分離環

分離環是指水平連鑄的中間罐水口與結晶器之間的環狀陶瓷質連線件，是水平連鑄機的關鍵部件之一。澆注圓斷面鑄坯時，環的外形和內徑都是圓形的，內徑與水口內徑相當，厚約10mm;澆鑄方坯時，外形是方的，內形方、圓均有。

基本介紹

• 中文名：分離環
• 屬性：環狀陶瓷質連線件
• 特點：水平連鑄機的關鍵部件
• 外形：外形是方的，內形方、圓均有
• 學科：冶金工程

簡介

分離環是指水平連鑄的中間罐水口與結晶器之間的環狀陶瓷質連線件，是水平連鑄機的關鍵部件之一。澆注圓斷面鑄坯時，環的外形和內徑都是圓形的，內徑與水口內徑相當，厚約10mm;澆鑄方坯時，外形是方的，內形方、圓均有。鋼水凝固的起點是分離環與結晶器交接處，因而此處有“人工液面”之稱。分離環與中間罐水口銜接的一側的溫度與中間罐預熱溫度相當，不超過1200℃;與水冷結晶器銜接的一側只有50～70℃。開澆後隨鋼種和鑄溫的不同環的內孔壁溫度為1480～1560℃，熱應力較大。

水平連鑄與傳統的弧形連鑄工藝相比，鑄機結構簡單，一次性投資少，並且鋼水可以完全在封閉的系統內流動和凝固，很容易實現無氧澆注，提高鑄坯質量。

鋼水從中間包經鋼水供給管、分離環導入水冷銅鑄模結晶器中表面凝固後被拉出。水平連鑄用的分離環是水平連鑄機上的重要部件，必須具備如下特性:

(1)熱傳導性高，能把鋼水的熱量穩定地傳導出來，以保證鋼水生成硬外殼;

(2)良好的抗沖刷和抗侵蝕性;

(3)優良的抗熱震性。由於水冷銅鑄模與鋼水的溫差很大(1500℃左右)，分離環在剛開始作業時瞬間就處在高溫狀態下，所以分離環必須具備優良的抗熱衝擊能力;

(4)可加工性。分離環必須能高精度地加工成需要的形狀，以防止鋼水滲透。

近年來，美國、英國、德國、日本、俄羅斯等國家及我國已經對分離環材料進行了大量卓有成效的研究工作，在套用中也收到了一定的效果。以下分別對幾種主要材質的分離環的研究和套用情況加以介紹。

2分離環" >Zr0₂分離環

Zr02具有一系列優異的高溫性能。由於Zr0₂的相變特點及較高的熱膨脹係數，使得Zr0₂抗熱震性能很差。近年來，利用陶瓷增韌技術，科研人員開發出了MgO部分穩定的Zr0₂i材料(Mg-PSZ)，具有較高的抗熱震性能。

有人採用化學共沉澱法合成Mg-PSZ微粉，然後採用機壓成型與機械加工相結合的方法製造分離環。其工藝流程如下:

Mg-TZP微粉+結合劑→混合→成型→乾燥→燒成→加工→成品

Zr0₂分離環的理化性能如下:體積密度5.51-5 . 64 g· cm-³，顯氣孔率0.3%一0.4%，常溫耐壓強

度>800 MPa，熱震穩定性(1300℃，水冷)2次，Zr0₂96.5%，Mg0 3.0%，Siq<0.1%，Al₂O₃<0.3%，Zr0₂微量。通過對Zr0₂分離環的相組成和顯微結構進行分析，結果表明:Zr0₂分離環由四方Zr0₂和單斜Zr0₂組成，並形成網狀結構。其顯微結構的特點是大團聚體中包裹著小橄欖形Zr0₂晶粒(< 1 gym),這種結構具有較高的抑制裂紋擴展的能力，適宜在較高溫度梯度的條件下使用。鋼液中的Si, AI的存在使得M四易於從基體中脫溶，並形成以Mg₂SiO4為主成分的液相。該液相有助於形成緻密層，增強抗鋼液侵蝕能力和抗沖刷能力。

ZrO₂分離環線上材水平連鑄上的使用結果表明:ZrO₂分離環質量穩定，基本能夠滿足線材水平連鑄工藝要求，對於鑽基鋼種最大鑄鋼量可達到550kg。

BN分離環

六方氮化硼因其優良的耐高溫性、電絕緣性、熱導率高和潤滑性能而引起人們的重視。它的化學穩定性極好，在1800℃對碳和一氧化碳是穩定的。另外，它不受溶融的玻璃、矽、硼、非氧化物爐渣、熔鹽(硼砂、冰晶石)和金屬熔體(如Al, Fe, Cu, Zn等)腐蝕。用熱壓和熱等靜壓技術可以克服燒結上的困難，獲得緻密的氮化硼材料。另外，BN還具有可機械加工性，可以加工成精度很高的零件。這對製作形狀複雜產品並擴大其套用領域提供了有利的條件。該材料已廣泛用於鋼水的水平連鑄分離環。

BN材質本身燒結性能較差，即使引入助燒結劑用一般的燒結方法也難以獲得緻密的、性能優異的製品。為了得到高強度、高緻密度的BN系燒結體，一般採用在保護氣氛下進行熱壓燒結。同時還要考慮添加適宜的助燒結劑，目前採用的助燒結劑有CaO、B₂O₃ . Al₂O₃等。

通過對BN分離環使用前後斷口顯微結構分析，可以看到，在BN材質中存在片狀和柱狀兩種晶形，晶粒細小，分布較均勻，片狀晶形為BN，柱狀晶形為加入物。BN分離環在使用後，由於在高溫下BN晶形生長更趨完善，因而使用後材料強度沒有損失。

其它材質的分離環

日本鋼管公司及住友金屬工業公司、美國通用電機公司採用的分離環系以Si ₃N4原料為主，加入5%--15%BN製造的，日本鋼管公司的分離環的壽命在4h以上，可拉鑄坯長度達600 m以上。而俄羅斯採用過石墨質分離環，並且在其表面塗上特殊塗層，但這種材質的分離環不宜於使用在低碳鋼的連鑄上。

在國外研究的BN基複合材料分離環中，BN-SiC材料在使用中收到了較好效果;對於高合金鋼的澆鑄，使用BN-ZrO₂材料取得了很好的效果。

總結

國內外對水平連鑄分離環材料已經做了大量的研究工作，並且也收到了一定的使用效果，但是仍然存在使用壽命短等問題。因此，仍需要進一步深入研究，並開發新材質。

通過總結，提出了水平連鑄分離環材料的兩個發展方向:

1）開發BN為基的複合材料分離環;

2）開發BN增韌的複合材料分離環。

最後，值得一提的是，O'-sialon材料是近年來開始研究的一種新型陶瓷材料。它具有高溫強度高、化學穩定性好、抗氧化能力和抗侵蝕能力強的特點，但是它的斷裂韌性不夠高。利用O'-sialon和BN材料各自具有不同的優良性能，將此兩種材料進行複合，研製出一種新型的O'-sialon-BN複合材料，使之具有二者優點，以期達到優勢互補，作為水平連鑄分離環的備用材料，將是一個很有前途的發展方向。