浸入式水口的损毁因素与改进措施
发布日期： 2018-04-03 10:09:39 阅读量（1247） 作者：A堵塞
水口的堵塞与钢水的成分、脱氧方法、浇注温度和时间、水口的材质和形状等因素有关。堵塞以铝镇静钢、含铝高的钢、稀土钢、含钛钢为严重，堵塞物的矿相组成主要是α- Al2O3及FeO的混合物。堵塞的原因是钢水中的脱氧产物Al2O3或钢中溶解的[Al]还原了耐火材料中的SiO2产生了Al2O3或耐火材料本身发生氧化反应生成的Al2O3在水口的内壁沉积，同时在高温的作用下Al2O3颗粒烧结导致聚层长大。
防止浸入式水口堵塞的措施主要有两种：一种是材质防堵塞，另一种是结构防堵塞。
(1) 材质防堵塞型浸入式水口：主要是在水口的内壁复合一层具有防堵塞功能的内衬，使得钢水中的Al2O3与水口材料中物质生成低熔物铝酸盐，随着钢水流失，减少铝化合物在水口内壁的黏附，防止Al2O3的沉积。
可在内衬材料中使用CaO·ZrO2。CaO·ZrO2转变为立方ZrO2;立方ZrO2转变为斜锆石时，CaO从CaO·ZrO2和非水化钙化物中分离后，均匀地分散在材料基质中，加速 CaO与Al2O3的反应。为此开发了 CaO-ZrO2-C复合式浸入式水口。图1为CaO-ZrO2-C 质浸入式水口的示意图。
由于氮化物几乎不被钢水润湿，钢水中的Al2O3不易黏附在水口的内壁上，同时BN 与Al2O3的界面张力比石墨大。因此复合式浸入式水口中可使用BN基的材质，为此开发了Al2O3-BN-C浸入式复合水口。图2为Al2O3-BN-C复合式浸入式水口示意图。表 1为几种典型的浸入式水口的理化指标。
(2) 结构防堵塞型浸入式水口(图3):
1) 带环形透气塞的浸入式水口 ：在氧化锆水口内部埋入多孔透气塞，氩气从外吹入使水口内表面与钢水间形成一层氩气膜，防止钢水和Al2O3在水口内壁黏附。
2) 带镶嵌透气塞的浸入式水口：在水口的壁上镶有一小透气塞，通过透气塞向水口吹入氩气，在水口的内壁形成气膜，防止钢水中Al2O3的沉积。
3) 狭缝吹气浸入式水口 ：在水口的内层设置一透气层，并在水口与透气层之间留有一条缝隙。在浇注钢水时，从外界吹入氩气使之透过透气层，在水口内壁形成一层气膜，从而阻止钢水中析出的Al2O3沉积，起到防止水口堵塞的目的。
图1 CaO-ZrO2-C质浸入式水口
图2复合式浸入式水口(Al2O3-BN-C)
表1 浸入式水口的理化指标
4) 阶梯形浸入式水口：该水口可防止由于钢水流再搅动所产生的不均匀性或激流。同时通过反复搅拌氩气引起的发泡作用，并在水口内表面均匀分布，从而减少Al2O3的沉积。
图3结构型防堵塞水口示意图
(a)吹氩结构透气塞型;(b)狭缝型;(C)环状阶梯型
B侵蚀
浸入式水口渣线位处结晶器钢液和保护渣界面，侵蚀严重，是水口使用过程中最薄弱部位，当局部侵蚀严重时，形成缩颈甚至导致水口断裂。提高浸入式水口使用寿命的关键是提高渣线ZrO2-C材料的抗侵蚀性。石墨的氧化和在钢液中的溶解及渣液对ZrO2的溶蚀是浸入式水口渣线ZrO2-C材料在使用时所发生的两个最主要侵蚀过程。它和钢液接触时, 以石墨氧化和溶解为主;它和渣液接触时，石墨与渣液不浸润，以ZrO2溶蚀为主。减缓二者的蚀损速度，均可起到提高渣线使用寿命的作用。渣液与氧化锆的相互作用主要是渣液与ZrO2颗粒中的杂质和CaO稳定剂的作用。其作用程度的大小与氧化锆颗粒的组成和结构有很大的关系。致密程度低的和杂质含量相对高的材质抗侵蚀性差。
改进措施主要有：在浇注过程中采用中间包上下浮动，改变保护渣与水口的接触部位，这是生产中普遍使用的办法;另外适当加厚渣线部位的尺寸，也可以提高浸入式水口的使用寿命;在原料材质方面，可以通过控制电熔氧化锆原料的品质(致密程度、稳定化率、纯度等)、氧化锆的加入量、氧化锆的粒度组成、鳞片石墨的品质、合适的添加剂等, 提高浸入式水口渣线的抗侵蚀性;但过高的ZrO2含量会导致抗热震性变差，二者比较兼顾的比例是碳含量在15%~20%之间。另外通过喷涂耐侵蚀材料和ZrB2等材质作保护圈，也可以提高浸入式水口渣线的抗侵蚀性。
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