CN115945679A - 一种材料与电场耦合防止浸入式水口堵塞的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于连铸用功能耐火材料领域，具体涉及一种新型内衬材料加电场耦合的方式防止浸入式水口堵塞的方法。本发明利用氧化锆与钢液不润湿、与氧化铝反应性差以及Max相和Al‑Si合金高温下自密封的特性，同时基于脉冲电场下带正电氧化铝夹杂物远离正极的原理，在浸入式水口内部复合氧化锆基内衬材料，同时连铸时施加高频脉冲电场，减缓浸入式水口内部氧化性气体CO、SiO等向浸入式水口与钢液界面的渗透，降低内衬材料与氧化铝的反应，避免氧化铝夹杂向水口壁面迁移，减少浸入式水口内部氧化铝的结瘤。本发明解决了目前采用单一手段来防止浸入式水口堵塞的不足，提高了水口寿命和钢坯质量。
Description
技术领域
本发明属于连铸用功能耐火材料领域，具体涉及一种材料与电场耦合防止浸入式水口堵塞的方法。
背景技术
浸入式水口是连铸中重要的功能耐火材料，连接中间包与结晶器，具有防止钢水二次氧化、稳定流场等重要作用。在连铸工艺中夹杂物是影响铸坯品质的重要因素，但在高品质钢连铸过程中，氧化铝、镁铝尖晶石、稀土复合氧化物等夹杂物容易与浸入式水口反应，造成内孔结瘤堵塞和外壁挂渣，轻则引发拉速降低或流场不均，导致连铸操作不稳定，以及结瘤物脱落、卷渣等严重影响铸坯质量，甚至完全堵塞造成连铸中断事故，成为我国优特钢生产质量和效率提高的卡脖子问题，急需解决。因此，针对浸入式水口的防堵问题研究者们做了大量的工作，极大的改善了水口的堵塞现象，但仍不尽如人意，相关的研究仍在继续进行。
基于流体力学、化学等因素对耐火材料材质、结构及夹杂物颗粒传递、黏附的影响规律，开发了内壁复合防堵塞材料，如常用的内衬材料主要有CaZrO3、Al2O3、尖晶石等，或难与钢水反应、或与夹杂物反应生成低熔点物质降低氧化铝堵塞，但其通用性较差，且使用效果与钢厂实际操条件相关性较大，主要问题是这些材料为碳结合材料，气孔率较高，使用过程中材料中的SiO、CO气体容易扩散到耐火材料与钢水界面氧化钢水，加速氧化铝的结瘤。另外，通过在水口上施加电场的方法也可降低水口堵塞，专利ZL201510110081.5提出将水口外表面通过导电材料与大地连接，使水口内表面保持电中性，可减少或消除夹杂物向水口内表面的迁移；专利ZL 201910205858 .4 在浸入式水口内壁施加稳定的正向电流，施加的电荷与夹杂物同性使夹杂物在浸入式水口内壁的烧结与粘附行为得到限制；专利CN202111414173 .4通过在中间包中设置脉冲电源，电源的正极连接中间包的塞棒顶部，负极连接水口底部结晶器内的铁棒电极，实现了脉冲电场下非金属夹杂物的定向迁移；JP2003126945A在中间包和浸入式水口之间通入直流电流，电流密度为0.001 A / cm2-0.3A / cm2；JP2004243385A利用插入中间包内的耐火材料圆柱作为阴极，浸入式水口作为阴极，通入10-300A的直流电流；JP2011147940A也利用插入中间包内的耐火材料圆柱作为阳极，浸入式水口作为阴极，通入0.0005 A / cm2-0.02A / cm2的直流电流，同时浸入式水口中氧化铝-石墨质耐火材料为50 ~ 80wt%的氧化铝和11 ~ 40wt%的碳作为主要成分，CaO含量在1wt%-5wt%，ZrO2含量小于10wt%；JP2012055911A、JP2014184491A为一机多流或一机一流连铸机提出了电场的加载方式，通过插入中间包内的耐火材料圆柱作为阳极、浸入式水口作为阴极，施加脉冲波形的电场，电流值为10-300A、周期为6-20ms、正负交变，且在脉冲波形的一个周期中浸入式水口为负的周期长于浸入式水口为正的周期；CN2015058944.0将铝碳质浸入式水口与脉冲电源的正极通过导线相连，负极与塞棒或长水口连接，通过施加低密度脉冲电流降低了结瘤。施加电场虽然取得了一定的效果，但存在几个问题，一是电场施加时未考虑到材质情况，由于具有较高的导电性均采用铝碳质水口，铝碳材料在接触钢液时会失去碳，导致表面粗糙，钢液在水口表面的紊乱度增大，加速了结瘤，甚至会抵消电场的作用；二是电场施加的方式有待于改进，如专利ZL 201910205858 .4、CN202111414173 .4、CN2015058944.0仅能使浸入式水口上部荷电，而在浸入式水口下部、出口部位是严重的结瘤部位，电场的施加方式导致这些部位电流，使得电场没有发挥应有的作用；三是高温下钢液中氧化铝夹杂会瞬态荷正电，JP2004243385A、JP2011147940A、JP2012055911A、JP2014184491A以浸入式水口作为阴极，容易吸引氧化铝夹杂向浸入式水口迁移，加速了结瘤，达不到防止结瘤的效果；另外施加的脉冲频率较低，实际效果不佳。因此，目前施加电场的方式难达到一个良好的使用效果。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种材料与电场耦合防止浸入式水口堵塞的方法。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种材料与电场耦合防止浸入式水口堵塞的方法，首先制备一种带有钢制接线柱和复合内衬的浸入式水口；浸入式水口的内衬材料主要由氧化锆和添加剂组成，添加剂为Al-Zr-C系Max相和Al-Si合金的混合物，添加剂含量在3-8wt%，利用氧化锆与钢液不润湿、与氧化铝反应性差的特性，以及Al-Zr-C系Max相和Al-Si合金高温下自密封的特性，降低内衬材料与氧化铝的反应，降低浸入式水口内部氧化性气体CO、SiO向浸入式水口与钢液界面的渗透，减少浸入式水口内部氧化铝的结瘤；浸入式水口中间位置外部包裹50-80mm高的钢壳，钢壳上带有接线柱；然后制备一种直径为50-70mm的锆碳质圆柱体，同时，锆碳质圆柱体外部复合一层10-15mm的BN质陶瓷作为绝缘体；在钢水连铸时，将带有接线柱的复合型浸入式水口作为阳极，将复合有BN质陶瓷的锆碳质圆柱体作为阴极并位于结晶器内，保证锆碳部位不与保护渣接触，在锆碳材料和水口之间施加50-100A的高频正脉冲电流，频率为60-100KHZ，使得浸入式水口中下部能够有均匀电场，在脉冲电场的作用下氧化铝夹杂物远离浸入式水口壁面，提高电场的作用效果，改善防堵效果。
本发明提出的一种材料与电场耦合防止浸入式水口堵塞的方法，解决了目前采用单一手段来防止浸入式水口堵塞的不足，提出了一种材料电场耦合防堵的新方法；与现有单独采用电场或材料防堵的方法比较，防堵效果更佳，提高了水口寿命和钢坯质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、钢水，2、整体塞棒，3、中间包，4、电源，5、接线柱，6、BN陶瓷，7、锆碳质圆柱体，8、内衬，9、保护渣，10、浸入式水口，11结晶器。
实施方式
结合附图和具体实施例对本发明加以详细说明：
实施例
如图1所示，制备一种带有钢制接线柱和复合内衬的浸入式水口，其中内衬材料主要由氧化锆和添加剂组成，添加剂为Al-Zr-C系Max相和Al-Si合金的混合物，含量在3 wt%，浸入式水口中间位置外部包裹80mm高的钢壳，钢壳上带有接线柱。制备一种直径为70mm的锆碳质圆柱体，圆柱体外部复合一层15mm的BN质陶瓷作为绝缘体。在钢水连铸时，将带有钢制接线柱的复合型浸入式水口作为阳极，圆柱状锆碳材料作为阴极置于结晶器内，在锆碳材料和水口之间施加50A的高频正脉冲电流，频率为60KHZ，连铸炉次由平均4.2炉提高到平均5.8炉。
实施例
制备一种带有钢制接线柱和复合内衬的浸入式水口，其中内衬材料主要由氧化锆和添加剂组成，添加剂为Al-Zr-C系Max相和Al-Si合金的混合物，含量在8 wt%，浸入式水口中间位置外部包裹60mm高的钢壳，钢壳上带有接线柱。制备一种直径为60mm的锆碳质圆柱体，圆柱体外部复合一层12mm的BN质陶瓷作为绝缘体。在钢水连铸时，将带有钢制接线柱的复合型浸入式水口作为阳极，圆柱状锆碳材料作为阴极置于结晶器内，在锆碳材料和水口之间施加100A的高频正脉冲电流，频率为100KHZ，连铸炉次由平均4.2炉提高到平均6.5炉。
实施例
制备一种带有钢制接线柱和复合内衬的浸入式水口，其中内衬材料主要由氧化锆和添加剂组成，添加剂为Al-Zr-C系Max相和Al-Si合金的混合物，含量在5 wt%，浸入式水口中间位置外部包裹50mm高的钢壳，钢壳上带有接线柱。制备一种直径为50mm的锆碳质圆柱体，圆柱体外部复合一层10mm的BN质陶瓷作为绝缘体。在钢水连铸时，将带有钢制接线柱的复合型浸入式水口作为阳极，圆柱状锆碳材料作为阴极置于结晶器内，在锆碳材料和水口之间施加100A的高频正脉冲电流，频率为100KHZ，连铸炉次由平均4.2炉提高到平均6.3炉。
实施例
制备一种带有钢制接线柱和复合内衬的浸入式水口，其中内衬材料主要由氧化锆和添加剂组成，添加剂为Al-Zr-C系Max相和Al-Si合金的混合物，含量在5 wt%，浸入式水口中间位置外部包裹70mm高的钢壳，钢壳上带有接线柱。制备一种直径为60mm的锆碳质圆柱体，圆柱体外部复合一层10mm的BN质陶瓷作为绝缘体。在钢水连铸时，将带有钢制接线柱的复合型浸入式水口作为阳极，圆柱状锆碳材料作为阴极置于结晶器内，在锆碳材料和水口之间施加80A的高频正脉冲电流，频率为80KHZ，连铸炉次由平均4.2炉提高到平均6.8炉。
Claims (2)
1.一种材料与电场耦合防止浸入式水口堵塞的方法，首先制备一种带有钢制接线柱和复合内衬的浸入式水口；浸入式水口的内衬材料主要由氧化锆和添加剂组成，添加剂为Al-Zr-C系Max相和Al-Si合金的混合物，添加剂含量在3-8wt%，利用氧化锆与钢液不润湿、与氧化铝反应性差的特性，以及Al-Zr-C系Max相和Al-Si合金高温下自密封的特性，降低内衬材料与氧化铝的反应，降低浸入式水口内部氧化性气体CO、SiO向浸入式水口与钢液界面的渗透，减少浸入式水口内部氧化铝的结瘤；浸入式水口中间位置外部包裹50-80mm高的钢壳，钢壳上带有接线柱；然后制备一种直径为50-70mm的锆碳质圆柱体，同时，锆碳质圆柱体外部复合一层10-15mm的BN质陶瓷作为绝缘体。
2.如权利要求1所述的一种材料与电场耦合防止浸入式水口堵塞的方法，在钢水连铸时，将带有接线柱的复合型浸入式水口作为阳极，将复合有BN质陶瓷的锆碳质圆柱体作为阴极并位于结晶器内，保证锆碳部位不与保护渣接触；在锆碳材料和水口之间施加50-100A的高频正脉冲电流，频率为60-100KHZ。
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