中间包用耐火材料的发展

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1、耐火材料创刊四十周年特刊2 0 0 6 。4 0 ：1 4 5 1 5 4 中间包用耐火、材料的发展 孙庚辰张三华王战民张晔胡芳军 中钢集团洛阳耐火材料研究院 洛阳4 7 1 0 3 9 摘要综述了中间包用耐火材料的发展过程，分析了其损毁机理，指出了中间包长寿化所用耐火材料及应用 技术的发展趋势。 中间包是钢水连铸工艺中_ 个不可缺少的重要 容器，也是炼钢工艺中的最后一个容器，主要起稳定 钢水流量、去夹杂、分流和保证钢水连续浇铸不断流 的作用。中间包用耐火材料的衬体结构如图1 所示。 按照中间包功能结构可分三个部分：一是衬体部分， 它包括中间包的容器底部和侧壁用耐火材料，通常由 保温层、永久衬

2、、工作衬和冲击垫组成，这部分是中间 包用耐火材料中用量最大的；二是滤渣部分，包括挡 渣墙、挡渣堰、稳流器、气幕、陶瓷过滤器等，主要功能 为去渣，净化钢水，提高钢材质量；三是控流部分，由 塞棒、定径水口、浸入式水口和滑动水口组成等，是中 间包的功能部件，控制钢水浇铸速度，以满足生产需 求。近二十年来，随着连铸工艺的改进，连铸比的提 高，钢包的大型化和炼钢效率的提高等，中间包用耐 火材料有了很大的发展。本文按照中间包的功能结 构，分别论述各种耐火材料的使用状况及其发展。 图1中间包用耐火材料示意图 1 中间包永久衬的长寿化 1 1 发展过程 在2 0 世纪8 0 年代以前，中间包一般采用粘土砖 或

3、高铝砖砌筑，由于砖砌永久衬整体性较差，翻包时 易掉砖，经常要修砌，寿命短，砌包频繁，工人劳动强 度大，寿命一般不到1 0 0 炉。8 0 年代后，国外( 如日 本) 开始采用高铝质低水泥浇注料整体浇注永久衬， 由于其整体性较好，寿命大幅度提高，可达4 0 0 6 0 0 炉，有的甚至达到1 0 0 0 一1 5 0 0 炉。我国于2 0 世纪9 0 年代开始采用低水泥浇注料整体浇注，取得了较好使 用效果，如D 5 7 浇注料j 。9 0 年代后期，为了节省劳 动力和减轻劳动强度，自流浇注料也在中间包上取得 较大的推广口o ；随着湿式喷射施工技术的发展，国外 也开始采用该技术施工，大大提高了施工

4、效率，由于 国情原因，我国对该技术的推广较慢，目前还未有在 中间包上试用的例子。 1 2 浇注料损毁主要原因【3 4 1 ( 1 ) 龟裂和剥落 永久衬浇注料浇注成型后，要经过小火、中火与 大火烘烤到1 0 0 0 左右，然后突然熄火，冷却到常温 或低温( 2 0 0 ) 时再使用( 由于温降迅速，通常易 使浇注料产生纵向裂纹) 。使用时，将碱性涂料涂抹 或喷涂到永久衬上，自然干燥后，在线烘烤，通常1 2h 就要烘烤到1 0 0 0 左右，浇注钢水时，由于钢水 温度通常为1 5 0 0 1 5 5 0o C ，在较短的时间内碱性工 作衬的背衬( 即永久衬) 的表温度即可达到1 3 0 0 以上

5、，而用后中间包又需要迅速冷却下来，因此有些 厂家为了快速周转，采用强制风冷或打水的方法，翻 包后，将涂料涂抹或喷涂到永久衬上。如此循环，中 间包永久衬因热震而产生了纵向裂纹与横向裂纹，导 致龟裂，有时还产生了平行于热面的裂纹，在翻包时 容易造成剥落，导致永久衬浇注料损毁。 ( 2 ) 永久衬与工作衬涂料的粘附 目前，中间包工作衬有不少采用涂料，因此涂料 性能与中间包使用寿命密切相关。中间包在使用过 程中，钢水温度1 5 0 0 1 5 5 0 ，工作衬涂料因含有粘 I 孙庚辰：男，1 9 4 1 年生，教授级高级工程师。 2 0 0 6 4 i 簪刊耐火材料N H U 0C A l L a O

6、 14 5 土、无机盐( 磷酸盐与硅酸盐) 等低熔物在高温、高压 下烧结，如果使用时间长，有可能将涂料与永久衬烧 结在一起。碱性涂料抗侵蚀性好，但是抗中包渣的渗 透性差，渣穿过工作衬到达永久衬，与永久衬反应，也 容易使工作衬与永久衬烧结在一起，导致中间包用后 翻包时工作衬不能自由落下，只能由人工强制剥离， 从而造成永久衬的剥离损坏。 1 3 对策 针对上述损毁原因，国内外耐火材料工作者对低 水泥高铝质浇注料性能及其与涂料的相互作用进行 了研究，以便提高永久衬的使用寿命。 ( 1 ) 加适量的红柱石原料。1 加红柱石类矿物原料，以改善永久衬的热震稳定 性和高温体积稳定性。永久衬浇注料由主原料高铝

7、 矾土熟料加入铝酸钙水泥、S i O ：微粉、A 1 ：O ，微粉和分 散剂组成，浇注料的A 1 ：O ，含量通常为5 7 左右，故 称D 5 7 浇注料。由于红柱石的热膨胀系数低于刚玉 和莫来石，它的加入降低了D 5 7 浇注料的热膨胀系 数，其与莫来石、刚玉热膨胀系数不一致而产生微裂 纹，改善浇注料的热震稳定性；而且红柱石加热过程 中于1 2 5 0 1 4 5 0 转化为莫来石，产生5 的体积膨 胀，有利于改善浇注料的高温体积稳定性。红柱石的 奠来石化是由表及里的过程，分解出来的游离S i O ：在 高温下向外扩散迁移，遇到高铝熟料中的刚玉 ( A 1 ：O ，) 而反应形成莫来石。红柱

8、石完全莫来石化的 过程( 一次莫来石化与二次莫来石化) 是一个很慢的 过程，红柱石在莫来石化时，S i O ：的迁移留下很多微 孔，也能改善浇注料的热震稳定性。另外，添加适量 耐热不锈钢纤维，也可提高浇注料热震稳定性。 ( 2 ) 选择适宜的A 1 2 0 ，含量 选择适宜的A I ：O ，含量可减弱高铝质永久衬浇 注料与碱性( M g O C a O 质) 涂料的粘附。由表1 和 表2 可知，浇注料的A l ：O ，含量越低，涂料的解体性 能就越差，低于5 0 后由于涂料与永久衬浇注料的 反应较强，涂料较难解体。因此中间包永久衬用低水 泥高铝质浇注料的A I ：O ，含量应选6 0 左右为宜

9、。 表1 攀钢研究的中间包永久衬浇注料氧化铝含与解体性 壁笪羞丞 浇注料 A BCDEF 14 6N A I H I J 0 渊u A 0 耐火材料2 0 0 6 特千, 1 浇注料A BCD 1 ) 汲洼荷重实验条件下的变形率，表征永久衬浇注料与镁质涂料 的反应性； 2 ) 中、高温抗折强度之比表征永久衬浇注料的热震稳定性，比值 越接近1 ，热震稳定性越好。 1 4 我国中间包永久衬浇注料与国夕I 的性能对比 表3 给出了我国常用的中间包永久衬浇注料与 日本的浇注料理化性能指标。 衰3 我圈中问包永久衬浇注料与日本的浇注料建化性能对比 ，中国日本 公剐F 广K 注：带“”参数为在1 5 0

10、0 3h 处理后所测数据。 日新钢铁公司的中间包永久衬使用A 1 2 0 ，一S i O ： 质自流浇注料，中间包使用寿命从5 0 0 炉提高到6 0 0 炉。德国赫施钢铁公司使用红柱石质浇注料，使用寿 命达到1 0 0 0 炉。美国伯利恒钢铁公司雀点厂6 0t 中 间包永久衬采用低水泥A 1 ：O ，一S i O ：质浇注料，使用 寿命1 2 0 0 炉。 2 中间包工作衬 2 1 发展过程 根据中间包在使用前包内工作层的温度分为高 温中间包、冷中间包和热中间包。 中间包最早使用镁砖砌筑，此为高温中间包。使 用时预热温度达1 4 0 0 ，因镁砖抗热震性差，现在国 内外都早已不再使用了。国内

11、也曾用粘土砖和高铝 砖砌筑中间包工作衬。小火、中火、大火烘烤到1 0 0 0 左右便可浇钢喁 。镁 2 0 世纪7 0 年代初，西方开始采用绝热板；8 0 年 钙质涂料由含钙原料( 镁钙砂、生白云石等) 、结合剂、 代初我国也开始采用硅质绝热板技术，在天津二炼钢增塑剂和防爆纤维组成，其中镁钙砂要经过防水化处 使用后，在武钢、鞍钢、济钢相继使用。用绝热板砌筑 理。镁钙质涂料因含有游离C a O ，可净化钢水 9 。 的中间包也称为冷中间包，使用前不需烘烤。其优点碱性涂料因生产工艺简单，施工方便，脱包容易，耐侵 如下：节能，特别是没有煤气源的钢厂多采用绝热蚀，不污染钢水，使用寿命长，很快替代了绝热

12、板，得 板；绝热性能好，可以把钢水温度降低1 0 一1 5 ；到了推广应用。碱性喷涂料的壁厚4 0m m 时，通常可 容易翻包，中间包用后很容易脱除掉残渣和残钢。使用8 一1 2h ；壁厚8 0 一1 0 0m m 时，通常可使用2 4h 但是，绝热板也有很多不足之处。硅质绝热板由以上。 硅砂、纤维和结合荆树脂组成，经过制浆、压滤、热处1 9 9 1 年开始有美国人的干式振动料的专利。我困 理而成。它不仅易污染钢水，增硅和增氢，而且使用予2 0 0 1 年开始广泛推广使用中间包碱性干式振动 寿命短，浇注普碳钢通常可连浇8h 左右，但是浇铸料 1 2 1 。近年我国还开发了镁质预制板取代绝热板”

13、】。 含M n 的合金钢只能连浇4h 左右，这是由于M n O 与 中间包碱性干式振动料由于现场不需要搅拌机，具有 S i O ：生成低熔点的2 M n O S i O ：而导致抗侵蚀性下施工简单，效率高，施工准备期短，寿命长等优点，目前 降。残钢上如粘有硅质板，给残钢的再利用也带来很已在我国广泛应用。中间包碱性干式振动料和镁质预 多不利。为此，我院在“七五”期间与秦皇岛耐火材料制板的应用促进了连铸技术的发展，如快速更换机构 厂合作开发镁质绝热板，以提高绝热板的抗侵蚀性。 的应用，使得中间包得以长寿，最高寿命可达9 5h 。一 镁质绝热板以镁砂或镁橄榄石砂为主要原料，用无机般都可达3 0 一6

14、 0h 。由于中间包干式料一般采用树脂 盐或树脂为结合剂，使用寿命可达8h 以上，最高可结合，高温下炭化易使钢水增碳、增氢，烘烤时也有较 达1 4h 。但是生产成本较高，而且中间包绝热板是成 大的异味，因此现在都正在开发无碳环保干式料c 1 4 1 。 套的，运榭搬运过程中若破损一块，整套就不能用，造由于中间包是炼钢工艺中最后一个钢水与耐火材 成较大损失。绝热板如果用树脂作结合剂，则使用时料接触的高温容器，因此钢厂也越来越重视中间包耐 放出臭气，污染环境，有害作业人员身体健康。火材料给钢水带来的污染，镁钙质中间包工作衬也将 西方国家于2 0 世纪7 0 年代开始采用镁质涂料是一个重要的发展方向

15、【1 5 1 。因此可认为，中间包的发 进行涂抹和喷涂施工，国内也于1 9 7 7 年由我院李再展过程和方向是：镁砖砌筑工作衬_ 绝热板( 硅质绝热 耕和武钢耐火厂合作开发出镁铬质中间包涂料 7 】。 板、镁质绝热板) _ + 碱性涂料( 镁质涂料、镁钙质涂料、 由于连铸比的提高和新材料如有机纤维的采用，大幅镁铬质涂料) _ 碱性千式料( 镁质千式料、镁钙质干式 度提高了涂抹料的烘烤性能，解决了中间包的快速烘料) 和碱性浇注料预制板( 镁质浇注料) 。 烤问题。国内子9 0 年代广泛推广涂抹料技术。镁质2 2 工作衬的性能与使用情况 涂料施工的中间包也称为热中间包。镁质涂料由镁 中间包用硅质和

16、镁质绝热板的性能如表4 所示， 砂、结合剂( 磷酸盐、硅酸盐等) 、增塑剂( 粘土等) 、防 镁质和镁钙质涂料性能如表5 所示，镁质和镁钙质干 爆纤维和防裂剂经混合后制成，使用时加水，或人工式捣打料性能如表6 所示。它们的使用寿命情况如 涂抹或机械喷涂到中间包永久衬上，自然干燥后，经表7 所示。 塞! 虫回复缝蛰堡塞i i 5 蛙瞳 材质 郴；o ：) 删( M s O ) 耐訾 芝怒影- s ) n l 抗篙豁 热导鬻普i u 叮u u0 一皇辫曩备 L 卫C m r a 馋皿Ll【I ) u u 乙jn ， l 2 嚣 8 6 4 2一1 6 9 0 - 1 7 2 0 1 3 0 1 4 54 5 5 3o 2 7 o 3 2o 2 o 翟嚣8 9 ，s z m 。m ，“s ：1 7 - 4 2呲，一 1 ；l ! 嚣 一，s o i 8 7 。1 8 9