连铸三大件

　　连铸用三大件

　　整体塞棒、长水口（大包长水口）和浸入式水口（中包所用水口），称为连铸三大件。其材质主要是铝碳质，成型方法采用等静压成型。这主要是因为：（1）连铸所要求的整体塞棒、长水口和浸入式水口的长度直径比太大，普通的压力机压制的制品上下密度差别太大。而用等静压压制时，压制面上压力均匀，各个部位、断面上的体积密度均匀一致。（2）等压可经压制结合剂含量低、塑性差的较难压制的泥料，高石墨含量的刚玉料正是属于这类泥料。（3）由于石墨的层片状结构，在双面压制时易分层、取向，引起层裂。随着石墨含量的增加，层裂倾向更明显。采用等静压成型可以有效避免层裂，保证产品质量。

　　现在也有一种解释是叫连铸四大件分别是：长水口、塞棒、中包水口、浸入式水口。其实，浸入式水口是分两类：内装浸入式水口、外装浸入式水口。内装的一般用于特钢类（保护浇注），外装的用于普碳钢类。所以，广义上说还是“连铸三大件”

　　整体塞棒的特点:整体塞棒一律采用等静压成型,其形状和尺寸取决于中间包的容量,钢水面的高度和中间包水口的喇叭形状和孔径的大小而定。其塞棒头有带空心的,带吹氩孔或带透气塞的整体塞棒。固定方式是关键,一种采金属销固定,一种采用螺纹固定。

　　塞棒的功能主要是用于中间包开闭,除能自动控制中间包至结晶器的钢水流量外,还可通过塞棒的吹氩孔,向吵间包吹入氩气和其它惰性气体,塞棒还具有控制钢流和净化的功能。

　　整体塞棒材质一般为铝碳质。在塞棒的头部带有吹氩孔或镶有透气塞，在浇注时，氩气由塞棒孔通过吹气孔或透气塞吹向浸入式水口，氩气以细散的形式进入钢水，可以降低Al2O3的聚集量，减少在浸入式水口内的沉积，延长整体塞棒的使用寿命。

　　我国整体塞棒系统用耐火材料，研制成功刚玉质、铝碳质，以及组合的整体式，端部采用ZrO2-C质材料再成型的铝碳－锆碳质复合式整体塞棒，镁碳质整体塞棒、Al2O3-SiO2-C和Al2O3-SiO2-ZrO2质组合式塞棒，以及采用防氧化剂，为提高寿命，降低消耗发挥了重要作用。

　　表7 铝碳质整体塞棒理化指标

　　连铸生产过程中，整体塞棒头部受侵蚀、冲刷严重，特别是浇铸某些特钢，如经Ca、Si处理的钢种或P、S合金化的高速切削钢，塞棒头部侵蚀过快，常因无法控制钢流速度而报废。开发的MgO-Al2O3-C复合塞棒，选用CaO/SiO2>2的电熔镁砂，含99％的高纯石墨，并加抗氧化剂SiC和添加剂。使棒头充分发挥了MgO-C材质耐侵蚀、抗热震的优越性，其膨胀率也与Al2O3-C质相适应。

　　复合Al2O3-SiC-C塞棒，棒体采用Al2O3-C质，塞头部位Al2O3-SiC-C质。特级矾土铝含量大于87％，电熔刚玉铝含量大于99％，石墨C大于95％，采用等静压成型，有效地解决了Al2O3-C和Al2O3-SiC-C两种材质因热应力不同，而在高温下出现的界面断裂。

　　整体塞棒使用前必须烘烤到800～1000℃方能使用，长时间的烘烤会使铝碳制品表面石墨氧化呈疏松状态，导致制品耐侵蚀性和使用寿命降低，在使用时会造成制品断裂和穿孔事故。采用防氧化涂料，在1000℃以下表面形成一层连续的光亮的釉层，且附着力强，不产生釉滴，抗氧化能力强。

　　塞棒防堵塞措施：1、塞棒吹氩。当浇铸添加Ti、Ca或Si元素的特殊钢时棒端和水口连接部位，易形成夹杂物堵塞，在塞棒头采用多孔和缝隙式，氩气从此吹向浸入式水口，可防止结瘤堵塞。2、气洗长水口。把氩气从中间包塞棒的芯管上端吹入，通过多孔质塞头砖进入注流中，不但可以防止水口堵塞，而且还有细化夹杂和降低夹杂的效果。3、尖晶石－碳塞棒防堵塞。钙处理钢对铝碳质材料侵蚀，严重新开发的尖晶石－碳塞棒，不与mCaO·nAl2O3反应，且材质强度高抗侵蚀性好。

　　2长水口

　　当钢水由钢包向中间包浇注时,为了避免氧化和飞溅,在钢包底部的滑动水口的下端安装长水口,一端与下水口相连,另一端插入中间包的钢水内进行密封保护浇注。长水口其作用如下：（1）防止钢水二次氧化，改善钢的质量；（2）减少钢中易氧化元素的氧化产物在水口内壁沉积，延长其使用寿命；（3）长水口可多次使用，降低耐火材料消耗。

　　长水口应具备以下性能：（1）优异的抗热震性；（2）良好的机械性能和抗震动的能力；（3）抗钢液和熔渣的侵蚀性好；（4）边接处必须带有气封装置。长水口的材质一般有熔融石英质和铝碳质两大类。

　　熔融石英长水口，采用泥浆浇注法成型，其特点是抗热冲击性好，有较高的机械强度和耐酸性渣侵蚀，化学稳定性好。但其易与钢水或渣中的铁锰等氧化物形成低熔物，在高温下石英与碳反应被分解和气化，耐侵蚀性差，也不利于冶炼洁净钢。

　　铝碳质长水口选用高纯原料，降低杂质含量，按合理的颗粒级配改善组织结构，提高抗侵蚀性能；调整xx石墨的含量，利用粗晶鳞片石墨对钢液的不浸润性，以减少长水口的结瘤；改进造型以减少水口裂纹；应用微粉技术，添加适量Al2O3微粉等增强高温强度和热稳定性。铝碳质水口具有良好的抗热震性，对钢种的适应性强。为防止水口表面的碳在烘烤和使用中被氧化，在水口表面涂有防氧化涂层。防氧化涂层主要由长石、石英、粘土等原料组成，通过湿磨制成釉料，用人工或机械方法涂抹在水口表面，这种涂料在700～1000℃的范围内形成釉层，从而保护石墨不被氧化或氧化极少。

　　表8 长水口的理化性能

　　对铝碳质长水口，通过加入适量低膨胀材料（熔融石英、钛酸铝），增韧材料（氧化锆）和钢纤维补强等的基础上，为进一步改善其性能从材质上又采取提高水口中Al2O3含量，减少SiO2加入量，以确保热震性能，提高使用寿命。

　　国内开发的不烘烤长水口，不烘烤直接使用，简化了工序，降低了能源消耗。并在长水口与钢包下水口接合部位采用氩气密封，发挥了长水口耐高温、抗侵蚀、耐冲刷等特点。此外还有铬刚玉－莫来石长水口和Al2O3-SiC-C质浇注料制作的不定形长水口，均取得了较好的使用效果。

　　3浸入式水口

　　在连铸技术中,为提高铸坯质量,在中间包与结晶器之间设有浸入式水口,其主要作用是:(1)防止钢水二次氧化氮化和钢水的飞溅;(2)调节钢水流动状态和注入速度;(3)防止保护渣非金属夹杂物卷入钢水中,对促进钢水中夹杂物的上浮起重要作用;(4)对边铸拉坯成材率和铸坯质量有决定性影响。

　　浸入式水口安装在中间包底部，并插入结晶器中。其主要形式有：

　　A 整体型浸入式水口：这种水口不需用中间包水口，其外形较长，一般在700mm以上。有两种形式，一种是内装式水口，即由中间包内向外安装，水口为整体结构，密封性好；另一种是外装型水口，安装方式由中间包底向内安装，目前国内尚未使用。

　　B 组合型浸入式水口：其形式由中间包水口和浸入式水口组成。这种水口较短，一般不足400mm。在使用中浸入式水口的上端与中间包水口的下口相连，其下端插入结晶器中。

　　C 滑动水口型浸入式水口：这种浸入式水口相当于滑动水口的下水口。浸入式水口与滑动水口的下水口相连或下滑板相连。这种形式是今后的发展方向。

　　浸入式水口具有一定的气孔率，同样具有透气性，外界空气在钢水流动产生的负压作用下渗透到水口内部，与钢水接触使其氧化。因此在长水口和浸入式水口的外表面必须涂一层防氧化釉层。无论何种材质和结构的浸入式水口都必须满足以下条件：(1)保证正常拉速时的钢水流通量;(2)尽可能使结晶器内,铸坯断面的热流分布均匀;(3)有利于保护渣的迅速熔化;(4)有利于夹杂物上浮,不卷渣;(5)避免结晶器内钢液面剧烈翻动;(6)安装方便。

　　3.1浸入式水口的材质

　　在连铸初期,采用热稳定性好,纯度高的熔融石英浸入式水口,可以满足普通碳素钢、低锰钢、铝xx钢等钢种的浇注。但其在高锰钢及高碱度熔渣的条件下，侵蚀非常严重。此时铝碳质浸入式水口被广泛采用。铝碳质浸入式水口原料采用特级矾土、电熔刚玉或烧结刚玉等，添加石墨及防氧化剂，产品具有抗侵蚀、耐热震等优点。其性能见表9。

　　为解决浸入式水口渣线部位被严重侵蚀,以及防止氧化铝附着造成水口的堵塞,在铝碳质的基础上开发了一系列新型的浸入式水口。

　　A Al2O3-C/ZrO2-C复合水口

　　随着连铸技术不断发展，钢种增多，拉速加大，要求进一步提高渣线部位的耐侵蚀性，在渣线处用锆碳材质做复合层。由于ZrO2具有优良的化学稳定性难以被CaO-Al2O3-SiO2系保护渣侵蚀，高温下熔入渣中的ZrO2增加了渣的粘度，而未被熔解的ZrO2颗粒又增加了渣的表观粘度，从而降低了渣对ZrO2-C层的侵蚀，提高了水口的耐用性。ZrO2含量越高抗侵蚀能力越强。复合式浸入式水口性能见表10。

　　表10 复合浸入式水口理化指标

　　B （MgO-C）-(Al2O3-C)-(ZrO2-C)复合水口

　　为提高浸入式水口的耐用性，钢水流出部位采用MgO-C质，以延长使用寿命和改善浇铸速度的控制，在渣线部位采用ZrO2质或BN以提高耐侵蚀性。本体部位采用Al2O3-C质。

　　C ZrB2-C保护套

　　浸入式水口渣线部位保护套，要求材质具有良好的耐剥落性。ZrC、ZrN的高温稳定性欠佳，因而选择Zr的硼化物。采用ZrB-C材质，添加适量金属Al提高抗侵蚀性，减小ZrB2的临界粒度，防止耐剥落性下降。

　　D 添加AZT、AZTS材料的浸入式水口

　　用烧结和电熔法合成的Al2O3-ZrO2-TiO2(AZT)和Al2O3-ZrO2-TiO2-SiO2(AZTS)材料，具有膨胀系数低，耐侵蚀，还原气氛下稳定性好等特点。采用AZT和AZTS两种原料，按一定的颗粒配比加入一定量的熔融石英（FS），用树脂作结合剂，以等静压成型的浸入式水口，性能优良，具有机械强度高、耐侵蚀和抗热震性能好的特点，满足多炉连浇的需要。制品中加入AZT和AZTS后，水口具有良好的抗热震性，其中以加入AZTS的浸入式水口抗热震性{zj0}。

　　表11 浸入式水口性能对比

　　E 长时间多炉连铸的浸入式水口

　　青耐在解决了水口内腔产生堵塞及防氧化涂料等难点后,开发了保温型吹氩浸入式水口,由于减少了温差,防止了因应力产生的裂纹,不同程度地减少了内腔持渣。在宝钢大型板坯连铸机上实现多炉连浇。

　　F 薄壁铝碳－锆碳质浸入式水口

　　薄壁浸入式水口由上段铝碳质和下段锆碳质复合，制成壁厚仅12.5mm的薄壁型水口。其抗热震性好，抗侵蚀性强，在使用中不掉片、不开裂、侵蚀轻微，可提高连浇炉数，降低耐材消耗，提高铸坯质量。