标题：连铸三大件
连铸用三大件
整体塞棒、长水口（大包长水口）和浸入式水口（中包所用水口），称为连铸三大件。其材质主要是铝碳质，成型方法采用等静压成型。这主要是因为：（1）连铸所要求的整体塞棒、长水口和浸入式水口的长度直径比太大，普通的压力机压制的制品上下密度差别太大。而用等静压压制时，压制面上压力均匀，各个部位、断面上的体积密度均匀一致。（2）等压可经压制结合剂含量低、塑性差的较难压制的泥料，高石墨含量的刚玉料正是属于这类泥料。（3）由于石墨的层片状结构，在双面压制时易分层、取向，引起层裂。随着石墨含量的增加，层裂倾向更明显。采用等静压成型可以有效避免层裂，保证产品质量。
现在也有一种解释是叫连铸四大件分别是：长水口、塞棒、中包水口、浸入式水口。其实，浸入式水口是分两类：内装浸入式水口、外装浸入式水口。内装的一般用于特钢类（保护浇注），外装的用于普碳钢类。所以，广义上说还是“连铸三大件”。
整体塞棒
整体塞棒的特点:整体塞棒一律采用等静压成型,其形状和尺寸取决于中间包的容量,钢水面的高度和中间包水口的喇叭形状和孔径的大小而定。其塞棒头有带空心的,带吹氩孔或带透气塞的整体塞棒。固定方式是关键,一种采金属销固定,一种采用螺纹固定。
塞棒的功能主要是用于中间包开闭,除能自动控制中间包至结晶器的钢水流量外,还可通过塞棒的吹氩孔,向中间包吹入氩气和其它惰性气体,塞棒还具有控制钢流和净化的功能。
整体塞棒材质一般为铝碳质。在塞棒的头部带有吹氩孔或镶有透气塞，在浇注时，氩气由塞棒孔通过吹气孔或透气塞吹向浸入式水口，氩气以细散的形式进入钢水，可以降低Al2O3的聚集量，减少在浸入式水口内的沉积，延长整体塞棒的使用寿命。
为适应不同精炼条件以及钢种的连铸需要，整体塞棒棒头有铝碳质、镁碳质、尖晶石碳质以及锆碳质等不同棒头材质，棒身材质多为铝碳质材料。在有些长寿命中间包连铸时，塞棒棒身部位会根据实际需求，棒身会复合设计有渣线材料，以提高抗塞棒棒身抗侵蚀能力。
表7 铝碳质整体塞棒理化指标
项目
A
B
C
D
E
F
化学组成 %
Al2O3
F.C
C+SiC
60
28
>60
>25
≥60
≥18
8～10
>55
>25
60～70
≥25
66.64
18.69
显气孔率 %
13
≤18
≤18
≤15
≤13
11
体积密度 g/cm
2.60
2.65
≥
>2.60
≥2.65
2.54
耐压强度 MPa
25
>18
≥22
≥20
32.6
抗热震性 次
1100℃ 水冷
>10
≥5
≥5
≥5
耐火度 ℃
≥1770
≥1770
连铸生产过程中，整体塞棒头部受侵蚀、冲刷严重，特别是浇铸某些特钢，如经Ca、Si处理的钢种或P、S合金化的高速切削钢，塞棒头部侵蚀过快，常因无法控制钢流速度而报废。开发的MgO-Al2O3-C复合塞棒，选用CaO/SiO2>2的电熔镁砂，含99%的高纯石墨，并加抗氧化剂SiC和添加剂。使棒头充分发挥了MgO-C材质耐侵蚀、抗热震的优越性，其膨胀率也与Al2O3-C质相适应。
复合Al2O3-SiC-C塞棒，棒体采用Al2O3-C质，塞头部位Al2O3-SiC-C质。特级矾土铝含量大于87%，电熔刚玉铝含量大于99%，石墨C大于95%，采用等静压成型，有效地解决了Al2O3-C和Al2O3-SiC-C两种材质因热应力不同，而在高温下出现的界面断裂。
整体塞棒使用前必须烘烤到800～1000℃方能使用，长时间的烘烤会使铝碳制品表面石墨氧化呈疏松状态，导致制品耐侵蚀性和使用寿命降低，在使用时会造成制品断裂和穿孔事故。采用防氧化涂料，在1000℃以下表面形成一层连续的光亮的釉层，且附着力强，不产生釉滴，抗氧化能力强。
塞棒防堵塞措施：1、塞棒吹氩。当浇铸添加Ti、Ca或Si元素的特殊钢时棒端和水口连接部位，易形成夹杂物堵塞，在塞棒头采用多孔和缝隙式，氩气从此吹向浸入式水口，可防止结瘤堵塞。2、气洗长水口。把氩气从中间包塞棒的芯管上端吹入，通过多孔质塞头砖进入注流中，不但可以防止水口堵塞，而且还有细化夹杂和降低夹杂的效果。3、尖晶石－碳塞棒防堵塞。钙处理钢对铝碳质材料侵蚀，严重新开发的尖晶石－碳塞棒，不与mCaO·nAl2O3反应，且材质强度高抗侵蚀性好。
长水口
当钢水由钢包向中间包浇注时,为了避免氧化和飞溅,在钢包底部的滑动水口的下端安装长水口,一端与下水口相连,另一端插入中间包的钢水内进行密封保护浇注。长水口其作用如下：（1）防止钢水二次氧化，改善钢的质量；（2）减少钢中易氧化元素的氧化产物在水口内壁沉积，延长其使用寿命；（3）长水口可多次使用，降低耐火材料消耗。
长水口应具备以下性能：
（1）优异的抗热震性；
（2）良好的机械性能和抗震动的能力；
（3）抗钢液和熔渣的侵蚀性好；
（4）边接处必须带有气封装置。长水口的材质一般有熔融石英质和铝碳质两大类。
熔融石英长水口，采用泥浆浇注法成型，其特点是抗热冲击性好，有较高的机械强度和耐酸性渣侵蚀，化学稳定性好。但其易与钢水或渣中的铁锰等氧化物形成低熔物，在高温下石英与碳反应被分解和气化，耐侵蚀性差，也不利于冶炼洁净钢。
铝碳质长水口选用高纯原料，降低杂质含量，按合理的颗粒级配改善组织结构，提高抗侵蚀性能；调整天然石墨的含量，利用粗晶鳞片石墨对钢液的不浸润性，以减少长水口的结瘤；改进造型以减少水口裂纹；应用微粉技术，添加适量Al2O3微粉等增强高温强度和热稳定性。铝碳质水口具有良好的抗热震性，对钢种的适应性强。为防止水口表面的碳在烘烤和使用中被氧化，在水口表面涂有防氧化涂层。防氧化涂层主要由长石、石英、粘土等原料组成，通过湿磨制成釉料，用人工或机械方法涂抹在水口表面，这种涂料在700～1000℃的范围内形成釉层，从而保护石墨不被氧化或氧化极少。
表8 长水口的理化性能
项目
Al2O3 
%
SiO2 
%
ZrO2 
%
C 
%
显气孔率 %
体积密度 g/cm3
抗折强度 MPa
热膨胀率 %
水口本体
50～56
14～18
28～33
16～20
2.3~2.4
10
0.50
渣线部位
65
18
14
3.15
11
0.31
(900℃)
透气环
88
9
24
2．8
0. 60
(900℃)
对铝碳质长水口，通过加入适量低膨胀材料（熔融石英、钛酸铝），增韧材料（氧化锆）和钢纤维补强等的基础上，为进一步改善其性能从材质上又采取提高水口中Al2O3含量，减少SiO2加入量，以确保热震性能，提高使用寿命。
国内开发的不烘烤长水口，不烘烤直接使用，简化了工序，降低了能源消耗。并在长水口与钢包下水口接合部位采用氩气密封，发挥了长水口耐高温、抗侵蚀、耐冲刷等特点。此外还有铬刚玉－莫来石长水口和Al2O3-SiC-C质浇注料制作的不定形长水口，均取得了较好的使用效果。
浸入式水口
3.1 浸入式水口的分类在连铸技术中,为提高铸坯质量,在中间包与结晶器之间设有浸入式水口,其主要作用是:(1)防止钢水二次氧化氮化和钢水的飞溅;(2)调节钢水流动状态和注入速度;(3)防止保护渣非金属夹杂物卷入钢水中,对促进钢水中夹杂物的上浮起重要作用;(4)对边铸拉坯成材率和铸坯质量有决定性影响。
浸入式水口安装在中间包底部，并插入结晶器中。其主要形式有：
A 整体型浸入式水口：这种水口不需用中间包水口，其外形较长，一般在700mm以上。有两种形式，一种是内装式水口，即由中间包内向外安装，水口为整体结构，密封性好；另一种是外装型水口，安装方式由中间包底向内安装，目前国内尚未使用。
B 外挂式浸入式水口：该形式水口与中间包上水口配合使用，在使用中浸入式水口的上端通过托圈或机械臂外挂在中包包底并与上水口头部形成配合相连，其下端插入结晶器中。
C 快换式浸入式水口：这种浸入式水口相当于滑动水口的下水口，主要应用于板坯、宽厚板坯连铸需求，使用时与快换中包上水口配合使用，这种形式是今后的发展方向。
D 薄板坯浸入式水口：该形式浸入式水口特别为薄板坯连铸需求定制开发而来，其显著特点是具有扁平状出钢口，厚度处在60-80mm之间。
浸入式水口具有一定的气孔率，同样具有透气性，外界空气在钢水流动产生的负压作用下渗透到水口内部，与钢水接触使其氧化。因此在长水口和浸入式水口的外表面必须涂一层防氧化釉层。无论何种材质和结构的浸入式水口都必须满足以下条件：
(1)保证正常拉速时的钢水流通量;
(2)尽可能使结晶器内,铸坯断面的热流分布均匀;
(3)有利于保护渣的迅速熔化;
(4)有利于夹杂物上浮,不卷渣;
(5)避免结晶器内钢液面剧烈翻动;
(6)安装方便。3.2 浸入式水口的材质在连铸初期,采用热稳定性好,纯度高的熔融石英浸入式水口,可以满足普通碳素钢、低锰钢、铝镇静钢等钢种的浇注。但其在高锰钢及高碱度熔渣的条件下，侵蚀非常严重。此时铝碳质浸入式水口被广泛采用。铝碳质浸入式水口原料采用特级矾土、电熔刚玉或烧结刚玉等，添加石墨及防氧化剂，产品具有抗侵蚀、耐热震等优点。其性能见表9。
为解决浸入式水口渣线部位被严重侵蚀,以及防止氧化铝附着造成水口的堵塞,在铝碳质的基础上开发了一系列新型的浸入式水口。
A Al2O3-C/ZrO2-C复合水口
随着连铸技术不断发展，钢种增多，拉速加大，要求进一步提高渣线部位的耐侵蚀性，在渣线处用锆碳材质做复合层。由于ZrO2具有优良的化学稳定性难以被CaO-Al2O3-SiO2系保护渣侵蚀，高温下熔入渣中的ZrO2增加了渣的粘度，而未被熔解的ZrO2颗粒又增加了渣的表观粘度，从而降低了渣对ZrO2-C层的侵蚀，提高了水口的耐用性。ZrO2含量越高抗侵蚀能力越强。复合式浸入式水口性能见表10。
B （MgO-C）-(Al2O3-C)-(ZrO2-C)复合水口
为提高浸入式水口的耐用性，钢水流出部位采用MgO-C质，以延长使用寿命和改善浇铸速度的控制，在渣线部位采用ZrO2质或BN以提高耐侵蚀性。本体部位采用Al2O3-C质。
C ZrB2-C保护套
浸入式水口渣线部位保护套，要求材质具有良好的耐剥落性。ZrC、ZrN的高温稳定性欠佳，因而选择Zr的硼化物。采用ZrB-C材质，添加适量金属Al提高抗侵蚀性，减小ZrB2的临界粒度，防止耐剥落性下降。
D 添加AZT、AZTS材料的浸入式水口
用烧结和电熔法合成的Al2O3-ZrO2-TiO2(AZT)和Al2O3-ZrO2-TiO2-SiO2(AZTS)材料，具有膨胀系数低，耐侵蚀，还原气氛下稳定性好等特点。采用AZT和AZTS两种原料，按一定的颗粒配比加入一定量的熔融石英（FS），用树脂作结合剂，以等静压成型的浸入式水口，性能优良，具有机械强度高、耐侵蚀和抗热震性能好的特点，满足多炉连浇的需要。制品中加入AZT和AZTS后，水口具有良好的抗热震性，其中以加入AZTS的浸入式水口抗热震性最佳。
E 长时间多炉连铸的浸入式水口
在解决了水口内腔产生堵塞及防氧化涂料等难点后,开发了保温型吹氩浸入式水口,由于减少了温差,防止了因应力产生的裂纹,不同程度地减少了内腔持渣。在宝钢大型板坯连铸机上实现多炉连浇。
F 薄壁铝碳－锆碳质浸入式水口
薄壁浸入式水口由上段铝碳质和下段锆碳质复合，制成壁厚仅12.5mm的薄壁型水口。其抗热震性好，抗侵蚀性强，在使用中不掉片、不开裂、侵蚀轻微，可提高连浇炉数，降低耐材消耗，提高铸坯质量。