中間包內(nèi)襯定型耐材應(yīng)用研究

【摘要】本文介紹了連鑄中間包內(nèi)襯定型耐火材料的發(fā)展和使用狀況。我國連鑄中間包內(nèi)襯耐火材料由黏土磚、高鋁磚發(fā)展到鎂質(zhì)絕熱板等，這些耐火材料用在連鑄中間包上，取得了良好的效果，滿足了我國不同時期連鑄生產(chǎn)的需要。

【關(guān)鍵詞】中間包；內(nèi)襯；耐火材料；應(yīng)用方向

【中圖分類號】TU541 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672—5158（2012）08—0172-03

前言

中間包是煉鋼連鑄生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，擔(dān)負著接受、儲存鋼水，對鋼水進行凈化和再精煉及向結(jié)晶器內(nèi)分配鋼水等多項任務(wù)。半個世紀以來，隨著我國連鑄技術(shù)的發(fā)展和連鑄比的提高，我國的連鑄中間包內(nèi)襯耐火材料也得到了很好的發(fā)展。產(chǎn)品品種不斷增加，質(zhì)量不斷提高，使用效果越來越好，滿足了我國連鑄生產(chǎn)不斷發(fā)展的需要。

連鑄中間包內(nèi)襯耐火材料包括工作層耐火材料和永久層耐火材料。工作層和永久層耐火材料的技術(shù)要求和理化性能各有不同，下面分開介紹兩種中間包耐材目前行業(yè)內(nèi)使用的現(xiàn)狀。

一、工作層耐火材料

中間包工作層直接與鋼水、熔渣和覆蓋劑接觸，在高溫下承受著鋼水和熔渣的侵蝕、沖刷和滲透，使用條件非常苛刻。工作層耐火材料的質(zhì)量直接影響著中間包的使用壽命、鋼水質(zhì)量和連鑄生產(chǎn)能否順利進行。

1、黏土磚和高鋁磚

中間包內(nèi)襯耐火材料使用黏土磚或高鋁磚砌筑，由于當(dāng)時連鑄生產(chǎn)剛起步，連鑄的鋼種多為普通鋼，中間包只是作為鋼水的周轉(zhuǎn)容器，中間包內(nèi)襯的工作條件不是太惡劣，使用壽命為連澆5～12爐，滿足了當(dāng)時連鑄生產(chǎn)的需要。隨著寶鋼品種鋼個硅鋼的上線，粘土磚已經(jīng)無法滿足連鑄生產(chǎn)的需要，無法保證澆鑄安全和澆鑄質(zhì)量。

2、鎂質(zhì)澆注板

20世紀90年代末，我國的耐火材料生產(chǎn)廠家開發(fā)出了中間包工作襯用鎂質(zhì)澆注板，在鋼廠連鑄中間包上使用，使用壽命優(yōu)于絕熱板及涂料。如某耐火材料生產(chǎn)廠家研制的鎂質(zhì)澆注板，在山東某鋼鐵公司連鑄中間包上使用，平均使用壽命達到30h，最高達34h。使用壽命是硅質(zhì)絕熱板的4倍左右，也高于鎂質(zhì)涂料的使用壽命（24h）。生產(chǎn)鎂質(zhì)澆注板的主要原料是鎂砂（電熔鎂砂或二步煅燒鎂砂），結(jié)合劑有純鋁酸鈣水泥、SiO₂微粉、Al₂O₃微粉及磷酸鹽等。另外添加適量的纖維材料及其他添加劑。采用振動澆注成型，經(jīng)過烘干后即可使用。

我國開發(fā)的鎂質(zhì)澆注板有致密型和輕質(zhì)型。致密型耐侵蝕性能好，但隔熱性能較差，使用時中間包最好增加保溫層；輕質(zhì)型則與其相反。在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體使用條件進行選擇。除了鎂質(zhì)澆注板外，我國還開發(fā)了鎂鋁質(zhì)澆注板和鎂硅質(zhì)澆注板，也取得了良好的使用效果。鎂質(zhì)澆注板的理化指標(biāo)見下表。

二、中間包永久層耐火材料

對中間包永久層耐火材料的要求有以下幾方面：1）機械強度高，與金屬外殼結(jié)合牢固。2）熱震穩(wěn)定性好，在溫度急劇變化時不產(chǎn)生裂紋。3）體積穩(wěn)定，在溫度變化時，體積不發(fā)生過量的膨脹或收縮。4）不易與工作層發(fā)生燒結(jié)。5）隔熱性能良好。我國的中間包永久層主要有耐火磚砌筑和澆注料整體澆注兩種結(jié)構(gòu)形式。

1、耐火磚砌筑永久層

磚砌中間包永久層用的耐火磚主要是黏土磚和高鋁磚。磚砌永久層整體性較差，翻包時易造成磚體脫落，使用壽命受到影響。鞍鋼高鋁磚砌筑中間包永久層的使用壽命為200多爐，預(yù)制塊砌筑中間包永久層的使用壽命可達300爐以上。寶鋼二煉鋼磚砌中間包永久層使用壽命達到800爐左右。有的鋼鐵廠磚砌中間包永久層的使用壽命僅有幾十爐。另外，用磚砌筑施工人員勞動強度大。目前，磚砌中間包永久層使用的已經(jīng)比較少了。

2、澆注料整體澆注永久層

目前，我國中間包永久層所用的澆注料有高鋁質(zhì)澆注料、莫來石質(zhì)澆注料和鋁鎂質(zhì)澆注料。應(yīng)用最多的是低水泥高鋁澆注料。中間包永久層用高鋁澆注料以高鋁礬土熟料為主要原料，以高鋁水泥和SiO₂微粉等作結(jié)合劑，添加適量的減水劑、緩凝劑、膨脹劑、有機纖維、鋼纖維等添加物配制而成。按照澆注方式中間包永久層澆注料分為振動澆注料和自流澆注料。幾種中間包永久層澆注料的理化指標(biāo)下表。

采用澆注料整體澆注的中間包永久層整體性好，機械強度高，熱震穩(wěn)定性好，使用壽命長。山東某鋼廠中間包永久層使用高鋁澆注料，使用壽命在1個月以上；鞍鋼中間包高鋁澆注料永久層壽命500爐以上；寶鋼電爐中間包國產(chǎn)高鋁澆注料永久層使用壽命400爐以上。

三、中間包內(nèi)襯耐火材料的施工工藝

1、砌筑前的選磚

目前，使用在中間包的耐火磚分兩種，工作層和永久層，其中工作層又包括上沖擊板、擋渣墻（堰）的安裝，水口座磚的安裝。工作層磚系列磚型較大，較厚，磚縫較小，但是不方便搬運、操作；永久層磚較小，較薄，有利于操作，易擠緊，但強度小。采用行車吊運是，而且磚易破損，故宜采用人工搬運，以保證磚型尺寸的完整。砌法砌筑，但砌筑同環(huán)磚時，磚的長度有時會參差不齊，因而宜以優(yōu)選磚的長度均齊為主；交錯砌時，宜以優(yōu)選磚的大小頭均齊為主，慎重對待選磚工作。

2、中間包耐材施工中的注意事項

在工作層和永久層的施工工藝中，必須嚴格執(zhí)行耐材施工設(shè)計圖紙，根據(jù)澆鑄鋼種來選擇的耐火磚的砌筑，基本的耐材施工中的基本要有以下一些。

（1）施工用中間包不能有寬1～3mm的裂縫，若有則需先用料抹上并膩實，方可使用；施工用中間包不能有寬≥3mm的裂縫，若有則需進行局部修補，方可使用；

（2）施工用中間包不能有面積≥0.5m²，深度≥100mm的坑，若有則需先用料抹上，方可使用；

（3）施工用中間包不能有殘渣和其它雜物（不帶殘渣的噴涂不算在內(nèi)），若有需清除干凈。

（4）施工用中間包溢流槽內(nèi)，必須清理暢通后，方能使用；

（5）噴抹溫度夏季80～100℃、冬季100～150℃；

（6）噴涂機的操作參照設(shè)備作業(yè)規(guī)程進行操作；

（7）上沖擊板、擋渣墻（堰）的安裝：

用鎂鋁火泥鋪底。砌筑時應(yīng)將上沖擊板沿水平面來回運動，直到互相接觸密實為止，注意將上沖擊板中心與下沖擊中心垂直對中。要求灰漿厚度小于2mm，上沖擊板周圍用中間包搗打料填充搗實為止。

按圖紙要求將擋渣墻（堰）安裝位置放入擋壩及擋堰卡牢后，再進行包壁的噴涂，用天車將擋渣板吊入，應(yīng)垂直于中間包安裝，要求用廢磚片把擋渣板固定并固牢

（8）水口座磚的安裝

進行外觀檢查，若有損壞、裂紋、外貼保護材料脫落均不得使用，水口搬動時要用軟物墊底；按照一定的加水比例，和好火泥；將座磚坑清理干凈，在下座磚與包底接觸面上抹≤5mm的泥料，將座磚放入坑內(nèi)并沿水平方向來回移動，直到相互接觸密實為止；要求座磚圓孔與中包底板上的圓孔同心，允許偏差1mm。在水口座磚周圍加入搗打料搗實，做到座磚不移位，嚴禁使用涂料填座磚四周；在噴涂包底前，用專用工具罩住上水口座磚孔。

大型中間包耐火材料結(jié)構(gòu)合理的設(shè)計以及耐火制品優(yōu)越性能的體現(xiàn)，都需要正確有效的砌筑方法來實現(xiàn)。所謂“三分材料，七分施工”，也充分說明了精細施工的重要性，這樣才能保證中間包的運轉(zhuǎn)率和為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。

四、中間包內(nèi)襯耐火材料應(yīng)用方向

隨著我國連鑄技術(shù)的不斷發(fā)展和特優(yōu)鋼產(chǎn)量的不斷增加，連鑄生產(chǎn)將對中間包內(nèi)襯耐火材料的使用要求越來越苛刻。為了滿足我國連鑄生產(chǎn)不斷發(fā)展的需要，必須不斷地對我國現(xiàn)有中間包內(nèi)襯耐火材料的使用性能進行改進，并不斷開發(fā)使用性能優(yōu)良的新型中間包內(nèi)襯耐火材料。建議在以下方面開展研究工作。

1、開發(fā)輕質(zhì)高強度中間包永久層澆注料

連鑄生產(chǎn)對中間包內(nèi)襯耐火材料最主要的要求，一是耐侵蝕性能要好，使用壽命長；二是隔熱性能好，能夠穩(wěn)定包內(nèi)鋼水溫度，保證連鑄生產(chǎn)順利進行。要使中間包的工作層耐火材料同時具備這兩方面的使用性能，從目前來看是非常困難的。因為要獲得好的耐侵蝕性能，就必須提高工作層的致密度，降低氣孔率。這樣必然導(dǎo)致工作層隔熱性能變差。反之，要獲得好的隔熱性能，就必須增加工作層耐火材料的氣孔率，氣孔率的增加必然造成耐侵蝕性能的下降。如目前我國中間包工作層使用的絕熱板和輕質(zhì)涂料都具有隔熱功能，但耐侵蝕性能都比較差。因此，在開發(fā)和生產(chǎn)中間包工作層耐火材料時，應(yīng)重點提高其耐侵蝕性能，而隔熱的任務(wù)由永久層承擔(dān)，開發(fā)隔熱性能好的輕質(zhì)高強度永久層澆注料。這樣就能夠保證中間包的使用壽命長，隔熱性能好。現(xiàn)在有些鋼鐵企業(yè)為了提高中間包的隔熱性能，在永久層與金屬外殼之間貼一層耐火纖維氈（板）。

2、開發(fā)或選用新型結(jié)合劑取代酚醛樹酯

目前，我國生產(chǎn)中間包絕熱板和堿性干式料所用的有機結(jié)合劑主要是酚醛樹酯。采用酚醛樹酯作結(jié)合劑存在著如下幾個問題：1）在烘包過程中酚醛樹酯產(chǎn)生有害煙氣，污染環(huán)境，危害操作人員身體健康。2）在連鑄過程中酚醛樹酯碳化產(chǎn)生碳，易造成鋼水增碳，影響鋼水質(zhì)量。3）酚醛樹酯價格昂貴，造成產(chǎn)品成本高。基于以上原因，應(yīng)開發(fā)或挑選無污染且價格低廉的有機和無機結(jié)合劑，取代酚醛樹酯，生產(chǎn)環(huán)保型的中間包內(nèi)襯耐火材料。近幾年來，我國已經(jīng)開展了這方面工作，并取得了一定的成效。如河南科技大學(xué)通過添加無機超微粉和燒結(jié)劑，研制出了環(huán)保型堿性干式振動料等。

3、提高鎂鈣質(zhì)中間包涂料的耐侵蝕陛能

鎂鈣質(zhì)中間包涂料具有凈化鋼水的性能，是今后潔凈鋼連鑄中間包最理想的內(nèi)襯耐火材料之一。但鎂鈣質(zhì)中間包涂料的耐侵蝕性能不如鎂質(zhì)涂料，主要原因就是鎂鈣質(zhì)中間包涂料基質(zhì)中的CaO是以CaCO₃（石灰石）或Ca（OH）₂（消石灰）的形式引入的。在中間包的烘烤和使用過程中，涂料中的CaCO₃和Ca（oH）₂分解轉(zhuǎn)變成CaO，再進一步燒結(jié)后，產(chǎn)生較大的體積收縮，在涂料工作層內(nèi)形成較多的氣孔，導(dǎo)致鎂鈣涂料工作層的耐侵蝕性能下降。因此，為了進一步提高鎂鈣質(zhì)中間包涂料的耐侵蝕性能，今后要在含鈣耐火原料的生產(chǎn)、選擇和配置上做更多的研究和試驗工作。主要是制取和使用高致密度和高抗水化性能的含鈣耐火原料，取代燒失量高、體積收縮量大的石灰石和消石灰，以形成組織結(jié)構(gòu)致密和耐侵蝕性能好的中間包工作層。還可研究在鎂鈣中間包涂料中配入適量的高熔點礦物的微粉（如ZrO₂微粉等），在基質(zhì)中形成高熔點的復(fù)合礦物，使鎂鈣質(zhì)中間包涂料工作層的耐侵蝕性能和抗剝落性能得到提高。

五、結(jié)語

我國有著豐富的耐火材料礦產(chǎn)資源和專業(yè)化的耐火材料研發(fā)隊伍，相信通過廣大耐火材料科技工作者和生產(chǎn)廠家的共同努力，結(jié)合我國的連鑄生產(chǎn)實踐，對我國連鑄中間包內(nèi)襯耐火材料的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量進行不斷的改進，并加大對新型中間包內(nèi)襯耐火材料的開發(fā)力度，一定能夠不斷地研制和生產(chǎn)出使用性能更加優(yōu)良的中間包內(nèi)襯耐火材料，滿足我國連鑄技術(shù)快速發(fā)展和特優(yōu)鋼連鑄生產(chǎn)的需要，取得更好的經(jīng)濟效益和社會效益。