连铸全程保护浇注中的密封技术与材料选型

在现代钢铁生产中，连铸全程保护浇注是确保钢水洁净度、提升铸坯质量的核心工艺环节。然而，一个看似微小却至关重要的细节，直接决定了保护浇注的成败——耐火材料接缝的密封性。当高速钢水流经浇注系统时，其流体动力学效应会在耐火材料的各个接缝处产生显著的负压。这种负压如同一个微型真空泵，极易将周围空气中的氧和氮吸入钢水，造成钢水的二次氧化和增氮，最终严重恶化钢水质量，并可能导致耐火材料自身的氧化、龟裂和损毁。

因此，对连铸流路中关键接缝的有效密封，是杜绝二次污染的最后一道防线。这些关键节点包括：

• 钢包下水口与长水口的连接处
• 整体塞棒与中间包上水口的配合区域
• 中间包上水口与上滑板
• 下滑板与中间包下水口
• 中间包下水口与浸入式水口的结合部位

接缝密封的核心策略与实现路径

要实现接缝处的有效密封，工程实践中主要发展出两条技术路径，且往往协同使用以达到最佳效果。

路径一：物理阻隔与气幕保护结合 这是一种动态的密封方式。在接缝处安装浸渍有低熔点化合物的纤维密封圈。当受到钢水热辐射时，这些低熔点物会软化乃至熔融，填充接缝处的微小间隙，形成一层致密的隔离层。与此同时，向接缝处吹入高纯度氩气，制造一个局部微正压区。这个正压“气幕”能有效抵抗外部的负压吸引，从根本上阻止空气的侵入。

路径二：增强型物理密封与氩气保护 此方案在路径一的基础上，使用了性能更稳定的密封圈或垫片材料，并同样配合氩气吹扫。这种“物理硬密封+气氛保护”的双重保险，提供了更为可靠的保护效果，尤其适用于对钢水洁净度要求极为苛刻的钢种生产。

主流密封材料体系与性能剖析

密封材料的选择直接决定了密封效果的可靠性与持久性。目前，市场上的主流产品主要围绕几大耐火材料体系构建，包括 Al₂O₃-C 质、MgO-C 质、ZrO₂-C 质以及高纯石墨密封环等。不同材质的配方设计，旨在应对不同工况下的温度、冲刷和氧化侵蚀。表1列举了几种具有代表性的密封材料及其特性。

表1：几种典型密封材料的化学成分与特点

从表1的成分与特点中，我们可以解读出材料设计的底层逻辑：

• 1号材料：引入了高达25%的 C+SiC 复合组分。SiC 的引入主要目的是在高温下生成SiO₂玻璃相，填充气孔并抑制碳的氧化，因而其抗氧化特性尤为突出。
• 2号与3号材料：两者化学成分相近，但应用温度存在差异。这通常意味着其结合剂体系或添加剂有所不同，导致其在常温或高温下呈现出最佳的塑性和密封性能。添加的ZrO₂则有助于提升材料的抗热震稳定性和耐侵蚀性。
• 4号与5号材料的复合应用：这是一种非常经典的组合密封方案。4号材料是一种富含Al₂O₃的热塑性有机物（如密封泥），在常温下具有优良的可塑性，能够很好地填充接缝处的不规则间隙。而5号材料则是高纯度的石墨环，它承担了在高温下提供稳定结构支撑和密封的核心功能。两者结合，实现了从常温装配到高温运行的全程密封。

这些材料成分的微小差异，都会在严苛的连铸环境中被放大，直接影响其密封性能和使用寿命。因此，对密封材料进行精确的成分分析和性能评估，是确保采购质量、维持生产稳定的关键一环。

精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），央企，国字头检测机构，专业的权威第三方检测机构，专业检测耐火材料化学成分分析、高温性能、抗热震性等，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636

综上所述，连铸全程保护浇注中的密封技术，是一个涉及流体力学、材料科学与过程控制的系统工程。从理解负压产生的机理，到选择恰当的密封方式，再到根据工况精选特定化学成分的密封材料，每一个环节都深刻影响着最终的钢水洁净度。唯有对这些技术细节保持高度关注和持续优化，才能真正构筑起保护钢水质量的坚固防线。