浸入式水口(连铸用浸入式水口的形状以及材质的选择)

Posted 2023-06-01

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浸入式水口(连铸用浸入式水口的形状以及材质的选择)

在连铸作业中的浸入式水口，一端连接中间包，一端连接在结晶器，中间包到结晶器之间有浸入式水口。其主要作用一方面体现在向结晶器注入钢液体方面，另一方面体现在防止钢业氧化作业。所以从其作用上我们可以看出，作为功能耐火件，其必须要具备良好的贯通性能和密封新能。所以，考虑浸入式水口的设计和材质选择，必须要充分考虑到钢流的状态，钢坯的表面形状以及其凝固状态。

1、浸入式水口的形状

根据浸入式水口的安装方式的不同，有两种不同的模式，一种是内装式浸入式水口，另一种是外装式浸入式水口。但是，我们所谈的水口形状的设计或选择，主要指的是钢流出口角度和形状。之所以我们需要针对水口形状展开合理设计，是为了更好的使得结晶器内杂物上浮，然后将其取出。但是，在实际浇注作业中，不同钢种，不同浇注速度，不同结晶器断面尺寸，在浇注作业中都会有不同的需求，所以事实上并不能够简单定义某种形状更加理想。当前，常用方法是基于水力学模拟实验来选择。如图1所示，为浸入式水口浇注过程中结晶器内钢流运动状况。从图中我们可以看出，在浸入式水口周围，由于钢流的注入会使得液面出现强烈的翻腾和搅动，这样钢液以及其中的夹杂物也会同时产生剧烈运动。在这样的情况下，一旦钢水停止在凝固壳前停止运动，那么其中的夹杂物就有很大概率会被凝固壳去除。

图1 浸入式水口浇注过程中结晶器内钢流运动状况

所以，我们在考虑浸入式水口的形状应当采用哪一种时，就是基于能够让钢流对凝固壳前沿有较强冲洗作用来考虑的。然而，这也会带来一个问题，就是如果凝固壳在局部位置，总是持续受到钢流的猛烈冲击，这会使得凝固壳在使用过程中的厚度不均问题越来越严重，最后发展为纵裂故障，甚至有可能引发漏钢事故。此外，在液相穴内，注流的进入深度同样至关重要。通常情况下我们认为，如果注流深度相对较浅，那么钢液中气体、杂物的上浮分离更加容易;如果注流深度相对越深，则钢液中的杂物被凝固壳捕捉更加容易。但是，如果深度太浅，又会造成结晶器液面翻腾过度激烈，进而造成液面保护渣再次被卷入钢液。所以说，在实际的设计和选择过程中，必须要充分考虑到浇注断面大小、浇注速度大小，选择更加有利的水口形状。假设我们浇注的是板坯、大型方坯，那么选择有不同注入角度的侧孔水口更加有利;假设我们浇注的是小断面坯，那么选择直孔向下浸入式水口则更加有利。

2、浸入式水口材质选择

连铸作业需要长时间连续作业，同时还需要满足多种钢材浇注的需求;所以对于浸入式水口材质的选择必须要慎重。通常要求其具有耐剥落性、耐腐蚀性等特点，另外必须要能够有效防范水口堵塞。

当前应用较为频繁的水口材质主要有以下几种：熔融石英质、高氧化铝石墨质、皓石质和氧化锆质。各种材料有其好的方面，但也有其劣势的方面。比如，熔融石英质导热性能弱，所以耐高温，特别是对急冷急热有很强的抵抗性;同时作业过程中AL2O3不会黏附与水口内壁，工作过程中不需要预热;然而也有其显著劣势，对于Mn含量较高的钢种，熔融石英质耐熔性不足;另外容易吸水会发生结晶析出现象。

氧化铝石墨质是一种对大多数钢种，都有较好应用性能的材料，不但具有氧化铝的高耐火性优势，而且同时具有石墨质的浸润性低优势;所以受到广泛欢迎。但是这种材料也有问题，那就是脱碳、渣线部分非常容易受到侵蚀，另外这种材质导热性过高，而且作业过程中容易因为析出而造成水口堵塞。

随着科技的不断发展，一些新型材料也逐渐成为人们的选择。比如，ZRM材料就是在两种基础材质中加入了ZrO2-3AL2O3-SiO2，并且逐渐在应用领域得到了广泛推广。这种ZRM材质参与的浸入式水口，在作业中由于与钢液的接触，很容易生成一种有细微ErO2结晶的致密层，这层致密层的存在能够让钢流受到的阻力大大降低，从而在防止水口堵塞方面发挥非常好的效果。

3、保护渣线部位的材质

保护渣在使用过程中，需要解决的是避免其与结晶器粘结，这样就能够针对钢流中的杂质发挥应有的捕集作用。在实际应用中，各钢厂都是充分考虑钢液的种类以及生产的条件，进而选择合适的保护渣材料。较为常用的材料为CaO和SiO2，二者之间按照1：1配比。而浸入式水口与保护渣接触的部位，通常采用氧化锆-石墨材质，并且随着氧化锆含量的增加，其耐腐蚀性越来越高。