不燒鋁鋯碳質(zhì)復合型滑動水口的研制

孫華云

（山東工業(yè)職業(yè)學院）

0 前言

隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，連鑄技術(shù)的進步，對耐火材料提出了更高的要求。滑動水口作為一種控制、調(diào)節(jié)鋼水流量的功能性耐火材料，使用條件更加苛刻。雖然近年來開發(fā)的燒成鋁碳質(zhì)、燒成鋁鋯碳質(zhì)制品的使用性能有所提高，但價格昂貴，為此筆者研制出了性能優(yōu)良且價格適宜的不燒鋁鋯質(zhì)復合型制品，以滿足鋼廠連鑄需求。

1 原料選擇

電熔剛玉具有熔點高、硬度大、化學穩(wěn)定性好、抗侵蝕、耐磨損等特性，故選用電熔剛玉作主要原料，同時加入適量的、具有一定活性的氧化鋁微粉，使之在較低溫度下與其他成分形成莫來石結(jié)合，且微粉具有良好的填充作用，可降低氣孔率，提高致密度，增加制品強度。

由于ZrO2同質(zhì)異晶的轉(zhuǎn)化伴隨有體積和密度的變化，且這種變化是快速可逆的，利用這一異常膨脹特征，可以提高制品的抗熱震性，同時ZrO2具有良好的抗侵蝕、抗沖刷能力，故引入一定量的電熔鋯莫來石，其主要礦物相為斜鋯石、剛玉及少量玻璃相[1]。ZrO2晶型轉(zhuǎn)變關(guān)系如圖1 所示。

圖1 ZrO2晶型轉(zhuǎn)變

碳素材料具有熔點高、低膨脹系數(shù)、導熱性好等特性，對制品抗侵蝕、抗熱震有益。天然鱗片狀石墨具有結(jié)晶完好、抗氧化性好、抗侵蝕性好等特點，而炭黑等非晶質(zhì)碳素更易與金屬硅反應，且微粒具有一定的填隙作用，難溶于鋼水中，故采用兩種碳素復合添加。主要原料的化學成分見表1。

表1 主要原料的化學成分 %

2 研制過程

2.1 試樣制備

按一定比例和加料順序混練后，在液壓機上以100 MPa 的 壓力 壓 制成Φ50 mm×50 mm 和25 mm×25 mm×130 mm 試塊，經(jīng)200 ℃×24 h熱處理后，在1 000 ℃×4 h 和1 450 ℃×8 h 埋碳燒成，用來測試其常溫及高溫性能[3]。

2.2 抗氧化劑種類及用量的確定

含碳制品雖抗侵蝕、抗熱沖擊能力強，但它的最大弱點是易氧化，會造成結(jié)構(gòu)疏松、強度降低、使用性能下降，故必須加入一定量的抗氧化劑，如金屬Si 粉，金屬Al 粉、SiC 粉、 B4C 等[2]。抗氧化劑對試樣性能的影響見表2。

表2 試樣的檢測指標

抗氧化劑復合加入種類和用量不同對常溫性能影響不大，對中、高溫強度有較大影響，實驗確定A、C 復合加入。

2.3 電熔鋯莫來石粒度對試樣的影響

在保持其他物料和電熔鋯莫來石加入量不變的情況下，僅改變其粒度，進行實驗，分別制成1#、2#、3#試樣，性能見表3。

從表3 可以看出，1#耐急冷急熱性最好，氣孔率較高，3#強度最高，耐急冷急熱性較差，2#綜合性能最佳，因此選擇2#，以＜0.5 mm 形式引入。

表3 試樣檢測指標

3 生產(chǎn)工藝

由于滑板的蝕損主要集中在鑄孔周圍和滑距部位，故該部位以電熔剛玉、鱗片石墨為主要原料(簡稱復合料)，而基體部位不與鋼水接觸，采用二級礬土熟料做骨料，一級礬土做細粉強化基質(zhì)并引入石墨，其他添加劑、結(jié)合劑均與復合料相同，這樣即有利于組織生產(chǎn)，又利于制品復合，采用復合形式可以顯著降低生產(chǎn)成本。

（1）制備混合粉。將細粉料、石墨、抗氧化劑等按比例稱取，經(jīng)雙螺旋混合機混合60 min,使各物料充分混勻[4]。

（2）最佳顆粒配比，顆粒料＜3 mm 的約占62%，細粉 ＜0.088 mm 的約占38%。

（3）加料順序：將大、小顆粒稱量后，倒入高效混砂機，干混2 ～3 min 后，加入部分結(jié)合劑混5 min，加入混合粉再混5 min,并加入剩余的結(jié)合劑繼續(xù)混練15 ～20 min 出料，結(jié)合劑用量4.5%～5.5%。

（4）成型按先輕后重、逐次加壓、中間排氣等要領(lǐng)操作，慎防磚坯層裂。滑板用≥400 t 壓力機，濕坯氣孔率≤5%，體積密度≥2.85 g/m3。水口用300 t 壓力機壓制，濕坯氣孔率≤12%，體密≥2.70 g/ m3。

（5）成型磚坯經(jīng)24 h 自然干燥后，按一定升溫曲線進行熱處理。

（6）研磨在M7130 平面磨床上進行，砂輪采用人造金剛石砂輪，滑動面平整度≤0.05 mm。

（7）采用自配涂料進行滑板表面涂層處理，起表面增強和高溫潤滑作用。

4 制品性能

制品取樣檢測，主要理化指標見表4。

表4 制品的理化指標檢測數(shù)據(jù)

5 應用

（1）在AT 50 t 連鑄鋼包使用情況。澆鋼溫度為1 610 ～1 640 ℃，澆鋼時間30 ～40 min，澆注鋼種為普碳鋼、20MnSi。滑板經(jīng)一次用后，工作面沖蝕甚微，無拉毛現(xiàn)象，鑄孔基本不擴大，且開關(guān)靈活自如。水口用后完整，鑄孔不擴大。

（2）在BT80 t 連鑄鋼包使用情況。澆鋼溫度為1 620 ～1 650 ℃。

澆鋼時間35 ～45 min，澆注鋼種為普碳鋼、低合金鋼、船用鋼。滑板工作面沖蝕輕微，鑄孔周圍偶有微細裂紋，鑄孔擴大1 ～2 mm 且沖刷規(guī)整，無粘鋼、粘渣現(xiàn)象。水口周圍無掛渣、無夾雜附著堵塞。

據(jù)某鋼廠連續(xù)使用三個月的反饋，不燒鋁鋯碳質(zhì)復合型滑動水口具有強度高，抗侵蝕、抗沖刷，熱震穩(wěn)定性好等優(yōu)良特性，因不浸煤瀝青，作業(yè)環(huán)境得到改善且對不同鋼種、不同操作方式有較好的適應性，完全可以滿足中小型鋼廠連鑄需求。

6 結(jié)論

（1）抗氧化劑復合加入效果好，在高溫使用時不但能起到防氧化的作用，而且具有增強效果。

（2）加入適量的電熔鋯莫來石對提高制品抗侵蝕性、抗熱沖擊能力有效果。

（3）合理的顆粒級配，混合粉制備，工藝參數(shù)的確定對制品性能影響較大。

（4）制品采用復合形式即可滿足生產(chǎn)使用，又能降低產(chǎn)品成本，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。