CN114346229A - 一种浸入式水口结瘤的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于浸入式水口防堵技术领域，涉及一种浸入式水口结瘤的测试方法。测试方法包括：设计并制备水口材料成型模具；制备实验用浸入式水口材料；加工卡具；将卡具与浸入式水口材料结合备用；准备中频炉和低碳钢，用以制备钢水，模拟连铸工业环境；搭建通气组件，用以为浸入式水口材料供气；组装并操作验证；启动中频炉，至钢水融化，并控制钢水温度；将水口材料置于钢液上方烘烤预热，防止直接碰触钢水热震破裂；将预热后的水口材料置于钢液中，通入气体；慢慢喂入铝丝，防止铝在钢液面结块；15min后，将水口材料取出，观察。本发明较为准确地模拟水口内壁气氛环境，工序简单且操作方便。
Description
技术领域
本发明属于浸入式水口防堵技术领域，具体涉及一种浸入式水口结瘤的测试方法。
背景技术
浸入式水口（以下简称水口）为含碳材料，一般由氧化物+石墨（石墨20-25wt%）复合制备而成，按服役环境及功能的不同，一般由不同材料复合而成，可以分为：碗部，本体，渣线等。浸入式水口是连铸过程中最关键的耐火功能部件之一，它是钢水浇铸过程中连接中间包和结晶器的重要部件，具有防止钢液二次氧化，避免结晶器卷渣，以及改善结晶器流场分布等重要作用；因此，高服役可靠性和高服役寿命的水口是实现高效连铸的重要保障；但在低碳铝镇静钢、含Ti钢、稀土钢以及其它合金钢等高品质钢连铸过程中，相对于材料抗热震性能和抗侵蚀性能，水口的结瘤堵塞和挂渣目前已成为其在服役过程中常见的失效问题，易引发拉速降低或流场不均匀，导致连铸操作不稳定，以及结瘤物脱落、卷渣等严重影响铸坯质量，甚至完全堵塞造成连铸中断事故；水口结瘤主要发生在内孔，挂渣主要发生在水口外侧以及吐钢口附近，成分与水口堵塞物相同，挂渣物也主要来源于钢液中的夹杂物，并非来自保护渣，其形成过程和机理与水口堵塞相同或相近，只是发生在水口的不同部位而已，另外挂渣物的脱落同样会影响钢坯质量；水口结瘤物主要是脱氧产物、凝钢以及复杂氧化物团聚体等，其中典型的夹杂物是Al2O3；基于流体力学、化学等因素对耐火材料材质、结构及夹杂物颗粒传递、黏附的影响规律，通过优化工艺条件、内壁复合防堵塞材料、创新浸入式水口结构、施加物理场等从不同的观点、角度和方法出发开展了较多的研究，虽然水口的结瘤问题得到了一定程度的解决，但适用性不强、结瘤机理研究不深入等问题还很突出。因此，关于水口结瘤的问题仍需要继续深入研究。
目前，很多研究学者仍在进行水口结瘤测试研究。水口结瘤的方法，主要集中为两个方面：一是，在炼钢现场测试；二是在实验室内，将试样浸入含有Al的高温熔体测试。然而，这两种方法都存在很多缺点。在炼钢现场测试，操作难度大，成本高，影响因素较多；在实验室内测试，因为钢液受到氩气保护，且是相对静止条件，钢液中的Al2O3含量严重不足，致使实验效果不理想。
发明内容
针对以上技术的不足，本发明的目的是提出一种浸入式水口结瘤的测试方法。
本发明为完成上述目的采用如下技术方案：
一种浸入式水口结瘤的测试方法，包括以下步骤：
1）设计并制备水口材料成型模具；成型模具为等静压成型用模具，其外部为胶套，内部不锈钢芯子，且芯子具有便于脱模的稍度；外部胶套的内径57.00mm，高度320.00，封盖直径58.00mm，高20.00mm；内部不锈钢芯子为圆台形,上部直径24.86，下部直径25.12mm，高240.00mm；不锈钢芯子通过底座与胶套紧密配合：底座高40.00mm，直径58.00mm；
2）制备实验用浸入式水口材料；浸入式水口材料是铝碳材料，指的是与炼钢用浸入式水口材料材质相同的水口材料；所述的浸入式水口材料从混料制度-成型-烧成完全按照炼钢用水口材料工艺完成；成型后的浸入式水口试样高度250.00mm，外径44.00mm，内径25.20mm，气孔率15%；
3）加工卡具，配合浸入式水口材料使用；
4）将卡具与浸入式水口材料结合备用，即利用火泥作为粘结剂，充分填充水口材料与卡具之间，使它们紧密连接；
5）准备中频炉和低碳钢，用以制备钢水，模拟连铸工业环境；
6）搭建通气组件，用以为浸入式水口材料供气；
7）组装并操作验证；
8）启动中频炉，至钢水融化，并控制钢水温度；
9）将水口材料置于钢液上方烘烤预热，防止直接碰触钢水热震破裂；
10）将预热后的水口材料置于钢液中，通入气体；
11）慢慢喂入铝丝，防止铝在钢液面结块。
12）15min后，将水口材料取出，观察。
所述浸入式水口材料的形状为长坩埚型。
步骤8）中测试钢水温度1570±10℃。
步骤9）中浸入式水口材料的烘烤温度在1200±50℃。
步骤10）中通入的气体分别为氩气，空气和CO气体。流量分别为0.5L/min，1L/min，1.5L/min。
步骤11）中铝丝的添加量0.15%。
所述的成型工艺是炼钢用浸入式水口等静压成型工艺技术，且成型压力相同。
所述的卡具指的是能与水口紧密配合使用且不漏气的组件，卡具末端有孔，便于气体流入。
所述的火泥为α氧化铝微粉与结合剂即磷酸二氢铝混合而成，可以在高温下使用。
所述的中频炉，为中频发热炉，依靠电磁原理发热，能够熔炼低碳钢。
所述的低碳钢，熔化温度≥1550℃。
所述的通气组件，由气瓶，胶管，压力表和流量计组成，用以通气并控制流量。
所述的气瓶，为装有压缩氩气、CO或空气气体的瓶子，为作为气氛来源。
所述的压力表，其量程选择根据通气量确定（量程0-0.08MPa）。
所述的流量计，为气体用玻璃转子流量计（量程0-1.5L/min）。
本发明提供了一种浸入式水口结瘤的测试方法，由该方法可模拟工况下测试研究连铸用浸入式水口堵塞；本发明采用上述技术方案，具有下述优势特点：
（1）本发明是唯一比较接近工况一种浸入式水口结瘤的测试方法。
（2）本发明能够较为准确地模拟水口内壁气氛环境。
（3）本发明工序简单且操作方便，可以再实验室进行。
（4）本发明所得到的验证结果可信度高。
附图说明
图1是验证气氛影响浸入式水口堵塞的方法的示意图。
图2是氧化铝结瘤层显微结构图。
图中：1、水口材料，2、卡具，3、流量计，4、气压表，5、气瓶，6、钢液，7、中频发热炉。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例1：不通气条件下，水口材料表面结瘤情况
在混料机中对物料进行造粒，之后在等静压机中以120MPa的压力压制成如图1所示的试样；将成型烘干后，在850℃下埋碳热处理，之后在水口试样表面涂覆抗氧化图层，防止高温环境下氧化。
设计图纸，制备不锈钢卡具。
制备结合剂：将α氧化铝微粉与磷酸二氢铝按照10:1的比例混合，搅拌均匀。
组合卡具与水口材料：将结合剂均匀涂抹于卡具内腔和水口材料口部表面，然后将水口材料1嵌入卡具2中，静止12小时后，与烘箱中（160℃、12小时）烘干，备用。
准备熔钢步骤：检修中频炉，购买低碳钢（融化后成为钢水）、镁质坩埚（钢水容器）、刚玉骨料（尺寸2-3mm，用作镁质坩埚与中频炉内衬之间填充料）和测温枪（检测钢水温度）等炼钢用所需消耗品。
搭建通气装置：将气瓶、胶管、气压表、流量计和卡具末端连接构建完整的通气装置，示意图如图1所示。
启动中频炉，至钢水融化。用测温枪测试钢水温度，控制其测试温度1570±10℃。
将水口材料置于钢液上方烘烤预热至1200±50℃（防止直接碰触钢水热震破裂）。
将预热后的水口试样置于钢液中，此实施例气瓶关闭，不通气。
慢慢喂入铝丝，铝丝添加量为钢液质量的0.15%。
15min后，将水口材料取出，观察。
本实例显示，没有通气条件下，水口材料表面出现很薄的一层氧化铝结瘤，厚度约为0.105mm。图2为氧化铝结瘤显微结构图。
实施例2：通氩气条件下，水口材料表面结瘤情况
在混料机中对物料进行造粒，之后在等静压机中以120MPa的压力压制成如图1所示的试样。将成型烘干后，在850℃下埋碳热处理，之后在水口试样表面涂覆抗氧化涂层，防止高温环境下氧化。
设计图纸，制备不锈钢卡具。
制备结合剂：将α氧化铝微粉与磷酸二氢铝按照10:1的比例混合，搅拌均匀。
组合卡具与水口材料：将结合剂均匀涂抹于卡具内腔和水口材料口部表面，然后将水口材料嵌入卡具中，静止12小时后，与烘箱中（160℃、12小时）烘干，备用。
准备熔钢步骤：检修中频炉，购买低碳钢（融化后成为钢水）、镁质坩埚（钢水容器）、刚玉骨料（尺寸2-3mm，用作镁质坩埚与中频炉内衬之间填充料）和测温枪（检测钢水温度）等炼钢用所需消耗品。
搭建通气装置：将气瓶、胶管、气压表、流量计和卡具末端连接构建完整的通气装置，示意图如图1所示。
启动中频炉，至钢水融化。用测温枪测试钢水温度，控制其测试温度1570±10℃。
将水口材料置于钢液上方烘烤预热至1200±50℃（防止直接碰触钢水热震破裂）。
将预热后的水口材料置于钢液中，此实施例开启气瓶，通入氩气（通气量0.5L/min、1L/min、1.5L/min）。
慢慢喂入铝丝，铝丝添加量为钢液质量的0.15%。
15min后，将水口材料取出，观察。
本实例显示，通入压缩空气，水口材料表面出现一层氧化铝结瘤，厚度约为：0.5L/min-198；1L/min-0.215mm；1.5L/min-0.204mm。
实施例3：通空气条件下，水口材料表面结瘤情况
在混料机中对物料进行造粒，之后在等静压机中以120MPa的压力压制成如图1所示的试样。将成型烘干后，在850℃下埋碳热处理，之后在水口试样表面涂覆抗氧化图层，防止高温环境下氧化。
设计图纸，制备不锈钢卡具。
制备结合剂：将α氧化铝微粉与磷酸二氢铝按照10:1的比例混合，搅拌均匀。
组合卡具与水口材料：将结合剂均匀涂抹于卡具内腔和水口材料口部表面，然后将水口材料嵌入卡具中，静止12小时后，与烘箱中（160℃、12小时）烘干，备用。
准备熔钢步骤：检修中频炉，购买低碳钢（融化后成为钢水）、镁质坩埚（钢水容器）、刚玉骨料（尺寸2-3mm，用作镁质坩埚与中频炉内衬之间填充料）和测温枪（检测钢水温度）等炼钢用所需消耗品。
搭建通气装置：将气瓶、胶管、气压表、流量计和卡具末端连接构建完整的通气装置，示意图如图1所示。
启动中频炉，至钢水融化。用测温枪测试钢水温度，控制其测试温度1570±10℃。
将水口材料置于钢液上方烘烤预热至1200±50℃（防止直接碰触钢水热震破裂）。
将预热后的水口材料置于钢液中，此实施例开启气瓶，通入空气（气流量分别为0.5L/min、1L/min、1.5L/min）。
慢慢喂入铝丝，铝丝添加量为钢液质量的0.15%。
15min后，将水口材料取出，观察。
本实例显示，通入压缩空气，水口材料表面出现一层氧化铝结瘤，厚度约为：0.5L/min-0.306mm；1L/min-0.515mm；1.5L/min-0.921mm。
实施例4：通CO气体条件下，水口材料表面结瘤情况
在混料机中对物料进行造粒，之后在等静压机中以120MPa的压力压制成如图1所示的试样。将成型烘干后，在850℃下埋碳热处理，之后在水口试样表面涂覆抗氧化图层，防止高温环境下氧化。
设计图纸，制备不锈钢卡具。
制备结合剂：将α氧化铝微粉与磷酸二氢铝按照10:1的比例混合，搅拌均匀。
组合卡具与水口材料：将结合剂均匀涂抹于卡具内腔和水口材料口部表面，然后将水口材料嵌入卡具中，静止12小时后，与烘箱中（160℃、12小时）烘干，备用。
准备熔钢步骤：检修中频炉，购买低碳钢（融化后成为钢水）、镁质坩埚（钢水容器）、刚玉骨料（尺寸2-3mm，用作镁质坩埚与中频炉内衬之间填充料）和测温枪（检测钢水温度）等炼钢用所需消耗品。
搭建通气装置：将气瓶、胶管、气压表、流量计和卡具末端连接构建完整的通气装置，示意图如图1所示。
启动中频炉，至钢水融化。用测温枪测试钢水温度，控制其测试温度1570±10℃。
将水口材料置于钢液上方烘烤预热至1200±50℃（防止直接碰触钢水热震破裂）。
将预热后的水口材料置于钢液中，此实施例开启气瓶，通入CO气体（通气量0.5L/min、1L/min、1.5L/min）。
慢慢喂入铝丝，铝丝添加量为钢液质量的0.15%。
15min后，将水口材料取出，观察。
本实例显示，通入压缩空气，水口材料表面出现一层氧化铝结瘤，厚度约为：0.5L/min-0.313mm；1L/min-0.640mm；1.5L/min-1.425mm。
本发明充分验证了，气氛并不是影响浸入式水口结瘤的根本原因，但是O2和CO气氛的存在可以明显的加剧水口的结瘤。
本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是符合与本文所公开的原理和优势特点相一致的范围都应受到保护。
Claims (6)
1.一种浸入式水口结瘤的测试方法，其特征在于：测试方法包括以下步骤：
1）设计并制备水口材料成型模具；成型模具为等静压磨具，其形状外部胶套，内部不锈钢芯子，且芯子具有便于脱模的稍度；外部胶套的内径57.00mm，高度320.00，封盖直径58.00mm，高20.00mm；内部不锈钢芯子为圆台形：上部直径24.86，下部直径25.12mm，高240.00mm；不锈钢芯子通过底座与胶套紧密配合：底座高40.00mm，直径58.00mm；
2）制备实验用浸入式水口材料；浸入式水口材料是铝碳材料，指的是与炼钢用浸入式水口材料材质相同的水口材料；所述的浸入式水口材料从混料制度-成型-烧成完全按照炼钢用水口材料工艺完成；成型后的浸入式水口材料高度250.00mm，外径44.00mm，内径25.20mm，气孔率15%；
3）加工卡具，配合浸入式水口材料使用；
4）将卡具与浸入式水口材料结合备用，即利用火泥作为粘结剂，充分填充水口材料与卡具之间，使它们紧密连接；
5）准备中频炉和低碳钢，用以制备钢水，模拟连铸工业环境；
6）搭建通气组件，用以为浸入式水口材料供气；
7）组装并操作验证；
8）启动中频炉，至钢水融化，并控制钢水温度；
9）将水口材料置于钢液上方烘烤预热，防止直接碰触钢水热震破裂；
10）将预热后的水口材料置于钢液中，通入气体；
11）慢慢喂入铝丝，防止铝在钢液面结块。
12）15min后，将水口材料取出，观察。
2.如权利要求1所述的一种浸入式水口结瘤的测试方法，其特征在于：所述浸入式水口材料的形状为长坩埚型。
3.如权利要求1所述的一种浸入式水口结瘤的测试方法，其特征在于：步骤8）中测试钢水温度1570±10℃。
4.如权利要求1所述的一种浸入式水口结瘤的测试方法，其特征在于：步骤9）中浸入式水口材料的烘烤温度在1200±50℃。
5.如权利要求1所述的一种浸入式水口结瘤的测试方法，其特征在于：步骤10）中通入的气体分别为氩气，空气和CO气体；流量分别为0.5L/min，1L/min，1.5L/min。
6.如权利要求1所述的一种浸入式水口结瘤的测试方法，其特征在于：步骤11）中铝丝的添加量0.15%。
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