中间连铸三大件作用及生产工艺

连铸用长水口、整体塞棒、浸入式水口(以下简称连铸三大件)是连铸工艺中非常重要的功能耐火材料。它们的作用是将钢包、中间包、结晶器三位一体地连接起来，控流和导流钢液，防止钢水二次氧化，实现连续铸造工艺。长水口又称保护套管，安装于盛钢桶下方与滑动水口装置的下水口相接，连接钢包和中间包，起着导流、防止钢水氧化和飞溅的作用；整体塞棒在连铸工艺中之作用是起着控制钢水从中间包到结晶器流量；浸入式水口是连铸过程的最关键的耐火功能部件，它安装在中间包和结晶器之间，是钢水从中间包输送到结晶器的通道，即要保护钢水不发生二次氧化，防止氮溶入或渣混入钢水及防止钢水飞溅，又要保证钢液在结晶器内有一合理的流场和温度场分布。根据它们所承受的使用条件和需要满足的使用要求，长水口、整体塞棒、浸入式水口采用抗热震性优异的含碳耐火材料，在关键工作部位，如渣线、塞棒棒头等处采用高抗侵蚀性的含碳材料。连铸三大件的结构、形状、尺寸依连铸机不同而有所区别。

连铸三大件虽然功能不同，但有着相同或相似的材质、结构特点、使用条件、性能要求等，因而在生产中采用几乎完全相同的工艺。这3种产品的结构及高性能特点决定了它们从生产工艺到所用原料不同于其他耐火材料。除少量浸入式水口为熔融石英质外，绝大多数为铝炭质：形状之细长需采用等静压成型，高石墨含量配料采用树脂结合剂形成碳结合，保护气氛热处理。具体制造工艺过程包括以下主要工序：

原料一坯料制备一等静压成型一热处理～机加工、探伤、检选、表面防氧化涂层、包装等。

连铸三大件是一类技术含量高的耐火材料产品，对工艺过程、工艺参数的选择控制，对工艺装备的水平都有较严格的要求，以保证产品质量高度稳定。

1)原料。连铸三大件所用原料可分为如下几类：主体耐火原料，石墨原料，功能添加剂和有机结合剂等。原料的选择对产品的品质、使用效果有很大的影响。因此生产三大件产品对原料的纯度、粒度、乃至结构都有较严格的要求。

1)主体耐火原料。涉及多种高档氧化物原料，如各种类型的刚玉原料、电熔氧化镁、尖晶石、电熔氧化锆、熔融石英，电熔锆莫来石等，依产品之不同和部位之不同而选择不同原料为主体耐火原料。三大件产品本体用刚玉原料或高铝原料，渣线采用部分稳定的电熔氧化锆原料，塞棒棒头、水口碗部处依浇注钢种不同而选用刚玉、电熔氧化镁、尖晶石等材质。熔融石英，锆莫来石常作为改善抗热震性原料部分引入。主体原料的种类、品质、粒度配比与产品抗热震性、抗侵蚀性、抗冲刷性密切相关。一般骨料粒度不大于1mm，产品关键部位选用高纯度电熔原料。

2)石墨原料。连铸三大件产品中均大量采用天然鳞片石墨，石墨组分对产品的最重要贡献是赋予其高抗热震性以适应使用时高温钢液的强烈热冲击。但其致命缺点是氧化问题，石墨的氧化和连铸操作条件、石墨的品位、粒度大小等都有关系。多数观点认为石墨的纯度越高，抗侵蚀性和抗氧化性越好，有些厂家对石墨原料还进行精制处理以进一步减少杂质含量。

3)功能添加剂。为有针对性地改善连铸三大件产品的使用性能，常在配料中加入一定量的起改性作用的添加剂，如防氧化添加剂抑制或减缓石墨在使用过程中的氧化，低熔点、低膨胀系数添加剂缓冲热应力提高抗热冲击性等。目前所应用的功能耐火材料多数是碳结合的含碳耐火材料，防氧化问题是在产品组成设计时必须考虑的问题。添加防氧化剂和表面防氧化涂层是在生产连铸用含碳耐火材料时惯用的措施，常用的防氧化添加剂有金属铝粉、硅粉、碳化硅、碳化硼、AI-Si、从Mg合金粉等等。这些添加剂或者在热处理过程中生成非氧化物如SiC、S3In4、SiMon、A1N等增强材料，或者在使用过程中它们可先于石墨与氧反应，能将CO(g)还原成C，抑制制品中C的消耗速度；生成C和氧化物，提高耐火材料的致密度、形成保护层、促进石墨结晶、提高高温强度等。

4)结合剂。连铸三大件几乎无例外地采用酚醛树脂作为结合剂，连铸三大件的热处理实际上就是控制树脂碳化，形成碳结合，赋予制品有足够的使用强度。所用树脂的基本要求是性能稳定、残碳高、黏度合适。树脂的特点是碳化时会排放和分解出大量气体，对制品强度和气孔率都有较大或决定性影响，进而影响到了制品的使用性能，选择一种合适的树脂是生产高质量产品的重要环节。树脂的加入量因材料的不同、石墨含量的不同而有所区别，一般在总量的6％～12％之间。

(2)坯料制备。连铸三大件坯料质量是影响到后续工艺和最终产品性能好坏的非常关键的因素，是保证产品具有均匀一致组织结构和性能的前提条件。对坯料的要求是：合适的树脂加入量，各组分分布均匀，有造粒效果，流动性好，成型性好。坯料制备设备和工艺参数的选择对此有重要影响。常用混料设备为高速混练机，混料过程为按合理的加料顺序加入骨料、预混合粉料、石墨、树脂等，混练，兼具造粒作用。烘干设备可采用耐火材料常规干燥设备，也可采用流化干燥床，操作中要严格控制干燥温度和坯料的干燥程度，以保障有良好的成型性能和坯体强度，一般干燥温度不超过80℃。

(3)成型。根据连铸三大件的外型细长、中间有流钢通道的结构特点和使用时高可靠性、高重现性的要求，生产中采用冷等静压应是当前最合适的成型方式，能保证细长中空结构的水口在整个长度方向上具有相同的品质。所用设备为冷等静压机，液体介质，橡胶模套，钢制模芯。较合适的工艺参数是压力取120~200 MPa，一定的升压、保压和卸压曲线。

(4)热处理。热处理作用在于使树脂分解碳化，形成碳结合，赋予制品以合适的强度和性能。在热处理工艺中，为防止石墨氧化，控制热处理气氛为惰性或还原气氛，热处理制度的制定参照树脂在加热过程中的挥发分的排出和分解反应温度而制定，热处理温度常取900～1250℃，热处理设备多为梭式窑。

(5)无损探伤。连铸三大件在使用上的不可重复性要求产品杜绝任何内部损伤，产品检测需采用无损探伤，所用仪器为X光探伤仪。

(6)加工和表面涂层。等静压成型品的外型尺寸，特别是配合尺寸尚达不到要求精度，三大件产品局部或全部外型尺寸需进行加工。同时，为防止在现场烘烤和使用时免遭氧化，产品表面要涂以保护涂料。所配制的涂料在较低温度下(600～750℃)能熔化成釉，并能在产品表面良好铺展和能在较宽的温度范围内维持黏度无大的变化，起到保护石墨不氧化作用。

虽然连铸三大件在原材料选用，生产工艺，性能要求等方面有诸多相同之处，但由于使用位置不同，使用条件不同，所起的功能不完全相同，在最终产品的要求上有所不同，在材质，结构等方面还有各自的特点。