[科普中国]-浸入式水口

简介

浸入式水口的主要功能是防止中间罐注流的二次氧化和钢水飞溅；避免结晶器保护渣卷入钢液；改善注流在结晶器内的流动状态和热流分布。并从而促使结晶器内坯壳的均匀生长，有利于钢中气体和夹杂物的排除。由于浸入式水口对提高铸坯质量、改善劳动条件、稳定连铸操作、防止铸坯表面缺陷等方面，都有显著成效，因而在世界各国的板坯连铸和大方坯连铸都采用这种水口进行浇铸。可以说，浸入式水口的出现，如同结晶器振动装置的发明一样，为连铸技术的发展带来了划时代的进步。

从1965年法国东方优质钢公司（SAFE）和联邦德国曼纳斯曼公司（Mannesman）首次采用浸入式水口以来，围绕水口材质、结构形状等方面，进行了大量的研究工作，出现了许多新的研究成果，从而使浸入式水口的应用效果更为显著。

生产工艺流程浸入式水口制作工艺流程为：各种原材料经过混炼，成为混合均匀的复合粉体，经等静压成型，成为所要求形状的生坯,经高温烧结制成具有一定强度的制品，再经整形，加工成所需尺寸。最后经探伤检查后，包装出厂。

材质要求浸入式水口材质基本要求是，耐钢水溶损性能好，抗渣侵蚀能力强及良好的抗热震性。常用的材质是熔融石英和Al2O3一C质两种。

熔融石英质浸入式水口以熔融石英为原料，采用泥浆浇铸成型，高温烧结。这种水口具有导热系数小（1000℃时为2W/m·K），热稳定性好，热膨胀率低（如含99%SiO2的石英在1000℃时膨胀率为0.05%~0.06%）及不易结瘤等优点。使用前可不经预热。因此应用较为广泛。这种材质的缺点是不宜浇注含锰量超过0.5%的钢种。因为Mn同水口中的SiO2反应，生成熔点仅1300℃的MnO·SiO2玻璃，从而大大降低了水口表面玻璃层的黏度，加速水口的熔损。

Al2O3一C质浸入式水口以刚玉和石墨为基本原料，添加金属硅、碳化硅等，在等静压机中成型，然后经保护烧结而成。这种水口结构均匀、与钢水的浸润性低、耐冲蚀性强。因此它适用于大多数钢种的浇注。Al2O3一C质水口必须预热后使用，否则，水口有开裂的浸m危险。在预热过程中，会出现石墨烧损(脱碳)，使水口表面层的气孔率增加，降低其抗侵蚀性。在浇铸铝镇静钢时，脱氧产物α—Al2O3容易在水口内壁沉积，导致水口堵塞，影响连铸生产的正常进行。该水口的另一缺点是抗渣性差，导热性好，因而渣线部位侵蚀严重和水口内壁容易凝钢，故需采取有效措施予以保护：如水口外加耐火纤维保护套，表面涂抹防氧化层，渣线部位用复合ZrO2—C质材料提高抗渣侵蚀性以及向水口内壁多孔耐火材料层通入氩气等。

浸入式水口的结构类型浸入式水口的类型，按其外形和内部结构来分，基本上可以分为下列儿种，如下图所示。

如图所示，a型带有侧孔的浸入式水口，侧孔为两个孔或四孔；b型为直通型浸入式水口；c型碗口为半球形的浸入式水口，为组合式水口，与中间包水口配合使用；d型外形为异形薄壁的浸入式水口，一般为薄板坯连铸用水口；e型端面为平面的浸入式水口，通常为快速更换水口；f型内部镶嵌有锆质内芯的浸入式水口，为小方坯连铸所采用。1

构造要求浸入式水口结构形状要满足如下要求：

1、注流运动应能缓和而均匀地冲洗凝固前沿；

2、尽量减低注流的冲击深度而不引起结晶器液面的强烈翻动；

3、始终保持结晶器液面的高温；

4、浇注过程不得吸入空气。

5、应根据结晶器断面尺寸、钢种及拉坯速度作出适当的选择。注流在结晶器内的流动状态，一般采用水力学模拟实验加以观察。并据此确定水口结构及相关尺寸。

浸入式水口侧孔断裂因素制作因素浸入式水口侧孔的制作方式有两种：一种是用钢模芯直接成型制得；另一种是采用铣刀加工.获得。前者可能在成型和烧成过程中造成应力集中，产生隐形的毛裂纹，在连铸浇注过程中产生开裂或断裂;后者可能在机加工过程中产生振动造成水口侧孔内裂，在使用中出现问题。但采用机加工水口侧孔的优点是，水口侧孔的尺寸和角度精确，只要采用好的机床加I,可以克服加工产生振动的问题，最大程度地降低加工过程中对水口侧孔造成的内伤。

釉层的抗氧化因素浸入式水口在烘烤过程中，因水口表面的釉层厚薄不均匀或局部黏附不好，都有可能出现气化斑点，造成水口侧孔氧化脱碳，强度下降，造成水口在使用中损毁。

生产过程中的物流因素浸入式水口的外形特点是：在有碗口部分的一端，比较粗，比较重；而在有侧孔部分的一段，比较轻，外形细而长。因此，在成型、干燥、烧成、机加工、喷釉、探伤和运输工序中，要经过多次的搬动，都有可能造成水口侧孔内伤，留下事故隐患。

钢厂作业因素在钢厂因调度或其他原因，水口侧孔部分的预热时间过长，使该部分氧化脱碳，造成其组织结构疏松，性能下降，抗钢水冲击和扰动的能力降低，在使用中极易断裂。有些钢厂，在连铸浇注过程感到钢水流动不畅的情况下，疑似水口侧孔内有堵寨物，习惯用钢棒捅侧孔清理，如果用力不当，很容易伤害到水口侧孔，使水口在钢水的作用下断裂。在钢厂，浸入式水口从库房到安装现场，也要经过多次运输、搬运和检查，受到外力的作用，特别是在浸入式水口烘烤好后，在检查清理水口侧孔时，比较容易遭到损伤，造成事故隐患。1