TWI380862B - 用於連續鑄造之餵槽 - Google Patents

Description

用於連續鑄造之餵槽

本發明關於鋼材的連續鑄造和部分關於鋼材再氧化的問題。特別地，本發明關於一種餵槽，包括一總成，其包括一噴嘴和一圍繞的耐火元件，用於防止或限制鋼材再氧化。依據該觀點的其他部分，本發明也關於此一圍繞的耐火元件和關於一連續鋼材鑄造的製程。

隨著品質和特性控制的需求成長，鋼材的潔淨度變得越來越重要。如控制化學組合物和同質性的問題已藉由非金屬內含物的出現所產生之關係物而被取代。特別地鋁氧化物之內含物的出現被認為如同對鋼材特性般，係對產物製程本身皆為有害的。此些內含物主要地形成於該鋼材連續鑄造時所必需在杓子中的去氧期間。在該熔化鋼材的再氧化和第二冶金期間，該非金屬內含物未完全的移除，導致連續鑄造期間時噴嘴堵塞。堵塞的材料層一般包含大群之鋁氧化物。其厚度與被鑄造鋼材的數量和該鋼材的潔淨度有關。噴嘴堵塞導致生產力降低，因為較少的鋼材可在相同單位時間中被鑄造(因為該直徑的減少)且由於噴嘴的更換同時使得鑄造過程中斷。除了堵塞外，再氧化產物的出現也引起噴嘴的腐蝕和在鋼材中瑕疵內含物的形成。

在此技藝中發展出了一些解決方式以預防鋼材再氧化。特別地，在熔化金屬流從一鑄造槽流至一下游槽(或鑄模)的期間，該熔化金屬流一般以一灌注圍板覆蓋，以預防該灌注的鋼材和圍繞大氣間直接接觸。氬通常於一灌注噴嘴的表面被直接注入，以便屏蔽該熔化的金屬流。熔化在一冶金槽(如一餵槽)的該鋼材表面一般被覆蓋以一液態的爐渣層，以便預防該鋼材和圍繞大氣間的直接接觸。替代地(或附加地)，該餵槽其上的大氣可為惰性的(使用脫氧劑或如氬的惰性氣體)。

在此技藝中發展出了另外的解決方式，當非金屬內含物和再氧化產物出現在餵槽中時，以此移除它們。這些解決方式一般包含促進這些內含物和再氧化產物的漂浮使得這些東西藉由該漂浮的爐渣層而被捕獲。舉例來說，擋渣壩、堰、導流片及/或衝擊墊可被使用以使得在該餵槽中之熔化金屬流偏轉向上。也可使用惰性氣體發泡裝置以使內含物和再氧化產物浮出。

也存在其他解決方式以使得該內含物和再氧化產物變得無害。舉例來說，鈣基底的合金可被使用以消除因該鋁氧化物之內含物出現所產生的某些問題。

所有這些先前技藝的解決方式已對改善該鋼材一般的潔淨度有所貢獻，但仍未允許鑄造無內含物或無再氧化產物的鋼材。更有甚者，某些先前技藝的解決方式會輪流地產生於鋼材中之新瑕疵(如氣泡、鈣基底的合金)、(使用惰性大氣)或不被環境接受的。基於這些原因，期盼提出可解決以上問題的替代解決方式，同時也是經濟的且將不會產生任何環境問題。

本發明係基於，假設儘管可使該鋼材相對潔淨，但不可能在一般狀態中保持該鋼材潔淨直至該鑄模。特別地，藉由使用於連續鑄造中(槽的爐襯、爐渣、噴嘴、止擋器等等)該耐火元件(一般為金屬氧化物)間的化學反應所產生之該鋼材再氧化可同樣產生再氧化產物。再氧化的另一潛在來源係該氧氣經過這些耐火元件或經過介於該底壁爐襯和該噴嘴入口間一可滲透的接縫的滲入，或甚至該氧氣從該耐火元件滲出。

本發明的一目的係藉由預防該再氧化產物到達一鑄造噴嘴及/或形成於該鑄造噴嘴的中間鄰接區或其中，因此以解決上述的問題。

依據本發明，此目的可藉由使用如申請專利範圍第1項之餵槽而達成。

已知在該技藝中，設置環繞一餵槽之灌注孔的一圍繞的元件。例如FR－A－2394348揭露一環，其用以保留該鋼材於該餵槽中，直到足夠的水平，而因此可達到足夠的熱質量，以避免”冷”鋼材進入該灌注孔。然而該先前技藝沒有揭露該圍繞的元件或環之主要表面的最低水平需較低於該噴嘴的頂端外側邊。

JP－A1－2003－205360揭露用於連續鑄造鋼材之一餵槽。此餵槽良好的阻塊係由兩元件所組成。噴嘴位於該良好阻塊底側部分的內側。一附加的耐火元件位於該噴嘴上面部分之上，以覆蓋和保護介於該噴嘴和該良好阻塊的水泥接縫。然而，此文件沒有揭露該耐火材料的外側周邊必須較高於該餵槽底壁的表面。

由於依據本發明特別的配置，出現在該冶金槽中氣化產物及/或內含物和傾向累積在該槽的底部表面上且因熔化的鋼材流殘留之再氧化產物及/或內含物，無法到達該噴嘴入口。

必須了解到環繞該噴嘴的元件可為任何適當的形狀。在該冶金槽的功能設計；其可為圓形的、橢圓形的或多邊形的；其主要孔可在中央或位在中心外的。環繞該噴嘴的元件也可被切斷以適應到當一或多個餵槽壁係接近該灌注孔時的那些例子。該元件的主要孔可為平面的或非平面的(其可為平截圓錐的、波浪狀的、傾斜的)。該噴嘴可為一內部噴嘴(例如在該熔化的鋼材流被一滑動閘閥控制的情況下或如果該設備配備有一管或標準化的噴嘴變換器)或一沉入的進入圍板或SES(例如在止擋器控制的例子中)。該冶金槽或餵槽可被配置有一或多個這樣的總成。該總成可被提供如單件預組合的物件(如一起壓入的或鑄造於圍繞的)或如分開的物件。

依據本發明，該耐火元件包括一主要表面和環繞該主要表面的一周邊；該周邊的上面係較高於該耐火元件的主要表面。因此，一種偏向的分離器增設於環繞該噴嘴的區域中。必須了解到該周邊的上面無需為平面的。其可為波浪狀的或具有沿著該周邊之不同高度(例如在該周邊區域接近一槽側壁中較高但在其他側則較低)。該至少一個耐火元件外側周邊的水平面係較高於該餵槽底壁的表面。因此，一第二障礙物環繞增設於該噴嘴餵槽，以預防該內含物或再氧化產物抵達其入口。此種類的配置係特別有利的。

有利地，該圍繞的耐火元件係從一不透氣之材料所製成，較佳地為一可鑄造的材料。考慮到不透氣，此材料具有一低於20%(因此低於傳統內襯材料典型超過30%的開放孔隙率)之開放孔隙率(於使用溫度時)。用於耐火材料特別是可鑄造的材料時，滲透性通常直接與多孔性相關。因此可鑄造之低孔隙率具有對低的氣體滲透性。此一低孔隙率可藉由包括在構成該圍繞的元件之材料中的脫氧劑材料(例如抗氧化劑)而獲得。合適的材料為硼或碳化矽，或如矽或鋁之金屬(或其合金)。較佳地，使用它們不超過5%重量比的量。替代地(或附加地)，產生熔化相之產物(例如B₂ O₃ )也可被包括在構成該圍繞元件之材料中。較佳地，使用它們不超過5%重量比的量。替代地(或附加地)，形成較大量新的相位(依據反應或該溫度的效應)且因此關閉存在孔隙率之材料也可被包括在構成該預先形成的元件之材料中。合適的材料包括鋁和氧化鎂的組合物。因此，環繞該噴嘴區域中之鋼材再氧化可被預防。

依據本發明一特別較佳的實施例，該噴嘴(或其一層)本身係由一不透氣之材料所製成。一般地，此噴嘴係由耐火氧化物(氧化鋁(alumina)、氧化鎂(magnesia)、氧化鈣(calcia))所製成，且被壓力均衡地壓入。考慮到本發明不透氣之觀念，100克樣本之候選材料置放於熔爐中在氬氣下(一和緩的氬氣流被連續地(約每分鐘1公升)吹進該熔爐中)及將溫度升高至1000℃。該溫度接著逐漸增加至1500℃(於1小時中)並保持在1500℃ 2小時。測量介於1000℃和1500℃間該樣本損失的重量。此損失的重量必須低於2%以確認該材料係氣体不可通過的。因此，不僅該內含物或再氧化產物不能到達該噴嘴，而且，另外地，它們不會成形於該噴嘴其中。此特別結合因此提供依據一完全無內含物和無再氧化產物之可鑄鋼材的協同效應。

構成該噴嘴的材料可從三種不同類型的材料中選擇：a)不含碳的材料；b)實質上與碳結合不可還原的耐火氧化物所構成之材料；或c)包括將與所產生的一氧化碳反應之元件的材料；較佳地，被選擇的材料將呈現上述2或3種類型。

第一類型的合適材料之例子為氧化鋁、富鋁紅柱石(mullite)、氧化鋯(zirconia)或氧化鎂基底之材料(尖晶石)。

第二類型的合適材料之例子為如純氧化鋁和碳的組合物。特別地，這些組合物應包含非常少量的氧化矽(silica)或普遍常發現於氧化矽中的雜質(鈉或氧化鉀)。特別地，氧化矽和其常見雜質應保持在低於1.0%重量比，較佳地低於0.5%重量比。

第三類型的合適材料之例子為如將與一氧化碳結合以形成一金屬氧化物和自由碳之自由金屬。矽和鋁適合於此應用。此些材料也可或替代地包括可與氧化合物反應之碳化物或氮化物(如矽或硼之碳化物)。

較佳地，所選擇的材料將屬於第二或第三類型，更佳地，其屬於第二及第三類型。

一構成該層使其於使用溫度下將不會產生一氧化碳之合適的材料，可包括60至88%重量比之氧化鋁、10至20%重量比之石墨和2至10%重量比之碳化矽。此一材料實質上係由非氧化物種類或不可還原之氧化物所構成，且包括如果一些呈現於工作狀態下可與氧反應之碳化矽。

在一變化中，僅有一位於該鋼材接觸表面(在該噴嘴的內側與外側)之爐襯係由此材料所製成。在另一變化中，該噴嘴和該圍繞的元件係製成一體的(單件)。

在介於該圍繞的元件和該噴嘴間之接縫不完全密封的情況下，其可能有助於設置由不透氣之灰泥所製成之一灰泥接縫。常見的灰泥具有40至50%的開放孔隙率。依據此有利的實施例，該灰泥應具有低於20%的開放孔隙率。該灰泥的此一低孔隙率可藉由採用如使用於該圍繞的元件相同的措施而獲得。

依據其觀點的其他部分，本發明關於一特定的使用於依據本發明總成中之圍繞的耐火元件。此圍繞的元件包括一主要孔，其適合與該噴嘴外側表面的至少一部分相配囓合；一環繞該主要孔的主要表面和一環繞該主要表面的外側周邊，該周邊之上面的水平係較高於該主要表面之水平。有利地，該圍繞的耐火元件係由一不透氣之材料所組成。因此，可預防環繞該噴嘴區域中之鋼材再氧化。例如，一對於此目的特別合適的組成物實質上係由一包括至少75%重量比之氧化鋁(Al₂ O₃ )、低於1.0%重量比之二氧化矽(SiO₂ )和低於5%重量比之碳(C)的高鋁(high alumina)材料所組成，剩餘物係由不因使用溫度(如氧化鈣(calcia)及/或尖晶石)而減少鋁含量(特別是熔解於熔化鐵中之鋁)之耐火氧化物或氧化物組成物所構成。一特別合適的材料係從VESUVIUS UK有限公司所獲得之可鑄造的CRITERION 92SR。此材料係一以融合的氧化鋁－氧化鎂尖晶石加化之高鋁低水泥可鑄造材料。此產物典型分析如下：Al₂ O₃ 92.7%重量比MgO 5.0%重量比CaO 1.8%重量比SiO₂ 0.1%重量比Other 0.4%重量比

依據其觀點的另一其他部分，本發明指點一用於鋼材的連續鑄造之製程，其包括從如上所述之餵槽灌注該熔化的鋼材。

一冶金槽(這裡為餵槽)的底壁3一般係由一耐火磚或可鑄造的材料製成之固定內襯33所構成。可鑄造材料的一工作層32一般呈現於該固定內襯33之上。該工作層的表面31將在鑄造作業期間接觸熔化的鋼材。一隔熱材料層34一般呈現在該固定內襯33下，以保護該冶金槽之金屬外殼35。

一噴嘴1經過該餵槽的底部，且用以從該餵槽運送該熔化的鋼材至該連續鑄造鑄模。該噴嘴設置有一開進一孔之入口11，因此界定一用於該熔化的鋼材之通道2。該入口的上邊係以元件編號12標示。第1圖顯示一沉入的進入圍板或SES，但如前面說明之其他種類的噴嘴(諸如內側噴嘴)也包含於本發明的範圍內。一SES的例子中，該連續鑄造操作一般設置有一裁切機37，以在發生堵塞的情況下切斷該噴嘴1，允許該鑄造作業的延續。一般地，該SES藉由一衝擊塊體36而保持在適當位置上。

該圍繞的耐火元件4環繞該噴嘴1的入口部分11。該圍繞的元件4係由環繞一主要孔40的主要表面41所組成。該主要表面41於第1圖中以平截圓錐形的為代表和於第2圖和第3圖中以平面的為代表，但如前面所說明，也可為其他類之配置。一升高的外面周邊環繞該主要表面41。該周邊42的上面係較高於該主要表面41的水平。

如可見於第1圖，使該周邊42的上面升高而較高於該餵槽的表面31係有利的。

一位在介於該耐火元件4和該噴嘴1間之接合點5處的灰泥或水泥接縫可提供更緊實的改善。

已執行試驗以說明本發明的效果。在鑄造作業的最後，殘留於內部噴嘴中之該固化的鋼材渣殼(skull)被採集且在中間垂直地切斷。第4圖(作為對照組)顯示從一傳統設備(不具有該圍繞的耐火元件)中所採集之此渣殼，而第5圖顯示從依據本發明的設備所採集之此渣殼。

第4圖的渣殼20顯示在區域21、21’中之明顯的擾亂，其指出氧化鋁沉積物呈現於該噴嘴的內壁上。此氧化鋁沉積物係造成該噴嘴堵塞而產生前面說明之有害結果的原因。第4圖的渣殼20也顯示在區域22、22’中之一擴大部分，其指出該噴嘴入口的嚴重腐蝕。

顯示在第5圖的渣殼20相當於該噴嘴的內部形狀，其指出因此該噴嘴沒有受到腐蝕或氧化鋁的堵塞。

圖示設置有一切除部份之一圍繞的元件4本發明特別實施例顯示於第6、6a圖及第7圖。

1．．．噴嘴

2．．．通道

3．．．底壁

4．．．元件

5．．．接合點

11．．．入口部分

12．．．上邊

20．．．殘骸

21．．．區域

21’．．．區域

22．．．區域

22’．．．區域

31．．．表面

32．．．工作層

33．．．固定內襯

34．．．隔熱材料層

35．．．金屬外殼

36．．．塊體

37．．．裁切機

40．．．主要孔

41．．．主要表面

42．．．周邊

50．．．餵槽

本發明現在將參考所附之圖式而被說明，其中：第1圖顯示設置有依據本發明總成的一冶金槽底壁之剖面圖；第2圖和第3圖各自顯示依據本發明圍繞的元件的俯視和透視圖；第4圖和第5圖顯示在鑄造作業最後在噴嘴上部所採集之渣殼；第6圖和第6a圖各自顯示依據本發明實施例一圍繞的元件的俯視和側視圖；第7圖顯示依據本發明一餵槽之俯視圖；該餵槽50(具有一底壁3)包括具有一切除部分以容納該餵槽壁的鄰接處之一耐火材料4。為清楚顯示，該噴嘴1未將細節繪出。

1．．．噴嘴

2．．．通道

3．．．底壁

4．．．元件

5．．．接合點

11．．．入口部分

12．．．上邊

31．．．表面

32．．．工作層

33．．．固定內襯

34．．．隔熱材料層

35．．．金屬外殼

36．．．塊體

37．．．裁切機

41．．．主要表面

42．．．周邊

Claims (7)

1. 一種餵槽及耐火噴嘴之總成，該餵槽用於熔化鋼材的連續鑄造，該耐火噴嘴(1)形成一通道(2)，該通道(2)用以運送一熔化金屬通過該餵槽之底壁(3)，該餵槽包括環繞該噴嘴(1)入口部分(11)的元件(4)，該元件(4)由耐火材料製成，並包括：一主要孔(40)，適合與該噴嘴(1)外側表面的至少一部分相配囓合；一主要表面(41)，環繞該主要孔(40)且具有一最低水平高度，該耐火元件(4)的主要表面(41)之最低水平高度係較低於該噴嘴(1)入口部分(11)的頂端外側邊(12)；一周邊(42)，具有環繞該元件(4)的主要表面(41)之上面，該周邊(42)的上面係高於該元件(4)的主要表面(41)，其特徵在於，該元件(4)的周邊(42)的上面係高於該餵槽底壁(3)之表面(31)，且該元件(4)的主要表面(41)配置成在使用該餵槽時，與熔化鋼材接觸。
2. 如申請專利範圍第1項之總成，其中該元件(4)係由一具有低於20%之開放孔隙率之材料製成。
3. 如申請專利範圍第1項之總成，其中一灰泥接縫位於該噴嘴(1)和該耐火元件(4)之間的接合點(5)，且其中該灰泥具有低於20%之開放孔隙率。
4. 一種使用在如申請專利範圍第1至3項中任一項之總成之元件(4)，該元件(4)係由一具有低於20%之開放孔隙率之材料製成，並包括：一主要孔(40)，適合與該噴嘴(1)外側表面的至少一部分相配囓合；一主要表面(41)，環繞 該主要孔(40)；及一周邊，環繞該主要表面(41)，該周邊(42)之上面的水平高度係高於該主要表面(41)之水平高度，其特徵在於該主要孔(40)相對於該主要表面(41)偏心。
5. 如申請專利範圍第4項之元件(4)，其中該主要表面(41)非平面。
6. 如申請專利範圍第4項之元件(4)，其中該元件(4)被切斷。
7. 一種如申請專利範圍第1至3項之總成的使用，其係將該總成用於連續鑄造鋼材。