几种不同材质的连铸用水口滑板性能特点与应用发展

1.高铝质滑板：

20世纪80年代以前我国炼钢以平炉为主，也有转炉及部分电炉，后接模铸钢包容量小、浇钢时间短，基本没有连铸和炉外精炼。

几种不同材质的连铸用水口滑板性能特点与应用发展

这时的滑板生产和普通高铝质砖的生产工艺相仿，以矾土熟料为主原料，经高温烧成形成莫来石结合相，然后再浸沥青。

这种高铝滑板满足了当时我国小型钢包模铸的需要，但存在以下缺点：

(1)抗侵蚀性差，滑动面和铸口侵蚀严重。

(2)热震稳定性差，使用中易产生裂纹。

2.铝碳质滑板：

铝碳质滑板经历了不烧铝碳质和烧成铝碳质。20世纪80年代初，国内开始开发Al2O3-C质滑板。

在高铝质滑板的配料中添加石墨、石油焦等碳素材料及Si、SiC等防氧化剂，用水玻璃和磷酸盐做结合剂，经低温烘烤后浸沥青而生产不烧滑板。

为了提高抗侵蚀性和热震稳定性，在颗粒料中添加了合成莫来石、红柱石和碳化硅材料，在基质中添加了刚玉和碳化硅。为了增加碳网的强度，降低气孔率，又添加了少量沥青粉。

由于碳素材料的热膨胀系数小、导热性好，且不易被液态金属和熔渣润湿，再加上树脂结合使颗粒之间形成碳网结合，从而增加了滑板的高温强度。碳网把颗粒包裹起来形成了难被熔融物浸润的表面，这种滑板比高铝质滑板在抗侵蚀性和热震方面有明显改进。

目前我国大多数30t以下钢包普遍采用这种不烧滑板。但其不足是仅能用一次，主要问题出现在以下两个方面：热态强度低，滑动面磨损严重；耐开裂性差。

烧成铝碳质滑板是20世纪70年代末期开发的产品，以烧结氧化铝和合成莫来石为主要原料，在基质中部分添加碳组分和防氧化剂(如金属铝、金属硅、SiC、B4C、Mg-B等)，加入结合剂煤沥青或酚醛树脂混炼成型；

在还原气氛下烧成，形成碳结合耐火材料。这种材质的滑板因其组织致密、气孔微细，并含有一定数量的残碳，钢液和渣液难以浸渍，故耐侵蚀性良好；

但其缺点正是由于组织致密，耐热冲击性则有所下降，不能多次连续使用，其次，在使用过程中，由于碳易被氧化，导致结构疏松，降低了耐侵蚀性。

近年来，又开发了金属氮化物结合铝碳滑板。以生产滑板常用的刚玉为骨料，以金属铝粉为主基质，添加适量的催化剂，使金属铝在适宜的温度下进行熔融和适度氮化，最后得到的材料结构以刚玉为骨架。

金属铝形成连续薄膜，包裹在颗粒的周围，AN作为增强体，均匀地分散在金属基体中，形成细晶结构，其目的首先在于利用AN的低膨胀系数和优异的热导率，提高滑板的抗热震性；

生成的AN微小粒子弥散在基质中能阻碍位错运动和裂纹扩展，并兼有弥散增韧作用，而且高温下熔融的金属铝呈塑性状态，可填充气孔，同时降低陶瓷材料的脆性，充分发挥金属铝和氮化铝的抗氧化性以及氮化铝的非润湿性，提高滑板抵抗高钙及高氧钢侵蚀的能力。在浇铸钙处理钢和高氧钢显示出其优越性。

3.铝锆碳质滑板：

铝碳质滑板具有相当好的性能和适用性，但在多次使用中的开裂和滑动面磨损是制约其寿命提高的关键。

铝锆碳质滑板是在烧成铝碳质滑板的基础上研制开发的。这种材质的滑板采用了低膨胀率的Al2O3-SiO2-ZrO2系原料，制成以斜锆石、莫来石、刚玉等为主晶相，以碳结合为特征的耐火材料。

首先引入锆莫来石做骨料，利用锆莫来石中的氧化锆在约1000℃发生晶型转变，有体积收缩的特点，晶粒内产生微裂纹，大大改善了材料的耐热冲击性能。其次，ZrO2具有优良的抗侵蚀性，其耐侵蚀性较铝碳质滑板明显提高，成为现今大型钢铁企业滑板使用中的主流。

在宝钢，铝锆碳滑板所采用的主要原料是板状刚玉、锆刚玉、锆莫来石、碳类等，结合剂为残碳含量(质量分数)大于4%的酚醛树脂，外加剂为金属铝、硅、碳化硼及氧化铝微粉。

2002年，宝钢转炉钢包滑板的平均使用寿命为2.5次，与日本等先进国家相比，寿命还是相对偏低。目前也有厂家采用以TiO2增韧的高纯电熔锆刚玉为原料，赋予了滑板更优越的性能。

4.镁碳质和尖晶石碳质滑板：

碳结合铝碳质和铝锆碳质滑板是目前国内外钢厂普遍采用的滑板材质，但这两种滑板在浇铸钙处理钢时，抗钙侵蚀性能力差，不适应钙处理钢、Al/Si镇静钢等钢种的浇铸。

而氧化镁不与氧化钙反应生成低熔物且不与氧化亚铁反应，因此氧化镁滑板可适用于钙处理钢。

镁质滑板首先在欧洲试验成功，因氧化镁具有良好的抗机械应力性能和抗化学侵蚀性能，一定程度上满足了浇铸钙处理钢和高氧钢的要求。

但氧化镁滑板的热膨胀系数大，在浇钢时易出现热剥落，在抗热震方面还有待提高。

同时越来越多的钙处理钢和大量的优质钢种的浇铸，使操作条件更加苛刻，氧化镁质材料也愈加不适应这些严酷的操作条件。

英国的Hepuorth耐火材料公司对镁质滑板进行改进，由尖晶石材料替代氧化镁材料，来改善滑板的抗热震性和耐磨性。

但在实际使用后也出现了贯穿裂纹、滑动区剥落、掉块，钢水渗透等问题，这些都影响了滑板的正常工作和使用寿命。

后来在方镁石质、尖晶石质滑板的基础上，开发了镁碳质和尖晶石碳质滑板，其中镁碳滑板进一步改善了方镁石滑板抗热震性差的缺点。

在浇钢温度高、时间长以及钢水中氧和钙含量高的条件下镁碳质滑板获得了满意的使用结果，但考虑其不令人满意的抗热震性方面的原因，其也仅限于用作中间包用滑板。

尖晶石碳质滑板是采用了镁铝尖晶石为主晶相，以陶瓷和碳复合结合为特征的耐火材料。镁铝尖晶石材料的热膨胀系数和弹性模量均比氧化镁小，抗热冲击性能比氧化镁强。

但尖晶石材料与钢中钙发生缓慢的化学反应，生成低熔物影响其使用寿命。

通过在制造过程中，改进原材料，并对泥料的粒度分布及烧成温度加以改进和控制，尖晶石碳质滑板的抗侵蚀性均有很大提高，使用寿命也明显增加5.氧化锆质滑板：

氧化锆质材料具有良好的耐蚀性(CaO-ZrO2系平衡液相温度在2000℃以上)和耐剥落性(较低的热膨胀系数)。

采用热压成型的氧化锆滑板具有高温强度高、显气孔率低、气孔孔径小等特点，在中间包上使用时耐钢水侵蚀性良好。

氧化镁部分稳定的氧化锆质滑板，在苛刻的浇铸条件下，使用寿命高达10次。氧化锆材料具有良好高温性能，但出于其成本等原因，工业上一般采用在铝碳滑板铸孔周围镶嵌氧化锆锆环制成复合滑板。

其基体为铝碳质，中间使用部分镶嵌部分稳定氧化锆锆环。由于铝碳质基体不与钢水直接接触就避免了钢水对基体的直接侵蚀，而且基体成分价格较低占滑板大部分重量；锆环价格相对较高，占滑板较小部分的重量。

这种镶嵌式滑板合理地使用了材料，既获得良好的使用效果，又降低了生产成本。随着我国钢液钙处理化逐年增加，镶嵌式滑板的应用前景十分广阔。