连铸功能耐火材料的材料体系,由最初简单的熔融石英质、铝碳材质,逐步开发应用了高耐蚀的锆碳(渣线、棒头)、镁碳(棒头、水口碗口、快换水口端面)、尖晶石碳(棒头、水口内壁)、高耐磨高碳化硅含量的质量好的莫来石砖或锆英石碳(快换水口端面)、透气材料(长水口碗口、内壁)及众多浸入式水口防堵塞衬体材料(莫来石质、尖晶石质、白云石质、锆酸钙质等)。所用原材料更是品种广泛,主原料使用各种氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化硅及合成陕西轻质莫来石砖莫来石、尖晶石、碳化硅、赛隆、阿隆等,碳源有鳞片石墨、无定形碳、沥青、石墨微粉等;辅料发展更为全面、细微,各种防氧化剂(硅粉、碳化硅、低熔点玻璃粉、含硼材料、铝粉、锆化合物等)、增强剂、成型助剂、防潮剂等;结合剂虽仍以酚醛树脂为主,有的辅以沥青混合结合,酚醛树脂的引入形态、稀释调和剂、各种改性体(硼改性、镍改性、碳化硅改性、白炭黑或有机硅改性等)等各公司不一,发展变化较大。
连铸功能耐火材料以含碳为其特色,这是由陕西轻质莫来石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,大量的质量好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。
质量好的耐火砖加工温度控制不好,造成烧成温度波动太大,就会使有些车位温度高有些温度低。排烟机拉力过大,使火焰无法到达窑炉顶部时就被拉力以水平方向拉出高温带,造成顶部和底部的温差太大,所烧制质量好的轻质莫来石砖耐火砖的温差可达50度,以至于有时下部制品粘连变形产生废品,而上部却仍然没有达到烧结温度。除了烧制过程中的工艺影响外,陕西耐火砖出窑之后随着存放时间、存放环境的影响,在其表面也会慢慢产生一些化学的反应,最终造成隔热耐火砖颜色上的差别。除了烧制过程中的工艺影响外,隔热耐火砖出窑之后随着存放时间、存放环境的影响,在其表面也会慢慢产生一些化学的反应,最终造成耐火砖颜色上的差别。
长水口一般不予预热,且体型较大,抗热震要求最为苛刻。当前主要有两大技术来应对该问题。一是欧洲的内壁氧化方式,以外国公司为例,长水口烧成采用裸烧方式,外部施釉,碗口遮蔽,内孔体处于氧化气氛,形成1~2mm厚的氧化层和1.5mm左右的变质层以缓冲热震,钢包到1500℃以上的高温钢水直接冲击该透气绝热层,延缓了对外部铝碳本体的直接热冲击,抗热震性得到保证;二是国内开发的绝热内壁方式,使用高铝聚轻砖或氧化锆的空心球或陕西漂珠砖等低导热材料预成型内壁,也起到了很好的抗热震效果,但制造工艺略为复杂。另外,一些无碳防堵塞技术,如莫来石、轻质莫来石砖厂家尖晶石、锆酸钙等内衬材料的引入,因为无石墨或极大地降低了碳含量,从而对开浇热冲击不敏感,在一定程度上也提高了水口的抗热震性。
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。现多采用陕西隔热耐火砖或锆碳复合料(适用于大多数碳素钢)及镁碳料。质量好的轻质莫来石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。