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1、耐火材料创刊四十周年特刊2006,40:14554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471039摘 9 综述了中间包用耐火材料的发展址程，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。146 NAIHU0CAIL1A0/K火材料 2006/特刊146 NAIHU0CAIL1A0/K火材料 2006/特刊中间包是钢水连铸工艺中一个不可缺少的重要 容器，也是炼钢工艺中的最后一个容器，主要起稳定 钢水流履、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
2、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、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、代幕、陶瓷过滤器等，主要功能 为去渣，净化钢水，提高钢材质嚴;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，随著连铸工艺的改进，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 火林料有了很大的发展。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憲图1中间包永久衬的长寿化1.1发展
3、过程在20世纪80年代以前，中间包一般采用粘土砖 或高铝砖砌筑，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100炉。80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400 600 炉,有的甚至达到1000-1500炉。我国于20世纪90 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D57浇注料。90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；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,大大提高了施工效率，由于
4、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浇注料损毀主要原因八町（1）龟裂和剥落永久村浇注料浇注成型后，要经过小火、中火与 大火烘烤到1000 Y左右,然后突然熄火，冷却到常温 或低温（W200龙）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，将破性涂料涂抹 或喷涂到永久衬上，自然干焕后，在线烘烤，通常1 2 h就要烘烤到1000 P左右，浇注钢水时，由于钢水 温度通常为1500 1550无，在较短的时间内碱性工 作衬的背衬（即永久衬）的表面温度即可达到1300 X 以上,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
5、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）永久村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1500 1550 X，工作衬涂料因含有粘*孙庚辰男）94】年生教授级高级工程师。 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。離性涂料抗侵蚀性好，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
6、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）加适的红柱石原料加红柱石类矿物原料，以改善永久衬的热廉稳定 性和离温体积稳定性。永久衬浇注料由主原料离铝 矶土熟料加人铝酸钙水泥、SiO2微粉、仙0微粉和分 散剂组成，浇注料的AI2O3含量通常为57%左右，故 称D57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 D57浇注料的热膨胀系 数,其与莫来石、
7、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1250 1450 *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 其来石化是由表及里的过程，分解出来的游离Si。?在 高温下向外扩散迁移，遇到高铝熟料中的刚玉 （Al?。而反应形成莫来石。红柱石完全真来石化的 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,Si。?的迁移留下很多微 孔，也能改善浇注料的热廉稳定性。另外，添加适童 耐热不锈钢纤维,也可提高浇注料热廉稳定性。（2）选择适宜的A12O3含麓选择适宜的A12O,含童可械弱高铝质永久衬浇 注料
8、与碱性（MgO-CaO质）涂料的粘附。由表1和 表2可知，浇注料的A12O5含越低，涂料的解体性 能就越差，低于50%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 泥高铝质浇注料的小2。3含应选60%左右为宜。】钢硏究的中阎包象久衬浇注料氯化傍含与解体性能的关果浇注料ABCDEFwCAljOj)/%807060504020解体性能易易易较易较难难反应厚度/mm2-32-313-4交界面较琏区分形成玻璃 相而侵烛高温抗折通度 /MPa（ 1400）3.003.052.501.75表2日本硏究的中间包永久衬浇注料与解体性能的关系浇注料ABCDw(Ala03)/%605
9、95458v(SiO2)/%35364238Al：O3/SiO3(ff* 比)1.71L611.291.53变形*n/%13.0&06.03.0与慢质涂料的烧结性易易不易不易解体性能易易易较弱中.高忍抗折900T9111315鼻度2/MPa1500 X：151718191400 1水冷后袈紋情况很多-很少I）汲渣荷实“条件下的变形率，袁征永久衬浇注料与惯忒嫌料 的反宜性2）中、高温抗折强度之比表征水久衬浇注料的热廉定性，比值 越棲近I,热震檢定性趁好。1.4我国中间包永久衬浇注料与僵外的性能对比表3给出了我国常用的中间包永久衬挠注料与 日本的浇注料理化性能指标。农3我flB中间包象久衬浇注料与
10、曰本的洗注料逢化性能对比公司-中n日本 KpBA12O563.059.061.0SiQ3L035.636-0110X 24 h7.8抗折*度/ MPa1000 r 3 h16.77.61400 r 3 h-19.0*11.5110X 24 h35.034.0耐压强度/MPa1000 r 3 h48.069.01400 3 h72.083.0110 X 24 h2.542.52体积/1000 r 3 h2.442.50(Kcm 、)1400 r 3 h2352.48他补“*1000 T 3h-0.090060071400 r 3 h+ 0.030.07+0.07使用寿命-320炉331炉注:带“
11、 为在1500 3 h处理点所日新钢铁公司的中间包永久衬使用Al2O3-SiO2 质自流浇注料，中间包使用寿命从500炉提高到600 炉。律園赫施钢铁公司使用红柱石质浇注料,使用寿 命达到1000炉。美国伯利恒钢铁公司雀点厂60 t中 间包永久衬采用低水泥Al2O3-SiO2质浇注料，使用 寿命1200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i4oo r，因镁砖抗热廉性差,现在国 内外都早已不再使用了。国内也曾用粘土砖和高铝 146 NAIHU0CAIL1A0/K火材料 2
12、006/特刊砖砌筑中间包工作衬。20世纪70年代初，西方开始采用绝热板;80年 代初我国也开始采用硅质绝热板技术,在天津二炼钢 使用后，在武钢、鞍钢、济钢相继使用。用绝热板砌筑 的中间包也称为冷中间包，使用前不需烘烤。其优点 如下:节能,特别是没有煤气源的钢厂多采用绝热 板;绝热性能好，可以把钢水温度降低io-i5 r； 容易胡包，中间包用后很容易脱除掉残渣和残钢。但是,绝热板也有很多不足之处。硅质绝热板由 硅砂、纤维和结合剂树脂组成，经过制浆、压滤、热处 理而成。它不仅易污染钢水，增硅和增氢，而且使用 寿命短，挠注普碳钢通常可连浇8 h左右，但是浇铸 含Mn的合金钢只能连浇4 h左右，这是由
13、于MnO与 Si（生成低熔点的2MnOSiO?而导致抗侵蚀性下 降。残钢上如粘有硅质板，给残钢的再利用也带来很 多不利。为此，我院在“七五”期间与秦皇岛耐火材料 厂合作开发镁质绝热板，以提高绝热板的抗侵蚀性。 镁质绝热板以镂砂或镁橄榄石砂为主要原料,用无机 盐或树脂为结合剂,使用寿命可达8 h以上,最高可 达14 h。但是生产成本较高，而且中间包绝热板是成 套的，运输搬运过程中若破损一块,整套就不能用，造 成较大损失。绝热板如果用树脂作结合剂，则使用时 放出真气，污染环境,有害作业人员身体健康。西方国家于20世纪70年代开始采用镁质涂料 进行涂抹和喷涂施工，国内也于1977年由我院李再 耕和武
14、钢耐火厂合作开发岀镁辂质中间包涂料。 由于连铸比的提高和新材料如有机纤维的采用，大幅 度提高了涂抹料的烘烤性能，解决了中间包的快速烘 烤问题。国内于90年代广泛推广涂抹料技术。镂质 涂料施工的中间包也称为热中间包。镁质涂料由镁 砂、结合剂（珥酸盐:硅酸盐等）、增塑剂（粘土等）、防 小火、中火、大火烘烤到1000弋左右便可浇钢。镁 钙质涂料由含钙原料（镁钙砂、生白云石尊）、结合剂、 增塑剂和防爆纤维组成,其中镁钙砂要经过防水化处 理。镁钙质涂料因含有游离CbO,可净化钢水W】。 碱性涂料因生产工艺简单，施工方便，脱包容易，耐侵 蚀，不污染钢水，使用寿命长，很快替代了绝热板，得 到了推广应用。襪性喷涂料的壁厚40 rnm时,通常可 使用8-12 h；壁厚80 - 100 mm时，通常可使用24 h以上。1991年开始有美国人的干式振动料的专利。我国 于2001年开始广泛推广使用中间包截性干式振动 料何。近年我国还开发了镁质预制板取代绝热板（。 中间包碱性干式振动料由于现场不需要搅拌机，具有 施工简单，效率高,施工准备期短,寿命长等优点,目前 已在我国广泛应用。中间包礦性干式掘动料和镁质预 制板的应用促进了连铸技术的发展，如快速更换机构 的应用，使得中间包得以长寿,量高寿命可达95 ho 一 般都可达30-60 h0由于中间包干式料一般采用树脂 结合，高温下炭化易使钢
