一種帶凹槽的鋼包下水口的研制及應(yīng)用

郝立可，姚春戰(zhàn)，王文寰，曹力超，紀(jì)建東

（唐山市國亮特殊耐火材料有限公司，河北 唐山063021）

滑動水口是連鑄機(jī)澆鑄過程中鋼水的控制裝置，能夠精確地調(diào)節(jié)從鋼包到連鑄中間包的鋼水流量，使流入和流出的鋼水達(dá)到平衡，從而使連鑄操作更容易控制，是鋼鐵冶煉中不可缺少的部分。

目前復(fù)合滑板[1]由于成本優(yōu)勢得到廣泛推廣，復(fù)合滑板即與鋼水接觸部位（工作面料）使用酚醛樹脂結(jié)合，剛玉為骨料，基質(zhì)引入氧化鋁微粉、金屬鋁粉和石墨及其他微量添加劑。其他部位（非工作面料）則使用磷酸二氫鋁為結(jié)合劑，高鋁料為骨料，基質(zhì)引入高鋁粉、碳化硅等耐火原材料。通過壓力成型，使工作面料與非工作面料很好地結(jié)合在一起，經(jīng)過一定工序后發(fā)往鋼廠進(jìn)行使用。

此種復(fù)合滑板在連鑄澆鋼過程中，由于滑板工作面料在高溫下線膨脹[2]要大于非工作面料，滑板受到上方鋼水巨大靜壓力只能向下膨脹，導(dǎo)致鑄孔周圍工作面料凸起，下滑板鑄孔周圍工作面料對下水口母口產(chǎn)生不同的應(yīng)力，下水口母口周圍由于應(yīng)力不均，易導(dǎo)致下水口上部產(chǎn)生裂紋，有較高的事故率[3]。在本工作中，研究了下水口模具優(yōu)化[4]后生產(chǎn)出的新型優(yōu)質(zhì)下水口，減小了下水口母口處的應(yīng)力，從而降低了其產(chǎn)生裂紋的概率，提高了使用安全系數(shù)。

1 設(shè)計水口圖紙和模具圖紙

原有的滑板和下水口的配合是由子口和母口直接相互配合，通過膠泥餅或者火泥[5]填充二者之間的空隙，如圖1所示。

圖1 原滑板與水口的配合示意圖

由于復(fù)合滑板的鑄孔周圍與其他位置的材質(zhì)不同，在高溫環(huán)境[6]中使用時，產(chǎn)生的膨脹效果也不同，工作面料[7]的膨脹系數(shù)大于非工作面。為了減小滑板對下水口帶來的不同應(yīng)力，設(shè)計帶凹槽的下水口，在下滑板的工作面料與下水口之間留有一定的空隙，其與滑板配合如圖2所示。在高溫環(huán)境中使用時，下滑板的工作面料由于膨脹系數(shù)較大，膨脹大于非工作面，但是由于下滑板的工作面料處與下水口之間存在空隙，下滑板的工作面料會先向空隙處進(jìn)行膨脹，然后再對下水口產(chǎn)生應(yīng)力，從而使下滑板的工作面料處與非工作面料處對下水口產(chǎn)生的力比較均勻，降低了下水口產(chǎn)生裂紋的概率。

圖2 滑板與下水口母口帶凹槽配合示意圖

為了生產(chǎn)母口帶有凹槽的下水口，需要對下水口進(jìn)行重新設(shè)計，使凹槽的大小與滑板的工作層和非工作層相配合，母口帶凹槽的下水口模具如圖3所示。

圖3 母口帶凹槽的下水口模具結(jié)構(gòu)示意圖

2 生產(chǎn)與試用

2.1 主要原料

以高鋁礬土、莫來石、白剛玉、碳化硅、石墨、酚醛樹脂為主要原料，原料的化學(xué)成分見表1。

表1 原料的化學(xué)成分 （w%）

2.2 試驗過程

按照試驗計劃進(jìn)行配料700 kg，混煉時先將骨料放進(jìn)行星式混煉機(jī)中，干混2 min后放入適量的酚醛樹脂結(jié)合劑，濕混幾分鐘后放入粉料進(jìn)行混煉，根據(jù)泥料的性能控制混煉時間，總混煉時間控制在40 min左右，出碾后放在困料室進(jìn)行困料，困料室的溫度和濕度都應(yīng)控制在相應(yīng)的范圍內(nèi)。

2.3 產(chǎn)品的成型

泥料在困料室中放置約1 d時間，有經(jīng)驗的員工根據(jù)經(jīng)驗，判斷泥料的可用性，滿足使用條件的泥料方可以用來成型試驗用下水口，成型時使用630T摩擦壓力機(jī)機(jī)壓成型，按照先輕后重的方法，使下水口中的空氣盡可能排出，保證其體積密度。使用新的下水口模具成型母口帶凹槽的下水口30塊，做上標(biāo)記①；再使用原有的母口不帶凹槽的下水口模具成型30塊，在窯車上碼放整齊，做上標(biāo)記②，作為對比，驗證下水口的母口處加凹槽是否對其使用有減小應(yīng)力，增強使用效果。將濕坯自然干燥數(shù)小時后，將放置下水口的窯車推入干燥窯中，按照升溫曲線進(jìn)行升溫，置于200℃下干燥，待溫度冷卻后，即可將窯車推出，通過觀察，兩種不同下水口外觀比較光滑，孔內(nèi)無裂紋，說明母口處加凹槽，對生產(chǎn)過程基本不會產(chǎn)生影響。

2.4 制品的理化性能

產(chǎn)品出窯后，分別對兩種產(chǎn)品各取一塊進(jìn)行切割，按照GB/T 10325、GB/T 7321的取樣、制樣規(guī)定將其制成40 mm×40 mm×40 mm的標(biāo)準(zhǔn)樣塊，按照GB/T 5072、GB/T 2997的規(guī)定對樣塊進(jìn)行常溫物理指標(biāo)測試，各項檢測數(shù)據(jù)見表2。

表2 兩種母口處不同的下水口常溫指標(biāo)

數(shù)據(jù)表明：下水口的母口做成帶凹槽型式，對產(chǎn)品的常溫耐壓強度、顯氣孔率和體積密度不會產(chǎn)生影響。

2.5 鋼廠試用

生產(chǎn)出的下水口在唐山某鋼廠進(jìn)行試用，現(xiàn)場煉鋼環(huán)境為：180 t鋼包，鋼種主要為Q195L和Q235，LF全程精煉。水口使用兩次后出現(xiàn)母口處裂紋出洞事故，后降為單滑使用。進(jìn)行改進(jìn)后下水口裂紋出洞問題消失，冷裂紋也明顯減少，效果較好，可穩(wěn)定兩滑使用。使用后數(shù)據(jù)結(jié)果見表3。

表3 下水口試用結(jié)果

通過現(xiàn)場試用數(shù)據(jù)的對比，母口處加凹槽的下水口在使用過程中，使用次數(shù)增多，孔徑處炸裂概率降低，母口處加凹槽對下水口使用過程中的擴(kuò)徑基本上沒有影響，滑板水口使用后照片見圖1、圖2。

圖1 下水口改進(jìn)前、后現(xiàn)場照片

圖2 下滑板使用前、后照片

后續(xù)又在唐山某鋼廠進(jìn)行了擴(kuò)大試驗，現(xiàn)場煉鋼環(huán)境為：鋼包裝容量250 t，使用500系列B型機(jī)構(gòu)，全程精煉。原現(xiàn)場問題為：下水口上部經(jīng)常出現(xiàn)炸裂出紋現(xiàn)象，部分單次使用。使用改進(jìn)下水口后，現(xiàn)場已穩(wěn)定兩滑，部分三滑使用，連滑率從1.4提升到1.9，得到了鋼廠的認(rèn)可，現(xiàn)已全面推廣使用。

從上述兩個不同使用環(huán)境的鋼廠試驗結(jié)果可以看出：使用改進(jìn)后帶凹槽的新型下水口，降低了下水口孔徑處產(chǎn)生裂紋的概率，提高了安全系數(shù)，使現(xiàn)場連滑率得到顯著提升，產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定，提高了使用率，降低了工人的勞動強度，同時也降低了成本，增加了經(jīng)濟(jì)效益。特別是在大型鋼包上使用時，鋼水靜壓力更大，更能體現(xiàn)該新型下水口使用過程中的優(yōu)越性，使耐材更加適用現(xiàn)場的生產(chǎn)節(jié)奏。

3 結(jié)語

通過對下水口模具的優(yōu)化改進(jìn)，使生產(chǎn)出的下水口母口位置形成一個環(huán)形凹槽，可以有效吸收復(fù)合下滑板因高溫膨脹對下水口母口產(chǎn)生的壓力，使下水口均勻受力，從而降低下水口出現(xiàn)裂紋的概率，提高使用安全系數(shù)。

改進(jìn)后的下水口在鋼廠使用效果明顯優(yōu)于原有下水口，提高了下水口使用質(zhì)量，有效解決了原有問題，使連滑率得到有效提升，受到現(xiàn)場的一致好評，也降低了成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。