中間包結(jié)構(gòu)及包襯耐火材料對鋼水清潔度的影響分析

唐建洪，周玉軍，魏海成

（西寧特殊鋼股份有限公司，青海 西寧 810005）

在連鑄鋼坯內(nèi)部極易引發(fā)嚴重的質(zhì)量問題，它會使鋼的連續(xù)性遭到破壞，對鋼的使用性能、使用范圍方面產(chǎn)生影響，不管夾雜的是什么形態(tài)的鋼，微觀也好、宏觀也罷，它們在鋼的性能上都會帶來巨大的危害性。進行冶煉時，降低中間包摻雜的雜質(zhì)，避免鋼水受到污染、增強鋼坯的質(zhì)量等是研究過程中的關(guān)鍵之處。鋼水在進入結(jié)晶容器之前最后需要經(jīng)過的具有耐火性能的容器叫作中間包，它主要用于裝鋼水這種液體，鋼的清潔程度、夾雜物質(zhì)的顆粒大小以及含有量與中間包內(nèi)液體的流動、內(nèi)襯等息息相關(guān)，所以，探究中間包結(jié)構(gòu)、包襯耐火材料對鋼水清潔度的影響具有深遠的意義。

1 鋼水清潔度受中間包結(jié)構(gòu)的影響程度

在中間包內(nèi)的鋼水其流動形式受鋼質(zhì)量的影響，在自然狀態(tài)時鋼水流動摻雜的物質(zhì)上浮和控制下存在很大的差異性，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：首先，自然狀態(tài)下包內(nèi)的流速過急會將渣層沖破，鋼水中摻雜鋼渣，并讓鋼液置于空氣下發(fā)生氧化反應(yīng)；其次，流速過快的鋼液還會使內(nèi)襯的耐火材料受到強烈的沖刷，鋼液中摻雜耐火材料從而形成夾雜。控流狀態(tài)下操縱中間包這一過程，可以有效避免鋼水發(fā)生二次氧化的情況，降低渦流產(chǎn)生的幾率，消除包內(nèi)的雜質(zhì)。所以，包內(nèi)的鋼水停留的時間越久，流動的速度越穩(wěn)定，夾雜物質(zhì)向上浮動的可能性越大，中間包內(nèi)有整體擋渣堰組合的設(shè)計結(jié)構(gòu)，主要起了控制鋼水流動狀態(tài)、保持鋼水以平緩的軌跡流動、促進夾雜物向上浮出并將之消除的作用[1]。透過分析自然狀態(tài)下鋼水的流動以及控制流動液體的現(xiàn)象可發(fā)現(xiàn)，在自然流動的情況下，鋼水由澆筑區(qū)域從包底直接流入到結(jié)晶器中，鋼水平均流動的時間不長，夾雜物上浮不容易，針對在控制狀態(tài)下流動的情況，也就是設(shè)立了整體擋渣堰裝置后，在擋渣堰中鋼水流動的速度較快，擋渣堰外邊的鋼水流速逐漸趨于穩(wěn)定，按這種方式流動可以促進夾雜物質(zhì)向上浮出。

在這一個實驗中，在二十五微米以下的夾雜物質(zhì)，控制澆筑流速的方式和自然澆筑的方式?jīng)]有較大差異，在五十微米至一百微米之間的夾雜物質(zhì)，控制澆筑流速顯然可以使夾雜物質(zhì)向上浮出，當夾雜物質(zhì)大于一百五十微米時，兩種實驗方法均能產(chǎn)生上浮現(xiàn)象。通過對比這兩種方法的實驗數(shù)據(jù)可得到：當其他的控制條件保持一致的情況中，如果夾雜物質(zhì)在八十微米左右，運用控流澆筑的方法顯然比自然澆筑的方法更好，夾雜物質(zhì)上浮的概率更高，平均能達到百分之十五左右[2]。

2 鋼水清潔度受中間包襯耐火材料的影響程度

2.1 實驗過程

在進行澆筑的過程中，中間包襯耐火材料和鋼液的接觸時間較長，產(chǎn)生了機械沖刷、化學(xué)物質(zhì)侵蝕以及熔點較低的化學(xué)物質(zhì)等，分析鋼坯中的示蹤劑，判斷包襯層被侵蝕之后帶入到鋼坯內(nèi)的容量大小，由此得到生成的夾雜物與夾雜物質(zhì)總量的占比。①實驗參數(shù)。選用西北某特殊鋼廠煉鋼車間，其容量為二十三噸的中間包，六十五噸產(chǎn)量的單爐鋼，平均下來每爐次澆注需耗時三十五分鐘左右。②中間包內(nèi)襯材料的選擇以及施工步驟。中間包內(nèi)襯使用的干式料為鎂質(zhì)耐火材料，它們理化的標準為：MgO（%）≥83，體密≥2.5g/cm3，常溫下的耐壓強度大于等于23MPa，最高可承受的溫度為1800℃以上。做好這些準備后把干狀的鎂質(zhì)干式料通過胎模打結(jié)到中間包內(nèi)壁上，內(nèi)襯層打結(jié)厚度60mm左右，帶模烘烤60分鐘，胎模溫度冷卻至60℃以下后脫模，脫模后安裝包蓋及塞棒水口后連鑄平臺按標準的烘烤曲線烘烤4小時后上線使用。③實驗的方式。對實驗用材料中，每一批材料中都加配百分之十的氧化鋅用作示蹤試劑，其他材料遵循正常的操作進行，在使用一個包之后，用掃描電鏡、能譜儀檢測中間包殘襯層不同層帶之間的情況，并對數(shù)據(jù)進行分析，得到所需氧化鋅的用量，從而判斷出示蹤劑侵蝕的狀況以及在不同層間的存在情況。

2.2 實驗結(jié)果以及分析情況

（1）中間包殘襯的顯微結(jié)構(gòu)。原始層的耐火材料未遭到破壞，礦物相晶粒保持完整的形態(tài)，主要的礦相是錳橄欖石復(fù)合氧化物，其中的主要氧化物為（CaO+MgO）-SiO2-MnO三元系，隨著溫度的變化，在溫度降低時，首先共晶析出鈣硅石和a’CaO-SiO2,隨后發(fā)生轉(zhuǎn)熔生產(chǎn)錳橄欖石的復(fù)合物。礦物和礦物之間存在明顯的分界線，大量示蹤劑元素以小粒的形態(tài)各自獨立分散在各個地方。處于過渡層中的耐火材料遭到破壞，礦物晶粒受到損壞，礦物的差異性界線不清晰，大礦物粒子逐漸縮小，邊緣趨于圓滑的狀態(tài)，失蹤元素晶粒粒子小，大部分可與耐火材料相溶。

（2）鎂質(zhì)干式料材料的侵害腐蝕。通過掃描電鏡觀察看到的中間包內(nèi)襯層不同層帶的現(xiàn)象，并進行能譜分析，從實驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)非燒結(jié)層存在示蹤元素，但是燒結(jié)反應(yīng)層中不包含示蹤元素，這一現(xiàn)象說明了非燒結(jié)層中的耐火材料其本質(zhì)并沒有太大的改變，保存下來的示蹤劑很完整，以原先的狀態(tài)保留所有的顆粒，燒結(jié)層中的一些耐火材料作為反應(yīng)物參與了化學(xué)反應(yīng)，破壞了示蹤劑以及大顆粒的性質(zhì)，礦物和礦物之間沒有明顯的交界線，反應(yīng)層礦物中鐵的含量升高，大部分來自于耐火材料和渣反應(yīng)生成，從這可以看出在過渡層中間包鎂質(zhì)干式料和鐵、渣進行反應(yīng)，生成的物質(zhì)屬于化合物，具有較低的熔點，對鋼水來說是一種污染物。

中間包襯層受到?jīng)_刷或侵害腐蝕后只需要很短的時間就可進入到結(jié)晶器中，所以改變的示蹤劑的量就代表著干式料受到侵害腐蝕后進到鋼坯內(nèi)部的含量，換句話說就是表示鋼水清潔程度的影響力。選取的樣本分別為：開澆兩分鐘后取一份渣粒樣本，測定氧化鋅的含量，開澆二十一分鐘時選取第二份渣粒樣本，測定氧化鋅的含量，選取十九分鐘的澆筑時間，鋼水對中間包途料侵害腐蝕的含量的計算方法為：三十五千克中其中二十千克為炭化稻殼、十五千克為引流劑，中間包涂料示蹤劑中有百分之八的氧化鋅。根據(jù)這種方法計算出中間包涂料中鋼水每分鐘被侵害腐蝕的含量，與此同時，在進行實驗的過程中，不同的中間包襯層耐火材料層帶中有不同的氧化鋁，表明了鎂質(zhì)耐火材料有吸附夾雜物質(zhì)的功能。

3 結(jié)語

綜上所述，在中間包內(nèi)設(shè)立整體擋渣堰可以提高雜物向上浮動的效率，當其他的控制條件一樣時，夾雜物向上浮動的概率會升高，平均概率可達到百分之十五；從中間包鎂質(zhì)干式料襯層到鋼坯里的夾雜質(zhì)量為一定值；中間包鎂質(zhì)耐火材料在其過渡層中會影響鋼水的清潔程度；中間包使用鎂質(zhì)耐火材料將有更高的抗侵蝕性，一定程度上可以把鋼水的污染性降至最低。鋼水內(nèi)級別不同的顆粒混雜物質(zhì)會發(fā)生向上浮動的現(xiàn)象，通過觀察分析中間包內(nèi)工作層中示蹤劑的數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)中間包結(jié)構(gòu)、包襯耐火材料對鋼水清潔度的影響具有深遠的意義。