第九章特種功能耐火材料

1、第九章 特種功能耐火材料前言特種功能耐火材料是指其獨(dú)特的功能，不僅具有常規(guī)意義上的耐高溫功能，還具有特定的功能作用。另外，與普通耐火材料生產(chǎn)工藝、應(yīng)用范圍不同，特種功能耐火材料具有特殊的制備方法和固定的使用位置。連鑄用“三大件”包括長(zhǎng)水口（又稱保護(hù)套管）、整體塞棒和浸入式水口，滑動(dòng)水口，定徑水口和透氣磚等均屬于連鑄用特種功能耐火材料。長(zhǎng)水口用于鋼包與中間包之間，將鋼液由鋼包導(dǎo)入到中間包內(nèi)，防止鋼液二次氧化和飛濺。目前長(zhǎng)水口材質(zhì)主要有兩種：熔融石英質(zhì)和鋁炭質(zhì)，前者抗熱沖擊性能優(yōu)越，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，并耐酸性渣侵蝕，使用前不用烘烤，但在澆鑄錳含量較高的鋼種時(shí)，侵蝕嚴(yán)重，壽命短：后者主

2、要是由剛玉和石墨為主要原料制成的產(chǎn)品，它對(duì)鋼種的適應(yīng)性強(qiáng)，特別適合澆鑄特殊鋼，對(duì)鋼水污染小。浸入式水口用于中間包和結(jié)晶器之間，將鋼液從中間包導(dǎo)入結(jié)晶器，有防止鋼液氧化及飛濺、減少鋼液液面震蕩及結(jié)晶器內(nèi)部紊流的作用，從而減少鋼坯表面缺陷。在使用過(guò)程中要求浸入式水口耐鋼液和保護(hù)渣侵蝕，不與鋼水中物質(zhì)反應(yīng)生成堵塞物。目前浸入式水口材質(zhì)主要是鋁碳-鋯碳復(fù)合材質(zhì)，即本體為鋁碳材料，渣線為鋯碳材料。還有少量的熔融石英質(zhì)浸入式水口，主要用于侵蝕性小和澆鑄時(shí)間短的鋼種。整體塞棒主要用于中間包，起開(kāi)閉作用，控制塞棒頭部至中間包水口的位置來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入結(jié)晶器鋼水的流量，還可以通過(guò)整體塞棒的吹氬孔，向中間包水口吹氬，以

3、防止水口堵塞。采用塞棒可以降低事故率，減少水口堵塞，提高鋼坯質(zhì)量。目前整體塞棒為鋁炭質(zhì)。塞棒頭部受鋼水沖刷嚴(yán)重，根據(jù)所澆鋼種的不同，棒頭的材質(zhì)也有所不同，一般材質(zhì)有鋁碳、鋯碳、鎂碳等。為適應(yīng)現(xiàn)代高速高效連鑄技術(shù)及潔凈鋼冶煉不斷發(fā)展的需要，需進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)有連鑄用功能性耐火材料的性能，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新型材質(zhì)，連鑄“三大件”正向著高性能、多功能、長(zhǎng)壽命的方向發(fā)展。定徑水口是小方坯連鑄用的耐火材料之一，起控制鋼水流量的作用。鋼水均勻穩(wěn)定地通過(guò)定徑水口流入結(jié)晶器，是保證連鑄正常進(jìn)行的必要條件。因此，定徑水口必需具備良好的抗侵蝕性和熱穩(wěn)定性，使用時(shí)不允許出現(xiàn)堵塞、脫落、開(kāi)裂和擴(kuò)徑。當(dāng)前普遍采用的是含鋯材料，鋯

4、含量不同，檔次不同，從65%ZrO2含量的鋯英石，直至95%ZrO2含量的鋯質(zhì)定徑水口，使用壽命由5-6小時(shí)至15小時(shí)以上不等。吹氣攪拌技術(shù)是煉鋼工藝發(fā)展中一項(xiàng)非常重要的新技術(shù)，它可以促進(jìn)鋼液中夾雜物隨氣體上浮潔凈鋼水，強(qiáng)化冶金過(guò)程促進(jìn)冶金反應(yīng)進(jìn)行，縮短冶煉時(shí)間，均勻鋼水溫度和成分，改善鋼材的質(zhì)量。爐底預(yù)安裝供氣元件吹入惰性氣體的工藝投資少、攪拌效率高、操作方便因而得到廣泛的應(yīng)用，已成為現(xiàn)代冶金的重要手段、爐外精練工藝中的重要環(huán)節(jié)，從復(fù)吹轉(zhuǎn)爐鐵水精練、底吹電爐到底吹鋼包，乃至中間包，魚(yú)雷罐，幾乎已應(yīng)用到冶煉的全過(guò)程中，在轉(zhuǎn)爐、電爐、鋼包中已普遍應(yīng)用。透氣元件是爐外精煉必需的功能元件，使用條件十

5、分苛刻，鋼液的攪動(dòng)沖刷，吹氧清掃等，要求具有多重性能：透氣性好：鋼水與透氣材料有較大的潤(rùn)濕角，使透氣通道內(nèi)滲鋼少、抗侵蝕性好：間歇操作急冷急熱要求透氣磚具有好的抗熱震性和抗剝落性：工作面吹氧清掃，抗氧化性也要好。隨著煉鋼工業(yè)的不斷發(fā)展，不斷開(kāi)發(fā)出新材質(zhì)、壽命長(zhǎng)、高性能的透氣磚才能滿足實(shí)際煉鋼生產(chǎn)的需要。中間包底吹透氣磚和魚(yú)雷罐用透氣磚正在開(kāi)發(fā)中，有著良好的應(yīng)前景，如中間包吹氣就是在中間包內(nèi)產(chǎn)生氣幕，通過(guò)惰性氣體清洗鋼液、去除夾雜物，甚至脫氣，對(duì)提高鋼質(zhì)量效果十分顯著，當(dāng)前處于試驗(yàn)階段?；迨腔瑒?dòng)水口的重要組成部分，直接控制鋼水，決定滑動(dòng)水口功能的部件，具有鋼水注入和流量調(diào)整功能。在使用過(guò)程中，

6、由于需長(zhǎng)時(shí)期承受高溫熔體的化學(xué)侵蝕和物理沖刷作用，強(qiáng)烈的熱沖擊和機(jī)械磨損作用，使用條件極為苛刻：同時(shí)為實(shí)現(xiàn)自由開(kāi)閉鋼流的功能，滑動(dòng)面平整度及尺寸精確度均需嚴(yán)格要求，所以滑板必須具有以下性能：滑動(dòng)面平整，平整度小于0.1mm：機(jī)械強(qiáng)度高：耐鋼液和熔渣侵蝕性強(qiáng)：不易附著鋼水?？傊?，連鑄用功能耐火材料是一新型耐火材料，使用條件惡劣，可靠性要求高，對(duì)連鑄過(guò)程的順利進(jìn)行起著至關(guān)重要的作用。隨著冶金技術(shù)乃至其他高溫新工藝新技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，均會(huì)對(duì)功能耐火材料提出一些更高的要求，其品種、材質(zhì)、性能、結(jié)構(gòu)、使用壽命也都在不斷發(fā)展中。功能耐火材料的品種會(huì)增加，新的功能耐火材料也會(huì)出現(xiàn)，如薄帶連鑄用鋼水布流器

7、和側(cè)封板，中包透氣裝置或氣幕墻、各種形式的過(guò)濾器等。本章僅對(duì)連鑄用功能耐火材料的使用條件、材質(zhì)、制造工藝、性能指標(biāo)等進(jìn)行基本介紹。第一節(jié) 連鑄“三大件”長(zhǎng)水口、浸入式水口和整體塞棒均為碳結(jié)合氧化物-石墨復(fù)合材料，是以氧化物和石墨為主要原料，以酚醛樹(shù)脂為結(jié)合劑并加有少量外加劑制成的復(fù)合材料。連鑄“三大件”使用條件苛刻，它們?nèi)哂绕涫墙胧剿诤驼w塞棒的壽命對(duì)連澆時(shí)間的長(zhǎng)短有較強(qiáng)的制約作用，另外其性能的好壞也對(duì)鋼的質(zhì)量有一定的影響作用。所以連鑄“三大件”不僅要具有較高的使用性能，而且要具有較高的可靠性保證使用時(shí)避免發(fā)生質(zhì)量事故。因此從研發(fā)的角度上出發(fā)要開(kāi)發(fā)高質(zhì)量、長(zhǎng)壽命的產(chǎn)品，而在生產(chǎn)的角度上講

8、要保證生產(chǎn)的產(chǎn)品具有高度的重現(xiàn)性。出鋼口渣線本體碗部圖9.1 浸入式水口示意圖一、使用條件及性能要求目前普遍使用的長(zhǎng)水口為免烘烤鋁碳質(zhì)長(zhǎng)水口，使用前不烘烤，直接使用，所以要求長(zhǎng)水口必須具有優(yōu)異的抗熱震性。使用過(guò)程中，鋼水對(duì)內(nèi)壁的沖刷是長(zhǎng)水口損毀的主要原因之一，尤其是長(zhǎng)水口出鋼口處的沖刷，提高材料的抗沖刷性是改善長(zhǎng)水口使用壽命的一個(gè)主要途徑。另外，長(zhǎng)水口也要具備一定的強(qiáng)度滿足運(yùn)輸、使用等過(guò)程對(duì)強(qiáng)度的要求。中間包覆蓋劑也會(huì)對(duì)長(zhǎng)水口材料產(chǎn)生侵蝕，因此要求渣線要具有一定的抗侵蝕性。浸入式水口使用前用煤氣或其它加熱方式烘烤，使其在12小時(shí)內(nèi)升溫到10001200，保證使用時(shí)不炸裂。烘烤過(guò)程中，浸入式水口

9、內(nèi)外均為氧化氣氛：使用過(guò)程中浸入式水口外側(cè)也為氧化氣氛，而水口材質(zhì)為含碳材料，碳在485以上容易氧化，所以水口內(nèi)外必須涂敷防氧化涂料，保證水口材料在1250以下不氧化。加工、搬運(yùn)、運(yùn)輸、安裝以及使用時(shí)的流體沖擊均要求浸入式水口具有一定的強(qiáng)度，這是保證產(chǎn)品能夠使用的前提條件。當(dāng)開(kāi)始澆鋼時(shí)，1550左右的鋼水由中間包突然流入到浸入式水口內(nèi)，水口要承受500左右的溫差，要求浸入式水口要具有較好的抗熱震性，才能滿足進(jìn)一步使用的要求。另外浸入式水口部位不同，其使用條件也不同，所采用的材質(zhì)也會(huì)不同。圖9.1是浸入式水口的示意圖，可以根據(jù)使用部位分為碗部、本體、渣線和出鋼口。碗部與整體塞棒棒頭配合控制鋼液，

10、要具有較高的抗鋼液沖刷性才能保證鋼液的平穩(wěn)澆鑄，碗部的選材一般與棒頭材質(zhì)類似。在使用過(guò)程中，渣線材料經(jīng)受熔鋼和熔渣的交替侵蝕，一般情況下鋁碳材料和石英材料很難滿足長(zhǎng)時(shí)間澆鑄的需要，鋯碳材料由于具有較高的抗侵蝕性，是當(dāng)前普遍選用的渣線材料。本體是連接碗部和渣線的材料，也是水口的主要材料，不僅要具有較好的抗熱震性，還要具有一定的常溫、高溫強(qiáng)度滿足使用時(shí)的需要，一般為鋁碳材料。出鋼口是鋼水離開(kāi)浸入式水口進(jìn)入結(jié)晶器的部位，浸泡在鋼水內(nèi)，因此要具有較高的抗鋼液侵蝕性和抗鋼水沖刷性。二、材質(zhì)組成一般情況下，長(zhǎng)水口為鋁碳材料，渣線與本體材料相同，特殊情況下可使用抗侵蝕性高的鋯碳材料作為渣線。整體塞棒本體為鋁

11、碳材料，通常情況下渣線與本體材料相同，也有使用鋯碳材料作為整體塞棒的渣線：棒頭是整體塞棒的關(guān)鍵材料，根據(jù)澆鑄鋼種的不同棒頭材料可以是鋁碳材料、鋯碳材料、鎂碳材料、尖晶石-碳材料等。浸入式水口本體和出鋼口為鋁碳材料，渣線為鋯碳材料，而碗部則一般與整體塞棒棒頭的材質(zhì)相對(duì)應(yīng)。所以連鑄“三大件”雖然有不同的功能，但有著相同或類似的材質(zhì)組成、使用條件和性能要求等，因而在生產(chǎn)中幾乎采用完全相同的生產(chǎn)工藝。三、連鑄“三大件”生產(chǎn)工藝（一）原料選擇選擇不同原料對(duì)連鑄“三大件”產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和使用效果有著很大的影響，因此生產(chǎn)“三大件”產(chǎn)品對(duì)原料的純度、雜質(zhì)組成、粒度、結(jié)構(gòu)形態(tài)等都有較嚴(yán)格的要求。連鑄“三大件”

12、所選用原料大體上可分為如下幾種：主體氧化物原料，石墨原料，添加劑和有機(jī)結(jié)合劑等。使用多種高熔點(diǎn)、耐侵蝕氧化物原料，如各種類型的剛玉原料如電熔白剛玉、電熔棕剛玉、亞白剛玉、板狀剛玉、-Al2O3微粉和工業(yè)氧化鋁微粉等，電熔氧化鎂，電熔或燒結(jié)尖晶石，電熔氧化鋯等。一般長(zhǎng)水口或浸入式水口中添加少量的熔融石英，以便提高材料的抗熱震性。電熔鋯莫來(lái)石的使用可以使材料在高溫使用時(shí)產(chǎn)生液相，提高材料高溫時(shí)的抗氧化性和熱穩(wěn)定性。主體氧化物原料的種類、品質(zhì)、粒度配比與產(chǎn)品強(qiáng)度、抗熱震性、抗侵蝕性和抗沖刷性密切相關(guān)。原料的選擇要以符合粒度要求、較高純度為基準(zhǔn)，否則會(huì)降低材料的使用效果。連鑄“三大件”產(chǎn)品中均采用大量

13、天然鱗片狀石墨，石墨對(duì)產(chǎn)品的作用主要是賦予材料高抗熱震性以適應(yīng)使用時(shí)高溫熔體對(duì)材料的強(qiáng)烈熱沖擊和較高的抗渣滲透性。但其致命缺點(diǎn)是氧化問(wèn)題，石墨的氧化和連鑄操作條件、石墨的品質(zhì)、粒度大小、材料中采用的防氧化措施等都有關(guān)系。石墨品質(zhì)包括碳含量、雜質(zhì)組成等以及石墨的粒度對(duì)材料的抗熱震性、抗侵蝕性等都有著較大的影響作用。石墨中的碳含量一般要求大于95%，否則過(guò)多的雜質(zhì)將會(huì)對(duì)產(chǎn)品的性能產(chǎn)生不利的影響作用。為有效的改善連鑄“三大件”產(chǎn)品在使用時(shí)的性能，常在材料中加入一定量的、起一定功能的原料，如防氧化添加劑、緩沖熱應(yīng)力添加劑等。連鑄“三大件”材料中含有較多石墨和結(jié)合碳，在產(chǎn)品組成設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮防氧化問(wèn)題。

14、添加防氧化劑和表面涂覆防氧化涂料是在生產(chǎn)過(guò)程中常常采用的方法。為抑制或減緩石墨在使用過(guò)程中的氧化以提高使用壽命，常在配料中加入防氧化添加劑，常用的有金屬鋁、硅粉、碳化硅、碳化硼、Al-Si、Al-Mg合金等等。這些添加劑在熱處理過(guò)程中生成非氧化物如SiC，Si3N4，Si2N2O，Sialon，AlN等可以改善材料的結(jié)合強(qiáng)度，防氧化添加劑本身或其在熱處理中的生成物在使用過(guò)程中優(yōu)先于石墨與氧反應(yīng)，能將CO(g)還原成C，抑制制品中C的氧化速度。緩沖熱應(yīng)力添加劑是添加的物質(zhì)在高溫時(shí)形成液相，緩解熱沖擊時(shí)材料內(nèi)部的熱應(yīng)力，提高材料的抗熱震性，低熔點(diǎn)的物質(zhì)如長(zhǎng)石類、粘土等均可作為緩解熱應(yīng)力添加劑，但其

15、添加量不宜過(guò)多，否則會(huì)對(duì)產(chǎn)品高溫的使用性能尤其是抗侵蝕性造成不利的影響。由于酚醛樹(shù)脂對(duì)耐火骨料和石墨有良好的潤(rùn)濕性，連鑄“三大件”一般選用酚醛樹(shù)脂作為結(jié)合劑，結(jié)合劑的品質(zhì)對(duì)坯料的混練、干燥、成型性能以及成品的顯微結(jié)構(gòu)和使用性能都有著直接的影響。酚醛樹(shù)脂是苯酚和甲醛在酸性或堿性催化劑條件下加熱，反復(fù)進(jìn)行加成和縮合反應(yīng)逐漸形成的。按硬化方式酚醛樹(shù)脂分熱塑性酚醛樹(shù)脂和熱固性酚醛樹(shù)脂，熱塑性酚醛樹(shù)脂需使用硬化劑固化，一般使用六次甲基四胺（烏洛托品）硬化。在加熱時(shí)六次甲基四胺提供亞甲基作為樹(shù)脂硬化的橋梁，同時(shí)放出氨氣。另外MgO、CaO和Si等也是熱塑性酚醛樹(shù)脂的固化劑，它們也能在樹(shù)脂固化時(shí)提供架橋作用

16、。熱塑性樹(shù)脂的保質(zhì)期較長(zhǎng)，一般大于一年，質(zhì)量的穩(wěn)定性高，但使用時(shí)需加硬化劑，對(duì)生產(chǎn)造成了一定的不便。熱固性樹(shù)脂使用時(shí)不加硬化劑，但其保質(zhì)期較短，夏天一般為一個(gè)月，冬天為三個(gè)月。酚醛樹(shù)脂按形態(tài)可分為固態(tài)和液態(tài)酚醛樹(shù)脂，生產(chǎn)中兩種樹(shù)脂均可使用。酚醛樹(shù)脂的粘度、碳含量等是選擇和使用樹(shù)脂時(shí)的主要依據(jù)。（二）生產(chǎn)過(guò)程連鑄“三大件”制品的生產(chǎn)過(guò)程一般如下：1.原料稱量：將各種原料按一定比例準(zhǔn)確稱量，稱量誤差一般不得大于0.5wt%；預(yù)混：為使粉料混合的更加均勻，在混料前常將細(xì)粉等用混料設(shè)備如球磨罐、錐形混料機(jī)等混合均勻；2.混料：將各種原料和結(jié)合劑混合均勻，由于石墨與其它氧化物原料的密度相差比較大，一般混

17、練設(shè)備很難將料混合均勻，經(jīng)常采用強(qiáng)制逆流高速混煉設(shè)備；3.干燥：為保證成型，混好的料需要干燥，一般采用電熱干燥箱、流化干燥床、干燥炕等設(shè)備干燥。干燥的溫度根據(jù)所采用的酚醛樹(shù)脂特性選擇，一般不大于80，否則酚醛樹(shù)脂會(huì)發(fā)生固化，降低材料的使用性能；4.成型：一般連鑄“三大件”為細(xì)長(zhǎng)型管狀件，適宜采用等靜壓成型，成型壓力通常為100150MPa。首先將鋼件模具和橡膠模具固定好，將坯料裝入預(yù)定位置，搗實(shí)，然后用橡膠模具密封，裝入等靜壓設(shè)備內(nèi)，按預(yù)定升壓曲線到達(dá)指定壓力并保壓一定時(shí)間，隨即按預(yù)定卸壓曲線降低壓力至0，壓制過(guò)程結(jié)束。將成型后的物件由橡膠模中取出，進(jìn)入下一道工序；5.加工：由等靜壓壓制后的物

18、件形狀不規(guī)整，與實(shí)際產(chǎn)品形貌有一定差距或者某些部位由于設(shè)計(jì)局限沒(méi)有成型，均要求對(duì)壓制后的物件進(jìn)行機(jī)加工。機(jī)加工的設(shè)備根據(jù)需要可以是車床、磨床、銑床等，由于加工物件本身的特性，所用車刀與普通車刀不同，應(yīng)選擇耐磨性更好的車刀。加工可以在熱處理前，也可在熱處理之后。熱處理前加工灰塵較小，一般工廠均選在熱處理前進(jìn)行加工；6.熱處理：熱處理的目的是將材料中的酚醛樹(shù)脂碳化，使材料中形成有一定網(wǎng)絡(luò)的碳結(jié)合。緩慢加熱有利于材料中形成更加均勻的氣孔結(jié)構(gòu)，因此要求在熱處理過(guò)程中升溫速度不宜過(guò)快，而最高熱處理溫度也不宜過(guò)高，一般不大于1300，否則結(jié)合碳易脆化，降低材料的抗熱震性。由于連鑄“三大件”為含碳制品，熱處

19、理時(shí)氣氛必須為非氧化性氣氛，目前熱處理的方式一般有四種：埋碳保護(hù)熱處理即將物件放入匣缽中，周圍放入焦炭，然后密封，放入熱處理爐中進(jìn)行處理：N2或Ar氣氛保護(hù)熱處理即熱處理氣氛為非氧化性氣氛：涂層保護(hù)熱處理即將物件表面涂覆防氧化涂料，在熱處理過(guò)程中涂料形成致密的、連續(xù)的隔離層，阻止氧化的發(fā)生：氣氛+涂層保護(hù)熱處理即將涂層保護(hù)熱處理和氣氛保護(hù)熱處理綜合使用，達(dá)到更佳的熱處理效果。熱處理設(shè)備一般為倒焰窯、隧道窯或梭式窯等；7.檢測(cè)：對(duì)熱處理后的物件首先檢測(cè)是否變形，其尺寸尤其是安裝尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求。肉眼觀察或用專門的檢測(cè)設(shè)備如X-Ray探傷儀檢測(cè)物件是否存在缺陷。對(duì)每批物件進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，看其是否

20、符合標(biāo)準(zhǔn)要求；8.后期處理：主要包括三個(gè)方面一是表面涂覆防氧化涂層，二是特定位置包覆保溫纖維紙，三是鐵殼的粘附和焊接。防氧化涂層的目的是防止材料在預(yù)熱時(shí)和使用時(shí)的氧化，涂敷時(shí)一定要均勻，涂敷厚度要適宜，不宜過(guò)薄也不宜過(guò)厚，過(guò)薄防氧化效果不明顯，過(guò)厚容易脫落造成材料在使用或烘烤時(shí)的氧化，涂敷次數(shù)根據(jù)涂料的特性而定，一般為24次即可。一般將浸入式水口外側(cè)包覆纖維紙，用耐火泥粘接，起保溫作用。快換水口和長(zhǎng)水口端部一般裝有鐵殼，用以定位和密封，鐵殼和材料之間用火泥密封；9.干燥：主要將后期處理中由涂料和火泥引入的水分去除，干燥溫度為110150，干燥時(shí)間視干燥溫度而定；10.包裝：用木條或泡沫將成品固

21、定于木箱內(nèi)，并用泡沫壓緊，然后釘箱，最后用捆扎帶將木箱外圍緊固，防止運(yùn)輸過(guò)程中木箱的變形，準(zhǔn)備發(fā)貨。（三）主要設(shè)備1.高速混練設(shè)備鋁炭質(zhì)長(zhǎng)水口制品使用微細(xì)粉原料，并且使用了少量對(duì)改善長(zhǎng)水口性能有益的原料，如果這些料混合不均勻?qū)⒂绊懼破返馁|(zhì)量，廢品也將增加。還有鱗片狀石墨在自由狀態(tài)下具有與加壓面平行取向的性質(zhì)，如果不進(jìn)行造粒，配合料就缺乏均勻性，鋁炭長(zhǎng)水口就容易產(chǎn)生裂紋和剝落。高速混練機(jī)最佳的混合效果由一個(gè)旋轉(zhuǎn)混合盤、通常一個(gè)或最多兩個(gè)旋轉(zhuǎn)混合工具、一個(gè)靜態(tài)的多功能壁-底部刮刀來(lái)完成?；旌瞎ぞ邤?shù)量少并根據(jù)不同的原材料和應(yīng)用專門設(shè)計(jì)，維護(hù)工作量小?；旌媳P可以根據(jù)需要傾斜，在混料過(guò)程中產(chǎn)生較好的混料

22、效果，圖1是高速混練機(jī)示意圖。其原理是料盤以低速順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，物料在中速逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的攪拌耙的作用下得到翻滾并被送入高速攪拌器運(yùn)行的軌跡內(nèi)，高速攪拌器將物料拋起進(jìn)行充分混合。由于旋轉(zhuǎn)混合盤、攪拌耙、高速攪拌器三者之間的逆流相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不僅使物料在料盤中水平移動(dòng)，同時(shí)也作拋起的運(yùn)動(dòng)，從而使物料內(nèi)不同成分發(fā)生高頻變化，保證了高強(qiáng)度混合過(guò)程的進(jìn)行，具有在短時(shí)間內(nèi)均勻混合且有造粒的效果。改變了以往單純的碾壓揉搓作用，可使混合時(shí)間縮短在10min之內(nèi)完成且沒(méi)有顆粒料的二次破碎，也不結(jié)砣。圖9-2高速混練機(jī)示意圖2.等靜壓設(shè)備冷等靜壓工藝是使相同的高壓作用于物體所有表面，它應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域用于提高部件

23、的強(qiáng)度和耐磨性。冷等靜壓是使裝在密封的彈性模具中粉末加壓壓縮的過(guò)程，模具放入壓力缸中，用泵打入液體介質(zhì)，使高壓均勻的作用于模具的所有表面。冷等靜壓的應(yīng)用包括耐火材料工業(yè)的水口，模塊和坩鍋，硬質(zhì)合金，石墨件，陶瓷絕緣子，化工工業(yè)用的管道，鐵氧體，金屬過(guò)濾器，部件預(yù)成型和塑料管，棒等。3.流化干燥床經(jīng)過(guò)造粒后的配合料還有多余的揮發(fā)分，在成型過(guò)程中不僅容易產(chǎn)生裂紋，而且制品的氣孔率也明顯上升。流動(dòng)干燥床的工作原理是用加熱到適當(dāng)溫度的熱風(fēng)使配合料粒子懸浮，以除去多余的揮發(fā)分。流動(dòng)干燥床根據(jù)流態(tài)化原理設(shè)計(jì)。所謂流態(tài)化，是指干燥床內(nèi)床層上的物料受氣流作用，當(dāng)氣流速度達(dá)到一定值以后，固體顆粒就會(huì)產(chǎn)生相互間的

24、位置移動(dòng)，若再增加氣流速度，而床層的壓力損失保持不變，固體顆粒在床層中就產(chǎn)生不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，呈沸騰狀態(tài)，這時(shí)的物料就處于流態(tài)化。流動(dòng)干燥床的熱風(fēng)從床層下部吹入，床層上部的物料在熱風(fēng)作用下處于流態(tài)化，物料與熱風(fēng)進(jìn)行充分的熱交換，既不破壞物料的物理結(jié)構(gòu)又能快速烘干，克服了物料過(guò)分干燥或沒(méi)干透的現(xiàn)象，對(duì)制品質(zhì)量可控性提供了保障。流動(dòng)干燥床由熱風(fēng)室、干燥室、攪拌裝置、機(jī)架、進(jìn)料裝置和出料裝置組成。熱風(fēng)從熱風(fēng)室通過(guò)多孔箅板吹入干燥室，使物料處于流態(tài)化，并進(jìn)行熱交換，使物料干燥，如圖2所示。圖9-3流化干燥床示意圖第二節(jié) 透氣磚隨著煉鋼潔凈度要求的提高，透氣磚吹氬精煉法以其投資少、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)

25、用。透氣磚的使用性能如何，對(duì)于精煉工藝的順利實(shí)施和保證鋼材的質(zhì)量有著重要意義。圖9-4透氣磚使用示意圖1：氬氣管2：透氣塞3：鋼包襯4：鋼包殼5：鋼包渣一 、使用條件及性能要求透氣磚首先要求有良好的透氣性，圖1是透氣磚的使用示意圖，氣體攪拌是它的主要功能，氣體的攪拌功能與氣體流量有如下關(guān)系：E=其中：K氣體的攪拌能，W：Q氣體流量，m3/s：R氣體常數(shù)：T1氣體溫度，K：T2鋼液溫度，K：P1鋼包底壓力，Pa：P2鋼包頂壓力，Pa：因此由上面的公式可以看出，氣體流量越大、鋼包底壓力越小既減壓或真空狀態(tài)下攪拌能越大。通過(guò)透氣塞的氣流速度，隨噴吹壓力的提高而增大，對(duì)毛細(xì)管孔透氣塞而言二者呈對(duì)應(yīng)關(guān)系

26、，但對(duì)于無(wú)向性透氣塞而言，其流速隨其高度的增加而降低。透氣塞上部鋼水中的氣體擴(kuò)散成羽毛狀小氣泡，氣泡在浮力的作用下上升，在0.1-0.3秒內(nèi)膨脹，導(dǎo)致鋼液循環(huán)。當(dāng)通過(guò)透氣磚往鋼水中吹氣體時(shí)，根據(jù)供氣量和氣流速度，形成兩種特有的流動(dòng)形貌既鼓泡和噴射，如圖1所示。鼓泡區(qū)的特點(diǎn)是在噴口處生成單個(gè)的氣泡，當(dāng)氣流量加大時(shí)，首先加快氣泡的形成頻率，而氣泡體積則保持不變。氣量在增大時(shí)氣泡形成頻率保持穩(wěn)定，但氣泡的體積增大，在此階段，與噴口的直徑無(wú)關(guān)。如果氣量在進(jìn)一步的增大，氣流就會(huì)在過(guò)渡階段連成一體，此刻的鼓泡區(qū)將變成一個(gè)以類溝狀射流而噴出的區(qū)，即形成了噴射區(qū)。氣體射流繼而又碎成由許多比表面大的小氣泡組成的

27、卷流，在熔池表面的噴吹點(diǎn)區(qū)，上浮的氣泡形成一股氣流，垂直的鋼水流就圍著此氣流而旋轉(zhuǎn)。圖9-5鼓泡和噴射示意圖透氣磚的工作面與高溫鋼水直接接觸，受高溫鋼水以及不斷流出的冷氣流的影響，產(chǎn)生很大的溫度梯度，且多次使用過(guò)程中的急熱、急冷沖擊，容易導(dǎo)致透氣磚產(chǎn)生裂紋和剝落，因此要求透氣磚材料要具有良好的抗熱震性。當(dāng)氬氣流射入鋼水熔池時(shí)，氣流回?fù)舨_擊透氣磚出口前沿，產(chǎn)生“反沖擊作用”：另外鋼包底部鋼水運(yùn)動(dòng)加劇，氣相與液相相互作用形成湍流，對(duì)透氣磚產(chǎn)生剪切力、沖刷作用，尤其是底吹透氣磚高于包襯時(shí)，其被摧毀的速度更快，因此要求透氣磚要具有良好的抗沖刷性和較好的高溫力學(xué)性能。透氣磚的工作面與鋼水的接觸時(shí)間長(zhǎng)，

28、在整個(gè)使用過(guò)程中，熔渣和熔鋼不斷向磚中滲透，堵塞氣體通道和侵蝕耐火材料。鋼液滲入耐火材料的深度h與耐火材料氣孔直徑r、鋼液與耐火材料的潤(rùn)濕角有關(guān)，其關(guān)系為ghr=2cos，g重力加速度：鋼液表面張力：熔鋼的密度，這也是在設(shè)計(jì)透氣通道大小時(shí)的主要依據(jù)。渣中的CaO、SiO2、Fe2O3等氧化物與透氣磚發(fā)生反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)化合物而發(fā)生侵蝕，因此要求透氣磚不僅要有良好的透氣性、抗熱震性、抗沖刷性，還要具有較好的抗侵蝕性。二 、工藝過(guò)程（一）原料選擇1.主體原料主體原料特別是基質(zhì)部分應(yīng)選擇純度高、耐侵蝕性強(qiáng)的材料，使得透氣磚在高溫?zé)Y(jié)時(shí)形成高熔點(diǎn)化合物，使用時(shí)液相量少且粘度高具有較高的抗渣滲透能力。電

29、熔剛玉、板狀剛玉、電熔尖晶石、電熔氧化鎂等由于具有較好的耐侵蝕性和抗沖刷性，通常被選用作為透氣磚的主體材料，細(xì)粉一般使用易燒結(jié)的氧化鋁質(zhì)微粉。進(jìn)口板狀剛玉由于結(jié)構(gòu)致密、氣孔率低、易燒結(jié)，經(jīng)常被用作透氣磚的主體材料。2.氧化鉻為提高透氣磚的抗侵蝕能力和改善材料的抗熱震性，透氣磚中常常加入一定量的氧化鉻微粉。部分氧化鉻在高溫下與剛玉形成固溶體，強(qiáng)化了基質(zhì)，提高了材料的抗侵蝕性：另外部分氧化鉻進(jìn)入到玻璃相中，有效的提高了玻璃相的粘度，從而使材料的高溫強(qiáng)度得以提高。隨著氧化鉻加入量的增加，材料的高溫強(qiáng)度也隨之提高，但在添加量大于8wt%后對(duì)高溫強(qiáng)度的影響較小，而且氧化鉻價(jià)格較高，過(guò)量引入會(huì)使成本增加較

30、多，所以氧化鉻的添加量應(yīng)小于8wt%，純度為工業(yè)級(jí)。3.結(jié)合劑選用微粉作為結(jié)合劑，選取的原則是微粉的純度高，加入后不會(huì)引入過(guò)多的雜質(zhì)和增加基質(zhì)液相量，且能夠保證耐火材料較高的高溫強(qiáng)度。微粉加入后能有效的置換出澆注料微孔中的游離水，抵抗外力變形的能力變?nèi)酰涸谒?，微粉顆粒會(huì)由于某種原因而帶電荷，帶有同種電荷的微粉顆粒之間的排斥作用使顆粒分散開(kāi)來(lái)，并與細(xì)粉一起形成漿體分散于骨料顆粒之間，從而減少了骨料顆粒之間的摩擦力，改善了澆注料的流動(dòng)性，一般選用燒結(jié)性較好的高純氧化鋁微粉作為主要的結(jié)合劑，并輔以硅微粉、鋁酸鈣水泥等。為保證透氣磚具有優(yōu)良的抗侵蝕性和耐氬氣流較高的反沖擊沖刷性能，細(xì)粉的級(jí)配要合理。

31、4.添加劑為防止透氣磚在燒成過(guò)程和使用過(guò)程中產(chǎn)生較大收縮，致使透氣磚的透氣通道擴(kuò)大造成漏鋼事故，或磚體產(chǎn)生裂紋造成安全事故，需加入一定量的膨脹添加劑，如MgO微粉等。5.分散劑和減水劑為保證在澆注成型時(shí)能獲得較致密的皮提，減少施工水分，在制作過(guò)程中要引入一定量的分散劑和減水劑，并將無(wú)機(jī)和有機(jī)的分散劑和減水劑復(fù)合使用。（二）工藝過(guò)程透氣磚的生產(chǎn)一般采用澆注成型和高溫?zé)上嘟Y(jié)合的工藝，也有采用機(jī)壓成型和高溫?zé)上嘟Y(jié)合的工藝，前者的主要工藝過(guò)程如下：1.配料：原料稱量：將各種顆粒、粉料按一定比例準(zhǔn)確稱量，稱量誤差一般不得大于0.5wt%：2.預(yù)混：顆粒級(jí)配嚴(yán)格，細(xì)粉含量多，為使粉料混合的更加均勻，減

32、少粉料中結(jié)合劑、減水劑等團(tuán)聚現(xiàn)象，在混料前常將細(xì)粉等用混料設(shè)備如球磨罐、錐形混料機(jī)等混合均勻，這樣混出的細(xì)粉組分分布均勻，尤其是含量較少的減水劑等分布更加均勻：3.混料：為將各種原料和結(jié)合劑混合均勻，經(jīng)常采用強(qiáng)制式混練設(shè)備進(jìn)行混練。通過(guò)嚴(yán)格控制加水量，并充分?jǐn)嚢璧玫搅鲃?dòng)性好的泥料。首先將顆粒和預(yù)混好的細(xì)粉加入到混料機(jī)中，攪拌58min，然后加入適量水再攪拌510min即可：4.成型：選用高頻率震動(dòng)臺(tái)，在模具中加料后進(jìn)行振動(dòng)，待振動(dòng)到表面泛漿，氣泡不再溢出為止，這樣可使混合料中的組分排列緊密和充滿模型。成型過(guò)程中須將燒燼物如塑料條加入，以便成型出透氣通道：5.養(yǎng)護(hù)：成型后采取適當(dāng)?shù)拇胧?，促進(jìn)其硬

33、化，當(dāng)加有鋁酸鈣水泥時(shí)應(yīng)在適當(dāng)溫度潮濕的條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，時(shí)間應(yīng)大于24h：6.干燥：首先在空氣中進(jìn)行自然干燥，干燥的時(shí)間應(yīng)大于24h，自然干燥后透氣磚的水分以不大于1wt%為宜。然后將透氣材料放入干燥箱或干燥窯中進(jìn)行干燥，在干燥時(shí)易出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，為此須制定嚴(yán)格的升溫制度、最高干燥溫度以及保溫時(shí)間等：7.燒成：由于原料和基質(zhì)的耐火度較高，出現(xiàn)液相的溫度也較高。為此透氣材料一般在溫度大于1500，氧化氣氛下燒成：8.裝配：將制好的透氣材料與配套材料如座磚等裝配好，準(zhǔn)備發(fā)貨。第三節(jié) 滑板鋼包鋼水澆注控制系統(tǒng)有兩種類型：塞棒水口和滑動(dòng)水口。近年來(lái)隨著鋼液在鋼包內(nèi)精煉和脫氣處理等新技術(shù)的應(yīng)用，需要提高出

34、鋼溫度和延長(zhǎng)鋼液在鋼包內(nèi)的停留時(shí)間，此時(shí)塞棒水口系統(tǒng)已不能適應(yīng)要求，生產(chǎn)中已普遍采用滑動(dòng)水口，這樣可以簡(jiǎn)化鋼包的準(zhǔn)備工作、改善勞動(dòng)條件、節(jié)約耐火材料、加快鋼包的周轉(zhuǎn)，并減少由于塞棒斷頭等造成的事故，為實(shí)現(xiàn)澆注的機(jī)械化和自動(dòng)化創(chuàng)造條件。一 、使用條件及性能要求滑板在使用過(guò)程中首先產(chǎn)生的是熱震損傷，澆鑄時(shí)滑板內(nèi)孔突然與高溫鋼水接觸受到強(qiáng)烈的熱沖擊，在鑄孔外部產(chǎn)生了超過(guò)滑板強(qiáng)度的張應(yīng)力，形成了以鑄孔為中心的輻射狀微裂紋。裂紋的出現(xiàn)為外來(lái)雜質(zhì)的擴(kuò)散、滲透提供了通道，加速了化學(xué)侵蝕：反過(guò)來(lái)化學(xué)反應(yīng)又促進(jìn)了裂紋的形成與發(fā)展，如此循環(huán)使鑄孔擴(kuò)大、損毀。同時(shí)高溫鋼水的沖刷損傷鑄孔耐火材料，并造成剝落。因此，滑

35、板要具有良好的抗熱震性，不僅材料具有較高的抗熱震性，而且合理的滑板結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)熱震性產(chǎn)生一定的影響。熱化學(xué)侵蝕是滑板損毀的主要原因，滑板在使用過(guò)程中接觸鋼水和熔渣，發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)（主要是指鋼中和渣中的CaO、Ca、Mn、MnO、FeO等成分與滑板材料發(fā)生反應(yīng)），造成化學(xué)侵蝕。所以滑板要具有較高的抗侵蝕性，才能滿足高壽命的要求。滑板材料在滑動(dòng)過(guò)程中發(fā)生磨損，特別是當(dāng)滑板有一定的損傷時(shí)，凝固的鋼在滑動(dòng)時(shí)會(huì)加速滑板的磨損。由上面的分析可以看出，高質(zhì)量、長(zhǎng)壽命的滑板必須具有優(yōu)良的抗熱震性、不與鋼液和熔渣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、氣孔率低具有較高的強(qiáng)度等。二 、分類按組成滑動(dòng)水口系統(tǒng)的滑板塊數(shù)分，可分為兩層式和三

36、層式滑動(dòng)水口。兩層式滑板水口系統(tǒng)中有兩塊滑板，即上滑板和下滑板，操作時(shí)，上滑板固定不動(dòng)，通過(guò)下滑板來(lái)進(jìn)行截流和控流，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。三層式滑板水口系統(tǒng)中有三塊滑板，即上滑板、中間滑板和下滑板，操作時(shí)，上、下滑板固定不動(dòng)，通過(guò)移動(dòng)中間滑板來(lái)進(jìn)行截流和控流，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖9-6兩層式滑動(dòng)水口系統(tǒng)圖9-7三層式滑動(dòng)水口系統(tǒng)按操作方式分兩層式滑板又可分為直進(jìn)往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)式，直進(jìn)往復(fù)式滑板在操作過(guò)程中滑板來(lái)回作直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行功能操作。而旋轉(zhuǎn)式滑動(dòng)水口系統(tǒng)由固定盤（上滑板）、旋轉(zhuǎn)盤（下滑板）及固定裝置組成，在固定盤上開(kāi)有一鑄孔，在旋轉(zhuǎn)盤上則開(kāi)有2-3個(gè)不同或相同孔徑的鑄孔。通過(guò)旋轉(zhuǎn)盤做圓周運(yùn)動(dòng)，借助

37、于鑄孔的重合或鋯位來(lái)進(jìn)行功能操作。按滑板用途分類，滑板可分為中間包用滑板和鋼包用滑板。三 、材質(zhì)選擇最初選擇為陶瓷結(jié)合的燒成高鋁質(zhì)滑板，主要以燒結(jié)氧化鋁為原料，高溫?zé)珊蜑r青浸漬，其使用壽命不是很高，主要是材料的抗熱震性和抗侵蝕性都不適應(yīng)嚴(yán)酷的使用條件。隨后發(fā)展的是鋁碳質(zhì)滑板，有不燒和燒成鋁碳滑板。鋁碳滑板以燒結(jié)氧化鋁和合成莫來(lái)石為主要原料，在基質(zhì)部分添加碳組分和防氧化添加劑如金屬鋁、金屬Si、SiC等，加入結(jié)合劑煤瀝青或酚醛樹(shù)脂混練成型。鋁碳滑板較高鋁滑板在使用中具有明顯優(yōu)異的抗熱震性、抗剝落性和抗侵蝕性，在實(shí)際應(yīng)用中迅速取代了高鋁質(zhì)，成為滑板材料的主流。但碳易氧化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疏松，侵蝕性降低

38、。因此在鋁碳質(zhì)滑板的基礎(chǔ)上又開(kāi)發(fā)了鋁鋯碳質(zhì)滑板，采用低膨脹率的Al2O3-SiO2-ZrO2系原料，以斜鋯石、莫來(lái)石、剛玉等為主體原料，碳結(jié)合為結(jié)合相。利用鋯莫來(lái)石中氧化鋯在1000左右的晶型轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的體積效應(yīng)，在晶粒內(nèi)產(chǎn)生微裂紋，大大改善了滑板的抗熱震性：另外ZrO2具有優(yōu)良的抗侵蝕性，鋁鋯碳滑板的抗侵蝕性明顯優(yōu)于鋁碳滑板的抗侵蝕性。隨繼又有鎂質(zhì)、尖晶石、氧化鋯質(zhì)、鎂-碳質(zhì)、尖晶石-碳質(zhì)等滑板出現(xiàn)，分別適用于某些特殊處理鋼種澆注，幾種材質(zhì)的性能比較如表9-1。MgO-C質(zhì)滑板克服了方鎂石滑板抗熱震性差的缺點(diǎn)，在澆鋼溫度高、時(shí)間長(zhǎng)以及鋼水中氧和鈣含量高的條件下，鎂碳質(zhì)滑板也獲得了滿意的使用效果

39、。為提高質(zhì)量，多數(shù)滑板浸漬瀝青增加密度、強(qiáng)度，降低氣孔率。隨著鋯莫來(lái)石、鋯剛玉、金屬、碳化物等原料的引入，石墨的精選，材料的熱震穩(wěn)定性、抗侵蝕性、抗氧化性、熱態(tài)強(qiáng)度等性能得到了優(yōu)化，滑板使用壽命逐步提高。當(dāng)前國(guó)內(nèi)大中型鋼廠基本都選用燒成鋁碳質(zhì)滑板或鋁鋯碳質(zhì)滑板。鎂質(zhì)、尖晶石滑板耐蝕性好，但熱震性差，適于鈣處理鋼，常用于溫度變化比較緩慢的小型滑板或中包滑板。氧化鋯對(duì)低堿度MnO-SiO2渣有較高的抵抗能力，用于鈣處理鋼和高氧鋼。氧化鎂部分穩(wěn)定的氧化鋯質(zhì)滑板具有優(yōu)良的抗渣侵蝕性能，在苛刻的澆注條件下使用，壽命可高達(dá)10次以上。表9-1不同材質(zhì)滑板的理化指標(biāo)項(xiàng)目鋁碳質(zhì)鋁鋯碳質(zhì)鎂碳質(zhì)尖晶石碳質(zhì)氧化鋯質(zhì)

40、體積密度，g/cm32.80-3.003.06-3.182.94-3.092.90-3.154.98-5.35顯氣孔率，%7.5-9.06.0-9.04-96-102-11常溫耐壓強(qiáng)度，MPa130-200150-230130-180160-190150-560高溫抗折強(qiáng)度，MPa（1480）11-1413-1630-4530-369-14熱膨脹率，%（1500）-1.0-1.11.941.261.03化學(xué)成分，%Al2O370-7570-758-1523.7-MgO-80-9075.3-ZrO2-7-10-93-97F.C12-155-103-53-4.50-2.0四、 生產(chǎn)工藝滑板的制造工

41、藝因材質(zhì)不同而有所不同，鋁碳、鋁鋯碳材質(zhì)滑板具有突出的抗熱震性和抗侵蝕性，多年來(lái)一直是所用滑板的主體材料，也是各滑板生產(chǎn)廠家的主導(dǎo)產(chǎn)品。鋁碳、鋁鋯碳滑板通過(guò)專門的滑板生產(chǎn)線生產(chǎn)，在產(chǎn)品上分為不燒和燒成兩種，以燒成滑板為主，除燒成外二者在生產(chǎn)工藝上相同，下面就以燒成鋁碳、鋁鋯碳滑板為例來(lái)說(shuō)明其生產(chǎn)工藝特征。（一）原料鋁碳滑板的主體原料為剛玉和碳素原料，主要添加的輔助原料有鋯剛玉或鋯莫來(lái)石、金屬粉和非氧化物等用以提高和優(yōu)化滑板抗熱震性、抗侵蝕性、抗氧化性等使用性能?；宓男阅苡稍系姆N類及配比，結(jié)合劑、添加劑的選擇及制造工藝過(guò)程和參數(shù)，滑板的結(jié)構(gòu)等因素決定。1.剛玉原料滑板的性能和所用何種品質(zhì)Al

42、2O3相關(guān)，Al2O3含量高，抗侵蝕性好，低時(shí)，抗熱震性好，一般在85-95%，SiO2在5-12%，但目前趨向于減少SiO2含量。因此，剛玉原料是鋁碳滑板最主要的原料，剛玉原料的選擇要求品位要高，雜質(zhì)含量要低，多選用電熔白鋼玉、板狀剛玉、致密剛玉等。鋯莫來(lái)石（ZM）或鋯剛玉（ZA）為生產(chǎn)高檔次鋁鋯碳滑板所引入的主要材料，ZA或ZM具有比剛玉低的熱膨脹率和高的抗侵蝕性，其作用是提高滑板的抗侵蝕性和抗熱震性，以進(jìn)一步提高滑板的使用壽命。2 .碳素原料碳具有良好的高溫性能，在鋁碳滑板中起著提高抗渣蝕和抗熱震性的作用和一定的高溫潤(rùn)滑作用，抗侵蝕性和抗熱震性提高程度與石墨加入量成正比。石墨地加入使不燒

43、或燒成鋁碳滑板主要性能有所提高，使用壽命高于高鋁滑板。碳成分可由石墨，焦油，焦碳，或碳黑等引入，天然鱗片石墨抗氧化性好，碳黑等活性高，易和鋁。硅等添加劑反應(yīng)填充氣孔以改善性能，所以采用兩種碳更好些，一般碳含量為8-15%。3 .金屬和非氧化物添加劑它們的主要作用是防氧化，同時(shí)還可起到提高強(qiáng)度的作用。添加劑有金屬和非氧化物，常采用的有硅粉，金屬鋁粉，碳化硅，炭化硼等。由于在燒成過(guò)程中的反應(yīng)他們對(duì)滑板的性能和顯微結(jié)構(gòu)有重要影響，一是金屬添加物反應(yīng)生成的碳化物或氮化物形成一定的陶瓷結(jié)合，提高滑板的強(qiáng)度：另外金屬添加物反應(yīng)生成的碳化物或氮化物提高滑板的抗氧化性，添加物或其在滑板燒成時(shí)的反應(yīng)生成物在使用

44、時(shí)先于石墨氧化，起到延緩石墨氧化的作用。幾種添加劑在燒成和氧化氣氛下的反應(yīng)如下所示。同時(shí)加入Al，Si，非氧化物的生成溫度會(huì)降低。影響效果為：反應(yīng)生成物填充空隙降低氣孔率：反應(yīng)生成物保護(hù)了碳結(jié)合和提供了一定程度的陶瓷結(jié)合，益于提高強(qiáng)度，在一定范圍內(nèi)隨金屬加入量增加而增加：抑制石墨氧化，部分解決由于石墨氧化而引發(fā)的一系列破壞性作用碳氧化后強(qiáng)度降低不耐沖刷，氣孔增加鋼液滲入易于表面拉毛等。4 .結(jié)合劑采用酚醛樹(shù)脂為結(jié)合劑，酚醛樹(shù)脂結(jié)合劑潤(rùn)濕性好，流動(dòng)性好，是一種較合適的結(jié)合劑。（二）工藝過(guò)程1.稱量：原料稱量：將各種顆粒、粉料按一定比例準(zhǔn)確稱量，稱量誤差一般不得大于0.5wt%；2.預(yù)混：其目的是

45、讓微量添加劑充分分散均勻。燒成鋁炭滑板的燒結(jié)，主要是基質(zhì)部分細(xì)粉和微粉的燒結(jié)，在混合過(guò)程中，若有助于燒結(jié)的微量添加劑不均勻，不但添加劑失效，而且因熱應(yīng)力不均使產(chǎn)品產(chǎn)生局部裂紋；3.混練：在強(qiáng)制混練機(jī)中混練?；炝系囊话沩樞?yàn)椋簩㈩w粒和結(jié)合劑放入混練機(jī)中混合5min左右，然后放入細(xì)粉混練5min左右，放入石墨、添加劑等其它組分混練20min，總混練時(shí)間不得小于30min；4.困料：將混好的料放置一定時(shí)期，增加料的塑性利于成型；5.成型：大噸位液壓機(jī)或摩擦壓磚機(jī)：采用小孔成型后再擴(kuò)孔、二面加壓新工藝，不僅可以提高滑板鑄孔周圍密度，又解決成型層裂；6.燒成：通常埋碳保護(hù)燒成，燒成溫度一般在1350-1

46、450；7.油浸：該工藝可起到防止滑板裂紋，防止滑動(dòng)水口機(jī)構(gòu)吸入空氣，減小滑板間摩擦力，增強(qiáng)材料結(jié)合強(qiáng)度。由于燒成鋁炭滑板體積密度高，顯氣孔率較低，非真空敞開(kāi)式煮沸法很難浸漬，通過(guò)高壓真空浸漬，不僅能增炭，而且可改善磚的物理性能和使用性能；干餾處理：滑板浸漬瀝青后，使用時(shí)瀝青熔化流淌，粘住滑板和機(jī)構(gòu)，揮發(fā)黃煙，污染環(huán)境，因此必須進(jìn)行干餾炭化處理。掌握合適的干餾溫度和保溫時(shí)間，達(dá)到最佳效果。8.加工：對(duì)滑板進(jìn)行鉆孔處理和表面磨光、磨平；9.打箍：將非工作面用鐵皮箍緊，防止使用時(shí)開(kāi)裂，增加滑板的抗熱震性；10.涂潤(rùn)滑劑：從改善滑板表面平整度、光滑度出發(fā)，在滑板表面涂覆含石墨的潤(rùn)滑劑；11.檢驗(yàn)：對(duì)

47、外觀尺寸、缺棱深度、裂紋長(zhǎng)度、滑動(dòng)面平整度、凹坑等進(jìn)行檢查；12.成品：經(jīng)檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品進(jìn)行包裝、分類，準(zhǔn)備運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)使用。第四節(jié) 定徑水口定徑水口是小方坯連鑄用關(guān)鍵耐火材料，其性能優(yōu)劣直接影響連澆時(shí)間。當(dāng)前普遍采用的是鋯質(zhì)材料，鋯含量不同，其使用壽命也由5-6小時(shí)至15小時(shí)以上不等。定徑水口是利用其孔徑的大小來(lái)控制鋼水流速，鋯質(zhì)定徑水口失效的直接原因是擴(kuò)徑，定徑水口擴(kuò)徑后，鑄坯拉速加快，造成鑄坯質(zhì)量下降，引發(fā)拉漏事故。提高ZrO2含量，減少雜質(zhì)含量，提高致密度，減少氣孔率，有助于提高抗侵蝕性和抗沖刷性，提高使用壽命。一 、使用條件及性能要求安裝好的定徑水口在使用前要同中間包一起進(jìn)行烘烤，烘烤溫

48、度視鋼廠的烘烤條件而定，一般要大于1000，烘烤條件不好的鋼廠，溫度只能達(dá)到800-900。使用時(shí)溫度為1500左右的鋼水直接與定徑水口接觸，對(duì)定徑水口造成強(qiáng)烈的熱沖擊，因此要求定徑水口具有良好的抗震性，否則在使用時(shí)會(huì)發(fā)生炸裂，直接影響澆鑄的進(jìn)行。鋼水在定徑水口中的流速可高達(dá)4m/s，對(duì)定徑水口內(nèi)孔產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷，使水口直徑擴(kuò)大，引起拉速的加快甚至引發(fā)漏鋼等事故，故要求定徑水口的抗鋼水沖刷性要好。定徑水口材質(zhì)與鋼水接觸時(shí)，鋼水中的夾雜物（如Al2O3、CaO、SiO2、MgO、Fe、Mn等）與氧化鋯反應(yīng)使之分解，生成非常細(xì)小的氧化鋯顆粒和多元液相發(fā)生化學(xué)侵蝕，并進(jìn)而隨鋼液流走使定徑水口發(fā)生擴(kuò)徑

49、。因此對(duì)定徑水口的質(zhì)量要求是：抗沖刷，耐侵蝕，熱震穩(wěn)定性好。二 、定徑水口設(shè)計(jì)原理通過(guò)控制中間包內(nèi)鋼水液面在小范圍波動(dòng)和固定定徑水口孔徑的大小來(lái)達(dá)到控制拉速的目的，定徑水口的直徑是小方坯連鑄時(shí)控流的主要手段。從中間包水口流出的鋼水量的計(jì)算為:又流出的鋼水量與拉坯量相等，得到：Q=abv二式聯(lián)立得式中，d中間包定徑水口直徑a、b分別為結(jié)晶器內(nèi)腔橫斷面的寬度和厚度，cmv拉坯速度，cm/min：h中間包鋼液面高度，cm：g重力加速度，9.8×100×（60）2cm/min2c系數(shù)，c=：流量系數(shù)，鎮(zhèn)靜鋼取0.97-0.86（硅鋼、高碳鋼等取上限，低碳鋁鎮(zhèn)靜取下限）水口初始截面的

50、變化系數(shù)，初始時(shí)=1可以看出，在設(shè)計(jì)定徑水口直徑時(shí)，要考慮到連鑄參數(shù)如鑄坯寬度、厚度、拉坯速度、中間包液面高度等因素，鋼種也是影響直徑設(shè)計(jì)的因素之一。由上式還可以看出，在其它條件不變的情況下，定徑水口直徑的增加會(huì)使拉坯速度增加，說(shuō)明在使用過(guò)程中水口直徑的擴(kuò)大會(huì)導(dǎo)致拉坯速度的增加，而如果保持拉坯速度不變，那么降低中間包液面的高度是唯一可行的保持澆鑄進(jìn)行的方法。三 、定徑水口分類（一）按生產(chǎn)工藝分類目前我國(guó)使用的普通鋯質(zhì)定徑水口，根據(jù)其生產(chǎn)工藝，可分為全均質(zhì)定徑水口、直接復(fù)合定徑水口、振動(dòng)成型定徑水口和鑲嵌式定徑水口四種。1.全均質(zhì)定徑水口 圖9-8全均質(zhì)定徑水口示意圖圖2直接復(fù)合定徑水口示意圖全

51、均質(zhì)定徑水口如圖9-8所示。主要由鋯英石和氧化鋯按一定比例直接混合后，經(jīng)成型、干燥、燒結(jié)而制成。燒成溫度為1620-1650。其特點(diǎn)是組成、性能和結(jié)構(gòu)比較均勻，可靠性較好，但成本較高。2.直接復(fù)合定徑水口為降低成本，普通鋯質(zhì)定徑水口可以做成直接復(fù)合型，如圖9-9所示。水口本體由鋯英石制成，水口定徑端的內(nèi)孔部位（工作面）由鋯英石和氧化鋯復(fù)合制成。復(fù)合部位的氧化鋯含量為72-78。本體和復(fù)合部位同時(shí)成型，一次燒成，燒成溫度為1620-1650。此種水口的成本比全均質(zhì)定徑水口低得多。由于水口本體和復(fù)合部位是同時(shí)成型和燒成，復(fù)合部位在使用時(shí)不會(huì)脫落。但是，由于氧化鋯在11001250會(huì)發(fā)生馬氏體相變并

52、伴有體積變化，容易導(dǎo)致水口在使用時(shí)出現(xiàn)炸裂。因此，生產(chǎn)這種水口必須使用穩(wěn)定氧化鋯且含量不宜太高。由于穩(wěn)定氧化鋯與鋯英石的熱膨脹系數(shù)仍不一致，水口在使用時(shí)還可能會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂。3.振動(dòng)成型定徑水口振動(dòng)成型定徑水口由水口芯、水口本體和鐵皮外殼組成，如圖3所示。水口芯由鋯英石和氧化鋯復(fù)合制成，燒成溫度與全均質(zhì)水口相同，水口本體為高鋁料。該水口的制作方法是先將水口芯做好，然后將水口芯、高鋁料和鐵皮外殼用振動(dòng)加壓的辦法成型在一起。成型好的水口不用再燒結(jié)，只需烘干。此種水口具有成本低、水口芯不易脫落的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)因鐵皮外殼熔化而漏鋼。 圖9-9振動(dòng)成型定徑水口示意圖 圖9-10鑲嵌式定徑水口示意圖

53、4.鑲嵌式定徑水口鑲嵌式定徑水口如圖9-10所示。水口本體（外套）由高鋁料制成，水口芯由鋯英石和氧化鋯復(fù)合制成。水口本體和水口芯分別制作，然后用耐火泥將二者粘結(jié)在一起。其特點(diǎn)是比全均質(zhì)水口成本較低，比直接復(fù)合定徑水口熱穩(wěn)定性好，如果粘結(jié)不好，長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)水口芯脫落。（二）按鋯含量分類根據(jù)定徑水口中氧化鋯含量的不同，可分為65（氧化鋯含量65wt%）、75（氧化鋯含量75wt%）、85（氧化鋯含量85wt%）和95（氧化鋯含量95wt%）四種類型，其中65、75、85為普通定徑水口，其原料以鋯英石和氧化鋯為主，燒成溫度為1620-1650。95型為氧化鋯材質(zhì)，近年來(lái)隨著中間罐鎂質(zhì)涂料尤其是

54、干式料的推廣應(yīng)用，大部分鋼廠中間罐的使用壽命明顯提高，普通鋯質(zhì)定徑水口已不能滿足使用要求，必須使用抗侵蝕性更好的氧化鋯定徑水口。目前澆鋼用的抗侵蝕性最好的材料是氧化鋯。由于氧化鋯在11001250會(huì)發(fā)生馬氏體相變并伴有體積變化，因此純氧化鋯不能用做制品。氧化鋯定徑水口一般都用氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯制成，也有使用氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯材料。氧化鋯定徑水口的燒成溫度較高，約1800。在燒成條件不具備時(shí)，可采用加入燒結(jié)劑的辦法，將燒成溫度降至16501700。但低溫（<1700）燒成的氧化鋯定徑水口的抗侵蝕性比高溫?zé)傻牟?。由于氧化鋯原料較貴，且燒成溫度高，因此生產(chǎn)成本高、價(jià)格貴。為降低成本，氧化

55、鋯定徑水口一般做成鑲嵌式，即水口外套用較便宜的高鋁料或鋯英石制成，水口芯（工作面）用氧化鋯制成。氧化鋯定徑水口可以實(shí)現(xiàn)多爐連澆，其使用時(shí)間可以10h。（三）按臨界粒度分類根據(jù)所用原料顆粒的大小，95型氧化鋯定徑水口可以分為粗顆粒型、細(xì)顆粒型和陶瓷型三種。1.粗顆粒氧化鋯定徑水口：氧化鋯的最大粒度可達(dá)2mm。由于顆粒較粗，水口的熱穩(wěn)定性很好，使用時(shí)不會(huì)出現(xiàn)炸裂，但強(qiáng)度較低。與其它耐火材料相比，這種水口的抗侵蝕性很好，其使用時(shí)間為814h。2.細(xì)顆粒氧化鋯定徑水口：氧化鋯的粒徑50m。因原料較細(xì)，水口的組織結(jié)構(gòu)比較均勻，顯氣孔率明顯比粗顆粒水口的低，因而抗侵蝕性比粗顆粒水口好，但熱穩(wěn)定性差一些。其

56、使用時(shí)間為1520h。3.陶瓷型氧化鋯定徑水口：近幾年，隨著連鑄技術(shù)水平的發(fā)展，有些鋼廠連澆時(shí)間可以20h，粗顆粒水口和細(xì)顆粒水口均不能滿足使用要求，必須使用氧化鋯陶瓷定徑水口。致密氧化鋯陶瓷定徑水口的粒徑5m，顯氣孔率5。這種水口的強(qiáng)度非常高，但熱穩(wěn)定性差，使用不當(dāng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)水口炸裂。在生產(chǎn)和使用這種水口時(shí)，必須采取措施，以降低水口開(kāi)澆時(shí)所受的熱應(yīng)力，如采用薄壁水口內(nèi)芯制成鑲嵌式水口和提高開(kāi)澆前水口的烘烤溫度等。氧化鋯陶瓷定徑水口的優(yōu)點(diǎn)是鋼水流動(dòng)均勻使鑄機(jī)拉速穩(wěn)定，連澆時(shí)間可以20h，由于連澆時(shí)間長(zhǎng)，不必頻繁更換中間罐，減少損耗和停機(jī)（準(zhǔn)備）時(shí)間，提高鑄機(jī)的效率。不同類型的氧化鋯定徑水口（水口

57、芯）的性能如表2所示。目前，我國(guó)大部分鋼廠的連澆時(shí)間15h，從表2可知，粗顆粒氧化鋯定徑水口可以滿足使用要求，此種水口我國(guó)已研制開(kāi)發(fā)成功，目前國(guó)內(nèi)尚未生產(chǎn)氧化鋯陶瓷定徑水口。表2不同類型氧化鋯定徑水口性能項(xiàng)目粗顆粒型細(xì)顆粒型陶瓷型體積密度/g/cm34.64.95.3-5.7顯氣孔率/%18103-5顆粒尺寸/m20-20003-1003-5耐壓強(qiáng)度/MPa2560300抗侵蝕性很好很好極好抗沖刷性好很好極好熱穩(wěn)定性好中差使用時(shí)間/h8-1415-20>2四、 生產(chǎn)工藝（一）原料主體原料選用鋯英石砂、斜鋯石和電熔氧化鋯等。鋯英石熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱性好、熱膨脹性低，難與酸發(fā)生作用，也不易與熔融金屬潤(rùn)濕和與之發(fā)生反應(yīng)，對(duì)渣、玻璃液都具有良好的抵抗性，因此可被用以制造抗侵蝕性好、抗熱震性優(yōu)良的定徑水口。氧化鋯是一高熔點(diǎn)化合物，在11001250會(huì)發(fā)生馬氏體相變并伴有體積變化，因此需加入穩(wěn)定劑MgO、CaO、Y2O3等。在CaO做穩(wěn)定劑的部分穩(wěn)定氧化鋯中，CaO的加入量通常為-或更多些：MgO做穩(wěn)定劑時(shí)，氧化鋯長(zhǎng)期處在1000-1400溫度下會(huì)發(fā)生分解：Y2O3的穩(wěn)定效果最好，并且容易制造，但Y2O3為稀土礦物，價(jià)格昂貴，一般很少采用，但有