当钢水由钢包向中间包浇注时,为了避免氧化和飞溅,在钢包底部的滑动水口的下端安装长水口,一端与下水口相连,另一端插入中间包的钢水内进行密封保护浇注。长水口其作用如下:(1)防止钢水二次氧化,改善钢的质量;(2)减少钢中易氧化元素的氧化产物在水口内壁沉积,延长其使用寿命;(3)长水口可多次使用,降低耐火材料消耗。
长水口应具备以下性能:
(1)优异的抗热震性;
(2)良好的机械性能和抗震动的能力;
(3)抗钢液和熔渣的侵蚀性好;
(4)边接处必须带有气封装置。长水口的材质一般有熔融石英质和铝碳质两大类。
熔融石英长水口,采用泥浆浇注法成型,其特点是抗热冲击性好,有较高的机械强度和耐酸性渣侵蚀,化学稳定性好。但其易与钢水或渣中的铁锰等氧化物形成低熔物,在高温下石英与碳反应被分解和气化,耐侵蚀性差,也不利于冶炼洁净钢。
铝碳质长水口选用高纯原料,降低杂质含量,按合理的颗粒级配改善组织结构,提高抗侵蚀性能;调整天然石墨的含量,利用粗晶鳞片石墨对钢液的不浸润性,以减少长水口的结瘤;改进造型以减少水口裂纹;应用微粉技术,添加适量Al2O3微粉等增强高温强度和热稳定性。铝碳质水口具有良好的抗热震性,对钢种的适应性强。为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层。防氧化涂层主要由长石、石英、粘土等原料组成,通过湿磨制成釉料,用人工或机械方法涂抹在水口表面,这种涂料在700~1000℃的范围内形成釉层,从而保护石墨不被氧化或氧化极少。
表2 长水口的理化性能
项目 | Al2O3 % | SiO2 % | ZrO2 % | C % | 显气孔率 % | 体积密度 g/cm3 | 抗折强度 MPa | 热膨胀率 % |
水口本体 | 50~56 | 14~18 | 28~33 | 16~20 | 2.3~2.4 | 10 | 0.50 | |
渣线部位 | 65 | 18 | 14 | 3.15 | 11 | 0.31 (900℃) | ||
透气环 | 88 | 9 | 24 | 2.8 | 0. 60 (900℃) |
对铝碳质长水口,通过加入适量低膨胀材料(熔融石英、钛酸铝),增韧材料(氧化锆)和钢纤维补强等的基础上,为进一步改善其性能从材质上又采取提高水口中Al2O3含量,减少SiO2加入量,以确保热震性能,提高使用寿命。
国内开发的不烘烤长水口,不烘烤直接使用,简化了工序,降低了能源消耗。并在长水口与钢包下水口接合部位采用氩气密封,发挥了长水口耐高温、抗侵蚀、耐冲刷等特点。此外还有铬刚玉-莫来石长水口和Al2O3-SiC-C质浇注料制作的不定形长水口,均取得了较好的使用效果。