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连铸常用耐火材料
双击自动滚屏 发布者:admin 发布时间:2012-5-2 2 阅读:2339次 【字体:
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连铸常用耐火材料-
1.1.1目的与目标
能够根据外形及材质识别连铸用耐火材料,并根据连铸要求合理选用耐火材料。
1.1.2 操作步骤或技能实施
1.1.2.1 上下水口、上下滑板砖
外表黑色,质地较硬,易碎,表面比较光滑,上下滑板的接触面要符合精度的要求,一般为铝碳质材料。
1.1.2.2 长水口及浸入式水口
长水口主要用于钢包与中间包之间,其材质为熔融石英质或铝碳质。
浸入式水口材质与钢包长水口相同。
1.1.2.3 绝热板
外表黄色,较松软,是以石英砂和黏土粉为基础,加入少量的植物纤维(纸桨、废棉)和矿物纤维(石棉、矿渣棉等)用酚醛树脂,水玻璃或松香作黏结剂,压滤或抽滤成型,烘干后使用。
1.1.3 注意事项
必须根据工艺要求不同部位选用不同砖型、材质的耐火材料,切忌搞错。
1.1.4 知识点
1.1.4.1 钢包耐火衬
A钢包耐火衬的结构
外层是隔热层、中间是保护层、里层是工作层。由于耐火衬各层的工作条件不同,因此耐火材料的选择及砌筑也不同。
a.隔热层
隔热层的作用是保温,以減少钢水的热量传到钢包外壳。
b.保护层
保护层也叫非工作层,一般采用黏土砖或高铝砖砌筑,有时采用整体浇注成形。保护层的作用是当工作层的厚度侵蚀到较薄时,防止钢水穿漏耐烧坏外壳,造成事故。
c.工作层
工作层直接与钢水、渣液接触,因些承受高温、化学侵蚀、机械冲刷与急冷急热影响,当损坏到一定程度时必须予以拆修、更换。工作层一般采用高铝砖、镁碳砖、铝镁砖或者采用铝镁材料整体浇注成形。为了增强钢包的有效容积和提高耐火衬的使用寿命,可将钢包的工作层砌筑成阶梯形。
这样可增加包底工作层的厚度,以达到工作层各处均衡侵蚀的目的。
B.钢包耐火材料的工作环境及其要求
钢包是承接钢水,进行连铸的必要设备。由于许多钢种需要在钢包进行精炼处理,包括吹氩调温、合金成分微调、喷粉精炼和真空处理等,钢包内衬的工作条件越来越恶劣。
a. 钢包耐火材料的工作环境。
(1) 承受的钢水温度比模铸钢包高。
(2) 钢水在钢包内的停留时间延长。
(3) 钢包内衬在高温真空下自身挥发和经受钢水的搅动作用。
(4) 内衬在承接钢水时受到的冲击作用。
(5) 熔渣对内衬的侵蚀。
b. 对钢包耐火材料的要求
(1) 耐高温。能经受高温钢水长时间作用而不熔融软化。
(2) 耐热冲击,能反复承受钢水的装、出而不开裂剥落。
(3) 耐熔渣的侵蚀,能承受熔渣和熔渣碱度变化对内衬的侵蚀作用。
(4) 具有足够的高温机械强度,能承受钢水的搅动和冲刷作用。
(5) 内衬具有一定的膨胀性,在高温钢水作用下,内衬之间紧密接触而成为一个整体。
C.常用的钢包耐火材料的选用条件及种类
a. 钢包耐火材料的选用条件
(1) 钢包的工作条件,如出钢温度、钢水停留时间、浇注钢种、是否进行精炼处理等。
(2) 钢包耐火材料在钢包中的部位。
(3) 熔渣的碱度。
(4) 钢厂的砌钢包、拆钢包、烘烤钢包的工作条件和经济包龄。
(5) 经济性。
b. 常用的钢包耐火材料的种类
(1) 黏土砖,黏土砖中A12O3含量一般在30%-50%之间,价格低廉。主要用于钢包永久层和钢包底。
(2) 高铝砖。砖中A12O3含量在50%-80%之间,主要用于钢包的工作层。
(3) 蜡石砖。该砖特点是SiO2含量高。一般在80%以上,比黏土砖的抗侵蚀性和整体性好,且不挂渣。常用于钢包壁和包底。
(4) 锆英石砖。该砖主要用于钢包渣线部位。砖中ZrO2含量一般在60%-65%之间。
(5) 镁碳砖。该砖主要用于钢包渣线部位,特别适用于多炉连浇场合。砖中MgO含量一般在76%左右,碳含量在15%-20%之间。其特点是对熔渣侵蚀性小,耐侵蚀、耐剥落性好。
(6) 铝镁浇注料。该浇注料主要用于钢包体,其特点是在钢水作用下,浇注料中的MgO和A12O3反应生成铝卵形尖晶石,改善了内衬的抗渣性的抗热震性。
(7) 铝镁碳砖。此砖是在铝镁浇注料的基础上发展起来的钢包衬,使用寿命长。
(8) 不烧砖。目前用于钢包的烧成砖的材料,几乎都能制成相对应的不烧砖。其特点是制作工艺相对简单,价格较低。砖本身具有一定的机械强度和耐侵蚀性,便于施工砌筑。
如果钢包本身还用于精炼,则还可以选择MgO-Cr2O3-A10O3系和MgO-CaO-C系耐火材料,主要有:镁铬砖、镁铬铝砖、白云石砖等。
在使用含量墨材料的砖种作钢包衬时,最好在其表面涂抹一层防氧化涂料,防止在烧包时,内衬表面氧化疏松,影响其使用寿命。
D.钢包耐火材料损坏的原因及提高使用寿命的措施
a. 钢包耐火材料损坏的原因
(1) 化学作用
1) 钢水成分对耐火材料的侵蚀。
2) 熔渣成分对耐火材料的侵蚀。
3) 在高温作用下,耐火材料自身产生的反应所造成的损坏,如新矿物的生成所产生的相变化带来的体积效应和在真空作用下的挥发等原因。
(2) 物理作用
1) 钢水对耐火材料的冲刷作用。
2) 钢水反复作用于耐火材料上造成的热冲击,引起耐火材料的开裂和剥落。
3) 耐火材料自身的热膨胀效应赞成的损坏。
4) 高温钢水对耐火材料的熔蚀作用。
(3) 人为原因
1) 耐火材料的选择与搭配不恰当。
2) 对耐火材料的使用不当。如砌筑方式、烘烧方式不当。
3) 钢包周转期太长造成冷包。
4) 拆包不当,损坏钢包永久层。
5) 没有采取修补措施。
b.提高钢包使用寿命的主要措施
(1) 选择耐高温、耐侵蚀、耐热冲击的耐火材料作包衬。
(2) 正确选择和搭配耐火材料,做到均衡砌包。
(3) 了解所选用的耐火材料的性能,合理制订钢包的使用条件,如烘烧制度的制订等。
(4) 尽可能加快钢包的使用周期,做到“红包”工作。
(5) 对包衬耐火材料损坏部分,及时进行喷补处理。
1.1.4.2 中间包内衬
A 中间包内衬的结构
中间包内衬分永久层和工作层两部分。永久层由砖砌或整体浇注而成,材质通常有黏土质、高铝质、镁质。工作层通常用绝热板砌筑和镁质涂料。目前在国内常用的绝热板为硅质绝热板,其主要成分为SiO2,因此适用于浇注普碳钢,碳素结构钢和普通低合金钢。也有少量使用镁质绝热板,它用于浇注特殊钢和高质量钢种。它对钢水的污染比硅质板小。另外,国内大多数绝热板是采用树脂作结合剂制造的。在开浇时树脂受热分解,产生的气体与钢水反应强烈,使前期浇注的铸坯上有皮下气孔产生,因此大部分钢厂在开浇前还是用小火烘烤,以减少铸坯出现质量问题。镁质绝热板一般都需要烘烤后使用。
国内广泛使用镁质涂料作为中间包工作层耐火材料时,涂层厚度为15-30mm,可按照不同的使用部分涂上不同的厚度,从而控制各部分同步侵蚀的原则进行施工,以降低耐火材料的消耗。镁质涂料在中间包内涂抹好后用自然干燥或预烘干燥两种办法进行干燥。阴干时间应大于3h,开始烘烤温度不能高,要求前30min不能超过500℃,然后逐渐升温,烘烤2.5h,达1100℃时即可用于浇注。
B.中间包耐火材料的要求
中间包是承接、储存和分配钢包钢水的中间容器。目前中间包己逐渐发展成为一种有效的反应器,可以在中间包内完成钢水温度的控制、防止钢水的二次氧化和改善夹杂物的钙处理等,即所谓的中间包冶金。
由于中间包的容量和承受的钢水温度均与钢包有较大的差别,所用的耐火材料也有所不同,但不管是哪一种类型中间包,所有的耐火材料都要满足下列要求:
(1) 要求内衬材料耐钢水和熔渣的侵蚀,使用寿命要足够长。
(2) 要求内衬材料具有良好的抗热震性,在与钢水接触时不炸裂。
(3) 要求内衬材料具有较低的热传导系数和微小的热膨胀性,使中间包衬有一定的保温性和良好的整体性。
(4) 要求内衬材料在浇注过程中,对钢水污染性小,以保证钢水质量。
(5) 要求内衬材料的形状和结构,要便于砌包和拆卸。
a. 中间包衬的组成形式
(1) 保温层。该层紧挨着中间包钢壳,其材料通常是石棉板、保温砖或轻质浇注料。
(2) 永久层。该层与保温层相接触,其材料一般为黏土砖。
(3) 工作层。与钢水接触的一层,即工作层。该层内衬材料主要有:高铝砖、碱性砖(如镁砖等)、硅质绝热板、镁质绝热板、镁橄榄石质绝热板和涂料(如镁质、镁铬质涂料等)。目前也有用浇注料作中间包内衬的。
(4) 座砖。镶嵌于中间包底,安装中间包水口用。其材料通常为高铝质。
(5) 包底。中间包底,其材料基本与工作层相当。
(6) 包盖。中间包盖,覆盖在中间包上,可起保温或防止钢水飞溅等作用,其材料通常采用黏土砖或浇注料制成。
(7) 挡渣墙。该墙砌于中间包内,可以是单墙的,也可以是双墙的。单墙的或双墙的挡渣墙,其目的就是用来控制钢水流动和挡渣,以提高钢水的清洁度。在其上还可以设置钢水过滤器,进一步除去钢水中夹杂物。挡渣墙的材质通常是高铝质,可以用砖砌筑在中间包内,也可以制成预制块,安放在中间包内。
b. 中间包类型
(1) 高温中间包。该中间包是为某一特定的冶金过程所设置的,包衬采用镁砖,预热到1500℃左右。
(2) 热中间包。即目前钢厂常见的一种中间包,采用烧成砖或不烧砖或浇注料作包衬的中间包。在浇注前要预热到800-1100℃。
(3) 冷中间包。采用绝热板作包衬,在浇注前不经预热即可使用,至于选择哪一种形式的中间包和哪些材质作包衬为好,这取决于浇注的钢种、冶炼方式、烘烧条件和钢厂本身所具备的能力。
D 中间包涂料的种类、作用及性能
a. 中间包涂料的种类
(1) 镁铬质涂料。在该涂料中,含MgO65%-75%,Cr2O36%-8%。
(2) 镁质涂料。在该涂料中,含MgO大于88%。
(3) 高铝质涂料。大该涂料中,含Al2O365%、SiO228%左右。
b.中间包涂料的作用
主要是用做工作层,它具备下列优点:
(1) 涂料耐钢水和熔渣的侵蚀,使用寿命长。
(2) 施工方便,更换迅速,可提高中间包作业率。
(3) 便于清理残剩的涂料层和钢渣,不损伤中间包砖砌层,相对延长了砖衬的使用寿命,降低耐火材料消耗。
(4) 可用普通耐火材料做砖衬,降低中间包造价。
c. 中间包涂料必须具备的性能
(1) 具有良好的耐钢水和熔渣的侵蚀性。
(2) 具有良好的涂抹性,便于施工。
(3) 在烘烤过程中不开裂、不剥落,耐热冲击性好。
(4) 用后残余涂层要容易从中间包永久层上脱离下来。
E 中间包使用绝热板的优点和要求
a. 中间包使用绝热板的优点
(1) 使用绝热板做中间包衬后,中间包在浇注前可以不经烘烤即使用,以节能,据有关统计表明,吨钢可节省3kg标准煤。
(2) 提高中间包周转率,周转周期可由原16h降为8h,节省备用中间包和中间包场地。
(3) 提高连铸作业率。
(4) 提高中间包使用寿命,降低了永久层耐火材料消耗。
(5) 由于中间包绝热板保温性好,可降低出钢温度约10℃,利于连铸生产管理。
b. 钢厂对绝热板的要求
(1) 耐钢水和熔渣的侵蚀性要好。
(2) 材料的热导率(导热系数)要低,具有较好的绝热性能。
(3) 绝热板的收缩率要小,以保证绝热板在使用时板与板之间的严密性,防止钢水渗入。
(4) 绝热板内水分要低,以免在进入钢水后发生爆裂和钢水沸腾。
(5) 绝热板应具有一定强度和韧性,以免在运输、装卸和安装过程中破损。
F 硅质和镁质绝热板使用应注意的问题
a. 烘烤
绝热板从材质上可分为硅质的、镁质的或其他材质的。但从结合剂上分,可分为无机物结合的绝热板和有机物结合的绝热板。
如果使用无机物结合的绝热板,在使用前必须烘烤,一般需烘烤到1200℃左右,以便脱除作为结合剂的无机盐的结晶水。
如果使用有机物结合的绝热板,即目前国内大量使用的绝热板,就属此类绝热板。在使用前可不必烘烤,因为高温烘烤会使有机结合物大量分解氧化,使绝热板失去强度而塌落,如果一定要烘烤后使用,则可快速在短时间内升温至绝热板表面红热后即可使用。
b. 钢种
硅质绝热板的主要成分为SiO2,因此,只适用于浇注普碳钢、碳结构钢和普通低合金钢。镁质绝热板适用于浇注特殊钢的一些要求钢质量高的钢种。镁质绝热板对钢水的污染比硅质板小。
C 钢水温度控制
绝热板具有绝热性能,但不是绝对的,因此在使用绝热板中间包时,要求钢水温度控制在一个合适的热度内。
d.绝热板的拼砌
绝热板虽然便于砌包,但应在包底均匀地铺设一层15-30mm的填砂;在侧板与永久层之间留出15-30mm的间隙,并倒入填砂。砂子必须充分干燥,粒度合理,能自由流动,便于绝热板在使用过程中排气。
e.绝热板的板缝联结
绝热板的板缝联结有一个膨胀和收缩的问题存在,因此在拼接时,要有适当的拼接缝,并用胶泥粘好。否则在使用过程中会发生板缝漏钢。
f.发热剂的应用
由于绝热板中间包发热剂的作用,不烘烤使用,在第一包钢水进入中间包后,首先到达中间包水口碗部的钢水降温最大,在浇注时可能出现粘塞棒头和堵水口现象。因此,可以在浇注前在水口碗部放入发热剂,或提高第一包钢水的温度。
g.滑动水口引流砂和中间包覆盖剂的选择
一般引流砂为海砂或河砂,其性质为酸性,中间包覆盖剂大多用炭化稻壳,其灰分呈酸性,不利于吸收A12O3夹杂,而且侵蚀镁质绝热板。在生产优质铝镇静钢时,应采用碱性覆盖剂。
G 中间包烘烤应注意的问题
对于中间包的烘烤,总的要求是要在开浇前1-2h内,快速烘烤到1000-1100℃为好,这样可以节省能源,也便于使用。但往往由于调度或其他原因,烘烤时间太长,造成一些不良的隐患。
对于板坯连铸,中间包上己装有铝碳质整体塞棒或整体式铝碳质浸入式水口。如果长时间烘烤,制品强度降低;如果制品表面的防氧化涂层不良的话,制品还会被氧化疏松,不仅使制品强度再下降,而且使用寿命还会降低。己有的经验表明,对于浸入式水口来说,在其壁厚不能再增厚的条件下,要延长其使用寿命,主要看其表面是否被氧化了。
铝碳质制品在烘烤过程中,其强度变化规律为:随着烘烤温度的上升,制品强度下降,到500-600℃之间,强度最低;当温度继续上升,制品强度增加,到1300℃左右恢复到原状,再升高温度,则制品强度又下降。鉴于这个原因,要求快速烘烤达到预定的温度。
对于带有熔融石英质浸入式水口的中间包,对水口部分可以不烘烤或低温烘烤,因为石英质水口在高温下长期烘烤,会方石英化,使制品热稳定性下降,甚至会在水口内壁出现裂纹,在浇注过程中可能出现穿孔、断裂现象(当然,还与水口本身质量有关)。
对于小方坯连铸用中间包,大多数使用绝热板做内衬,中间包不烘烤,有的钢厂也最多是进行小火烘烤,只能起到干燥作用。在小方坯连铸的中间包上,通常装有3-6个锆质定径水口。对于这种水口,必须单独充分地进行烘烤。否则在使用中有炸裂的危险。因为锆质制品的热稳定性特别差,预热不良会开裂。
1.1.4.3 滑动水口
A 滑动水口的结构形式
滑动水口的结构主要有:
(1) 滑动水口的机械装置部分。
(2) 驱动装置。
(3) 耐火材料部分。
B 滑动水口的驱动装置
主要有手动和液压驱动两种。其运动方式有以下3种:
a. 直线往复式
即滑板作直线往复运动,调节滑动板与固定板之间的流钢孔大小来控制钢流。这是目前国内最常使用的一种方式。
b.旋转式
即滑动板作旋转运动,用以调节流钢孔大小来控制钢水流量。目前国内尚没有使用。
c.单向直线式
主要用于3层式中间滑板的更换。目前国内尚没有使用。
C 滑动水口耐火材料部分的组成
主要有以下几种形式
a. 二层式滑动水口
这类滑动水口主要用于钢包滑动水口浇注,是国内最常使用的一种。
b. 3层式滑动水口
这类滑动水口主要用于中间包滑动水口浇注,在国内己有使用。
c. 旋转滑动水口
这类滑动水口主要用于钢包滑动水口浇注,在国内未见使用。其组成为:
(1) 上水口。
(2) 上滑板(圆盘、固定板)。
(3) 下滑板(圆盘、旋转板)。
(4) 下水口(与下滑板相连)。
d. 塞棒型滑动水口
这类滑动水口,在国外有人使用,其组成为:
(1) 可以旋转的长形塞棒,其头部为曲面,并开有流钢孔。
(2) 与塞棒头部相配的,相当于中间包水口的固定部分,其头部与塞棒头部的曲面紧密接触,亦开有流钢孔。
D 对滑动水口耐火材料的要求
滑动水口主要安装在钢包底部,其使用条件与塞棒相比得到很大的改善,其耐火材料部分,不像塞棒那样长时间侵泡在钢水中。但对滑动水口来说,滑板部分是关健部件,它的好坏直接影响到滑动水口的使用寿命。
滑动水口的上水口和下水口,只起一个流钢水的作用,但要求上水口材质耐高温、耐钢水侵蚀的耐冲刷,与钢包座砖寿命同步。下水口一般只是一次性使用,与上水口相比,对其要求要相对低一些。
上、下滑板在工作中承受紧固压力,而且还能滑动,在浇注过程中还要保证滑板间不漏钢水。因此,要对上、下滑板的滑动面进行精加工,保证有极高的平行度和光滑度。还要求其具有较高的热机械性能。
在浇注中,上、下滑板的滑动面和流钢孔承受高温钢水的侵蚀和冲刷作用。因此,要求滑板具有耐高温、耐侵蚀、耐剥落、耐热震性和耐磨性的性能。
目前滑板的选材主要有:高铝质、镁质、铝碳化硅质、铝铬质、铝碳质和铝铝锆碳质。
上述一些材质可以制成烧成的或不烧的滑板砖。
对于高材质的滑板,由于价格较高,可以选用复合形式的滑板,更适用,更经济。
E 滑动水口的开浇引流方式
滑动水口在开浇时,其铸孔能否自动流出钢水至关重要。滑动水口的开浇需人工引流,其方法有如下几种。
a. 填料法
在出钢前,在钢包座砖窝子内放入引流砂,阻止钢水进入。在浇注时再将引流砂放出,达到自动开浇的目的。由于各个钢厂的钢包容量不一样,使用的引流砂了不尽相同,因此,在使用镁质绝热板时,对板侵蚀严重,影响其使用寿命。因此自动开浇的效果也大不一样。引流砂的种类有海砂、河砂、废耐火砖粒和铬矿砂等。用引流砂时,必须使用经过干燥过的引流砂,以免发生事故。
b. 吹气法
此法是通过上水口或下滑板上的透气塞或三层式的中间滑板向钢包内吹入惰性气体,产生钢水环流,从而达到自动开浇的目的。用此法自动开浇率极高,几乎达到100%。
c. 烧氧法
在上述情况下不能自动开浇者,为了保证顺利开浇,要使用氧气管子将水口烧开,达到开浇的目的。这种方式对耐火材料损毁严重,在浇注过程中易使钢流发散,加深钢水的二次氧化,影响钢水质量,应尽量避免采用。
d. 其他方法
据报道,有的厂家使用含铝水泥作填充,其原理是在高温作用下,铝水泥熔化成铝液,开浇时自流,达到自动开浇的目的。
F 滑动水口的损坏原因及防止措施
a. 滑动水口系统的上水口损坏原因及防止措施
(1) 滑动水口系统的上水口损坏原因:
1) 钢水和熔渣的化学侵蚀的冲刷作用,在操作不当时才会发生熔渣侵蚀现象。
2) 安装时造成的机械损伤。
(2) 滑动水口系统的上水口损坏应采取的措施:
1) 选用耐侵蚀、耐冲刷好的材质制作上水口,如刚玉质上水口。
2) 选用机械强度大的制品。
3) 注意钢包浇注操作,避免放渣。
b. 滑动水口的下水口的损坏原因及防止措施
(1) 滑动水口的下水口的损坏原因:
1) 钢水的熔渣的侵蚀和冲刷作用。
2) 由于温度急变引起的开裂或断裂。
3) 烧氧开烧造成的熔损。
(2) 滑动水口的下水口的损坏应采取的措施:
1) 选用耐侵蚀性好的材质制作下水口。如浇注普碳钢,可选用高铝质、熔融石英质下水口;浇注含锰较高的钢种时,可选用铝碳质、镁质等下水口。
2) 提高下水口的抗热震性同,或将下水口安装在铁套内,防止下水口开裂。
3) 尽量避免烧氧开浇。
c. 滑动水口的滑板损坏原因及应采取的措施
(1) 滑动水口的滑板损坏原因:

1) 钢水的熔渣的侵蚀的冲刷。
2) 滑板突然受钢产生的开裂。
3) 滑板多次滑动造成的磨损。
4) 滑板截流造成的冲蚀。
5) 安装、拆卸不良造成的机械损伤。
6) 由于滑板滑动面不平整,夹冷钢造成的损坏。
(2) 滑动水口的滑板损坏应采取的措施:
1) 选用高耐侵蚀的材质制作滑板,如镁质、铝锆碳质滑板等。
2) 提高滑板的抗热震性,用钢带打箍,防止滑板开裂。
3) 滑板间应涂润滑剂,减少摩擦损伤。
1.1.5 思考题
1. 如何识别各种铸钢用耐材?
2. 钢包耐火材料的要求?
3. 中间包耐火材料的要求?
4. 硅质和镁质绝热板的使用应注意的问题?
5. 对滑动水口耐火材料的要求?
6. 滑动水口的损坏原因及以上措施?
1.2 选用连铸常用耐火材料
1.2.1 目的与目标
根据连铸要求合理选用浇注用耐火材料。
1.2.2 操作步骤或技能实施
1.2.2.1 钢包用
A 浇注料。
B 上下水口砖。
C 上下滑板砖。
D 耐火泥。
E 引流砂。
F 砖砌钢包用包衬砖、包底砖和渣线砖。
1.2.2.2 中间包用
A 浇注料。
B 上下水口砖。
C 上中下滑板砖。
D 耐火泥。
E 引流砂。
F 砖砌中间包用砖。
1.2.3 注意事项
(1) 在使用前应检查其质量,有否缺棱角、裂纹、气孔等,凡有质量问题的耐火砖严禁使用。
(2) 耐火材料使用前应保持干燥,并经完全烘烤干燥后方可使用。
(3) 严格按照工艺要求砌筑,若砌筑不当,会引起耐材开裂或钢水从砖缝渗漏,造成漏钢事故。

 

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