连铸用功能性价比高的莫来石隔热砖耐火材料指整体塞棒、(钢包)长水口和浸入式水口,称为连铸三大件,也有人把钢包滑板、中间包滑板、中间包上水口包含在内,均为含碳耐火材料,通称为碳结合耐火材料。其实,中间包滑板控流结构已越来越少见,有被塞棒取代的趋势。主要讨论连铸用功能玉溪耐火保温砖的生产制造用原料技术。对材质的性能要求,连铸要求其功能耐火材料具有良好的抗热震性、抗合成渣侵蚀、抗钢液侵蚀以及适宜的高温强度。这些特性要求又因三大件的使用部位及钢种、冶炼条件的不同而存在差异。为了更好地发挥连铸功能耐火材料在连铸工业的作用,今后还需在原料多样化、复合化及新型防氧化剂等方面做进一步的工作。
抗钢液侵蚀性越高越好,尤其是棒头材料。这是因为棒头区域承受高湍流钢水的持续冲刷侵蚀,蚀损较快会导致控流不好或失控终浇。现多采用玉溪隔热耐火砖或锆碳复合料(适用于大多数碳素钢)及镁碳料。性价比高的莫来石隔热砖厂家高温强度指标要求不高,因为塞棒壁相对较厚,有足够强度,故而几乎所有厂家均把生产过程中的废品、废料、车削料、集尘回收料经过破碎、分筛、烘烤(或烧成除碳)回加进塞棒本体料,可以引入50%(w)左右。由于塞棒使用中需要垂直固定,且进行高频往复冲动,对强度也有最低要求,一般而论,本体材料烧后常温抗折强度不得低于4MPa。
耐火材料是硅酸盐学科的一个分支,硅酸盐材料一般分为:水泥、玻璃、陶瓷和耐火材料。而耐火材料从使用的角度来分又可分为:冶金工业用耐火材料、水泥行业用耐火材料、玻璃行业用耐火材料和其他耐火材料。其中陶瓷用耐火材料归为其他耐火材料,建筑卫生陶瓷属于陶瓷的一个分支,因而建筑卫生陶瓷用耐火材料理所当然的归为其他用耐火材料一类了。理论上讲,耐火材料性价比高的莫来石隔热砖又有定型耐火材料和不定型耐火材料之分,但一般不定型耐火材料多用于水泥、冶金窑炉,而玻璃行业和陶瓷行业用量不大,不定型耐火材料尤其是耐火骨料、耐火浇注料和耐火材料的胶凝剂等对部分性价比高的隔热砖起到不可估量的作用。
玉溪隔热砖被侵蚀后,与它接触的熔融物中增添了SO₂和Al₂O₃的成分。熔融物将扩散到玻璃液的其余部分中去。在扩散过程中,熔融物的成分发生变化,SO₂和碱液增加了,而在界面上发生了β-Al₂O₃结晶的聚集作用,所以,在耐火材料与玻璃液的接触面上,首先是莫来石层,接着是β-Al₂O₃层,然后是未受侵蚀的耐火材料。耐火材料溶解后,使玻璃液黏度增大,促使在耐火材料表面形成较难移动的保护层,减弱了继续侵蚀的作用。玻璃液对耐火材料的侵蚀作用,取决于其黏度和表面张力等物理性质。黏度低和表面张力小的玻璃液最容易浸润性价比高的莫来石隔热砖耐火材料,并从其表面细孔吸入内部,使整个耐火材料受到强烈的侵蚀。
连铸功能耐火材料以含碳为其特色,这是由玉溪莫来石隔热砖耐火材料的应用要求决定的。鳞片石墨的主要功能可概括为两条:增强抗热震性,因其较高的热导率和较低的膨胀系数,提高了热扩散能力,缓解热应力集聚;另外是其不与耐火氧化物产生陶瓷结合,大量的性价比高的莫来石砖对紧密的氧化物陶瓷基质及结合网络起到了阻断隔离作用,就像气孔一样,使热应力掉进了“黑洞”,因而能够阻止裂纹扩展,其比气孔绝热更可贵的一点是,不对熔渣润湿,不会吸收液渣“填坑”。要说明的是,不同于常见的金属及其氧化物等,石墨的热导率随温度的升高反而降低,在极高温度下趋于不导热状态,这对石墨作为连铸功能耐火材料的应用也大有裨益,在持续高温应用条件下可以使材料保持基本恒定的温度梯度。增强抗侵蚀性,因其对渣、熔剂及钢水的不润湿性,不仅自身不容易被侵蚀,还进而能够保护包裹缠绕的基质颗粒。另外,就是石墨特异的耐高温性能,与一般耐高温材料不同,石墨的强度是随温度的升高而增高,这也赋予基质颗粒乃至基体材料较高的抗侵蚀性。
性价比高的耐火保温砖优良的抗热震性。水口使用前一般预热到1100℃,而连铸开浇钢水温度高达1500℃,水口需在1s内承受开浇热震温差400℃。抗结晶器保护渣侵蚀性好。渣线部位用锆碳材料因ZrO2的引入,其耐渣蚀性增强,但锆碳材料因其较低的碳含量及ZrO2的相变又存在热震炸裂风险,因此要求预热后不能降温太快。同时,因性价比高的莫来石隔热砖厂家锆碳材料如果与内孔钢水直接接触,因其石墨含量及结合强度较低,在高速钢流的冲刷下会被快速熔损,所以必须与本体铝碳材料或内衬材料配合使用。抗钢液侵蚀性好,尤其是内孔部分,既要抗钢水冲刷,又要耐化学侵蚀。浸在结晶器中的本体部分很少被侵蚀,这也是选择铝碳质浸入式水口的主要原因。