在鋼的連續澆鑄過程中，作為連鑄鋼包和中間包的功能性耐火材料水口，在大多數情況下或是使用長水口，或是使用浸入式水口。最常使用的是長水口，它具有密封性好的特點，但缺點是在中間包內鋼水容易發生紊流，大夾雜物容易卷入結晶器內，且在更換鋼包時鋼包渣容易流入中間包內。為解決這些問題，控制中間包內鋼水的流動，連鑄技術人員做了許多努力，如在中間包內加擋渣墻等。

1 實驗內容

對三種浸入式水口結構進行了實驗比較。A型水口為Ar氣從浸入式水口上部吹入，B型水口為通過浸入式水口內的管子將Ar氣直接吹入水口內的鋼水面，C型水口為在浸入式水口的耐火材料中開一道縫隙，把Ar氣從水口壁吹入鋼水面。由于C型水口能在水口壁的任意位置上開一個Ar氣吹入口，因此進行實驗時，將其分為把Ar氣吹入口浸漬在鋼水中的浸入式水口和沒有將水口浸漬在鋼水中而直接將Ar氣吹入口置于鋼水面上方的非浸入式水口。

不論采用哪種浸入式水口，都對浸入式水口內的保護氣氛進行了取樣。這是因為Ar氣吹入位置會因浸入式水口的不同而不同，取樣的目的是要根據規定位置中的氣體組成結果進行評價。

對在正常條件下澆鑄的板坯中間部分和更換鋼包時中間包內和結晶器內的鋼水進行了取樣，對[N]進行化學分析，對總[O]進行儀器分析，由此分別求出各自的值。另外，與鋼水取樣一樣，采用真空泵對浸入式水口內的保護氣氛進行了取樣，然后用氣體色層分析法求出氣體組成。

從與鋼水取樣相同的部位對板坯進行取樣，并從板坯取樣的1/2寬度位置中的夾雜物集聚部進行取樣，采用電解陽極泥萃取法對鋼水的清潔度進行了評價。

2 結果和研究

為評價穩定澆鑄時浸入式水口內Ar氣的密封效果，因此根據保護氣氛分析結果求出了各種類型浸入式水口內的N2分壓PN2(以下簡稱PN2)和Ar氣流量(以下稱QAr)的關系。由此可知，不論采用何種浸入式水口，隨著QAr的增大，PN2會減小，但采用C型浸入式水口時，PN2的減小與QAr減小無關，能確保良好的密封性。另外，對相同Ar氣流量時浸入式水口Ar氣吹入口的位置進行比較可知，從浸入式水口的吹入口到氣體取樣位置距離短時，PN2大。之所以盡管Ar氣濃度高，吹入口靠近鋼水面，但PN2仍然大，這是由于浸入式水口內Ar氣和空氣混合所致。也就是說，不論在何種情況下，浸入式水口內的空氣一部分會被卷入澆鑄的鋼水流中，與被吹入浸入式水口內的Ar氣一起被帶入中間包內，但大部分會從設置在浸入式水口上端的中間環形孔和鋼包縫隙排出浸入式水口。使用A型水口時，由于Ar氣從浸入式水口上部吹入澆鑄鋼水流的周圍，因此被吹入的Ar氣受澆鑄鋼水流的作用使向下流的速度增大，在浸入式水口內的空氣和Ar氣充分攪拌混合后，空氣就變得不容易排出。另一方面，使用C型水口時，由于Ar氣從浸入式水口內的鋼水面附近被吹入，因此Ar氣和空氣不易受澆鑄鋼水流的影響而攪拌混合，使空氣能更加有效地從浸入式水口排出。另外，使用B型水口時，其狀況介于A型水口和C型水口之間。

根據更換鋼包時浸入式水口內的保護氣氛組成分析結果，對Ar氣密封效果進行了評價。在更換鋼包過程中，由于浸入式水口的上端面是開放的，因此會發生空氣被卷入水口內。另外，鋼水面會因澆鑄流的停止而下降。

在對浸入式水口使用密封方法的情況下，澆鑄流沖擊到鋼水面時產生的鋼水飛濺會粘附在水口內壁。隨著澆鑄時間的增加，這種粘附的飛濺金屬會增厚，基于鑄坯質量的考慮，有時是限制澆鑄速度，有時是進行小斷面尺寸鑄坯的澆鑄等，但隨著澆鑄時間的增加，水口粘附飛濺金屬是阻礙多爐連鑄的主要原因。另外，由于澆鑄后粘附的金屬難以清除，即使水口耐火材料還很好，但在大部分情況下無法重復使用，是影響耐火材料成本的主要原因之一。

對A型浸入式水口和C型(浸入式)水口粘附金屬的狀況進行了調查。結果可知，與A型水口相比，C型水口粘附金屬的厚度可減少大約三分之二。另外，不論是A型浸入式水口還是C型浸入式水口，金屬粘附物都是從水口內鋼水面的正上方開始粘附。由于水口內鋼水面的溫度下降，飛濺的金屬便開始粘附，并隨澆鑄流產生的飛濺而增大。在使用C型的浸入式水口情況下，Ar氣是從鋼水中吹入的，因此它能對水口內鋼水最容易停滯流動和溫度下降的水口壁附近的鋼水進行攪拌，而把Ar氣吹到鋼水面上則能夠抑制澆鑄流產生的鋼水飛濺粘附在水口壁，由此可以減少飛濺金屬的粘附。

另外，在澆鑄后清除粘附金屬的操作中，由于粘附的金屬會因熱收縮而變小，容易從水口壁表面剝落，由此可大幅度減輕清除工作量，同時Ar氣吹入口的堵塞和熔損等問題也沒有了，水口完全能重復使用。

3 結語

為優化連接鋼包和中間包的浸入式水口內Ar氣的密封性能，在實機上對各種浸入式水口進行了實驗，得出如下結論：

（1）在穩定澆鑄條件下浸入式水口內的Ar氣密封性能可以用TAr進行調整，Ar氣吹入位置和浸入式水口內鋼水面之間的距離越小，則TAr越小。結果可知，通過減小TAr，即使在QAr小的條件下也能獲得充分的密封效果。

（2）更換鋼包時浸入式水口內的PN2可以由(4)式求出，能采用同一指標對不同的浸入式水口進行評價。

（3）使用在浸入式水口內耐火材料中開一條縫隙，從浸漬部的內壁面吹入Ar氣的C型(浸入式)水口時，板坯中120靘以上的大夾雜物的數量在穩定澆鑄部位的可減少大約50%，在更換鋼包澆鑄部位的可減少40%。

（4）使用C型浸入式水口時，阻礙多爐連鑄和飛濺金屬粘附在水口壁面影響浸入式水口壽命的情況比使用普通方式的A型水口減少大約三分之二，水口完全能夠重復使用。