不烧铝锆碳质复合型滑动水口的研制

孙华云

（山东工业职业学院）

0 前言

随着钢铁工业的发展，连铸技术的进步，对耐火材料提出了更高的要求。滑动水口作为一种控制、调节钢水流量的功能性耐火材料，使用条件更加苛刻。虽然近年来开发的烧成铝碳质、烧成铝锆碳质制品的使用性能有所提高，但价格昂贵，为此笔者研制出了性能优良且价格适宜的不烧铝锆质复合型制品，以满足钢厂连铸需求。

1 原料选择

电熔刚玉具有熔点高、硬度大、化学稳定性好、抗侵蚀、耐磨损等特性，故选用电熔刚玉作主要原料，同时加入适量的、具有一定活性的氧化铝微粉，使之在较低温度下与其他成分形成莫来石结合，且微粉具有良好的填充作用，可降低气孔率，提高致密度，增加制品强度。

由于ZrO2同质异晶的转化伴随有体积和密度的变化，且这种变化是快速可逆的，利用这一异常膨胀特征，可以提高制品的抗热震性，同时ZrO2具有良好的抗侵蚀、抗冲刷能力，故引入一定量的电熔锆莫来石，其主要矿物相为斜锆石、刚玉及少量玻璃相[1]。ZrO2晶型转变关系如图1 所示。

图1 ZrO2晶型转变

碳素材料具有熔点高、低膨胀系数、导热性好等特性，对制品抗侵蚀、抗热震有益。天然鳞片状石墨具有结晶完好、抗氧化性好、抗侵蚀性好等特点，而炭黑等非晶质碳素更易与金属硅反应，且微粒具有一定的填隙作用，难溶于钢水中，故采用两种碳素复合添加。主要原料的化学成分见表1。

表1 主要原料的化学成分 %

2 研制过程

2.1 试样制备

按一定比例和加料顺序混练后，在液压机上以100 MPa 的 压力 压 制成Φ50 mm×50 mm 和25 mm×25 mm×130 mm 试块，经200 ℃×24 h热处理后，在1 000 ℃×4 h 和1 450 ℃×8 h 埋碳烧成，用来测试其常温及高温性能[3]。

2.2 抗氧化剂种类及用量的确定

含碳制品虽抗侵蚀、抗热冲击能力强，但它的最大弱点是易氧化，会造成结构疏松、强度降低、使用性能下降，故必须加入一定量的抗氧化剂，如金属Si 粉，金属Al 粉、SiC 粉、 B4C 等[2]。抗氧化剂对试样性能的影响见表2。

表2 试样的检测指标

抗氧化剂复合加入种类和用量不同对常温性能影响不大，对中、高温强度有较大影响，实验确定A、C 复合加入。

2.3 电熔锆莫来石粒度对试样的影响

在保持其他物料和电熔锆莫来石加入量不变的情况下，仅改变其粒度，进行实验，分别制成1#、2#、3#试样，性能见表3。

从表3 可以看出，1#耐急冷急热性最好，气孔率较高，3#强度最高，耐急冷急热性较差，2#综合性能最佳，因此选择2#，以＜0.5 mm 形式引入。

表3 试样检测指标

3 生产工艺

由于滑板的蚀损主要集中在铸孔周围和滑距部位，故该部位以电熔刚玉、鳞片石墨为主要原料(简称复合料)，而基体部位不与钢水接触，采用二级矾土熟料做骨料，一级矾土做细粉强化基质并引入石墨，其他添加剂、结合剂均与复合料相同，这样即有利于组织生产，又利于制品复合，采用复合形式可以显著降低生产成本。

（1）制备混合粉。将细粉料、石墨、抗氧化剂等按比例称取，经双螺旋混合机混合60 min,使各物料充分混匀[4]。

（2）最佳颗粒配比，颗粒料＜3 mm 的约占62%，细粉 ＜0.088 mm 的约占38%。

（3）加料顺序：将大、小颗粒称量后，倒入高效混砂机，干混2 ～3 min 后，加入部分结合剂混5 min，加入混合粉再混5 min,并加入剩余的结合剂继续混练15 ～20 min 出料，结合剂用量4.5%～5.5%。

（4）成型按先轻后重、逐次加压、中间排气等要领操作，慎防砖坯层裂。滑板用≥400 t 压力机，湿坯气孔率≤5%，体积密度≥2.85 g/m3。水口用300 t 压力机压制，湿坯气孔率≤12%，体密≥2.70 g/ m3。

（5）成型砖坯经24 h 自然干燥后，按一定升温曲线进行热处理。

（6）研磨在M7130 平面磨床上进行，砂轮采用人造金刚石砂轮，滑动面平整度≤0.05 mm。

（7）采用自配涂料进行滑板表面涂层处理，起表面增强和高温润滑作用。

4 制品性能

制品取样检测，主要理化指标见表4。

表4 制品的理化指标检测数据

5 应用

（1）在AT 50 t 连铸钢包使用情况。浇钢温度为1 610 ～1 640 ℃，浇钢时间30 ～40 min，浇注钢种为普碳钢、20MnSi。滑板经一次用后，工作面冲蚀甚微，无拉毛现象，铸孔基本不扩大，且开关灵活自如。水口用后完整，铸孔不扩大。

（2）在BT80 t 连铸钢包使用情况。浇钢温度为1 620 ～1 650 ℃。

浇钢时间35 ～45 min，浇注钢种为普碳钢、低合金钢、船用钢。滑板工作面冲蚀轻微，铸孔周围偶有微细裂纹，铸孔扩大1 ～2 mm 且冲刷规整，无粘钢、粘渣现象。水口周围无挂渣、无夹杂附着堵塞。

据某钢厂连续使用三个月的反馈，不烧铝锆碳质复合型滑动水口具有强度高，抗侵蚀、抗冲刷，热震稳定性好等优良特性，因不浸煤沥青，作业环境得到改善且对不同钢种、不同操作方式有较好的适应性，完全可以满足中小型钢厂连铸需求。

6 结论

（1）抗氧化剂复合加入效果好，在高温使用时不但能起到防氧化的作用，而且具有增强效果。

（2）加入适量的电熔锆莫来石对提高制品抗侵蚀性、抗热冲击能力有效果。

（3）合理的颗粒级配，混合粉制备，工艺参数的确定对制品性能影响较大。

（4）制品采用复合形式即可满足生产使用，又能降低产品成本，具有显著的经济效益和社会效益。