連鑄三大件

整體塞棒的特點:整體塞棒一律采用等靜壓成型,其形狀和尺寸取決于中間包的容量，鋼水面的高度和中間包水口的喇叭形狀和孔徑的大小而定。其塞棒頭有帶空心的、帶吹氬孔或帶透氣塞的整體塞棒。固定方式是關(guān)鍵，一種采金屬銷固定，一種采用螺紋固定。

塞棒的功能主要是用于中間包開閉,除能自動控制中間包至結(jié)晶器的鋼水流量外，還可通過塞棒的吹氬孔，向中間包吹入氬氣和其它惰性氣體，塞棒還具有控制鋼流和凈化的功能。

整體塞棒材質(zhì)一般為鋁碳質(zhì)。在塞棒的頭部帶有吹氬孔或鑲有透氣塞，在澆注時，氬氣由塞棒孔通過吹氣孔或透氣塞吹向浸入式水口，氬氣以細散的形式進入鋼水，可以降低Al2O3的聚集量，減少在浸入式水口內(nèi)的沉積，延長整體塞棒的使用壽命。

為適應(yīng)不同精煉條件以及鋼種的連鑄需要，整體塞棒棒頭有鋁碳質(zhì)、鎂碳質(zhì)、尖晶石碳質(zhì)以及鋯碳質(zhì)等不同棒頭材質(zhì)，棒身材質(zhì)多為鋁碳質(zhì)材料。在有些長壽命中間包連鑄時，塞棒棒身部位會根據(jù)實際需求，棒身會復(fù)合設(shè)計有渣線材料，以提高抗塞棒棒身抗侵蝕能力。

表 1鋁碳質(zhì)整體塞棒理化指標(biāo)

連鑄生產(chǎn)過程中，整體塞棒頭部受侵蝕、沖刷嚴(yán)重，特別是澆鑄某些特鋼，如經(jīng)Ca、Si處理的鋼種或P、S合金化的高速切削鋼，塞棒頭部侵蝕過快，常因無法控制鋼流速度而報廢。開發(fā)的MgO-Al2O3-C復(fù)合塞棒，選用CaO/SiO2>2的電熔鎂砂，含99%的高純石墨，并加抗氧化劑SiC和添加劑。使棒頭充分發(fā)揮了MgO-C材質(zhì)耐侵蝕、抗熱震的優(yōu)越性，其膨脹率也與Al2O3-C質(zhì)相適應(yīng)。

復(fù)合Al2O3-SiC-C塞棒，棒體采用Al2O3-C質(zhì)，塞頭部位Al2O3-SiC-C質(zhì)。特級礬土鋁含量大于87%，電熔剛玉鋁含量大于99%，石墨C大于95%，采用等靜壓成型，有效地解決了Al2O3-C和Al2O3-SiC-C兩種材質(zhì)因熱應(yīng)力不同，而在高溫下出現(xiàn)的界面斷裂。

整體塞棒使用前必須烘烤到800~1000℃方能使用，長時間的烘烤會使鋁碳制品表面石墨氧化呈疏松狀態(tài)，導(dǎo)致制品耐侵蝕性和使用壽命降低，在使用時會造成制品斷裂和穿孔事故。采用防氧化涂料，在1000℃以下表面形成一層連續(xù)的光亮的釉層，且附著力強，不產(chǎn)生釉滴，抗氧化能力強。

塞棒防堵塞措施:1、塞棒吹氬。當(dāng)澆鑄添加Ti、Ca或Si元素的特殊鋼時棒端和水口連接部位，易形成夾雜物堵塞，在塞棒頭采用多孔和縫隙式，氬氣從此吹向浸入式水口，可防止結(jié)瘤堵塞。2、氣洗長水口。把氬氣從中間包塞棒的芯管上端吹入，通過多孔質(zhì)塞頭磚進入注流中，不但可以防止水口堵塞，而且還有細化夾雜和降低夾雜的效果。3、尖晶石-碳塞棒防堵塞。鈣處理鋼對鋁碳質(zhì)材料侵蝕，嚴(yán)重新開發(fā)的尖晶石-碳塞棒，不與mCaO·nAl2O3反應(yīng)，且材質(zhì)強度高抗侵蝕性好。

在連鑄技術(shù)中,為提高鑄坯質(zhì)量,在中間包與結(jié)晶器之間設(shè)有浸入式水口,其主要作用是:(1)防止鋼水二次氧化氮化和鋼水的飛濺;(2)調(diào)節(jié)鋼水流動狀態(tài)和注入速度;(3)防止保護渣非金屬夾雜物卷入鋼水中,對促進鋼水中夾雜物的上浮起重要作用;(4)對邊鑄拉坯成材率和鑄坯質(zhì)量有決定性影響。

浸入式水口安裝在中間包底部，并插入結(jié)晶器中。其主要形式有:

A 整體型浸入式水口:這種水口不需用中間包水口，其外形較長，一般在700mm以上。有兩種形式，一種是內(nèi)裝式水口，即由中間包內(nèi)向外安裝，水口為整體結(jié)構(gòu)，密封性好;另一種是外裝型水口，安裝方式由中間包底向內(nèi)安裝，目前國內(nèi)尚未使用。

B 外掛式浸入式水口:該形式水口與中間包上水口配合使用，在使用中浸入式水口的上端通過托圈或機械臂外掛在中包包底并與上水口頭部形成配合相連，其下端插入結(jié)晶器中。

C 快換式浸入式水口:這種浸入式水口相當(dāng)于滑動水口的下水口，主要應(yīng)用于板坯、寬厚板坯連鑄需求，使用時與快換中包上水口配合使用，這種形式是今后的發(fā)展方向。

D 薄板坯浸入式水口:該形式浸入式水口特別為薄板坯連鑄需求定制開發(fā)而來，其顯著特點是具有扁平狀出鋼口，厚度處在60-80mm之間。

浸入式水口具有一定的氣孔率，同樣具有透氣性，外界空氣在鋼水流動產(chǎn)生的負壓作用下滲透到水口內(nèi)部，與鋼水接觸使其氧化。因此在長水口和浸入式水口的外表面必須涂一層防氧化釉層。無論何種材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的浸入式水口都必須滿足以下條件:

(1)保證正常拉速時的鋼水流通量;

(2)盡可能使結(jié)晶器內(nèi),鑄坯斷面的熱流分布均勻;

(3)有利于保護渣的迅速熔化;

(4)有利于夾雜物上浮,不卷渣;

(5)避免結(jié)晶器內(nèi)鋼液面劇烈翻動;

(6)安裝方便。

在連鑄初期,采用熱穩(wěn)定性好,純度高的熔融石英浸入式水口,可以滿足普通碳素鋼、低錳鋼、鋁鎮(zhèn)靜鋼等鋼種的澆注。但其在高錳鋼及高堿度熔渣的條件下，侵蝕非常嚴(yán)重。此時鋁碳質(zhì)浸入式水口被廣泛采用。鋁碳質(zhì)浸入式水口原料采用特級礬土、電熔剛玉或燒結(jié)剛玉等，添加石墨及防氧化劑，產(chǎn)品具有抗侵蝕、耐熱震等優(yōu)點。

為解決浸入式水口渣線部位被嚴(yán)重侵蝕,以及防止氧化鋁附著造成水口的堵塞,在鋁碳質(zhì)的基礎(chǔ)上開發(fā)了一系列新型的浸入式水口。

A Al2O3-C/ZrO2-C復(fù)合水口

隨著連鑄技術(shù)不斷發(fā)展，鋼種增多，拉速加大，要求進一步提高渣線部位的耐侵蝕性，在渣線處用鋯碳材質(zhì)做復(fù)合層。由于ZrO2具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性難以被CaO-Al2O3-SiO2系保護渣侵蝕，高溫下熔入渣中的ZrO2增加了渣的粘度，而未被熔解的ZrO2顆粒又增加了渣的表觀粘度，從而降低了渣對ZrO2-C層的侵蝕，提高了水口的耐用性。ZrO2含量越高抗侵蝕能力越強。復(fù)合式浸入式水口性能見表10。

B (MgO-C)-(Al2O3-C)-(ZrO2-C)復(fù)合水口

為提高浸入式水口的耐用性，鋼水流出部位采用MgO-C質(zhì)，以延長使用壽命和改善澆鑄速度的控制，在渣線部位采用ZrO2質(zhì)或BN以提高耐侵蝕性。本體部位采用Al2O3-C質(zhì)。

C ZrB2-C保護套

浸入式水口渣線部位保護套，要求材質(zhì)具有良好的耐剝落性。ZrC、ZrN的高溫穩(wěn)定性欠佳，因而選擇Zr的硼化物。采用ZrB-C材質(zhì)，添加適量金屬Al提高抗侵蝕性，減小ZrB2的臨界粒度，防止耐剝落性下降。

D 添加AZT、AZTS材料的浸入式水口

用燒結(jié)和電熔法合成的Al2O3-ZrO2-TiO2(AZT)和Al2O3-ZrO2-TiO2-SiO2(AZTS)材料，具有膨脹系數(shù)低，耐侵蝕，還原氣氛下穩(wěn)定性好等特點。采用AZT和AZTS兩種原料，按一定的顆粒配比加入一定量的熔融石英(FS)，用樹脂作結(jié)合劑，以等靜壓成型的浸入式水口，性能優(yōu)良，具有機械強度高、耐侵蝕和抗熱震性能好的特點，滿足多爐連澆的需要。制品中加入AZT和AZTS后，水口具有良好的抗熱震性，其中以加入AZTS的浸入式水口抗熱震性最佳。

E 長時間多爐連鑄的浸入式水口

在解決了水口內(nèi)腔產(chǎn)生堵塞及防氧化涂料等難點后,開發(fā)了保溫型吹氬浸入式水口,由于減少了溫差,防止了因應(yīng)力產(chǎn)生的裂紋,不同程度地減少了內(nèi)腔持渣。在寶鋼大型板坯連鑄機上實現(xiàn)多爐連澆。

F 薄壁鋁碳-鋯碳質(zhì)浸入式水口

薄壁浸入式水口由上段鋁碳質(zhì)和下段鋯碳質(zhì)復(fù)合，制成壁厚僅12.5mm的薄壁型水口。其抗熱震性好，抗侵蝕性強，在使用中不掉片、不開裂、侵蝕輕微，可提高連澆爐數(shù)，降低耐材消耗，提高鑄坯質(zhì)量。

G 高效長壽命浸入式水口

在解決了水口物理機械等一系列熱穩(wěn)定性能后，開發(fā)出一種有內(nèi)襯材料的浸入式水口，內(nèi)襯采用5mm厚左右的尖晶石-碳材料，添加少量硅灰和SiC、BN等作為添加劑。加強高溫下水口的抗鋼水沖刷性能，能大大延長浸入式水口的使用壽命。普碳鋼生產(chǎn)時，使用合適的結(jié)晶器保護渣。使用壽命能達到12小時以上。

這主要是因為:(1)連鑄所要求的整體塞棒、長水口和浸入式水口的長度直徑比太大，普通的壓力機壓制的制品上下密度差別太大。而用等靜壓壓制時，壓制面上壓力均勻，各個部位、斷面上的體積密度均勻一致。(2)等靜壓可經(jīng)壓制結(jié)合劑含量低、塑性差的較難壓制的泥料，高石墨含量的剛玉料正是屬于這類泥料。(3)由于石墨的層片狀結(jié)構(gòu)，在雙面壓制時易分層、取向，引起層裂。隨著石墨含量的增加，層裂傾向更明顯。采用等靜壓成型可以有效避免層裂，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

現(xiàn)在也有一種解釋是叫連鑄四大件分別是:長水口、塞棒、中包水口、浸入式水口。其實，浸入式水口是分兩類:內(nèi)裝浸入式水口、外裝浸入式水口。內(nèi)裝的一般用于特鋼類(保護澆注)，外裝的用于普碳鋼類。所以，廣義上說還是"連鑄三大件"。

當(dāng)鋼水由鋼包向中間包澆注時,為了避免氧化和飛濺,在鋼包底部的滑動水口的下端安裝長水口,一端與下水口相連,另一端插入中間包的鋼水內(nèi)進行密封保護澆注。長水口其作用如下:(1)防止鋼水二次氧化，改善鋼的質(zhì)量;(2)減少鋼中易氧化元素的氧化產(chǎn)物在水口內(nèi)壁沉積，延長其使用壽命;(3)長水口可多次使用，降低耐火材料消耗。

長水口應(yīng)具備以下性能:

(1)優(yōu)異的抗熱震性;

(2)良好的機械性能和抗震動的能力;

(3)抗鋼液和熔渣的侵蝕性好;

(4)邊接處必須帶有氣封裝置。長水口的材質(zhì)一般有熔融石英質(zhì)和鋁碳質(zhì)兩大類。

熔融石英長水口，采用泥漿澆注法成型，其特點是抗熱沖擊性好，有較高的機械強度和耐酸性渣侵蝕，化學(xué)穩(wěn)定性好。但其易與鋼水或渣中的鐵錳等氧化物形成低熔物，在高溫下石英與碳反應(yīng)被分解和氣化，耐侵蝕性差，也不利于冶煉潔凈鋼。

鋁碳質(zhì)長水口選用高純原料，降低雜質(zhì)含量，按合理的顆粒級配改善組織結(jié)構(gòu)，提高抗侵蝕性能;調(diào)整天然石墨的含量，利用粗晶鱗片石墨對鋼液的不浸潤性，以減少長水口的結(jié)瘤;改進造型以減少水口裂紋;應(yīng)用微粉技術(shù)，添加適量Al2O3微粉等增強高溫強度和熱穩(wěn)定性。鋁碳質(zhì)水口具有良好的抗熱震性，對鋼種的適應(yīng)性強。為防止水口表面的碳在烘烤和使用中被氧化，在水口表面涂有防氧化涂層。防氧化涂層主要由長石、石英、粘土等原料組成，通過濕磨制成釉料，用人工或機械方法涂抹在水口表面，這種涂料在700~1000℃的范圍內(nèi)形成釉層，從而保護石墨不被氧化或氧化極少。

表2 長水口的理化性能

對鋁碳質(zhì)長水口，通過加入適量低膨脹材料(熔融石英、鈦酸鋁)，增韌材料(氧化鋯)和鋼纖維補強等的基礎(chǔ)上，為進一步改善其性能從材質(zhì)上又采取提高水口中Al2O3含量，減少SiO2加入量，以確保熱震性能，提高使用壽命。

國內(nèi)開發(fā)的不烘烤長水口，不烘烤直接使用，簡化了工序，降低了能源消耗。并在長水口與鋼包下水口接合部位采用氬氣密封，發(fā)揮了長水口耐高溫、抗侵蝕、耐沖刷等特點。此外還有鉻剛玉-莫來石長水口和Al2O3-SiC-C質(zhì)澆注料制作的不定形長水口，均取得了較好的使用效果。

致密電熔剛玉是制作高爐鐵溝澆注料、鋼包澆注料、搗打料、預(yù)制件等不定形耐火材料以及連鑄三大件、透氣磚、水口座磚等各種定形制品的理想原料，致密電熔剛玉廣泛用于鋼鐵、水泥、陶瓷、石化等行業(yè)。

主要用于冶金行業(yè)，例如:

高爐出鐵口用--Al2O3-SiC-C炮泥，

鐵溝澆注料--Al2O3-SiC-C磚，

魚雷罐--Al2O3-SiC-C磚，Al2O3-MgO-C磚

鋼包:

渣線--MgO-C磚

包襯--Al2O3-MgO-C磚

連鑄三大件

塞棒--Al2O3-C質(zhì)

長水口--Al2O3-C質(zhì)

浸入式水口--Al2O3-C質(zhì)

滑板--Al2O3-ZrO2-C