添加剂对连铸用浸入式水口抗渣侵蚀性能影响的研究

许 栋

（包钢集团稀土钢板材厂， 内蒙古 包头 014010）

浸入式水口是连铸过程中“三大件”耐火材料之一，作为连铸保护浇铸重要组成部分，最早使用的浸入式水口是石英质水口，但石英质水口水口抗侵蚀性相对较差。后来逐步被铝碳质水口替代，铝碳水口较石英质水口在抗侵蚀、抗热震性等性能上有了很大的提高，随着连铸技术的发展，连铸用耐火材料为了适应浇铸速度加快，保护渣黏度降低，渣线蚀损加剧等情况，于是发展出了一种铝碳—锆碳质复合浸入式水口[1]。

结晶器中随着钢水液面不断上下波动，耐火材料的侵蚀也随之加剧。当渣—钢液界面向下运动时，浸入式水口外壁和钢液之间形成渣膜，浸入式水口材料中的氧化物溶解于渣膜中，使水口外壁石墨曝露出，石墨被难润湿的渣膜排斥，而被润湿性较好的钢液所润湿。当渣—钢液界面向上运动时，由于容易被钢液溶解的石墨与钢液直接接触，导致石墨易被氧化。渣—钢液界面再次向下运动时，水口外壁再次形成渣膜。这一过程连续循环发生，所以局部侵蚀会连续发生[2]。

研究发现，造成水口被侵蚀的主要原因是水口中石墨被氧化[3]，因此，采用加入抗氧化添加剂的方法，来提高水口的抗氧化性，从而达到提高其抗侵蚀性的目的。1 实验

1.1 物理性能实验（见表1）

将试样颗粒与细粉按6∶4比例混合，用酚醛树脂作为结合剂，在速混炼机中造粒，造粒后在等静压机120 MPa下压制成型，试样经过180℃8 h固化及980℃高温烧成后进行物性指标实验，结果见表2。

表1 实验原料配比 %

表2 试样物理性能测试

由表2可以得出，4组试样在物理性能上均能达到技术指标，满足浸入式水口渣线部位使用要求，但综合比较，可以看出3号试样性能指标要优于其他3组。

1.2 抗侵蚀性能试验

为了验证试验料的使用性能，通过以3号组配方为渣线料的产品和目前某钢厂在用产品用在同一中包的两流上进行使用对比（见下页图1）。对比结果表明：试验水口渣线部位材料的平均侵蚀速率为1.56 mm/h，目前在用产品的平均侵蚀速率为 1.73 mm/h。在针对不同钢种的（Q235B、SPHC、DC03等）试验过程中，试验水口渣线料的侵蚀速率均低于目前现用水口的侵蚀速率。

图1 两种产品的使用后对比

2 使用后材料的性能对比

为了更加深入研究添加剂对于渣线部位材料抗侵蚀性能的影响，对使用过后的以3号配方为渣线部位材料的水口和目前钢厂在用材料的水口进行了显气孔率和体积密度对比分析。对使用后的3号试样与钢厂在用水口进行对比分析见表3。

表3 用后水口试样的显气孔率和体积密度测试结果

由表3可知，添加了添加剂的产品在使用后的显气孔率要低于在相同使用条件下在用水口的显气孔率。较低的显气孔率有效阻止了钢中渣液侵入耐火材料内部，提高了材料的抗侵蚀性。

3 结语

在板坯连铸机进行的使用试验结果表明，添加3%Mn添加剂试验样在抵抗保护渣侵蚀铝锆碳质水口渣线部位明显优于钢厂目前的在用材料。由于金属锰能使渣线材料中石墨表面的活性碳、结合剂中的残碳生成碳碳网络结构，提高了材料的强度和抗热震性，另一方面金属锰在较低的温度下就与氧反应生成MnO，MnO与材料中的氧化物反应，在高温下生成硅酸盐熔体，这些硅酸锰熔体有效地保护了石墨不被氧化，提高了材料的抗氧化性，从而提升浸入式水口渣线部位抗保护渣侵入的能力。