1 浸入式水口

我國從1973年4月份后開始制造浸入式水口，并用于連鑄生產(chǎn)。當時的浸入式水口為組合式，即由中間包水口和浸入鋼水部分的下水口組成。浸入式水口完全用熔融石英玻璃采用泥漿澆注法制成，該耐火材料用于連續(xù)澆注普碳鋼，表現(xiàn)出色。但對于含錳較高的鋼種和特殊鋼種，熔融石英浸入式水口的壽命大大降低，不能滿足鋼廠的要求。

為適應我國連鑄技術發(fā)展的需要，1975年下半年，研究開發(fā)出機壓成型的鋁碳質(zhì)浸入式水口。1980年以后，出現(xiàn)用等靜壓機生產(chǎn)的鋁碳質(zhì)浸入式水口，但浸入式水口是用低等級石墨和特級礬土制成的，使用的結合劑為焦油瀝青，污染嚴重，沒有發(fā)展前途。1989年，青島耐火材料廠從日本黑崎引進了整條鋁碳鋁鋯碳制品生產(chǎn)線，用電熔白剛玉、棕剛玉、尖晶石、氧化鋯、氧化鎂、高純石墨，特殊添加劑Al、Si、B4C、SiC等以及酚醛樹脂結合劑制料，采用等靜壓機成型，生產(chǎn)高檔鋁碳、鋁鋯碳浸入式水口，填補了我國此項技術的空白。從此我國開始生產(chǎn)適用于含錳較高鋼種和其他特殊鋼種連鑄用浸入式水口。

1.1 按照浸入式水口材質(zhì)分類

1.1.1? 鋁碳質(zhì)耐火材料? 目前，制造鋁碳質(zhì)浸入式水口所用的原料主要有：電熔白剛玉、板狀剛玉、電熔棕剛玉、尖晶石、氧化鋯、高純氧化鎂、高純石墨，特殊添加劑Al、Mg、Si、B4C、SiC和氮化物等以及酚醛樹脂結合劑等。根據(jù)連鑄澆注的鋼種和連澆爐數(shù)要求，將鋁碳質(zhì)浸入式水口中的Al2O3和C的成分設計為4個等級： Al2O3含量分別為40%～45%、45%～50%、50%～55%、55%～60% 。鋁碳質(zhì)浸入式水口中C的成分，可以在25%～30% 的范圍內(nèi)調(diào)整。通常選用酚醛樹脂作為鋁碳質(zhì)浸入式水口的結合劑。

鋁碳質(zhì)浸入式水口的技術指標在下列范圍內(nèi)：體積密度2.35～3.15 g/cm3，顯氣孔率12%～18%，耐壓強度20～35 MPa，抗折強度6～14 MPa。

雖然鋁碳質(zhì)浸入式水口對鋼水適應性強，使用壽命長，但也存在以下問題：1）在澆注含A1鎮(zhèn)靜鋼和含Ti不銹鋼時，易發(fā)生Al2O3和TiO2堵水口現(xiàn)象，使連鑄中斷，影響連鑄生產(chǎn)正常進行，且對鑄坯質(zhì)量有一定的影響。2）不耐侵蝕，長時間澆注會在渣線部位形成“縮頸現(xiàn)象”，甚至斷裂。

1.1.2? 鋁鋯碳質(zhì)耐火材料? 為了解決鋁碳質(zhì)浸入式水口不耐侵蝕的問題，研究開發(fā)了鋁鋯碳浸入式水口，即在其渣線部位復合一層鋯碳質(zhì)材料，提高水口的抗侵蝕能力。渣線部位ZrO2含量的多少，直接影響水口的抗侵蝕能力，ZrO2含量越高，則抗侵蝕能力越強。

浸入式水口渣線部位的ZrO2含量設計為3檔，分別為65%～70%、70%～75%、75%～81%；C含量為12%～17%。

鋁鋯碳浸入式水口的結構見圖1B。水口本體技術指標同鋁碳浸入式水口，渣線部位技術指標為：體積密度3.25～3.75 g/cm3，顯氣孔率14%～18%，耐壓強度20～27 MPa，抗折強度6～8 MPa。

1.1.3? 鋯鈣碳質(zhì)耐火材料? 為了防止鋼水中析出的Al2O3附著在水口內(nèi)壁上，引起水口堵塞，可采用吹氬的方法解決。吹氬鋁碳質(zhì)浸入式水口結構見圖1C。其工作原理是：在浸入式水口本體與內(nèi)孔體之間，有一條1～2 mm的環(huán)縫，本體不透氣，內(nèi)孔體透氣。在澆注時，通過安裝在本體的吹氬管，向環(huán)縫吹入氬氣，使氬氣充滿環(huán)縫，在一定壓力下，通過內(nèi)孔體，并在內(nèi)壁形成一層氣膜，防止鋼水中的Al2O3附著在內(nèi)壁上，并被鋼水帶走，從而防止水口堵塞。

吹氬鋁碳質(zhì)浸入式水口的防堵塞效果雖然較好，但吹氬強度很難掌握。吹氬量過大，易使鑄坯出現(xiàn)皮下針孔，影響鑄坯質(zhì)量；吹氬量不足，浸入式水口仍會被堵塞。

由于吹氬鋁碳質(zhì)浸入式水口還有許多不足之處，近年來又改進了浸入式水口材質(zhì)。目前主要使用鋯鈣碳防堵材料作為水口的內(nèi)襯。其工作原理是：在澆注時，水口材料中的CaO、SiO2與鋼水中析出的Al2O3生成低熔物，被鋼水沖刷掉。浸入式水口防堵層中的鋯鈣碳含量設計為：ZrO2 40%～45% 、CaO 20%～22%、C 18%～22%。

不吹氬防堵塞浸入式水口的本體和渣線部位的材質(zhì)相同。技術指標為：體積密度3.60～3.75 g/cm3，顯氣孔率15%～18%，耐壓強度22～26 MPa，抗折強度5～7 MPa。

1.1.4? 尖晶石質(zhì)耐火材料? ZrO2-CaO-C質(zhì)防堵塞浸入式水口，雖然防堵效果較好，但還存在一些問題。這是因為材料中的CaO與鋼水中析出的Al2O3反應，并非都能形成低熔物。主要是由于水口材質(zhì)中C和SiO2的存在造成的。因此，又研究開發(fā)了不含硅、碳的鋁鎂尖晶石材料制作的無硅無碳浸入式水口，即在水口內(nèi)孔體上復合一層無硅無碳的尖晶石材料，防止鋁碳質(zhì)浸入式水口的堵塞。實踐證明防堵效果較好。

無硅無碳浸入式水口中防堵層的成分設計為：Al2O3 55%～65%、MgO 18%～22%。

無硅無碳浸入式水口的結構見圖1D。技術指標為：體積密度2.60～2.65 g/cm3，顯氣孔率18%～22%，耐壓強度20～26 MPa，抗折強度5～7 MPa。

1.1.5? 高鋁碳質(zhì)耐火材料? 隨著連鑄工藝的不斷發(fā)展和完善，連鑄多爐連澆水平得到極大的提高。而浸入式水口的使用壽命有限，并在使用過程中不能更換，限制了單只中間包最大化的多爐連澆。因此，使用快速更換水口裝置，可以實現(xiàn)在單只中間包澆注過程中，快速更換一次或多次浸入式水口，從而提高了單只中間包的使用壽命，并取得較大的經(jīng)濟效益。

快速更換裝置用水口，由帶有滑動面的上水口和浸入式水口組成。

在使用過程中，要求滑動面具有足夠的強度和耐磨性，還要求上水口碗部具有透氣性。因此，對其使用的材質(zhì)有特殊的要求，一般根據(jù)上水口的使用特性，將其透氣層的材質(zhì)設計為中鋁質(zhì)（相對于高鋁質(zhì)而言）：Al2O3 55%～70% 、C 18%～26%。

上水口透氣層的技術指標為：體積密度2.40～2.60 g/cm3，顯氣孔率16%～25%。

將快速更換用浸入式水口的滑動面的成分設計為高鋁碳質(zhì)，浸入式水口滑動面的技術指標為：耐火材料的體積密度2.80～2.85 g/cm3，顯氣孔率16%～18%，抗折強度10～12 MPa 。

快速更換用水口的本體或渣線部位的技術指標，可參考鋁碳質(zhì)和鋁鋯碳質(zhì)的技術指標。

1.2 按照安裝方式分類

浸入式水口分為外裝式和內(nèi)裝式。內(nèi)裝式水口一般為直通水口，碗部與塞棒頭部配合，起到控制鋼水流量的作用；外裝式水口分為帶突出孔的浸入式水口和直通水口兩種。此外，外裝式浸入式水口和裝在中間包中的中包水口以及塞棒共同組成控制鋼水流量的裝置。

1.3 按照使用場合分類

浸入式水口分為小方坯水口、大方坯水口、矩形坯水口、圓坯水口、寬厚板坯水口、薄板坯水口等。

1.4 按照功能分類

浸入式水口分為一般鋁碳浸入式水口、一般鋁鋯碳浸入式水口、快速更換浸入式水口、薄板坯浸入式水口、防堵水口、無硅無碳水口等；對于薄板坯浸入式水口來說，成熟的制作技術目前當屬維蘇衛(wèi)，維蘇衛(wèi)不僅有薄板坯浸入式水口的制作技術，還有與其配套的中包快換機構。現(xiàn)在國內(nèi)各大型耐火材料企業(yè)雖開發(fā)出薄板坯浸入式水口，但技術還不是很成熟，尚處于起步階段，后面的路還很長，需要耐火材料公司技術人員不懈地努力。

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