耐火材料中间包用技术讲解

1摘要本文介绍了中间包及其使用耐火材料的概况，中间包耐火材料的侵蚀机理和对钢水质量的影响，并对中间包用涂料的发展和该料的配比结合剂及各种添加剂的选择进行了细致的研究分析，并对提高涂抹料的使用效果和降低成本提出了自己的见解。关键词:连铸中间包涂抹料性能使用AbstractThisarticlehasintroducedtundishanditsusingrefractoriessituation,theslag-resistancemechanismoftundishrefractories,theinfluencetomoltensteel.Thisarticlecarefullystudiesthedevelopmentoftundishcoatingandhowtoselectitsbondingsanditsadditives.Thisarticlealsoputforwardownviewstorisingtheeffectandreducingthecostofusingtundishcoating.Keywords:con-castingtundishcoatingperformanceuse2目录摘要………………………………………………..…..1Abstract……………………………………………..…..11、前言……………………………………………..……32、连铸中间包简介………………………………..….42.1中间包的类型…………………………………..…...42.2内衬结构及发展…………………………………..…52.2.1中间包衬内衬结构…………………………..…..52.2.2工作层用耐火材料的发展史…………………..…52.2.3工作衬的性能特点对比…………………….……82.2.4连铸中间包涂料的发展趋势………………….….93、中间包用涂抹料……………………………….…..103.1中间包对涂抹料质量的要求…………………….…...113.2原料准备……………………………………….…...113.3粒状料选择…………………………………….……123.4结合剂的选择…………………………………….....133.5纸纤维加入量……………………………………....173.6镁砂的选择……………………………………….....173.7中间包涂抹料的生产与使用………………………....173.7.1中间包涂抹料的生产…………………………....173.7.2中间包涂抹料的施工……………………….…...173.7.3使用效果…………………………………….....184、结束语……………………………………………......195、致谢..............................................206、参考文献………………………………………….…2131前言我国从80年代连铸至今，钢铁工业有了巨大的发展。首先成坯率大幅度提高，降低了钢坯成本。其次去掉了繁杂的铸锭工艺，提高了生产效率，降低了工人的劳动强度，对钢材质量和钢材成份的均匀有了一定的提高。椐资料介绍，目前我国除了一些铸钢件和特殊锻造使用少量钢锭外，基本实现了全连铸。连铸比例达到97%以上。近30年以来，各国的连铸技术有了突飞猛进的发展。特别是我国把推广以连铸工艺作为发展钢铁工业的一项重要技术政策后，连铸有了较大的提高。随着连铸技术的不断发展，中间包作为连铸生产中的重要的热工设备，在连铸过程中，中间包不仅起着均匀钢水温度的作用，而且是钢包与结晶器之间的缓冲器，对连铸钢坯的质量、成本及连铸生产的顺利进行具有重要作用。中间包在向着长寿命、多功能的方向发展，因而对中间包工作层材料寿命要求越来越高。目前工作层耐火材料包括有绝热板，涂抹料，干式料。本文就对涂抹料的应用、发展与研究做些阐述。42连铸中间包简介中间包是连铸工艺的重要设备之一。在连铸过程中，中间包不仅起着均匀钢水温度的作用，而且是钢包与结晶器之间的缓冲器。随着冶金工艺的不断发展，还赋予中间包新的功能，如在中间包中进行的钢水精炼和非金属夹杂物的消除等冶金过程。图1中间包示意图2.1中间包的类型按浇铸钢种冶炼方式和是否需烘烤等条件，中间包大体分以下几种类型：(1)高温中间包，为某一特定的冶金过程所设置，采用镁砖内衬，预热至1500℃左右；(2)热中间包，是常见的中间包，采用烧成砖或不烧砖或浇注料作内衬，浇铸前预热至800－1100℃；(3)冷中间包，采用绝热板作内衬，在浇铸前不经预热即可使用。52.2内衬结构及发展2.2.1中间包衬内衬结构中间包衬一般由隔热层（材料为轻质砖或隔热材料）、永久层（粘土砖或浇注料）和工作衬（绝热、板涂料或干式料）组成。其中工作衬有多种，而涂料内衬目前使用比较普遍。(1)保温层（10～30mm），该层紧挨着中间包钢壳，通常砌石棉板、保温砖或轻质浇注料。效果最好的为隔热纤维板，厚约12mm，热导率低，也易砌筑。(2)永久层（100～200mm），该层与保温层相接触，其材料一般为粘土砖。整体永久衬最为普遍，浇注料一般为高铝质。(3)工作层（20～50mm），该层与钢水接触，是关键部位。该内衬材料有半硅质、蜡石质、粘士砖、高铝砖、碱性砖（如镁质砖等）、锆英石砖；或用绝热板：硅质绝热板、镁质绝热板、镁橄榄石质绝热板；或用涂料：镁质、镁铬质及镁钙质涂料等。目前也有用浇注料作中间包内衬。2.2.2工作层用耐火材料的发展史（1）第一代工作衬即无下作衬阶段(连铸工艺出现在20世纪70年代。欧洲可能延长到8O年代末)。把日前的永久衬直接当工作衬或钢水直接接浇在永久衬上。此方法只可用于无需洁净炼钢的低质钢的生产。工作衬的维修费用很高，而且清除使用后的渣壳也很困难。典型的高铝质低水泥浇注料内衬，其氧化铝含量在70%左右。其理化性能如表1所示（日新钢铁公司五厂65t中间包永久衬浇注料）6表1日新钢铁公司五厂65t中间包永久衬浇注料理化性能化学成分（%）永久衬浇注料Al2O361SiO236体积密度（g/cm3）110℃，24h2.521000℃，3h2.501400℃，3h2.48线变化率（%）110℃，24h01000℃，3h-0.071400℃，3h+0.07抗折强度（MPa）110℃，24h7.81000℃，3h7.61400℃，3h11.5耐压强度（MPa）110℃，24h341000℃，3h691400℃，3h83（2）第二代工作衬即绝热板阶段(20世纪70-80年代)，材质大部分为镁质。典型的镁质板成分如表2所示(瑞典研究的无机结合橄榄石基泡沫绝热板)，此绝热板是保证洁净炼钢的有效方法。该板以中间连锁板安装，与永久衬之间有填充砂支撑，并采用真空成型。它绝热性能良好，但安装时劳动强度大，而且在使用过程中容易造成钻钢变形从而导致寿命下降，影响到连铸阶段的正常生产。7表2瑞典研究的无机结合橄榄石基泡沫绝热板理化性能化学组成(%)MgO60SiO230FeO7CaO1体积密度（g/cm3)1.0抗折强度（MPa)2.0导热系数（W/m·k）0.5寿命（浇注次数）7（3）第三代工作衬为了提高中间包内衬的使用寿命，降低耐火材料消耗，便于清除内衬上的残渣和残钢，许多国家采用耐火涂抹料（手工）或喷涂料（机械喷涂）作保护层。涂料衬兴起于日本，瑞典、俄罗斯等欧洲国家也相继研究并以投入工业应用，而我国于20世纪90年代才相继推出试验。涂料的材质有镁质和镁钙质，从施工方法来看有:人工湿法涂抹、人工半干法机械喷涂、人工湿法机械喷涂、机械全自动化半干法喷涂等。涂料衬采用湿法人工涂抹或机械喷涂时，需加入20%～30%的水。因而中间包使用前需要2～6h，甚至更长时间的干燥以便除去水分。涂料衬虽然有比绝热板有更好的整体使用性能，且解体性更好，便于清除渣壳，并且寿命还能满足现阶段连铸生产的需要，但是涂料衬无法满足更长连续浇钢工作环境的需要。（4）第四代工作衬为了适应高效连铸工艺的发展，国内的莱钢炼钢厂对连铸中间包定径水口快速更换与中间包长寿技术进行了研究，并率先开发成功。由于中间包对其工作衬使用寿命提出了更高的要求，因此第四代干式8料于20世纪90年代末应运而生，现有逐步取代涂料的趋势。由美国UniversalRefractoryCompany率先研制使用的中间包干式工作衬已投入使用，其理化性能与喷涂料的性能比较，如表3所示：表3中间包干式料与喷涂料的性能比较Universal干式料典型喷涂料化学成分%（MgO）85～9280～85烧碱%2.5～3.01.0～3.0所需水分%020～30处理后密度(g/cm3)2.1～2.21.4典型干燥处理时间h1.251521.8典型衬厚度mm10～1515～20最多连浇炉数及时间/包，h162（95）8～16（8～16）2.2.3工作衬的性能特点对比每一代工作衬都是不同历史发展阶段的产物，而且后一代相对于前一代都有其独特的优势，以下从八个方面分别比较了它们各自不同的性能特点，如表4所示：表4不同代工作衬的性能特点比较浇注料衬(无工作衬)绝热板涂料干式料材质高铝质硅质或镁质镁质或镁钙质镁质或镁钙质施工方法振动真空机压涂抹或喷涂振捣加热方式慢较慢较快迅速抗侵渗性抗渗好但抗侵差均好抗侵好但抗渗差抗蚀性突出解体性无法解体好较好优异保温性最差好较好一般洁净性差好较好较好连浇时间长且维护难长且易钻钢短且维护易长且维护易9从表4中可以清楚地看出，总体趋势是随着连铸生产工艺的不断进步，从第一代逐渐过渡到第四代工作衬，其综合性能是逐渐优化的，尤其中干式料衬显示出了其它三代衬与其无法相比拟的优越性能。2.2.4连铸中间包涂料的发展趋势随着连铸工艺的发展，研究开发长寿耐用、具有洁净钢水功能的连铸中间包涂料成为今后耐火材料研究开发的主要课题之一。“长寿化”和“洁净化”是连铸中间包涂料的两大发展趋势。1、涂料的长寿化随着冶金工艺的发展，降低吨钢涂料消耗增加连浇炉数、提高生产效率、有效地降低生产成本，是众多的冶金企业追求的目标。而提高中间包的使用寿命，可以很好地满足这些要求。目前，国内普遍使用的是镁质涂料，其主体原料大多采用中档镁砂。为了使涂料的使用寿命能有较大幅度的提高，可考虑采取以下几个措施。(1)尽量降低Na20、K20、SiO2、Fe0等杂质的含量，以最大限度地降低高温下易形成低熔点相的可能性。(2)改善并强化基质，提高基质的抗侵蚀性和抗渗透性，从而提高涂料的高温性能。(3)引入添加剂，改善其施工性能。(4)采用高档主原料(这同时也提高了原料的纯度)，从根本上提高涂料的整体耐侵蚀性。2、涂料的洁净化(1)洁净化的意义虽然我国的钢产量位居世界第一，但普通钢种占了相当大的比例，每年仍需花费大量外汇从国外进口相当数量的各种优质钢材，以满足10经济建设的需要。在优质钢材的生产过程中，要求尽量降低夹杂物的含量，因而涂料的“洁净化”功能显得尤为重要。在连铸过程中，利用涂料与钢液接触时对钢液中的A1203、SiO2、Fe0等的化学作用，可进一步除去钢中的非金属杂质成分，这对制造优质特种钢十分有利。(2)“洁净化”的含义涂料的“洁净化”就是利用其本身所含有的Ca0与钢液中的夹杂成分反应进而降低其含量的冶金过程。例如:A1203+3Ca0→3Ca0·A1203(1)上述反应生成的铝酸钙从钢液中上浮与钢液分离，从而达到了净化钢液的目的。(3)研制“洁净化”涂料的主要措施通过近几年的摸索，专家认为在镁质涂料的基础上，设法引入尽可能高含量的Ca0，可达到净化钢液的目的，担须保证涂料的抗侵蚀性能不受太大的影响。随着冶金工艺的技术进步，为了满足用户降低耐火材料消耗、提高生产效率的需要，研制“长寿化”涂料是连铸中间包涂料的一大发展趋势。为适应冶炼高级洁净钢的需要，研制“洁净化”涂料是它的另一趋势。3中间包用涂抹料中间包涂抹料由镁砂、纤维、结合剂、防裂剂、减水剂等混合均匀装袋，使用时需要加入搅拌机中，并加水搅拌成可塑泥料状，通过人工涂抹或机械喷涂到中间包永久层上，此后自然养护24小时以上即可