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1、2 0 0 0年第 2 期 五钢科技 1 1 f 1 连 铸 系统用 耐火材 料的现 状和 发展 杨广军王至道 1 l I 摘要】本文介绍了国内外各种莲铸耐A材料的材质、性能及其使用救果，并对连铸用耐A材料的 篓 霎 望 性 能，I 2 辋 寸 啼 主 题 词连 铸耐 火 材 料性 能 口 k l 口 寸 匀 l 0。、r_，-r一、l 概 述 连铸 系统用 耐 火材 料包 括 钢包 内衬，保护浇注用 长水 口，中 间包 内衬、挡 渣墙、陶瓷过滤器、控制铸流用的塞棒、滑动水 口、浸入式水 口，水 平连铸 用分离环及密封 材料等。不但量大(如钢包用耐火材料 占 炼钢系统用耐火材料 加)影响钢的质
2、量(如中间包钢液过滤洁净技术)，而且重要(如浸人式水 口质量直接涉及连铸的正常 进行)。目前这些耐火材料的生产，使用技 术已逐渐成熟。但一些新的品种和适应连 铸 的新 技 术，如 中间包 用 C a O 质 涂料，不 吹 A r 防堵塞浸人式水口 薄板坯连铸、近 终形连铸用等 耐火材 料还在不断研究开 发。连铸用耐火材料除具有一般 的耐火材 料特性外，还要求有净化钢液，改善钢的质 量，稳定钢水的温度和成分，控制和调节流 量等功效。其性能上除具有一定的冶金功 能外，还要有突出的抗热震性，高温强度和 耐侵蚀性等高温使用性能，对外形尺寸和 表面平整度要求相当于精密部件，并要求 严格控制 内部和表面缺
3、陷。国家“九 五”期 间发展 连 铸 的主导 思 想是：继续 以全连铸为方向，以炼钢炉外 处理连铸组合优化为基础，积极发 展高 教连铸、近终形连铸、连铸坯热送热装，同 时注意开发系统控制技术，以提高铸机的 装备水 平，到 2 0 0 0年连铸 比达到 7 5 8 0。随着连铸 的大发展，连铸耐火材料 的研制开发 已成为现实而又紧迫的课题。1 连铸钢包用耐火材料 近十多年来，国外大型钢包已由使用 耐火砖逐步改为使用浇注料等不定形耐火 材料。以日本为代表，主要在包壁和包底 采用铝尖晶石浇注料，渣线采用 Mg OC 砖，大型转炉钢包寿命达 3 0 0次左右，消耗 降到 l k g t 左右。欧美国家
4、也使用 白云石 质材料，钢包寿命达 1 0 0次以上，并且有利 于钢液 的净化。我国连铸钢包用 耐火材料主要是定形 制品，一般小型钢包采用粘土砖内衬，中型 钢包 采用 高铝砖和 镁 铝浇 注料，大 型 钢包 采用 A 1 2 03 一Mg O不烧砖，Ab Mg O c砖，一尖晶石 一c砖。包 龄一般 小 型包在 1 O一2 0次 中型 5 0次左右，大型在 8 0次 以上。具有代 表 性的 q Mg 0一C砖是 在烧结矾土(A 1 0 3 8 5)中加入适量镁 砂细粉(M 4,O9 6)和 鳞 片石 墨(C 9 0)，以树脂为结合剂，经还原气氛热处 理后(1 6 0 0)制成的。由于高温作用下
5、，形成了 A 1 一Mg尖晶石，使制品具有一定 塑性并产 生永 久膨胀，同 时磷 片 石 墨的 引 人，使 A1 O3 一Mg OC砖具有 良好 的抗 渣 性和抗热震性。其性能见表 1。维普资讯 http:/ i 2 2 0 0 0年第 2期 最新研 制的富 A 1 一尖 晶石 碳砖，采用 特级高铝钒土，电熔镁 砂、尖 晶石 和 石 墨 用树脂作结合剂 加入适当的添加剂制得 在宝钢使用，取得较好 的效果。该制品的 性能见表 2。裹 2 目前钢包用耐火材料 已从定形制品 向 不定形 为 主演 变，并 向全 不定 形 化 发展。发展较 为成熟 的钢包 用不定形材料是富铝 尖晶石 浇注 料，该 浇
6、注料 克服 了 Mg O 系 浇注料和 A l 系浇注料在抗渣渗透性，抗热震性和耐化学侵蚀方面的缺点，应用 在钢包的包壁和包底，寿命 普遍提高到 2 0 0炉以上。9 7年宝钢和武科 大等联合研 制的刚玉 一尖 晶石 浇注料，以板状 刚玉和 烧结合成的富 Ab 一尖昌石为原料，以铝 酸钙水泥为结合剂，加入其它添加物，在宝 钢试用，钢包平均寿命达 2 4 3 5 次。发展方向是研究开 发和推广 使用低 S i O甚 至 无 s 的 Al 2 一Mg O 系，碱性 浇注料(包括 A 1 o 一尖晶石浇注料)，渣线 目前仍主要使用 Mg O C、Mg OC a O C 砖。渣 线部 位 重 点 开
7、发 含 Al Z T 、M 一A l 一 o 的浇 注料(仍在 研究 试验 中)。2中闻包用耐火材料 中间包内衬由砖(永久衬)、浇注料(施 工体)、涂料(工作层)组成。国外：永久衬 及施工体材质 日本采用高铝砖，德国采l：j 红柱石浇注料，美国采用高铝质浇注料 寿命分别达到 4 5 0次 1 0 0 0次，1 2 0 0次。工作层采用镁质涂料，其寿命 日本八幡厂 达到 2 1 0次。我国连铸 中间包永久衬，一般采用粘 土砖、高铝砖和浇注料 工作衬采用硅质、镁质、镁橄榄石质绝热板或镁质、镁橄缆石 质涂料。近年来镁质涂料已逐步替代绝热 板，得到广泛应用，一般寿命 为 5 8次。浇注料常用高铝质，典
8、型浇注料理化性能 见表 3，镁质涂料理化性能见表 4。对钢水 有 净 化效 果 的 Mg O C a O 质 涂料 已开发，该涂料能大量吸收氧化铝 对 减少水 口堵塞和 纯净钢 有意 义。挡渣墙一般 采用 奠来石 质 或高铝质，但抗侵蚀性较差，不利于钢水纯净。镁质 挡渣墙以较好抗侵蚀性能和对钢水有净化 作用而得到开发，并成功应用。另外，中间 包陶瓷过滤器 挡渣墙 也正在 研究 开 发，过 滤器的材质多 为 C a O质、Z Kh质。维普资讯 http:/ 五钢科技 1 3 囊 4 国 内部 分镁 质津 料的理 化性 能 囊 5 0一c曲 质 中闫包浍 料理 化性 能 维普资讯 http:/ 1
9、 4 2 0 0 0年第 2期 3 钢水过滤器 钢水过滤器安在中间包挡渣墙上，俄 去除钢水中非金属夹杂物，减少水 口结瘤，保证连铸顺利进行，改善钢坯质量等。国外钢水过滤 器主 要有 C a O 质、Z r O 2 质、A I2 质、S i C质等，其结构有泡沫式、环状叠加式和网格式等。美国采用 A k 和 z r 质泡沫式钢水过滤器，过滤各种不 锈钢，非 金属 夹 杂物 减 少 2 0 ，日本 新 日 铁采用 C a O质过 滤器，非金属 夹杂物 含量 降低了 l 3 2 3。我国 8 0年代中期开始研制钢水过滤 器，其材质有 C a O质、A b 质。在柳钢 1 0 t 中间包上使用，寿命为
10、 7 8 次，钢水中 非金属 夹 杂 物减 少 2 2 74 0。在武 钢 使用，夹杂物去除率 达 1 03 0。在 宝钢 使用，对于 5 0 t ma 大型 夹杂，去 除率 约为 8 0，对 于 微 观 夹 杂 的去 除也 较 明 显。C a O 质钢 水 过 滤器 的理 化 性 能指 标 见 表 6 表 6 4滑动水 口耐火材料 滑动水 口是钢包和 中间包钢水流量控 制系统。滑动水 口耐材由上下滑板和直筒 式上 F 水 口组成。滑板砖要具有高强度、耐浸蚀和耐剥落等性能，尺寸精度和安装 方式 要求 高。国外 上下水 口采用高 铝质、刚玉 质、Al c质，滑 板采 用 高 铝 质、刚玉 质、A
11、1 2 c质、镁质、Al 2 0 3 一Z r O2 一C质 表 7 上下水口厦滑板 的一些使用情况 滑 板 A h O 3 一 z 环1 0 1 2捉 C r O 3 质 k t g O质 Ab O 3 一Z 1 一 C 加 次 0 I 2 趺 一c质 刷 玉 c 质5趺 址 一 一 c 中间包 8一】O提 维普资讯 http:/ 五钢科技 l 5 滑板与国外的差距主要表现在品种和 材质上，国内品种单一，基本上全是 A l 2 0 3 一C质，欧美有使用高铝质、镁质，但普遍 使用 A l 0 3 一C质，日本的 A b 0 3 一C滑板 一般 81 2次，国产 只有 35次，日本 的 z r
12、 O 2 一C质滑板寿命高达 2 o次，国内仅 8 1 0 次，德国 加 Mg O质滑板 寿命 1 0 1 2次。其次在机构设计上比较 落后，加工精度不高。发展方向：进一步稳定提高现有含碳 滑板质量 开发非氧化物结合、刚玉莫来石 结合滑板，高纯镁质氧化锫等多材质复合 滑板，形成高中低档多品种多材质系列化。5长水 口 长水口的功能是把钢水从钢包输送到 中问包。长水 口上部 与大 包水 口相连 接，下部 伸到 中问包 内。长水 口受到损 坏主要 是 上部 承受 钢 水 下 流振 动 产 生 的机 械应 力，下部 承受中问包熔渣侵蚀，内表面受钢 水 冲刷和侵蚀，以及 内外温差产生热震，引 起 损毁。
13、国外主要使用 A l c质和 A k 一 c+加 C复合长水 口，A k 0 3 一C长水 口寿命 7一l 0次，z O|+加 质 达 2 1 次，AI 2 +z 0 2质达 1 6次。我国长水 口材 质 由原 来 A k 0 3 一S i c质，向无 S i O2 的 Ab O 一C质发 展，渣 线部位多采用 z r O 2 一 C、加 CS i C等 进行 复合，为防止长 水 口与下水 口连接 处 吸人空气，长水口上部常用复合透气环，进 行吹 A r 保护。钢纤维增强的不烘烤长水 口已提高到 6炉连浇水平。6 整体塞棒 塞棒一般为等静压成型的 A J 2(=b 石 墨质材料，渣线外复合 z
14、 0 2 一C等材 质，本体内加入金属纤维增强，塞头采用 z r O 2 一C，M OC，材 质。为防止 水 口堵 塞。开发 出了气洗塞棒。我国 Ak 0 3 一C整 体塞棒平均使用寿命 6 7 次，最高 1 O次。国外，通常用整体塞棒，塞棒为 Q C质，塞 头 为 z r O 2质、加 C质 或 Mg OC质，塞头 内安设吹气嵌入 件。表 9 塞棒理化性能指 标 维普资讯 http:/】6 2 0 0 0年第 2期 7浸 入 式 水 口 功能是 把钢 水 t|间包输 送 到结 晶 器，避免二次氧化和渣卷入。国外浸入 式水 口，材质 为 Al c质 和 A l2 c+z r C复合式。为防止
15、A k o1 附着，开发使用了无 s j 的 A l c质 阶梯式 以及 添加 各种 难堵塞 材料的 曼 入水【日本 为防 堵塞，开 发 了 添 加 HN、Zr 、Si 3 N、Z r(Ca O C、C a O Z)2、Ca O Ti Oz、C a O Ti 02 一C、C _J Ti z r 、z r 一奠来石等难堵材料 的浸入式永 口，寿命 大于 8次。美国浸入 式水 口材 质为 c、Al c+z r c复合，防堵 材料复合 O z r C，寿 命达 6次 以上。我国浸入 式水 口的本体采用低 S i 的 Al z c质，渣 线部 位 复 合 z r C (S I C)抗渣环，内层采用含
16、B N或 Z r B添加 物的低碳 无硅 材质，使用 寿命 61 0次。浸入式水口主要受渣侵蚀和 A I 2 0 3 粘附堵 塞两因素的影 响，堵塞主要为 A b 等沉 积物所致。表】0 不吹 A T 防堵塞浸入式水1：3 t 化指标c 某厂l 防止堵塞 的方法 有：具 有 吹气构造 的气洗浸入式水 口，但易造成铸坯内存在 针状缺陷。复合含 C a O质内衬，防止化 学吸附(原理：C a O+AI C A n低熔点 物，易被钢水 冲刷)，其中材质为 z C a OC内衬 连浇 炉 数 从 6炉 提 高到 1 0 炉 以上。目前 已进入实用 阶段。复合锆 莫来石 内衬 防止物理 附着(锆 莫来
17、石 和钢 水接 触 后 表 面生 成 玻 璃 相 而 变 得 光 滑 A lz 颗粒难 以附着)。采用锆莫来石 F 2 或 A l2 +锆奠来石+C a O+C材 质(易产生低熔点相)。采用双阶梯式浸 入式水 V I。8 密封材料 钢水流高速通过水 口的 内部时产生负 压，导致水 口龟 裂，并 吸入 空气，除采用 吹 Af 密封外，目前 已开发 密封 材料 有 A b c质、Mg OC质、z r 一C质 和石墨密 封环，试用效果较好。展望冶金技术的发展方向，结合 目前 连铸耐火材料的技术现状，连铸耐火材料 的发展方 向：内衬材料 由定形 化向不定形 化方向 发展，如 钢包、中间包内衬。与熔体接触的耐火材料向无碳化方 向发展，以减少温降和对高纯 钢水 染 功能耐火材料钙质化，以净化钢 水，提 高冶金扮 里 维普资讯 http:/