在連續(xù)鑄鋼工藝中，為防止在盛鋼桶與中間包、中間包與結(jié)晶器之間的鋼水氧化，減少非金屬夾雜物的卷入，以及使注入結(jié)晶器中的鋼水穩(wěn)定，從而提高連鑄板坯的質(zhì)量而開發(fā)了水口磚保護(hù)渣澆注新工藝。
在該技術(shù)的初期階段，采用了熔融石英浸入式水口磚，在連鑄普通鋼種上已普遍推廣使用。
浸入式水口須具備在使用時不開裂，抗侵蝕性好，不易堵塞等性能。熔融石英浸入式水口磚基本上可以滿足這一使用要求。
但此材質(zhì)不耐鋼水中錳的侵蝕，其蝕損量隨鋼水中錳含量的增加而直線上升。
浸入式水口的形狀有與中問包一體的內(nèi)插式和在中間包底部外裝式兩種。內(nèi)插式水口可完全防止吸人氣體，但水口在使用中一有開裂，就得中止連鑄作業(yè)；而外裝式水口裝卸方便，可在使用中途調(diào)換，但與中間包水口接口處應(yīng)有密封措施，以免吸入空氣。水口磚側(cè)孔的形狀和傾角決定了結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動的狀態(tài)，對于均勻結(jié)晶器內(nèi)鋼水溫度、改善鑄坯質(zhì)量是有利的，但若孔徑或傾角選擇不當(dāng)，也將導(dǎo)致鋼水翻騰劇烈，卷入保護(hù)渣而形成夾雜、加劇水口沖蝕等不良后果。因此，在制造熔融石英水口時應(yīng)根據(jù)具體使用條件和要求而設(shè)計(jì)水口的長度、側(cè)孔數(shù)目、側(cè)孔形狀、孔徑及側(cè)孔傾角度。
制造熔融石英浸入式水口磚的工藝，目前比較普遍采用的是泥漿澆注法，對大型長水口磚采用顆粒泥漿澆注。其工藝如下：下。將SiO2含量大于99.5％的石英玻璃原料，用1：2的氫氟酸水溶液處理3～5min，除去玻璃表面的雜質(zhì)，然后用水清洗干凈，并揀去不純玻璃。原料用旋轉(zhuǎn)式鋼球磨機(jī)濕法細(xì)粉碎，用蒸餾水作介質(zhì)，料、球、水之比為1：4：0.8，粗磨45min左右，要求顆粒度為0.9～0.1mm占50％，小于0.1mm占50％左右。出料脫水后用二倍于料的工業(yè)鹽酸處理48h，再用清水洗至酸度pH6～7，脫水干燥。然后再在氧化鋁瓷襯球磨機(jī)中，用30mm的氧化鋁球作研磨體，蒸餾水作介質(zhì)，進(jìn)行細(xì)磨制漿。若以100kg料計(jì)，加入球120kg，水40kg，另加入160mL乳酸。球磨10—13h，其粉料細(xì)度為通過0.038mm者達(dá)86％～92％。泥漿的密度在1.70—1.74g／cm3，泥漿pH值為3～4。
在澆注成型前，用0.833mm篩子把泥漿過濾一遍，然后注入符合圖紙要求的、經(jīng)過加工、涂有脫模劑、用夾具夾緊的石膏模中。為保證磚坯的內(nèi)在質(zhì)量，注漿時應(yīng)防止產(chǎn)生氣泡，并保持泥漿在一定的液位上，直到石膏模吸漿完畢。磚坯在隔天脫模后，放置在毛氈或木板上，在25～30％的環(huán)境中自然干燥一周左右至殘余水分小于2％。磚坯有缺陷的，應(yīng)對照產(chǎn)品圖紙，進(jìn)行修補(bǔ)和加工。制品的燒成可在隧道式電窯或箱式電爐中進(jìn)行。磚坯豎裝在窯車上，喇叭口朝下。燒成采用快速升溫和快速冷卻的燒成制度。在30℃以下，升溫速率為每小時40～50℃，300～500％的速率為每小時80～120℃，500～1000℃范圍升溫速率為每小時140—160℃。最終燒成溫度為1040℃，保溫1一2h，總燒成時間約15h。保溫結(jié)束后，即拉出窯車，讓制品迅速冷卻。
??? 鋼液沖刷和化學(xué)侵蝕是影響浸入式水口使用壽命的主要因素。在連鑄過程中，結(jié)晶器的上下往復(fù)運(yùn)動，鋼液和保護(hù)渣也跟著升降而使水口磚受到鋼液，特別是保護(hù)渣的沖刷和侵蝕，水口的中孔和側(cè)孔的被沖蝕程度與鋼液流量成正比。在水口使用后期，可發(fā)現(xiàn)在水口的兩側(cè)孔處的中孔位置呈橢圓狀，兩側(cè)孔孔徑擴(kuò)大且變形。這是由于鋼液流股集中流向側(cè)；造成圓周方向不均勻沖蝕的結(jié)果。在水口的中孔內(nèi)壁上也可發(fā)現(xiàn)有“溝槽”形成，這一方面是由于上水口流出的鋼液流股往往呈散亂狀態(tài)，在水口內(nèi)壁形成不均勻的局部沖擊區(qū)；另一方面，也可能由于水口本身存在密度不均，加之中孔又恰是低密度、低強(qiáng)度部位。一旦局部受到嚴(yán)重沖蝕，則可導(dǎo)致水口壁穿孔。熔融石英浸入式水口的化學(xué)侵蝕主要是保護(hù)渣和鋼液中的某些成分與水口發(fā)生化學(xué)作用而引起的，尤其在水口的渣線部位表現(xiàn)更為突出。保護(hù)渣的成分一般以硅酸鹽為基礎(chǔ)，引人若干調(diào)整熔渣的熔點(diǎn)、黏度和堿度的堿金屬、堿土金屬的氧化物、氟化物。其中某些組分會與熔融石英發(fā)生多元反應(yīng)，生成低熔物，導(dǎo)致水口的蝕損，并且由于渣料不斷在消耗和添加，因此更加速了化學(xué)侵蝕的進(jìn)程。從使用后的水口的巖相分析中發(fā)現(xiàn)，在水口渣線部位的侵蝕帶的表層中有明顯的鈉長石和石英形成，還有樹枝狀黃長石固溶體和戈?duì)钔篙x石以及鈣長石等。
為了克服上述缺點(diǎn)，延長水口的使用壽命，我們在制造水口磚時，首先應(yīng)該穩(wěn)定和改進(jìn)制造工藝，以提高水口磚本身的質(zhì)量，制取無析晶、無夾層、結(jié)構(gòu)和組成均勻的高密度、高強(qiáng)度的制品。同時可以從改變材料的組成或使用復(fù)合材料方面來考慮改善其使用性能。再者，選擇適當(dāng)?shù)脑煸牧?，使它與熔融石英材質(zhì)之間的相互化學(xué)作用降低到最低限度。當(dāng)然，水口磚的尺寸、磚型、孔徑尺寸、側(cè)孔位置和傾角度等也均應(yīng)根據(jù)連鑄的具體工藝條件而擇優(yōu)確定。
在該技術(shù)的初期階段，采用了熔融石英浸入式水口磚，在連鑄普通鋼種上已普遍推廣使用。
浸入式水口須具備在使用時不開裂，抗侵蝕性好，不易堵塞等性能。熔融石英浸入式水口磚基本上可以滿足這一使用要求。
但此材質(zhì)不耐鋼水中錳的侵蝕，其蝕損量隨鋼水中錳含量的增加而直線上升。
浸入式水口的形狀有與中問包一體的內(nèi)插式和在中間包底部外裝式兩種。內(nèi)插式水口可完全防止吸人氣體，但水口在使用中一有開裂，就得中止連鑄作業(yè)；而外裝式水口裝卸方便，可在使用中途調(diào)換，但與中間包水口接口處應(yīng)有密封措施，以免吸入空氣。水口磚側(cè)孔的形狀和傾角決定了結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動的狀態(tài)，對于均勻結(jié)晶器內(nèi)鋼水溫度、改善鑄坯質(zhì)量是有利的，但若孔徑或傾角選擇不當(dāng)，也將導(dǎo)致鋼水翻騰劇烈，卷入保護(hù)渣而形成夾雜、加劇水口沖蝕等不良后果。因此，在制造熔融石英水口時應(yīng)根據(jù)具體使用條件和要求而設(shè)計(jì)水口的長度、側(cè)孔數(shù)目、側(cè)孔形狀、孔徑及側(cè)孔傾角度。
制造熔融石英浸入式水口磚的工藝，目前比較普遍采用的是泥漿澆注法，對大型長水口磚采用顆粒泥漿澆注。其工藝如下：下。將SiO2含量大于99.5％的石英玻璃原料，用1：2的氫氟酸水溶液處理3～5min，除去玻璃表面的雜質(zhì)，然后用水清洗干凈，并揀去不純玻璃。原料用旋轉(zhuǎn)式鋼球磨機(jī)濕法細(xì)粉碎，用蒸餾水作介質(zhì)，料、球、水之比為1：4：0.8，粗磨45min左右，要求顆粒度為0.9～0.1mm占50％，小于0.1mm占50％左右。出料脫水后用二倍于料的工業(yè)鹽酸處理48h，再用清水洗至酸度pH6～7，脫水干燥。然后再在氧化鋁瓷襯球磨機(jī)中，用30mm的氧化鋁球作研磨體，蒸餾水作介質(zhì)，進(jìn)行細(xì)磨制漿。若以100kg料計(jì)，加入球120kg，水40kg，另加入160mL乳酸。球磨10—13h，其粉料細(xì)度為通過0.038mm者達(dá)86％～92％。泥漿的密度在1.70—1.74g／cm3，泥漿pH值為3～4。
在澆注成型前，用0.833mm篩子把泥漿過濾一遍，然后注入符合圖紙要求的、經(jīng)過加工、涂有脫模劑、用夾具夾緊的石膏模中。為保證磚坯的內(nèi)在質(zhì)量，注漿時應(yīng)防止產(chǎn)生氣泡，并保持泥漿在一定的液位上，直到石膏模吸漿完畢。磚坯在隔天脫模后，放置在毛氈或木板上，在25～30％的環(huán)境中自然干燥一周左右至殘余水分小于2％。磚坯有缺陷的，應(yīng)對照產(chǎn)品圖紙，進(jìn)行修補(bǔ)和加工。制品的燒成可在隧道式電窯或箱式電爐中進(jìn)行。磚坯豎裝在窯車上，喇叭口朝下。燒成采用快速升溫和快速冷卻的燒成制度。在30℃以下，升溫速率為每小時40～50℃，300～500％的速率為每小時80～120℃，500～1000℃范圍升溫速率為每小時140—160℃。最終燒成溫度為1040℃，保溫1一2h，總燒成時間約15h。保溫結(jié)束后，即拉出窯車，讓制品迅速冷卻。
??? 鋼液沖刷和化學(xué)侵蝕是影響浸入式水口使用壽命的主要因素。在連鑄過程中，結(jié)晶器的上下往復(fù)運(yùn)動，鋼液和保護(hù)渣也跟著升降而使水口磚受到鋼液，特別是保護(hù)渣的沖刷和侵蝕，水口的中孔和側(cè)孔的被沖蝕程度與鋼液流量成正比。在水口使用后期，可發(fā)現(xiàn)在水口的兩側(cè)孔處的中孔位置呈橢圓狀，兩側(cè)孔孔徑擴(kuò)大且變形。這是由于鋼液流股集中流向側(cè)；造成圓周方向不均勻沖蝕的結(jié)果。在水口的中孔內(nèi)壁上也可發(fā)現(xiàn)有“溝槽”形成，這一方面是由于上水口流出的鋼液流股往往呈散亂狀態(tài)，在水口內(nèi)壁形成不均勻的局部沖擊區(qū)；另一方面，也可能由于水口本身存在密度不均，加之中孔又恰是低密度、低強(qiáng)度部位。一旦局部受到嚴(yán)重沖蝕，則可導(dǎo)致水口壁穿孔。熔融石英浸入式水口的化學(xué)侵蝕主要是保護(hù)渣和鋼液中的某些成分與水口發(fā)生化學(xué)作用而引起的，尤其在水口的渣線部位表現(xiàn)更為突出。保護(hù)渣的成分一般以硅酸鹽為基礎(chǔ)，引人若干調(diào)整熔渣的熔點(diǎn)、黏度和堿度的堿金屬、堿土金屬的氧化物、氟化物。其中某些組分會與熔融石英發(fā)生多元反應(yīng)，生成低熔物，導(dǎo)致水口的蝕損，并且由于渣料不斷在消耗和添加，因此更加速了化學(xué)侵蝕的進(jìn)程。從使用后的水口的巖相分析中發(fā)現(xiàn)，在水口渣線部位的侵蝕帶的表層中有明顯的鈉長石和石英形成，還有樹枝狀黃長石固溶體和戈?duì)钔篙x石以及鈣長石等。
為了克服上述缺點(diǎn)，延長水口的使用壽命，我們在制造水口磚時，首先應(yīng)該穩(wěn)定和改進(jìn)制造工藝，以提高水口磚本身的質(zhì)量，制取無析晶、無夾層、結(jié)構(gòu)和組成均勻的高密度、高強(qiáng)度的制品。同時可以從改變材料的組成或使用復(fù)合材料方面來考慮改善其使用性能。再者，選擇適當(dāng)?shù)脑煸牧?，使它與熔融石英材質(zhì)之間的相互化學(xué)作用降低到最低限度。當(dāng)然，水口磚的尺寸、磚型、孔徑尺寸、側(cè)孔位置和傾角度等也均應(yīng)根據(jù)連鑄的具體工藝條件而擇優(yōu)確定。
