王文寰,甘廣永,宋利寬,郝立可,王 蕊

(河北國亮新材料股份有限公司,河北省企業(yè)技術(shù)中心,河北省鋼鐵冶煉用耐火材料技術(shù)創(chuàng)新中心,河北 唐山 063021)

鋼廠鋼包是屬于盛裝高溫鋼水的金屬容器[1],滑動水口是鋼廠連鑄機(jī)澆鑄過程中鋼水的控制裝置,能夠精確地調(diào)節(jié)從鋼包到連鑄中間包的鋼水流量,使流入和流出的鋼水達(dá)到平衡,從而使連鑄操作更容易控制,是鋼鐵冶煉中不可缺少的部分[2]。鋼包下水口是鋼包中鋼水向中間包流動的通道,對鋼水起著導(dǎo)向和控流作用[3],并與大包長水口連接,有保護(hù)澆鑄,防止鋼水二次氧化的作用[4]。鋼包下水口在使用過程中的橫斷、穿孔、夾鋼、粘鋼等問題,影響了連鑄生產(chǎn)[5]。鋼包下水口在使用過程中孔徑內(nèi)部溫度達(dá)到1 600 ℃左右,而越靠外溫度越低,這樣導(dǎo)致水口外部受到較大的張應(yīng)力,在熱應(yīng)力的作用下,下水口容易產(chǎn)生縱裂紋。同時由于下水口在使用過程中上下冷卻速度不一樣,導(dǎo)致上下方向產(chǎn)生熱應(yīng)力,形成環(huán)形裂紋,裂紋擴(kuò)大會導(dǎo)致下水口斷裂,出現(xiàn)下水口漏鋼的現(xiàn)象[6]。這就要求鋼包下水口在高溫下有良好的耐沖刷性、熱震穩(wěn)定性,另外還要有一定的中溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度,能夠經(jīng)受滑動機(jī)構(gòu)和保護(hù)套管給予的剪切力。

目前鋼包下水口主要分為澆注成型和機(jī)壓成型兩種,國內(nèi)多家耐材企業(yè)生產(chǎn)的鋼包下水口屬于鋁碳材質(zhì)[7],機(jī)壓下水口含碳量比較高,熱傳導(dǎo)比較快,熱穩(wěn)定性能及高溫抗折強(qiáng)度偏低[8],目前耐火材料的原料價格大幅度上漲,居高不下,下游客戶鋼企對耐火材料制品的采購成本大幅度壓縮,耐火材料生產(chǎn)廠家想要保持一定的盈利空間,再滿足煉鋼新廠安全使用要求的前提下,降低耐火材料產(chǎn)品的制造成本,開發(fā)高附加值的新產(chǎn)品,也是一項很有意義的工作[9]。因此,將莫來石和熔融石英引入到鋼包下水口中,做出此配比進(jìn)行實驗,開發(fā)出一種在鋼包下水口中引入莫來石和熔融石英的機(jī)壓成型鋼包下水口。

1 實 驗

1.1 原 料

實驗原料主要采用高鋁料、莫來石、熔融石英、酚醛樹脂等為原料。原料化學(xué)成分如表1所示。

1.2 實驗方案

實驗方案如表2所示,按照表2中的比例進(jìn)行實驗。

表2 實驗方案 %

2 試樣制備

2.1 試樣制備方法

在車間按照表2中的原料配比配料700 kg,先將骨料放入輪碾式混合機(jī),混合均勻后,放入適量的預(yù)熱后的酚醛樹脂,濕混幾分鐘后放入混合均勻的粉料繼續(xù)進(jìn)行混煉,根據(jù)泥料的強(qiáng)度等性能確定最終的混料時間,總混料時間控制在40 min左右,為了保證泥料具有良好的使用性能,泥料出碾后放在困料室進(jìn)行困料,困料室溫度和濕度都控制在要求范圍內(nèi)。泥料在困料室困料約一天后,有經(jīng)驗的員工根據(jù)泥料的性能對其進(jìn)行判斷,使用滿足性能要求的泥料方可用來成型實驗下水口。下水口成型時采用機(jī)壓成型的方式,使用摩擦壓力機(jī),采用先輕后重的成型方式,保證坯體內(nèi)的氣體盡可能排出,兩種泥料的下水口各成型40塊左右。分別在下水口坯上做上相應(yīng)標(biāo)記,普通的下水口標(biāo)記為M1,引入莫來石和熔融石英的下水口標(biāo)記為M2,檢查合格無外觀質(zhì)量問題的下水口放在窯車上并推進(jìn)烘干窯進(jìn)行烘干,按照已設(shè)定好的升溫曲線進(jìn)行200 ℃烘干。烘干出窯冷卻后的下水口各取一塊進(jìn)行切割,按照GB/T10325、GB/T7321的取樣、制樣規(guī)定將其切割成40 mm×40 mm×40 mm的標(biāo)準(zhǔn)樣塊,需要測試1 000 ℃×3 h燒后性能指標(biāo)的樣塊進(jìn)行相應(yīng)熱處理,隨爐冷卻。

2.2 性能檢測

經(jīng)切割烘干后的標(biāo)準(zhǔn)樣塊按照GB/T 3001—2017的相關(guān)規(guī)定檢測常溫抗折強(qiáng)度、按GB/T 5072—2008的相關(guān)規(guī)定檢測常溫耐壓強(qiáng)度、按GB/T 2997—2015的相關(guān)規(guī)定檢測體積密度和顯氣孔率[10]。不同溫度處理后樣塊檢測的各項數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 兩種不同材質(zhì)下水口磚坯樣塊檢測結(jié)果對比

2.3 結(jié)果與討論

通過以上實驗數(shù)據(jù)可得:在原有鋼包下水口的原配方基礎(chǔ)上,引入莫來石和熔融石英取代30%的高鋁料生產(chǎn)鋼包下水口,對其常溫抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度影響不大;但是引入莫來石和熔融石英后的鋼包下水口1 000 ℃×3 h燒后的抗折耐壓強(qiáng)度明顯降低;引入莫來石和熔融石英后,常溫和1 000 ℃×3 h燒后的體積密度減小,氣孔率增大。

2.4 鋼廠試用

本實驗生產(chǎn)的兩種不同材質(zhì)鋼包下水口磚坯按照后續(xù)相關(guān)工藝要求,進(jìn)行檢測和生產(chǎn),生產(chǎn)出的合格下水口在唐山某鋼廠進(jìn)行試用,該現(xiàn)場的煉鋼環(huán)境為:130 t鋼包,所煉鋼種主要為Q195L和Q235B,全程精煉,鋼包接鋼溫度為1 650 ℃左右,澆鋼時間約為30 min?，F(xiàn)用下水口使用2次,用后擴(kuò)徑不明顯,內(nèi)徑較為光滑,但個別有冷裂紋出現(xiàn)。將兩種不同材質(zhì)的鋼包下水口應(yīng)用于該現(xiàn)場,用后效果相差不大,使用后數(shù)據(jù)結(jié)果見表4。

表4 下水口試用結(jié)果

通過現(xiàn)場試用數(shù)據(jù)的對比,這兩種不同材質(zhì)下水口在使用過程中的使用效果差距不大,使用次數(shù)增多,孔徑處炸裂概率降低,用后下水口使用后照片如圖1所示。

圖1 實驗下水口在現(xiàn)場使用后照片

后續(xù)按照該實驗配方又生產(chǎn)了其他磚型的下水口,并在唐山另一鋼廠進(jìn)行了擴(kuò)大實驗,現(xiàn)場煉鋼環(huán)境為:鋼包裝容量180 t,所煉鋼種為Q195L、SPHC、ZFQ235B、ZFQ355B、Q235B,85%精煉,鋼包接鋼溫度為1 630 ℃左右,澆鋼時間約為25～40 min。將兩種不同材質(zhì)的鋼包下水口應(yīng)用于該現(xiàn)場,用后效果相差不大,使用后數(shù)據(jù)結(jié)果見表5?，F(xiàn)場使用情況比較穩(wěn)定,降低了冷裂紋出現(xiàn)的概率,目前已在該現(xiàn)場推廣應(yīng)用,用后下水口使用后照片如圖2所示。

圖2 另一鋼廠實驗下水口在現(xiàn)場使用后照片

表5 另一鋼廠下水口試用結(jié)果

從以上兩鋼廠實際應(yīng)用的結(jié)果可以看出:引入莫來石和熔融石英的鋼包下水口,對鋼廠的鋼包下水口正常使用無影響,可以滿足鋼廠的使用要求,并且提高了鋼包下水口的抗熱震性,降低了冷裂紋出現(xiàn)的概率,提高了產(chǎn)品的安全系數(shù),而且降低了原材料成本,增大了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié) 論

在鋼包下水口中引入莫來石和熔融石英,對其常溫抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度影響不大;1 000 ℃×3 h燒后的抗折耐壓強(qiáng)度明顯降低;常溫和1 000 ℃×3 h燒后的體積密度減小,氣孔率增大,提高了鋼包下水口的熱震穩(wěn)定性,降低了用后鋼包下水口冷裂紋出現(xiàn)的概率,提高了操作安全系數(shù),降低了原材料成本,提高了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過在不同鋼廠130 t和180 t鋼包上正常使用后,降低了鋼包下水口冷裂紋產(chǎn)生的概率,平均擴(kuò)孔4～4.5 mm,滿足鋼廠試用要求,可以在適應(yīng)的現(xiàn)場繼續(xù)推廣應(yīng)用。