[发明专利]难熔炉渣带

说明书

技术领域

本发明涉及用在金属浇铸工艺中的难熔带(refractory band)，特别地涉及用于应用于在制造钢铁的连续铸造工艺中接触炉渣的耐火材料体(refractory body)的难熔带(通常称为“炉渣带”)。

背景技术

在连续铸造炼钢工艺中，钢水从钢包经由钢包长水口注入熟知为中间包的大容器中。中间包具有一个或多个出口，钢水通过所述出口从中间包流入一个或多个对应的铸模中。钢水冷却，在铸模中形成固体表层，并最终形成金属人连续固体连铸流。浸入式水口或铸口位于中间包和每个铸模之间，以控制从中间包流向铸模的钢水的流动特性，并防止空气进入。流入每个铸模中的钢水的速率通常由塞铁芯控制，塞铁芯位于中间包中，并且可以通过提升装置垂直移入和移出浸入式水口的入口。

诸如钢包长水口、浸入式水口和塞铁芯的多种耐火材料体具有与在熔融金属顶部沉淀的炉渣层频繁接触的区域。炉渣是高度腐蚀性的，因此所有的上述装置在浸入或部分浸入熔融金属中相对短的时间周期之后都处于受腐蚀的危险，除非以一些方式保护免受炉渣腐蚀特性的影响。

该问题的常用解决方案是在耐火材料体在使用中可能接触炉渣的区域中提供“炉渣带”，即耐磨材料区。一种这种材料是碳结合氧化锆-石墨。然而，它的使用受阻于下述事实，即氧化锆为多晶，在室温中以单斜晶形存在，在1170℃改变为四面体结构，在约2300℃改变为立方型。单斜晶到四面体的改变伴随约5％的可逆体积变化(收缩)(参见图1)，这导致晶粒破裂，因此导致难熔体出现故障。通过添加受控量的各种立方氧化物，如氧化钙、氧化镁和氧化钇，已经在一定程度上减轻了这种不期望的体积变化。这些稳定氧化物形成具有氧化锆的固溶体，并产生作为立方体和单斜晶氧化锆混合物的结构，即“部分稳定氧化锆”(PSZ)。PSZ用在炉渣带中，因为认为它展现出了热膨胀和抗热震性的最佳均衡。

与用于炉渣带的PSZ的使用相关的缺点是，该材料的高热膨胀系数(10×10^-6/℃)使得在难熔体可以用于液态钢流之前预热该难熔体成为必要。预热温度通常在900℃至1400℃的范围内，预热时间通常在1至8小时之间。这明显是不希望的，因为它增加了工艺成本，并且如果由于任何原因必须停止铸造工艺，则引起长时间的停工期。钢铁制造商对浸入式水口/长水口要求来自炉渣带的冷启动能力，特别是在诸如当连铸流由于启动失败而漏失的紧急情况中。为了在这种情况中维持钢铁的铸造，在保持备用的连铸流上使用非预热管。这些冷启动管可以设置有炉渣带，该炉渣带制造为用碳化硅代替约10％的氧化锆，并且该管被脱碳。然而，虽然碳化硅的低热膨胀性使冷启动具有足够的抗热震性，但碳化硅在铸模炉渣中是可溶的。因此，这种使用仅仅用作临时措施，因为严重损害了该管的耐腐蚀性。

发明内容

本发明的目标是提供一种改善的难熔带，特别是冷启动炉渣带，其克服了或至少减轻了前述问题。

因此，本发明的第一方面提供了一种用作冷启动炉渣带的难熔化合物，包括部分稳定氧化锆和/或全稳定氧化锆和单斜晶氧化锆的混合物，其中以重量计，单斜晶相对于总氧化锆含量所占的比例至少为40％。

本发明的第二方面提供了一种难熔冷启动炉渣带，包括部分稳定氧化锆和/或全稳定氧化锆和单斜晶氧化锆的混合物，其中以重量计，单斜晶相对于总氧化锆含量所占的比例至少为40％。

发明人意外发现，将部分稳定氧化锆(PSZ)或全稳定氧化锆(FSZ)与单斜晶氧化锆混合产生了比仅采用PSZ或FSZ实现的热膨胀低很多的总热膨胀，因此使得难熔带能够从冷启动开始使用，同时保持耐久性。虽然发明人不希望束缚于理论，但相信，各种类型的氧化锆在带加热期间在PSZ/FSZ的热膨胀和单斜晶氧化锆的收缩之间产生了平衡效应。

以重量计，单斜晶氧化锆可以包括至少50％或约57％的总氧化锆含量。在其它实施方式中，以重量计，单斜晶氧化锆可以包括至少70％的总氧化锆含量。

在一些实施方式中，以重量计，单斜晶氧化锆相对于总氧化锆含量的最大量可以为80％(特别是在剩余的氧化锆为FSZ时)。在其它实施方式中，以重量计，相对于总氧化锆含量的单斜晶氧化锆含量可以在65％至90％的范围内(特别是在剩余的氧化锆为FSZ时)。

在其它实施方式中，特别是在剩余的氧化锆为PSZ时，以重量计，单斜晶氧化锆的量可以在65％至80％的范围内。

在该混合物中可以提供任何合适粒径的PSZ/FSZ和单斜晶氧化锆，PSZ/FSZ的粒径可以与单斜晶的粒径相同或不同。然而，在一些实施方式中，单斜晶的最大粒径等于或小于1mm，并且在其它实施方式中为从0.25至0.5mm。