滑动水口用耐火材料又称滑板,它是连铸控流系统的关键元件。滑板砖是滑动水口的关键组成部分,是直接控制钢水、决定滑动水口功能的部件。滑板的制造工艺与以前的耐火材料不同,它具有钢水注入功能和流量调整功能,砖的制造除了混炼、成型、烧成、检查 这些工序以外,还有滑动面的机械加工、安装加工及外部整体调整工序。在使用过程中,由于需要长时期承受高温钢液的化学侵蚀和物理冲刷、激烈和瞬变的热冲击和机械磨损作用,使用条件极为苛刻。
同时,为实现自由开闭钢流,滑动面平整度及其板型尺寸均需严格要求。因此滑板必须具有对钢水和炉渣较强的抗侵蚀性和冲刷性;高的高温强度和耐磨性、良好的抗热震性及抗氧化性等特性。现在国内外绝大多数钢包、中间包都装上了滑动水口系统。
滑动水口系统是由滑动机构、上水口、滑板、下水口组成。滑板分上滑板和下滑板,滑板形状取决于机构的要求形状,上、下滑板外形尺寸相同,则可以互用,尺寸不同,不能互用。
钢包滑动水口示意图
滑板的侵蚀机理
1 热机械蚀损
滑板在使用过程中首先产生的是热机械蚀损,滑板在使用前的温度很低,浇注时,滑板内孔突然与高温钢水(1600℃)接触而受到强烈热震(温度变化约在1400℃),因此在 铸孔外部产生了超过滑板强度的张应力,导致形成以铸孔为中心的辐射状的微裂纹。裂纹的出现有利于外来杂质的扩散、集聚和渗透,更加速了化学侵蚀。同时,化学侵蚀反应又促进裂纹的形成与扩展,如此循环,使滑板铸孔逐步扩大、损毁。而且高温钢水的冲刷会损伤与钢摩擦部位的耐火材料,并造成剥落、掉块。
2 热化学侵蚀
热化学侵蚀是滑板损毁的另一主要原因。滑板用耐火材料在使用过程中接触高温钢水和炉渣,发生一系列化学反应,造成化学侵蚀。依据不同钢种对滑板的化学损毁机理不同,宝钢现生产的钢种可分为三类,即镇静钢、高氧高锰钢、钙处理钢。再依据不同的使用条件,选择相应材质的滑板,这样可提高滑板的使用寿命,降低耐材成本。
Al2O3-C和ZrO2-Al2O3-C质滑板损毁的化学机理:
(1) 碳的氧化。石墨和碳的氧化主要有两种途径:一是钢水特别是高氧钢种中的氧气氧化碳素而形成气孔,然后铁渗入气孔并使滑板表面黏附钢液;二是空气中的氧气氧化碳素和钢水,生成低熔物后,低熔物沿气孔继续侵蚀渗透。
(2) 莫来石的分解。莫来石在使用后均不同程度地发生了分解,转化为柱状和晶状的刚玉晶体,形成多孔结构,破坏了原有的莫来石与斜倍石组成的致密的共晶结构,使结构疏松,组织恶化,强度和耐蚀性大大下降,加速了滑板的损毁。
(3) (Mn)、(Fe)对滑板的侵蚀。滑板中SiO2与钢和熔渣中的FeO、MnO反应形成 低熔点矿物相 2FeO·SiO2( 1205℃)、MnO·SiO2( 1291℃)。
(4) (Ca)对滑板的损毁。Al2O3·SiO2与钢和熔渣中的CaO反应形成低熔点的2CaO·Al2O3·SiO2( 1327℃)和 12CaO·7Al2O3( 1392℃)。
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