸造用浸渍喷嘴，其中，相对于所述混合物100wt％，含有1wt％至25wt％的所述硅酸钙。
8.根据权利要求1或2所述的连续铸造用浸渍喷嘴，其中，所述排出口由包含钙钛矿、锆酸钙、硅酸钙和石墨的混合物形成。
9.根据权利要求8所述的连续铸造用浸渍喷嘴，其中，所述排出口形成为CaO含量少于所述内腔部。
10.根据权利要求9所述的连续铸造用浸渍喷嘴，其中，所述内腔部的CaO含量为15wt％至35wt％，所述排出口的CaO的含量为10wt％至25wt％。
11.根据权利要求10所述的连续铸造用浸渍喷嘴，其中，所述内腔部和排出口以15％至35％的孔隙率形成。
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