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1、盛钢桶(钢包)用耐火材料的现状 寿命与今后发展的方向 王世铭(耐 火分 厂)：概 况 随着工业形势的发展，近年来电炉炼钢取得较大的技术进步，特别是电炉炼钢的 产 量在锕总产 量中不 断增加。因此耐火材料面临新技术发展的考验 和苛刻工作条件的挑 战。几年来，大连钢厂特 殊钢的发展与扩大，对耐火材料的质 量要求越来越高。所以耐 火材料生产 必须 紧紧 围绕着提高质量，扩大品种，降低消耗为 目标，不断改进耐火材料 盼=生产工艺，研究新材质，加速更新换代。大连钢厂各炼钢分厂所使用的耐火材料以耐 火分厂生产 普通粘土质制品为主，辅以部分不烧制品。如：滑板砖、塞头、水 口、漏斗 砖等 这些满足不了强化冶炼
2、的需要。，目前，我厂电炉与钢包所使用的耐火材料，如：沥青煮粘土质钢包衬，部分外购冶 金砂和制砖砂制作的铝镁砖、镁碳砖、镁铝碳砖、不烧高铝砖，永久层采用粘土砖和高 铝轻质隔热砖、一级高铝等，使用寿命分别为1 0 2 0 次3 o-,4 o 次，适应不了炼钢发展 的需要。炉外精炼用钢包所采用的特殊耐火材料如不定型耐火材料，包括浇注料，捣打 料 可塑料、喷补料以及复合材料制品等，分部位砌包用多材质复合制品配合可使耐 火材料寿命相应提高。因此我厂必须发展应用不定形耐火材料，在电炉，炉外精炼上积极研究、发展、推 广新材质、新品种，以适应冶炼 需要。2 钢 包的质量与 耐火材料 的关系 炼钢浇注工艺的重大
3、演变，有赖于钢包品种质量的 展和改进 钢包寿命长短，不 仅与 耐火材 料质量，消 耗有 关，还直接影响 钢的 产量与 质量。由于 采甬真查 腕气 外 57 维普资讯 http:/ 精炼，使钢包内讨用耐火材料受到电炉高温出钢、铜水在钢包内停留时问长、钢水沸腾和 渣的搅拌 的影响，在这样条件下进行炉外情炼 要求耐火伢科质 黾较高。必须不断的从耐 火材料生产工 艺上进行材质研究和砖型结构的改进，E 产出适应钢包炉外精炼的一蝗一 j 级耐火材料。例如：用 整体 包衬、大予制块不烧制品的砌筑，减少砖与砖之间缝 璩结 构。还可用些不烧 高铝砖、镁铬砖、锆质砖及复合材料 品，使耐火材料具有高 的耐蚀 性，也
4、就是抗渣性。从而解决 整个钢包使用寿命，降低吨钢耐火材料消耗，降低 和减少 耐火材料用量，挹高经济效益。：铸锭 工艺是炼 钢系统 的重要组 成部分。包括从钢 水注入盛钢桶(钢 包)至形成钢锭(坯)的整个过程。其耐火材料的消耗量较大，约占冶金用耐火材料总消耗量的三分之 一。其中盛钢桶仍是炼钢生产中的重要设备之一。无论是采用何种冶炼方法，如：电 炉、转炉、平炉 等，也不论 采用何 件铸嗣 疗式，如：模铸、连续铸 淀等，钢 包都不可 缺 少，它所消耗 的耐火材料 占炼钢生产工 艺中的2 0 -,3 0。表 1 碱性复合钢包衬砖性能与寿 命比较 蕊 磊 l 落l 5 8 维普资讯 http:/ 3 钢
5、 包用耐火材料 的 工作条 牛和要 求 近几年来，随之钢包炉外精炼的兴起，真空脱气、钢水处理、钢包容量增大j强 化冶炼、周期缩短、钢包周转频繁致使钢包使用条件 R趋严峻苛 刻。由于钢 包用耐火材 料在高温下。渣与砖呈复杂的物理化学反应，相互影响因素极多，诸如炉渣化学组成、粘度、制品结构、相组成、浸润性、气孔状态 以及相互作用的温度、时间等 因素，不断 经受钢渣、溶渣的化学溶解 与物理机械的冲刷 和磨损，以及温度 急变而造 成的结构崩 裂：射落等损毁现象。归纳起来钢包用耐火材料的工作条件主要有：(1)受高温作用：一般精炼温度高达1 6 0 0 ,】7 5 0，甚至高达1 8 0 0。(2)高温下
6、真空处 理：真空度达6 6 7 P a。表 2 钢包砖性能与寿命比较【砖 种 定性粘土砖 普通粘土砖 膨胀性 高铝砖 普通 高铝砖 国 名 美 国 苏 联 美 国 英 国 苏 联 体积密度(g m。)3 2 O 2 0 7 2 O 8 2 5 3 2 5 4 2 4 8 显孔 气率()1 5 3 1 4 9 1 8 O 1 5 O 2 1 1 1】1 5 1 5 1 耐压 强度(MPa)4 1 0 6 3 2 3 4 5 2 8 2 t 抗折 强度(M P a)1 O 3 9 8 6 2 4 7 0 1 4 9 9+1 5 9 3+1 5 O O 1 4 0 0 重 烧收 缩()1 5 9 3
7、+3 O 1 4 0 00 2 2 011 87 46 O+0 5 S i Oz()5 5 3 4 2 7 2 4 O 4 1 5 A1 z O8()3 9 5 3 5 O 4 2 O 5 2 1 7 3 7 5 6 2 4 7 4 Fe：O3()1 5 2 7 5 2 3 1 8 1 2 2 3 6 碱 度 1 4 1 7 0 3 O 3 2 3 6 熔渣碱度 2 7 2 5 使用寿命(次)1 5 1 O 5 2 1 2 1 8 3 5 4 5 2 0 1 。(3)熔渣碱度范围：碱度低者0 3 0 5，高者 4!O。(4)钢水在钢 包内停留时问：精炼处 理1 2 O 1 6 0 mi 1 1
8、。(5)间 歇式作业：时间与温度波 动大，承受温度急变的急剧热 震。可见钳包使用 条 阵极其恶劣，内衬损毁 日益加剧；迫切 要求延长包衬寿命。提高周 转率，以适应冶炼需要。钢包内衬应具备 以下条件：(1)耐热震，能抵抗温度 急变。59 维普资讯 http:/(2)抗渣蚀，减缓或减薄反 变质 层的形成。(3)强度高，耐冲刷。(4)高温下热塑性好，缓冲热应力，减少粘渣。4 钢 包用耐 火材料的现 状与发展方 向 近几年来，钢 包衬 的贡量不 断改 堑，更新材质 扪采取必要措 施，已提高钢包寿命。从钢包衬质量的提高来看，耐火林料的材质是关键，由天然的高铝料与镁砂复合成铝镁 料，所制备的铝镁砖，系镁铝
9、尖晶石结 合的刚玉莫来石砖，其特点 是保持 了 高铝，镁砂”抗渣性能良好的优点，又弥补了高铝料导热性高的不足，它具有高温热塑性，有 助 于防止钢渣、溶渣的渗透。可 缓冲热应力，防止工作层的剥落，提 高使用寿命(见表 1)。一般常用 与新兴的耐火制品如下：4 1 粘土砖包衬 传统用的钢包粘土砖，原料普遍，生产工艺简单，价格低廉，能满足_般钢包使用 要求，但寿命仅1 0 次左右，对冶炼条件 日 趋强化，使用要求极为严格的大型钢包，粘土 砖 早以不 能满 足需要。但若进行沥青 浸溃，增加碳 含量，寿 命可 以从1 0 次增至2 0 次左右(见 表 2)。表 3 钢包砖性 能与寿命比较 砖 种 国 蜡
10、 石 砖 l 半 硅 _砖 普 通 美 国 低碱 普 日 本 1 日 _。23 0 21 6 体积密度(g c m。)显 气孔率()耐压 强度(MP a)抗折强度(MPa)荷重软化点()耐火度()S i O()Al 2 O ()碱 度 盛 钢 桶容 量(t)使用寿命(次)2 1 8 1 59 780 1 6 2 13 1 5 1 2 0 4 41 15 2 0 16 5 0 7 82 1 94 0 2 1 6O 76 通 l 膨胀性 本 I 苏 f 英 国 2 07 1 87 578 1 6 6 O 24 11 5 4 2 蜡石砖包衬 蜡石砖特点，在高温下能生成粘稠性的S i O 液相，随之在
11、受热面形成致密层，防 6 O 7 J l 一 一 一 一。一 一 2 9 2 5 0 5 7 2 1 5 1 5 4 8 一 5 6 一 2 5 5 9 l l 9 9 l 3 7 1 维普资讯 http:/ 止钢水与炉渣渗入，抗渗透性好，不挂渣，并在高温下具有一定的膨胀性，使砖缝密 省 包衬整体佳好。蜡石砖导热系数小，不易结冷钢；但耐渣蚀性差，高温下产生低熔 物形成熔渣，影响使用寿命，一般2 0 次左右，蜡石包衬必须勤于修补，方可延长寿命 见表 3)。4 3 高铝砖包衬 高铝砖特点是 高温性能较好。如耐火度 高、荷重软化点也高，抗渣性好，耐浸蚀性 好 等。但 也存在导热 系数较 高，易粘渣、
12、剥落、结冷钢等弱点。高铝砖 的使用寿命较粘 土砖和蜡石砖均高。但必须采取钢包预热、保温、隔热等一系列措施，才能满足使用要 犯德凰实践诞魈，制品吩冬 l z O。含量与使用寿命有密切的关系(_ 见表4)。表 4 钢包用高 铝砖的主要性 能与寿命比较、厂)男 I】：炼 钢 炉 钢包 容量(t)A I 2 O。()使用 寿命(次)武 钢 ，转 炉 7 O 7 2 3 5 攀 钢 转 炉 1 3 O 6 O 2 1 2 3 太 钢 转 炉 1 3 O 8 O 6 O 宝 钢 转 炉 3 0 0 8 u 5 0 、4 4 铝镁捣打包衬 兄弟企业(鞍锕2 9 0 t)用大型钢包，采用铝镁质捣打内衬，5 5
13、 个炉役平均使用寿命 堕次 最高_ o s x。同期用砖砌内衬平均便用寿命仅为1 2 次左右，寿命相差 7 8 倍。砌砖内衬单耗9 0 k g t 钢，捣打单耗2 Jk g t 钢，相差 3 4倍。可见铝镁质捣打内衬 天天提胃了寿 。缩减单耗，提高经济效益。4 S铝镁浇注包衬 浇注料砌筑钢包衬，能够在不拆除残衬 的情况下，实行再补浇修理继续使用，因此 寿 命较长，消耗较低(见表 5)。4 6铝镁砖包衬 铝镁 贡制品，系 在 细 粉 中 利 用 AI。O。与方镁石之间的 高温化学反 应 合成 Al：0。Mg O尖晶石基质。在基质中增加尖晶石第二固 相，改 善了基质部分 的组织结 益 l上 品使用
14、电显示良好的抗渣性能，并在高温下呈现较好的热塑性，具有改变高铝料 j 尉落缺陷的弱点，延长钢包内衬寿命，使耐火材料单耗显著降低。又如。用烧成 铝镁砖(武钢7 0 t)钢包取得好效果，浸蚀速率2 3 ram 炉，半锆质砖4 5 mm 炉，镁砖2 5 mm 炉，蜡石砖6 4 mm 炉。近年来各厂大量采用不烧铝镁转也取得好的效果(赡 表6)。4 7新型不烧铝镁碳包衬 以铝镁材质为基础的钢包衬，无论砌包砖(烧成的或不烧成的)，捣打包、浇铸 包，均能较大幅变的提高包衬寿命。但整体包衬存在易粘渣；拆包难，冬季气候寒冷地 区原料运输、搅拌、捣打或浇注成型受到温度影响等问题。进一步克服粘渣缺陷，已成，、，6l
15、 维普资讯 http:/ 表 5 整体钢包浇注 衬和 粘土砖、对消耗与成本比较 l I 材 质 与 钢包 容 l 寿 命(次)消 耗(k g t 钢)l 成 本 1 ，：I I l I 新 讨如 一 次 j 合计 芜 汹、)砌 筑 方 法 l量(t)：新 衬!补 浇 一 次：合 计 枯 工 砖(一等镁铝 浇注 二等镁铝 浇注 l O 1 0 _ 1 0 7 8 79 46 6 0 j 1 3 9 6 0 1 O 6 l 206 32 3 2 -1 4 5 1 9 3 206 46 5 5 1 3 5 2 2 5。6 8 ；o 8 1 33 一 表 6 铝镁砖砌包 匕 毫 窆 使 用 寿 命(_
16、)欠)r 毛 铜 包 容 量(t)抚顺钢厂 1 O 4 5 大连钢厂 1 0 3 7 4 3 。南 昌 电炉 分 厂 2 0 3 3 天津三 炼 钢 厂 2 0 3 9 5 5 本钢 电炉分 厂 2 0 3 3,一 ：t 鞍 钢一 炼钢 厂 2 O 4 5：。7 表 7 不烧铝镁碳砖 劫包寿命比较 ：厂 名 铜 包 容 量(t)l 使 舅 誊)、沈阳钢 研所 ：1 5 L、S 曩 郑 州 一 厂 I 1 0 6 4 石家庄钢厂 l l 4 5 3 4 新抚钢厂 l 1 0 7 O f 为当务之急。为此加入适量碳结合的包衬，实为当前一新型包衬。近几年不谎铝 碳 砖，镁碳砖亦为耐火材料发展 的大方
17、向(见表 7)。、一 4 8今后发展方向 为了提高盛钢桶(钢包)使用效果和延长其寿命，提高经济效益，今后将进一步研 究综 合砌衬方案，发展新材料、新品种，向不定型化发展。，(1)发展与推广断品种的钢包衬。、立尾 国内资源，材质更新，并进步提高质量。烧成韵I和不烧成的铝镁砖，62 维普资讯 http:/ 寮 絮 磷 蟪，絮 宙 姆 喃 絮 恕 口 喃：I 口 ，辱 絮 口 =-一 掣 匝 絮 6 63 习 l I 耙犀宾挺 姐 餐 暖罹 婆 维普资讯 http:/ 不烧铝碳砖和不烧镁碳砖(含铝镁碳砖)，碱性砖(白云石砖、橄榄石砖)以及 碳的复合 品亦是发展方向(见表 8)I 镁尖晶石材质急待开发
18、利用。(2 )发展整体内衬 逐步过渡整体化内衬，改 善弊端，以达到 省力、省工、省时间和延长寿命 的效果。机械式与振动式捣打内衬；整体浇注内衬；增设必要的拆包机。(3)综合砌包衬 采用综合砌包衬是提高盛 钢桶内衬使用效果，延 长使用寿命的有效措施。根据钢包不同部位的要求，砌筑不同材质或不同质量的砖种。如：内衬渣线用 酚醛树脂结合的不烧锆质砖，镁碳砖或镁铬砖砌筑；按内衬蚀损情况，采用不同厚度的衬砖，加厚1 0 2 0 mm；改变传统的弧型砖为锁型砖；减少桶 散热，永久层用高铝轻质隔热砖或复合轻质隔热砖砌筑；相应提高座砖质量，要求座砖与桶底同步；。对 内衬进行适 当修补，以达 到均衡桶 讨，延 长
19、使用寿命的 目的；滑板砖用不烧铝碳与刚玉复合材料制品(见表 9)；盛钢捅坚持均衡预热、保温和隔热措施，防止挂渣和结冷钢现象；i加强操作管理，做到少渣出钢，并采取控制和调整炉渣成分的操作。表 9 铝碳 滑板砖理化性能 比较 厂 别 武、铜 新 乡耐 火厂 山 耐 焦 耐 AI 2 O3()6 4 7 0 7 8 2 6 7 288 C()9 1 2 4 4 80 显 气孔率()0 5 4 1 0 1 8 6 体 积密度(g c I I 1。)3 1 5 2 7 9 常温耐压(MPa)，1 0 0 1 9 0 1 0 2 0 1 1 8 6 )1 0 0 抗 折 强 度(MP a)1 0 0 l 9 O 1 9 2 高温抗折 强度 1 3 9 1 4 6 、(1 4 O O 3 0 m)(MP a)1 2 0 J(4)耐火材料必须与炼钢技术开发同步进行 耐火材料发展新品种、新技术、新工艺，!须 与炼钠技术发展嗣步进行。技 术与科 研部门应配备耐火专业人员，做到“计划、设备、措施”一Z ，-J步，进行配套一条龙。参考文献(略)64 维普资讯 http:/