添加劑對連鑄用浸入式水口抗渣侵蝕性能影響的研究

許 棟

（包鋼集團(tuán)稀土鋼板材廠， 內(nèi)蒙古 包頭 014010）

浸入式水口是連鑄過程中“三大件”耐火材料之一，作為連鑄保護(hù)澆鑄重要組成部分，最早使用的浸入式水口是石英質(zhì)水口，但石英質(zhì)水口水口抗侵蝕性相對較差。后來逐步被鋁碳質(zhì)水口替代，鋁碳水口較石英質(zhì)水口在抗侵蝕、抗熱震性等性能上有了很大的提高，隨著連鑄技術(shù)的發(fā)展，連鑄用耐火材料為了適應(yīng)澆鑄速度加快，保護(hù)渣黏度降低，渣線蝕損加劇等情況，于是發(fā)展出了一種鋁碳—鋯碳質(zhì)復(fù)合浸入式水口[1]。

結(jié)晶器中隨著鋼水液面不斷上下波動，耐火材料的侵蝕也隨之加劇。當(dāng)渣—鋼液界面向下運(yùn)動時，浸入式水口外壁和鋼液之間形成渣膜，浸入式水口材料中的氧化物溶解于渣膜中，使水口外壁石墨曝露出，石墨被難潤濕的渣膜排斥，而被潤濕性較好的鋼液所潤濕。當(dāng)渣—鋼液界面向上運(yùn)動時，由于容易被鋼液溶解的石墨與鋼液直接接觸，導(dǎo)致石墨易被氧化。渣—鋼液界面再次向下運(yùn)動時，水口外壁再次形成渣膜。這一過程連續(xù)循環(huán)發(fā)生，所以局部侵蝕會連續(xù)發(fā)生[2]。

研究發(fā)現(xiàn)，造成水口被侵蝕的主要原因是水口中石墨被氧化[3]，因此，采用加入抗氧化添加劑的方法，來提高水口的抗氧化性，從而達(dá)到提高其抗侵蝕性的目的。1 實(shí)驗(yàn)

1.1 物理性能實(shí)驗(yàn)（見表1）

將試樣顆粒與細(xì)粉按6∶4比例混合，用酚醛樹脂作為結(jié)合劑，在速混煉機(jī)中造粒，造粒后在等靜壓機(jī)120 MPa下壓制成型，試樣經(jīng)過180℃8 h固化及980℃高溫?zé)珊筮M(jìn)行物性指標(biāo)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表1 實(shí)驗(yàn)原料配比 %

表2 試樣物理性能測試

由表2可以得出，4組試樣在物理性能上均能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，滿足浸入式水口渣線部位使用要求，但綜合比較，可以看出3號試樣性能指標(biāo)要優(yōu)于其他3組。

1.2 抗侵蝕性能試驗(yàn)

為了驗(yàn)證試驗(yàn)料的使用性能，通過以3號組配方為渣線料的產(chǎn)品和目前某鋼廠在用產(chǎn)品用在同一中包的兩流上進(jìn)行使用對比（見下頁圖1）。對比結(jié)果表明：試驗(yàn)水口渣線部位材料的平均侵蝕速率為1.56 mm/h，目前在用產(chǎn)品的平均侵蝕速率為 1.73 mm/h。在針對不同鋼種的（Q235B、SPHC、DC03等）試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)水口渣線料的侵蝕速率均低于目前現(xiàn)用水口的侵蝕速率。

圖1 兩種產(chǎn)品的使用后對比

2 使用后材料的性能對比

為了更加深入研究添加劑對于渣線部位材料抗侵蝕性能的影響，對使用過后的以3號配方為渣線部位材料的水口和目前鋼廠在用材料的水口進(jìn)行了顯氣孔率和體積密度對比分析。對使用后的3號試樣與鋼廠在用水口進(jìn)行對比分析見表3。

表3 用后水口試樣的顯氣孔率和體積密度測試結(jié)果

由表3可知，添加了添加劑的產(chǎn)品在使用后的顯氣孔率要低于在相同使用條件下在用水口的顯氣孔率。較低的顯氣孔率有效阻止了鋼中渣液侵入耐火材料內(nèi)部，提高了材料的抗侵蝕性。

3 結(jié)語

在板坯連鑄機(jī)進(jìn)行的使用試驗(yàn)結(jié)果表明，添加3%Mn添加劑試驗(yàn)樣在抵抗保護(hù)渣侵蝕鋁鋯碳質(zhì)水口渣線部位明顯優(yōu)于鋼廠目前的在用材料。由于金屬錳能使渣線材料中石墨表面的活性碳、結(jié)合劑中的殘?zhí)忌商继季W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了材料的強(qiáng)度和抗熱震性，另一方面金屬錳在較低的溫度下就與氧反應(yīng)生成MnO，MnO與材料中的氧化物反應(yīng)，在高溫下生成硅酸鹽熔體，這些硅酸錳熔體有效地保護(hù)了石墨不被氧化，提高了材料的抗氧化性，從而提升浸入式水口渣線部位抗保護(hù)渣侵入的能力。