一种连铸用整体塞棒及其制造方法与流程

本发明涉及塞棒制造技术，具体涉及一种连铸用整体塞棒及其制造方法。

背景技术：

塞棒属于连铸三大件功能耐火材料，在连铸生产中起着非常重要的作用。钢水连铸过程中需要对钢水的流量进行控制，以得到合适的浇铸速度和合格的铸坯。钢水流量的控制方式包括滑板控流和塞棒控流。滑板控流虽然控流精确，但容易吸气，对钢水质量不利，并且容易产生偏流。塞棒控流具有吸气少和钢水不偏流的优点，按形状，塞棒分为整体塞棒和袖砖塞棒。

袖砖塞棒棒头为Al2O3-C，棒身为粘土砖，渣线为莫来石砖，在连浇炉数较低时可采用袖砖塞棒，滑板控流情况下，开浇前和终浇时可用袖砖塞棒堵塞中间包水口，尽管袖砖塞棒制造成本较低，但袖砖塞棒整体性差，抗侵蚀性较差，因其自身固有的材料和结构因素，袖砖塞棒不能用于长连浇和钢水质量要求较高的钢种，并且，袖砖之间有火泥缝，存在钢水渗入的风险，另外，棒头与袖砖之间依靠螺纹和火泥连接，有时会发生棒头脱落的现象。

在钢水连铸过程中用塞棒控流，要求塞棒棒头的抗钢水冲刷侵蚀性好，渣线抗渣性好，能够多炉连浇，整体塞棒的特点是抗侵蚀性好，适应多炉连浇，但对于氧含量较高的钢种如高氧搪瓷钢，塞棒因碳发生氧化而侵蚀较快，棒头的控流准确性受到影响，不能达到多炉连浇。

整体塞棒一般采用等静压成型制造工艺，材质为Al2O3-C，Al2O3-C质整体塞棒一般能满足使用要求，但等静压成型制造工艺复杂，整体塞棒的制造成本较高，而钢厂冶炼的钢种品种多，有些钢种因钢水纯净度要求或其它原因，连浇炉数较低，如果采用Al2O3-C质整体塞棒，塞棒的投入成本较高。因此，连铸生产的精细化管理和高品质钢种的浇铸需要合适的塞棒相适应。

现有技术中，在Al2O3-C质整体塞棒的基础上通过优化材质，以提高塞棒的使用寿命、抗钢水冲刷性和材料的抗氧化性，对于高耐蚀性整体塞棒，如：“连铸用复合式整体塞棒”(耐火材料，1996，No.2)为了均衡蚀损，棒头采用Al2O3-SiC-C材质，棒身还是Al2O3-C质，这样提高了棒头的抗冲刷性；“高效连铸用长寿命整体复合塞棒的研制”(山东冶金，2007，No.3)采用高纯原料和高效添加剂改善材料的性能，提高塞棒的使用寿命；“整体塞棒用Al2O3-C耐火材料的抗氧化性研究”(耐火材料，2009，No.3)通过采用抗氧化添加剂，改善Al2O3-C质塞棒的抗氧化性。这几篇文献通过加入优质原料或添加剂，提高了塞棒的性能和抗侵蚀性，满足了使用要求，但其采用等静压成型工艺，工艺复杂，制造成本较高。

中国专利公开号CN102515798公开了一种连铸用高耐蚀性整体塞棒，在棒身中添加了金属硅粉、金属铝粉，还添加了酚醛树脂，降低碱性熔渣对整体塞棒棒身的侵蚀，提高塞棒的使用寿命。中国专利公开号CN100398234公开了一种复合结构整体塞棒，通过在Al2O3-C材质中复合有无碳陶瓷结合的耐火材料表层，该耐火材料表层中含有硅粉或金属粉和氧化物，所获得的整体塞棒适于高氧含量状况的连铸过程。以上2项中国专利虽然采用复合金属粉或复合结构，但仍采用等静压成型工艺，制造成本较高。

低水泥是指由水泥引入的CaO含量低于2.5％，超低水泥是指由水泥引入的CaO含量低于1.0％。低水泥、超低水泥结合浇注料技术的诞生已有几十年，在钢铁工业、水泥、石化和有色等高温工业得到了广泛应用。在钢铁工业典型的应用有：铁沟浇注料，混铁车炉口浇注料，脱硫喷枪浇注料，钢包浇注料，透气砖座砖，RH浸渍管浇注料，CAS浸渍管浇注料等，但是，在塞棒的生产中尚未见应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种连铸用整体塞棒及其制造方法，通过整体浇注成型制造整体塞棒，获得的塞棒不仅整体性好，不存在袖砖塞棒的砖缝和棒头脱落问题，具有良好的抗热震性，强度高，抗钢水冲刷侵蚀性好，而且制造工艺简单，成本低，适用于低连浇、高氧钢连铸以及滑板控流情况下堵塞中间包水口。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种连铸用整体塞棒，包括棒身、插置于棒身内的钢芯和连接于棒身下端的棒头，所述的钢芯表面设置突起的锚固件；所述整体塞棒的棒身和棒头表面涂有Al2O3涂层，所述Al2O3涂层中Al2O3的含量大于90wt.％；所述的棒身由棒身浇注料浇注而成，所述的棒头由棒头浇注料浇注而成；其中，所述的棒身浇注料中各组分按重量百分比为：烧结莫来石或/和电熔莫来石85-90％，超微粉8-12％，纯铝酸钙水泥2-5％；所述的棒头浇注料中各组分按重量百分比为：刚玉50-70％，烧结莫来石15-40％，超微粉8-12％，纯铝酸钙水泥2-5％。

优选地，所述烧结莫来石或电熔莫来石中Al2O3含量大于70wt.％，所述的棒身浇注料中Al2O3含量为65-75wt.％，所述的棒头浇注料中Al2O3的含量为85-93wt.％。

进一步，所述的超微粉为氧化铝超微粉、氧化硅超微粉中的至少一种。

进一步，所述整体塞棒表面的Al2O3涂层中各组分按重量百分比为：白刚玉或烧结刚玉75-88％，氧化铝超微粉10-20％，纯铝酸钙水泥2-5％。

又进一步，所述整体塞棒表面的Al2O3涂层中含有白刚玉细粉或烧结刚玉细粉83-88wt.％，所述白刚玉细粉或烧结刚玉细粉的粒度<0.044mm。

进一步，所述钢芯上端伸出棒身的部分设有螺纹，所述的钢芯可为空心管，钢芯下端由钢板焊接封闭。

本发明的整体塞棒在结构上，内部为钢芯，外部为整体浇注料，在钢芯表面设置的锚固件可加强浇注料与钢芯的结合程度，钢芯上端露出部分有螺纹，便于固定连接，为减轻重量，钢芯可采用钢管。

本发明的棒身浇注料中添加了烧结莫来石或/和电熔莫来石，而莫来石具有很好的抗热震性，因此，本发明将烧结莫来石或/和电熔莫来石添加至棒身浇注料后，可以适应塞棒的快速烘烤，使塞棒具有良好的抗热震性。

本发明的棒头浇注料中复合采用刚玉和莫来石，刚玉含量为50-70％，以刚玉为主体，可以确保棒头具有良好的抗冲刷侵蚀性能，复合采用刚玉和莫来石，使塞棒具有良好的抗热震性。

本发明的棒身浇注料、棒头浇注料和Al2O3涂层均采用超低水泥结合技术，加入了足够的超微粉和较少含量的纯铝酸钙水泥，其作用是：一方面可以填充颗粒之间的空隙，使浇注料致密，提高强度，并且可以减少加水量；另一方面可以减少水泥用量，并提高高温强度，强度提高了，就能提高抗冲刷性。另外，水泥添加量少可以提高材料的抗渣侵蚀性。

本发明的棒身浇注料和棒头浇注料经过浇注成型后具有足够的强度和优良的抗冲刷侵蚀性能，棒身1000℃烧后的耐压强度大于100MPa，抗折强度大于10MPa，棒头1000℃烧后的耐压强度大于125MPa，抗折强度大于12MPa。

本发明的塞棒表面涂抹Al2O3涂层，可以提高塞棒表面光滑度，该Al2O3涂层的Al2O3含量大于90wt.％，可采用粒度小于0.044mm的白刚玉细粉或烧结刚玉细粉，并加入Al2O3超微粉，以纯铝酸钙水泥为结合剂，该涂层可以提高浇注料表面的光滑度，减少钢水的粘结，提高塞棒控流准确性。

本发明的连铸用整体塞棒的制造方法，包括如下步骤：

1)制模

将钢芯固定在塞棒模具的中心位置，塞棒模具内壁涂刷机油；

2)浇注成型

先向按下述比例配制的棒头浇注料中加入减水剂，加水搅拌均匀，倒入塞棒模具，振动成型；所述减水剂的加入量为棒头浇注料的0.1-0.3wt.％；

再向按下述比例配制的棒身浇注料中加入减水剂，加水搅拌均匀，倒入塞棒模具，振动成型；所述减水剂的加入量为棒身浇注料的0.1-0.3wt.％；

棒身浇注料中各组分按重量百分比为：烧结莫来石或/和电熔莫来石85-90％，超微粉8-12％，纯铝酸钙水泥2-5％；

棒头浇注料中各组分按重量百分比为：白刚玉50-70％，烧结莫来石15-40％，超微粉8-12％，纯铝酸钙水泥2-5％；

3)脱模

将浇注成型后的浇注料静置24-48h，浇注料硬化后脱模，再静置24-48h进行养护，去除并打磨飞边；

4)喷涂涂层

向Al2O3含量大于90％的Al2O3涂层配料中加入减水剂，加水搅拌均匀，手工涂刷或喷涂在塞棒表面，涂层厚度1-2mm，所述减水剂的加入量为Al2O3涂层配料的0.1-0.3wt.％；

5)烘烤

待Al2O3涂层硬化后进行塞棒烘烤，烘烤温度不超过400℃，得到所述的连铸用整体塞棒。

进一步，所述的Al2O3含量大于90wt.％的Al2O3涂层中各组分按重量百分比为：白刚玉或烧结刚玉细粉75-88％，氧化铝超微粉10-20％，纯铝酸钙水泥2-5％。

一般地，浇注料表面并不光滑，为了提高塞棒控流的准确性，以及减少钢水的粘结，需要提高浇注料表面的光滑度，本发明在塞棒表面涂抹一层Al2O3涂层，可提高光滑度，待涂层硬化后进行塞棒烘烤，烘烤温度不超过400℃，以防止露出的钢芯氧化。

本发明的连铸用整体塞棒的制备方法中，采用高效减水剂，加水量少，浇注料致密，可提高浇注料的强度和抗钢水冲刷性能。

本发明的连铸用整体塞棒的制备方法中，在浇注料中采用了低水泥、超低水泥结合技术，使浇注料更为致密、强度提高，再进行浇注成型制造出整体塞棒，浇注成型与等静压成型相比，制造工艺简单，成本低。

本发明制造出的整体塞棒具有良好的热震稳定性、耐压强度和抗冲刷侵蚀性，总体性能可以与耐火砖相媲美，所获得的塞棒适用于连铸生产的精细化管理和高品质钢种的浇铸需要，尤其适于低连浇和高氧钢的生产。

本发明的连铸用整体塞棒具有足够的强度和优良的抗冲刷侵蚀性能，棒身1000℃烧后的耐压强度大于100MPa，棒头1000℃烧后的耐压强度大于125MPa，热震稳定性25次以上，能够满足4炉以下的低连浇抗侵蚀性要求，用于高氧钢的连铸中，不存在高氧钢对Al2O3-C塞棒的氧化问题，可以提高高氧钢的连浇炉数，在滑板控流时用于堵塞中间包水口，抗侵蚀性完全满足要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1)本发明整体塞棒采用整体浇注制造，工艺简单，成本低，整体性好，不存在袖砖塞棒的砖缝和棒头脱落问题。

2)本发明整体塞棒的棒身由含莫来石的浇注料浇注而成，抗热震性好，棒头采用超低水泥结合刚玉-莫来石浇注料，强度高，抗钢水冲刷侵蚀性好。

3)本发明整体塞棒的制造工艺简单，成本低，本发明的整体塞棒比等静压成型Al2O3-C塞棒成本降低50％，通过加强对塞棒露出部分钢芯的防氧化保护，使用后的整体塞棒钢芯没有发生变形时，可回收再利用。

附图说明

图1为本发明整体塞棒的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明的连铸用整体塞棒，包括棒身1、插置于棒身1内的钢芯2和连接于棒身1下端的棒头3，所述的钢芯2表面设置突起的锚固件4。

本发明所述整体塞棒表面涂有Al2O3涂层，所述Al2O3涂层中Al2O3的含量大于90wt.％；所述的棒身、棒头由浇注料浇注而成；其中，所述的棒身浇注料中各组分按重量百分比为：烧结莫来石或/和电熔莫来石85-90％，超微粉8-12％，纯铝酸钙水泥2-5％；所述的棒头浇注料中各组分按重量百分比为：刚玉50-70％，烧结莫来石15-40％，超微粉8-12％，纯铝酸钙水泥2-5％。

实施例

本发明实施例1-5的棒身浇注料、棒头浇注料以及Al2O3涂层的成分如表1所示，其中各组分含量以质量百分比(wt.％)计。

本发明实施例1-5整体塞棒的棒身直径为140-160mm，钢芯采用钢管，钢管外径40-55mm，钢管下端口用钢板焊接封住，并设置朝下的锚固件。

本发明的连铸用整体塞棒的生产方法，包括如下步骤：

1)制模

将钢芯固定在塞棒模具的中心位置，塞棒模具内壁涂刷机油；

2)浇注成型

先向按表1比例配制的棒头浇注料中加入减水剂，加水搅拌均匀，倒入塞棒模具，振动成型；再向按表1比例配制的棒身浇注料中加入减水剂，加水搅拌均匀，倒入塞棒模具，振动成型；

3)脱模

将浇注成型后的浇注料静置24-48h，浇注料硬化后脱模，再静置24-48h进行养护，去除并打磨飞边；

4)喷涂涂层

向Al2O3涂层配料中加入减水剂，加水搅拌均匀，手工涂刷或喷涂施工在塞棒的棒头和棒身表面，涂层厚度1-2mm；

5)烘烤

待Al2O3涂层硬化后进行塞棒烘烤，烘烤温度不超过400℃，得到所述的连铸用整体塞棒。

本发明实施例1-5制得连铸用整体塞棒后，对得到的连铸用整体塞棒的耐压强度和热震稳定性进行评价，评价结果如表2所示。

评价内容如下：

1)耐压强度

按照GB/T 5072.1-1998进行耐压强度测试。

2)抗折强度

按照GB/T 3001-2000进行抗折强度测试。

3)热震稳定性

按照YB/T2206.2-1998进行热震稳定性测试。

从表2可以看出，实施例1-5棒身浇注料浇注后棒身的强度和热震稳定性都满足要求，而对比例1的棒身浇注料中超微粉含量偏少，强度偏低；对比例2的水泥含量偏多，热震稳定性偏差。实施例1-5棒头浇注料浇注后棒头的强度和热震稳定性都满足要求，对比例1中棒头浇注料中刚玉含量较少，强度相对较差，抗钢水冲刷性能不好；对比例2中棒头浇注料中刚玉含量偏多，抗热震性较差。实施例1-5的涂层都能达到较好的强度，涂层光滑、涂抹性好，对比例1的涂层采用0.088mm的白刚玉，涂层的光滑度较差；对比例2的涂层中超微粉偏多，涂料太粘，涂抹性不好。

本发明的连铸用塞棒不仅整体性好，具有良好的抗钢水冲刷侵蚀性能，而且制造工艺简单，成本低，适用于低连浇、高氧钢连铸和滑板控流情况下开浇前和终浇时堵塞中间包水口。