CN115108842A - 一种高氧钢连铸用长水口 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高氧钢连铸用长水口，包括长水口本体，其原料包含按重量百分比计的如下组分：刚玉70～75％，石墨25～30％；内孔体，设于所述长水口本体内部，其原料包含按重量百分比计的如下组分：镁铝尖晶石45～65％，刚玉20～50％，钛酸铝8～15％；渣线部位，设于所述长水口本体的下部，其原料包含按重量百分比计的如下组分：电熔镁砂40～60％，尖晶石25～50％，石墨8～15％。本发明的高氧钢连铸用长水口通过上述原料的成分配比，提高了高氧钢连铸用长水口的抗热震性、抗侵蚀性和抗渣性，且减少了钢水增碳，从而提高了连浇炉数，并有利于改善铸坯质量和连铸生产的安全和顺行。

Description

一种高氧钢连铸用长水口
技术领域
本发明属于连铸功能耐火材料领域，具体涉及一种高氧钢连铸用长水口。
背景技术
在连铸过程中，钢水由钢包向中间包浇铸时，为了避免钢水氧化和飞溅，通常在钢包底部安装长水口，一端与钢包的下水口连接，另一端插入到中间包的钢水中；长水口在连铸生产中起着非常重要的作用，主要包括3个方面：一是防止钢液温度散失；二是控制钢流飞溅；三是避免钢液二次氧化。
传统的长水口是Al2O3–C质圆管形通道，是实现钢水保护浇铸以提高钢坯质量的重要功能耐火材料，其使用情况将直接影响到整个连铸工艺能否正常进行；在浇钢初期，当高温钢水流经长水口时，会在其内部产生很大的热应力，可能导致其开裂。
现用的长水口包括本体、渣线和内孔体，长水口本体采用Al2O3-C材料，渣线采用Al2O3-C，内孔体采用Al2O3-SiO2-C；不同部位的要求有所不同，长水口本体要求具有良好的抗热震性和足够的常温和高温强度，渣线主要受到碱性覆盖剂和大包下渣的侵蚀，必须具有良好的抗渣性能，内孔体直接受到高温钢水的冲刷和侵蚀，要求具有优异的抗冲刷侵蚀性能。针对一般钢种，长水口的抗侵蚀性都能满足使用要求，但是在浇铸高氧钢时，长水口侵蚀较多，长水口因侵蚀明显扩孔，残厚明显变薄，钢水增碳。这是因为高氧钢的氧含量高，长水口中的C会被氧化，随着氧化脱碳，长水口侵蚀加快。另一方面，高氧钢中含有一定的氧化铁和氧化锰，会与长水口中的Al2O3和SiO2作用形成低熔点相，加快了侵蚀；在浇铸高氧钢时，长水口因侵蚀扩孔严重，不仅钢水碳含量超标，而且影响了连浇炉数的提高。
目前的技术中也有涉及对于长水口的研究，比如中国专利CN03111025.8公开来一种非预热超低碳钢用长水口及其制作方法，其中非预热超低碳钢用长水口是由以下组份组成：本体材料由鳞片石墨10～35％、碳化硅以及金属硅粉1～10％、熔融石英5～25％、电熔锆莫来石5～15％、白刚玉35～55％；内衬材料由电熔锆莫来石10～40％、镁铝尖晶石40～70％、轻烧α-Al2O3 5～20％组成；由本体和内衬复合制成长水口，内衬的厚度为1～10mm，内衬材料的导热系数低于8千卡/米。又如中国专利CN03119153.3公开了一种免烘烤无碳长水口，包括本体和内衬1、内衬2，作为免烘烤无碳长水口本体的材质由下列组份组成：磷片石墨，电熔白刚玉，熔融石英，电熔锆莫来石，碳化硅，金属硅粉；作为免烘烤无碳长水口内衬1材质由以下组份组成：电熔镁铝尖晶石，电熔锆莫来石，轻烧氧化铝，金属铝粉；作为免烘烤无碳长水口内衬2材质由以下组份组成：熔融石英，电熔白刚玉，氧化锆空心球，轻烧氧化铝。上述技术中的长水口虽然具有良好的热震稳定性，但是由于其本体内含有一定的熔融石英，因此SiO2与MnO或FeO反应生成低熔点物质，从而降低了材料的抗侵蚀和抗冲刷性能。
鉴于上述情况，亟待研发一种新的长水口，能够在高氧钢浇铸时具有良好抗侵蚀性，且减少钢水增碳的几率，提高长水口的使用寿命，改善铸坯质量和连铸生产的安全和顺行。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种高氧钢连铸用长水口，内孔体以尖晶石为主，加入了少量的刚玉和钛酸铝，不含SiO2的成分，在高氧钢浇注时不会产生低熔点相，因此内孔体具有优异的抗冲刷蚀和抗热震性能；长水口本体采用Al2O3-C材质，具有良好的抗热震性和足够的常温、耐高温性能；渣线部位采用氧化镁-尖晶石-石墨材质，具有良好的抗渣性能；通过上述原料的成分配比，提高了高氧钢连铸用长水口的抗热震性、抗侵蚀性和抗渣性，且减少了钢水增碳，从而提高了连浇炉数，并有利于改善铸坯质量和连铸生产的安全和顺行。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种高氧钢连铸用长水口，包括：
长水口本体，其原料包含按重量百分比计的如下组分：刚玉70～75％，石墨25～30％；
内孔体，设于所述长水口本体内部，其原料包含按重量百分比计的如下组分：镁铝尖晶石45～65％，刚玉20～50％，钛酸铝8～15％；
渣线部位，设于所述长水口本体的下部，其原料包含按重量百分比计的如下组分：电熔镁砂40～60％，尖晶石25～50％，石墨8～15％。
优选地，所述长水口本体的原料包含按重量百分比计的如下化学成分：Al2O3：60～70％、C：27～32％以及不可避免的杂质；和/或
所述内孔体的原料包含按重量百分比计的如下化学成分：Al2O3：70～80％、MgO：12～19％、TiO2：3.5～7％、C：3.0～3.8％以及不可避免的杂质；和/或
所述渣线部位的原料包含按重量百分比计的如下化学成分：MgO：45～70％、Al2O3：18～38％、C：10～18％以及不可避免的杂质。
优选地，所述长水口本体还包含占其原料总重量5～7.5％的酚醛树脂和占其原料总重量2～4％的抗氧化剂；和/或
所述内孔体还包含占其原料总重量5～7.5％的酚醛树脂和占其原料总重量2～4％的抗氧化剂；和/或
所述渣线部位还包含占其原料总重量5～7.5％的酚醛树脂占其原料总重量2～4％的抗氧化剂。
优选地，所述抗氧化剂为金属硅粉。
优选地，所述镁铝尖晶石选自烧结镁铝尖晶石或电熔镁铝尖晶石。
优选地，所述刚玉选自白刚玉或板状刚玉。
本发明的高氧钢连铸用长水口中各个部件原料的设计原理如下：
长水口本体：长水口本体不与钢水接触，Al2O3-C材质具有良好的抗热震性和足够的常温和高温强度，因此可以满足使用要求；
内孔体是本发明的主要创新点之一，因内孔体直接受到钢水的冲刷和侵蚀，必须提高内孔体抗高氧钢的侵蚀能力，镁铝尖晶石熔点2135℃，高温下化学稳定性好，不会与高氧钢发生反应生成低熔点相物质，且具有一定的净化钢水的能力；但镁铝尖晶石的热膨胀系数较大，为8.0×10-6/℃，如果内孔体全部采用镁铝尖晶石，使用时内孔体会出现开裂，抗热震不能满足要求。为此，本发明的内孔体加入少量刚玉和钛酸铝，以改善抗热震性。尤其是钛酸铝，热膨胀系数只有0.8×10-6/℃，可以显著改善内孔体的抗热震性；而且钛酸铝也是高熔点相物质，熔点1860℃。以镁铝尖晶石为主体的内孔体抗钢水冲刷侵蚀性能大大优于现有的Al2O3-SiO2内孔体；
渣线部位主要受到碱性覆盖剂和大包下渣的侵蚀，必须具有良好的抗渣性能；本发明的渣线部位采用氧化镁-镁铝尖晶石-石墨，与现用的Al2O3-C渣线相比，大大提高了对碱性覆盖剂和大包下渣的抗侵蚀性。
本发明的有益效果：
1、本发明的高氧钢连铸用长水口通过设计长水口本体、内孔体以及渣线部位原料的成分配比，提高了高氧钢连铸用长水口的抗热震性、抗侵蚀性和抗渣性，且减少了钢水增碳，从而提高了连浇炉数，并有利于改善铸坯质量和连铸生产的安全和顺行；
2、本发明的高氧钢连铸用长水口的内孔体以尖晶石为主，加入了少量的刚玉和钛酸铝，由于其不含SiO2的成分，在高氧钢浇注时不会产生低熔点相，侵蚀明显减少，且兼顾了抗侵蚀性和抗热震性；
3、本发明的高氧钢连铸用长水口的长水口本体采用Al2O3-C，具有良好的抗热震性和足够的常温、耐高温性能；
4、本发明的高氧钢连铸用长水口的渣线部位采用氧化镁-尖晶石-碳，提高了对碱性覆盖剂和大包下渣的抗侵蚀性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为高氧钢连铸用长水口的结构示意图。
具体实施方式
为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明所提供的一种高氧钢连铸用长水口，包括长水口本体1、设于长水口本体1内部的内孔体2以及设于长水口本体1下部的渣线部位3；使用时，钢水从长水口内部的内孔体2通过，要受到高温钢水的冲刷和侵蚀，所以内孔体2必须具有良好的抗冲刷和侵蚀性能。外部的渣线部位3受到覆盖剂和大包下渣的侵蚀，必须具有良好的抗侵蚀性。长水口本体1虽然不与钢水直接接触，但必须具有良好的抗热震性和足够的常温和高温强度。
长水口本体的原料包含按重量百分比计的如下组分：刚玉70～75％，石墨25～30％；
内孔体的原料包含按重量百分比计的如下组分：镁铝尖晶石45～65％，刚玉20～50％，钛酸铝8～15％；
渣线部位的原料包含按重量百分比计的如下组分：电熔镁砂40～60％，尖晶石25～50％，石墨8～15％。
其中上述的镁铝尖晶石可以是烧结镁铝尖晶石或电熔镁铝尖晶石，刚玉可以是白刚玉或板状刚玉。
在一个具体的实施例中，长水口本体的原料包含按重量百分比计的如下化学成分：Al2O3：60～70％、C：27～32％以及不可避免的杂质；内孔体的原料包含按重量百分比计的如下化学成分：Al2O3：70～80％、MgO：12～19％、TiO2：3.5～7％、C：3.0～3.8％以及不可避免的杂质；渣线部位的原料包含按重量百分比计的如下化学成分：MgO：45～70％、Al2O3：18～38％、C：10～18％以及不可避免的杂质。
在具体制备时，采用酚醛树脂分别将长水口本体、内孔体、渣线部位的原料有机结合，再分别加入少量的抗氧化剂；其中长水口本体的原料中加入占其原料总重量5～7.5％的酚醛树脂和占其原料总重量2～4％的抗氧化剂，抗氧化剂采用金属硅粉；内孔体中加入占其原料总重量5～7.5％的酚醛树脂和占其原料总重量2～4％的抗氧化剂，抗氧化剂采用金属硅粉；渣线部位中加入占其原料总重量5～7.5％的酚醛树脂和占其原料总重量2～4％的抗氧化剂；抗氧化剂选自金属硅粉。
下面结合具体的例子对本发明的高氧钢连铸用长水口进一步介绍；
实施例1
本实施例中的高氧钢连铸用长水口各部位的原料为：
长水口本体原料组分的质量百分比分别为：
刚玉 70％；
石墨 30％；
长水口本体原料的化学成分占比(质量百分比)为：Al2O3：67％，C：31％，剩余部分为杂质；
内孔体原料组分的质量百分比分别为：
镁铝尖晶石 45％；
刚玉 47％；
钛酸铝 8％；
内孔体原料的化学成分占比(质量百分比)为：Al2O3：78％，MgO：12.5％，TiO2：3.5％，C：3％，剩余部分为杂质；
渣线部位原料组分的质量百分比分别为：
电熔镁砂 42％；
尖晶石 50％
石墨 8％；
渣线部位原料的化学成分占比(质量百分比)为：MgO：53％，Al2O3：35％，C：10％，剩余部分为杂质。
上述的刚玉采用白刚玉，镁铝尖晶石采用烧结镁铝尖晶石；
在制备时，将长水口本体、内孔体以及渣线部位的原料分别混合均匀，长水口本体的原料中加入占原料总质量7.5％的酚醛树脂和占原料总质量4％的金属硅粉；内孔体的原料中加入占原料总质量7.5％的酚醛树脂和占原料总质量4％的金属硅粉；渣线部位的原料中加入占原料总质量7.5％的酚醛树脂和占原料总质量4％的金属硅粉；然后将上述三种材质分别造粒、等静压成型、干燥，得到长水口毛坯，经烧结、车床加工后得到本实施例的高氧钢连铸用长水口。
实施例2
长水口本体原料组分的质量百分比分别为：
刚玉 74％；
石墨 26％；
长水口本体原料的化学成分占比(质量百分比)为：Al2O3：72％，C：26％，剩余部分为杂质；
内孔体原料组分的质量百分比分别为：
镁铝尖晶石 52％；
刚玉 38％；
钛酸铝 10％；
内孔体原料的化学成分占比(质量百分比)为：Al2O3：76％，MgO：14.5％，TiO2：4.4％，C：3％，剩余部分为杂质；
渣线部位原料组分的质量百分比分别为：
电熔镁砂 47％；
尖晶石 43％
石墨 10％；
渣线部位原料的化学成分占比(质量百分比)为：MgO：57.5％，Al2O3：30.5％，C：12％，剩余部分为杂质。
上述的刚玉采用白刚玉，镁铝尖晶石采用烧结镁铝尖晶石；
在制备时，将长水口本体、内孔体以及渣线部位的原料分别混合均匀，长水口本体的原料中加入占原料总质量6.5％的酚醛树脂和占原料总质量3％的金属硅粉；内孔体的原料中加入占原料总质量6.5％的酚醛树脂和占原料总质量3％的金属硅粉；渣线部位的原料中加入占原料总质量6.5％的酚醛树脂和占原料总质量3％的金属硅粉；然后将上述三种材质分别造粒、等静压成型、干燥，得到长水口毛坯，经烧结、车床加工后得到本实施例的高氧钢连铸用长水口。
实施例3
长水口本体原料组分的质量百分比分别为：
刚玉 75％；
石墨 25％；
长水口本体原料的化学成分占比(质量百分比)为：Al2O3：72％，C：26％，剩余部分为杂质；
内孔体原料组分的质量百分比分别为：
镁铝尖晶石 58％；
刚玉 29％；
钛酸铝 13％；
内孔体原料的化学成分占比(质量百分比)为：Al2O3：73％，MgO：16％，TiO2：5.7％，C：3％，剩余部分为杂质；
渣线部位原料组分的质量百分比分别为：
电熔镁砂 52％；
尖晶石 36％；
石墨 12％；
渣线部位原料的化学成分占比(质量百分比)为：MgO：58％，Al2O3：26％，C：14％，剩余部分为杂质。
上述的刚玉采用板状刚玉，镁铝尖晶石采用电熔镁铝尖晶石；
在制备时，将长水口本体、内孔体以及渣线部位的原料分别混合均匀，长水口本体的原料中加入占原料总质量5％的酚醛树脂和占原料总质量3％的金属硅粉；内孔体的原料中加入占原料总质量5％的酚醛树脂和占原料总质量3％的金属硅粉；渣线部位的原料中加入占原料总质量5％的酚醛树脂和占原料总质量3％的金属硅粉；然后将上述三种材质分别造粒、等静压成型、干燥，得到长水口毛坯，经烧结、车床加工后得到本实施例的高氧钢连铸用长水口。
实施例4
长水口本体原料组分的质量百分比分别为：
刚玉 73％；
石墨 27％；
长水口本体原料的化学成分占比(质量百分比)为：Al2O3：70％，C：28％，剩余部分为杂质；
内孔体原料组分的质量百分比分别为：
镁铝尖晶石 65％；
刚玉 20％；
钛酸铝 15％；
内孔体原料的化学成分占比(质量百分比)为：Al2O3：70％，MgO：18％，TiO2：6.5％，C：3％，剩余部分为杂质；
渣线部位原料组分的质量百分比分别为：
电熔镁砂 58％；
尖晶石 27％；
石墨 15％；
渣线部位原料的化学成分占比(质量百分比)为：MgO：62％，Al2O3：19％，C：17％，剩余部分为杂质。
上述的刚玉采用板状刚玉，镁铝尖晶石采用电熔镁铝尖晶石；
在制备时，将长水口本体、内孔体以及渣线部位的原料分别混合均匀，长水口本体的原料中加入占原料总质量5％的酚醛树脂和占原料总质量2％的金属硅粉；内孔体的原料中加入占原料总质量5％的酚醛树脂和占原料总质量2％的金属硅粉；渣线部位的原料中加入占原料总质量5％的酚醛树脂和占原料总质量2％的金属硅粉；然后将上述三种材质分别造粒、等静压成型、干燥，得到长水口毛坯，经烧结、车床加工后得到本实施例的高氧钢连铸用长水口。
对比例
现用长水口各部位的原料为：
长水口本体采用Al2O3-C材质，其化学成分占比(质量百分比)为：Al2O3：75～85％，C：12～16％；
内孔体原料组分采用Al2O3-SiO2-C材质，其化学成分占比(质量百分比)为：Al2O3：60～66％，SiO2：23～28％，C：4～5％；
渣线部位采用Al2O3-C材质，其化学成分占比(质量百分比)为：Al2O3：75～85％，C：12～16％；
上述Al2O3-C材质、Al2O3-SiO2-C材质中的Al2O3是刚玉，C是石墨。
在制备时采用酚醛树脂作为结合剂，加入少量抗氧化剂，等静压成型。
产品性能评价
评价方法：在同等条件下(温度、钢水成分等，其中钢水为高氧钢水)，分别采用实施例1～4中制备的高氧钢连铸用长水口以及对比例中的长水口进行浇铸，其结果如表1所示，对比例的长水口侵蚀严重，且渣线部位侵蚀也较多，钢水中增碳较多，导致铸坯品质不达标，只能降级使用，与对比例相比，本实施例中的高氧钢连铸用长水口内孔体和渣线部位均具有良好的抗侵蚀性能，侵蚀较少，且钢水增碳也较少。
表1长水口的性能
Figure BDA0002981409770000091
Figure BDA0002981409770000101
综上所述，本发明的高氧钢连铸用长水口通过设计长水口本体、内孔体以及渣线部位原料的成分配比，提高了高氧钢连铸用长水口的抗热震性、抗侵蚀性和抗渣性，且减少了钢水增碳，从而提高了连浇炉数，并有利于改善铸坯质量和连铸生产的安全和顺行；该高氧钢连铸用长水口的内孔体以尖晶石为主，加入了少量的刚玉和钛酸铝，由于其不含SiO2的成分，在高氧钢浇注时不会产生低熔点相，侵蚀明显减少，且兼顾了抗侵蚀性和抗热震性；该高氧钢连铸用长水口的长水口本体采用Al2O3-C，具有良好的抗热震性和足够的常温、耐高温性能；该高氧钢连铸用长水口的渣线部位采用氧化镁-尖晶石-碳，提高了对碱性覆盖剂和大包下渣的抗侵蚀性。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (6)

1.一种高氧钢连铸用长水口，其特征在于，包括：
长水口本体，其原料包含按重量百分比计的如下组分：刚玉70～75％，石墨25～30％；
内孔体，设于所述长水口本体内部，其原料包含按重量百分比计的如下组分：镁铝尖晶石45～65％，刚玉20～50％，钛酸铝8～15％；
渣线部位，设于所述长水口本体的下部，其原料包含按重量百分比计的如下组分：电熔镁砂40～60％，尖晶石25～50％，石墨8～15％。
2.根据权利要求1所述的高氧钢连铸用长水口，其特征在于，
所述长水口本体的原料包含按重量百分比计的如下化学成分：Al2O3：60～72％、C：27～32％以及不可避免的杂质；和/或
所述内孔体的原料包含按重量百分比计的如下化学成分：Al2O3：70～80％、MgO：12～19％、TiO2：3.5～7％、C：3.0～3.8％以及不可避免的杂质；和/或
所述渣线部位的原料包含按重量百分比计的如下化学成分：MgO：45～70％、Al2O3：18～38％、C：10～18％以及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高氧钢连铸用长水口，其特征在于，
所述长水口本体还包含占其原料总重量5～7.5％的酚醛树脂和占其原料总重量2～4％的抗氧化剂；和/或
所述内孔体还包含占其原料总重量5～7.5％的酚醛树脂和占其原料总重量2～4％的抗氧化剂；和/或
所述渣线部位还包含占其原料总重量5～7.5％的酚醛树脂占其原料总重量2～4％的抗氧化剂。
4.根据权利要求3所述的高氧钢连铸用长水口，其特征在于，所述抗氧化剂为金属硅粉。
5.根据权利要求1所述的高氧钢连铸用长水口，其特征在于，所述镁铝尖晶石选自烧结镁铝尖晶石或电熔镁铝尖晶石。
6.根据权利要求1所述的高氧钢连铸用长水口，其特征在于，所述刚玉选自白刚玉或板状刚玉。
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