连铸用耐火材料详细介绍

连铸用耐火材料电熔氧化锆生产中的除尘设计(冯永兴)连铸用耐火材料资料 2010-09-17 09:52:18 阅读81 评论0 字号：大中小 订阅 转摘(2009-04-26 19:37:27) 1、概论连续铸钢是20世纪60年代发展起来的一种新型铸钢技术，它省掉了初轧工序，从钢水直接铸成钢坯，提高了金属收得率，降低生产成本，节约能源，铸坯质量好，机械化和自动化程度高。连铸技术得到推广的一个重要标志是滑动水口的开发和应用，滑动水口的采用使连铸操作实现自动化。我国自80年代开始推广应用滑动水口，到2000年底，我国连铸钢产量已达到80，有十余家钢厂已实现全连铸。连铸技术的迅速发展使其相关的耐火材料在品种和质量上都得到相应的发展和提高，连铸用耐火材料的发展又对连铸生产和连铸钢坯质量产生重大影响。特别是宝钢的建成投产对国内耐火材料的技术进步起到了巨大的推动作用，连铸用耐火材料无论从品种还是质量都取得了巨大的发展。 连铸用耐火材料是连铸机组中的重要部位，除具有一般耐火材料的特性外，还要求有净化化钢水、改善钢的质量、稳定钢水的温度和成分、控制和调节钢水流量等功能，因而被称为功能耐火材料。 连铸系统用耐火材料品种包括：（1）钢包耐火材料钢包衬、永久衬、透气组件等；（2）中间包耐火材料永久衬、涂料、绝热板、包盖等；（3）功能耐火材料无氧化浇注用长水口、浸入式水口、整体塞棒、滑动水口；（4）钢水净化用陶瓷净化器、挡渣堰、碱性涂料和水平连铸用分离环、闸板等。 连铸用耐火材料要反复经受钢水的热冲击和钢水的冲刷、钢渣的侵蚀，因此耐火材料应具有较高的强度、较好的热震稳定性、良好的抗侵蚀性以及一些特殊的功能如透气性、净化钢水功能、调节流量、保护浇注等优良性能。 2、钢包用耐火材料 随着炼钢技术的发展，钢包不仅是储运钢水的容器，还承担着钢水处理和精炼的功能。随着精炼的发展，钢水在钢包中停留时间延长，钢水温度增高，并伴有强烈的吹气搅拌、真空处理、电弧加热以及熔渣的侵蚀作用，对钢包用耐火材料提出了更高的要求: (1) 高温下能形成半熔融状态的致密层，并减少粘渣； (2) 使用过程中有一定的膨胀性，砖衬能形成一个整体，不开裂、不剥落；特别是包底不能因为收缩开裂造成脱落； (3) 钢包为间歇式作业，经受冷却高温的反复热循环作用，砖必须有良好的抗热震性和抗剥落性； (4) 为保持钢水的洁净度，要求钢包有良好的抗侵蚀性，高温下耐火材料尽量少熔入钢水； （5）从经济角度出发，要求钢包衬有良好的施工性能且价格适当。包衬用耐火材料已从定形制品向不定形材料发展。 2.1包衬用材料 2.1.1永久衬用耐火材料 钢包一般采用三层砌筑结构即隔热层、永久层和工作层。绝热层一般采用轻质粘土砖、硅酸铝纤维毡或轻质浇注料砌筑。而永久层目前普遍采整体打结的方式，材质有水玻璃结合的铝镁浇注料、低水泥或超低水泥高铝浇注料。永久衬的施工是在隔热层砌筑完后，在其表面粘一层牛皮纸以防吸浆，然后放上胎模浇注永久层，永久层施工一般采用振动成型，为改善施工条件、减轻劳动强度，我厂开发了钢包永久衬用自流浇注料，取得了较好的使用效果。2.1.2包壁用耐火材料 我国在80年代钢包普遍采用高铝砖和叶蜡石砖，随着连铸的发展，钢水在钢包内停留的时间延长，砖衬出现熔损、剥落，寿命降低。为提高包衬寿命，减少渣的侵蚀，开发了在Al2O3-SiO2系材料中引入MgO的Al2O3-SiO2-MgO系材料，利用MgO与Al2O3高温下生成镁铝尖晶石，且产生一定的膨胀作用，具有极好抗侵蚀和抗渣渗透性。同时MA尖晶石可与渣中的FeO反应形成铁铝尖晶FeO+MgO?Al2O3MgO+FeAl2O4;过量的FeO与MgO形成固溶体，提高了渣的粘度，减少了渣的侵蚀与渗透。 2.1.2.1水玻璃结合不烧砖 水玻璃结合铝镁砖骨料采用一级矾土,细粉用特级矾土粉和一级镁砂粉,采用水玻璃作结合剂,机压成型后经低温热处理即为成品.该产品在模铸的大、中型钢包上使用，取得了较好的使用效果。 为提高铝镁砖的抗侵蚀性，在不烧铝镁砖的基础上添加石墨制成的不玻璃结合铝镁碳砖，在中小型模铸钢包上使用，寿命达到50100次，因其价格低廉，在中小钢厂得到推广。 2.1.2.2树脂结合铝镁碳砖和镁铝碳砖 树脂结合铝镁碳砖原料采用特级矾土熟料、高铝刚玉和镁铝尖晶石等作骨料，添加镁砂细粉、磷片石墨、碳化硅及氧化铝粉，用树脂作结合剂经高压成型，低温热处理。该产品具有强度高、抗侵蚀性好、抗剥落性好、抗热震性和不粘渣等优点。在大型连铸钢包上使用，寿命达到50100次；特别是在LFVD精炼炉上得到应用。 树脂结合镁铝碳砖与铝镁碳砖生产工艺基本相同，主要原料是在镁砂中添加预合成的镁铝尖晶石，利用两者在高温下线膨胀系数差别较大的特性，来缓冲因温度变化产生的热应力，减轻热剥落；添加炭素材料，高温下形成碳网结构，有效地阻止熔渣的侵蚀和渗透。镁铝碳砖有较好的抗侵蚀性，适用高碱度渣及LF精炼包等更苛刻的条件。 目前国内大中型钢包包壁普遍采用树脂结合的铝镁碳砖和镁铝碳砖，已经满足了钢厂的需要。LF(电弧加热钢包精炼)法及LFV（真空电弧加热钢包精炼）法钢水温度更高、熔渣碱度大、加之吹气搅拌以及真空或还原气氛，耐火材料要承受化学反应与熔损、高温真空下的挥发、熔渣的侵蚀以及热冲击和机械冲刷，要求耐火材料的强度要高、热震稳定性好、抗渣侵蚀性好。精炼炉包壁采用铝镁碳砖或镁铝碳砖，使用寿命普遍达到50炉以上；在真空冶炼的情况下，使用镁钙碳砖的效果要优于铝镁碳砖。 ASEASKF（电弧加热电磁搅拌精炼）法冶炼，耐火材料要经受电极电弧的强烈辐射、高碱度高温熔渣的强烈侵蚀与溶解、高温真空下的还原、电磁搅拌和包底吹氩所造成强烈冲刷和磨损以及内衬温度的急剧变化。我国在SKF炉内衬高侵蚀区采用电熔再结合镁砖及镁铬砖，低侵蚀区采用高铝砖，平均寿命达到30炉左右。欧洲普遍采用镁白云石砖，寿命在2030炉。 表1 优质钢包衬砖 铝镁尖晶石碳砖 铝镁碳砖 镁铝碳砖 镁碳砖 PN-SPC1 PN-SPC2 PN-AMC PN-MAC PN-MT10 PN-MT14 Al2O3 % 60 70 65 15 MgO % 15 10 10 70 78 74 C % 7 7 7 8 10 14 显气孔率 10 10 11 10 5 4 体积密度g/cm3 2.72 2.82 2.75 2.8 2.85 2.82 耐压强度 MPa 80 85 60 55 50 40 重烧线变化 (15503h) 0+1.0 +0.5+2.0 +0+1.0 +0.5+2.5 高温抗折强度 MPa (14000.5h ,埋炭) 6 6.5 6 7 6 8 2.1.2.3包衬用浇注料 80年代,国内中小钢包采用水玻璃结合的铝镁浇注料,以一级高铝矾土作骨料,添加镁砂细粉,用不玻璃作结合剂,外加氟硅酸钠作促凝剂,在中小钢厂模铸钢包上使用平均寿命达到6080次，基本满足了模铸生产的需要。但随着连铸的发展，浇钢时间延长，浇钢温度提高，水玻璃结合的铝镁浇注料其抗侵蚀性、抗剥落性已不能满足生产的需要。在90年代，又开发了低水泥、超低水泥结合的尖晶石质浇注料，其品种有适应中小钢厂使用的矾土尖晶石浇注料、适应大型钢包和精炼需要的刚玉尖晶石浇注料。矾土尖晶石浇注料是以特级矾土为骨料，添加预合成的尖晶石，利用尖晶石抗侵蚀性好和热震稳定性好的特点，同时适量添加镁砂在更高的温度下与矾土颗粒继续反应生成尖晶石，伴随着持续性的膨胀有利于保持高温下的体积稳定性；采用SiO2超微粉和MgO与水形成凝聚结合以及合适的减少剂，实现低水分下有较好的流动性和较高的强度，具有较好的抗侵蚀性和抗剥落性。矾土基尖晶石浇注料在国内中小型连铸钢包上使用寿命达到100炉以上。随着大型钢包连铸及精炼的发展,普通的铝镁浇注料已不能满足使用寿命的要求,在此基础上又开发了刚玉尖晶石浇注料,降低水泥用量,合理控制MgO含量,调整尖晶石含量；具有更好的抗侵蚀、抗渗透以及抗剥落性，在宝钢、首钢、武钢等钢厂大型连铸钢包上使用寿命均超过150次，且使用过程中没有大的裂纹和剥落现象。 表2 钢包浇注料理化指标 项目 铝镁浇注料 矾土尖晶石浇注料 刚玉尖晶石浇注料 Al2O3 % 68 72 88 MgO % 12 10 7 SiO2 % 10 8 1.5 体积密度 g/cm3 2.65 2.85 3.05 耐压强度11024h Mpa 11003h 15503h 23 60 70 65 70 80 80 60 110 抗折强度 11024h MPa 11003h 15503h 6 9 7.0 5 8 11 8 8 12 线变化率 15503h +0.30 +0.8+2.0 +0.5-+0.8 2.2 渣线用耐火材料钢包渣线区处于高碱度炉渣侵蚀、剧烈的温度变化、钢水的机械冲刷、以及长时间精炼条件下真空挥发、电磁搅拌、电弧辐射等苛刻条件，损毁十分严重，因此自九十年代以来抗侵蚀性好、热震稳定性优良的优质镁碳砖就成为钢包渣线部位的首选材料。在抗侵蚀方面，选用大结晶镁砂，同时添加较高的抗浸润性好的石墨，采用高压成型，为防止石墨的氧化，添加金属铝、金属硅、铝镁合金、碳化硼、硼化锆等材料，其作用主要是在较低的温度下比碳先氧化，同时生成致密的保护层避免碳的进一步氧化，从而提高了镁碳砖的抗侵蚀性。目前国内钢包渣线部位普遍采用MT14A、MT14B镁碳砖砌筑，使用寿命一般在6070次左右，精炼包渣线寿命在30次左右，个别钢厂已实现渣线与包壁同步。表3 镁碳砖的理化指标项 目指 标MT-10AMT-10BMT-10CMT-14AMT-14BMT-14CMT-18AMT-18bMT-18CMgO % 807876767474727070C % 101010141414181818显气孔率， 456456345体积密度 g/cm32.902.852.802.902.822.772.902.822.77常温耐压强度MPa 403530403525403525高温抗折强度(140030min)MPa 65412851074抗氧化性提供实测资料 2.3包底用耐火材料钢包包底不仅要承受钢水的静压力,还要承受来自钢水的巨大冲击,由于反复热特循环产生裂纹,炉渣渗透造成结构剥落,以及冲击与包底砖之间接缝处的侵蚀,以致钢水侵入接缝,损毁更为严重；以及来自浇钢过程中钢流的冲刷和吹氩形成的涡流，对包底材料均产生不利的影响。目前国内包底是采用不烧铝镁碳砖或尖晶石浇注料，铝镁碳砖采取立砌，以增加包底厚度同时可减少包底砖脱落，冲击区砖厚度加大或使用预制大砖以提高包底寿命。通常包底砖均不能与包壁同步，需中途更换一次或两次包底砖，个别厂家采取铝镁碳砖平砌立砌相结合的办法或砖砌与浇注料相结合的办法来延长包底寿命，有些厂家已实现包底与包壁同步。 3.包底透气砖炉外精炼其主要功能是脱气、脱氧、脱碳、合金化、去除夹杂物、以及均匀钢水温度和化学成分等。其主要方法为搅拌技术，最常用为吹氩搅拌。吹氩方法有上吹法和底吹法。上吹法使用吹氩喷枪，其材料一般为低水泥刚玉碳化硅质浇注料，上吹法安全系数高，但喷枪寿命短，耐火材料消耗高，且吹氩效果不如底吹好，随着连铸技术的发展，上吹法已很少使用。底吹法是在钢包底部安装透气砖，通过透气砖向钢包内吹入氩气，来达到钢水搅拌的目的，促进了精炼中化学反应的完全，降低了钢水中的有害成分，降低了钢坯中气体、非金属夹杂，均匀了钢水成分，缩短了冶炼时间，提高了经济效益。因透气砖使用条件苛刻，透气砖应具备良好的透气性、优良的抗侵蚀性、足够的强度、抗钢水渗透性好、具有良好的抗热冲击性在反复吹氩时不开裂不剥落、安装简单、安全可靠。透气砖的结构类型有：弥散型、直通孔式、直通狭缝式、镶嵌式、迷宫式、组合式。透气砖损毁的主要因素有：气体、熔体对透气砖的高速冲刷造成熔蚀或生成低熔物造成的局部堵塞；透气砖在热压下变质，使透气减小不能通气而停用；高温熔体通过孔隙渗入砖体或套砖与砖本体之间造成严重蚀损；因热震造成的损坏剥落。透气砖主要材质有：刚玉质、铬刚玉质、高铝质和镁质等。提高透气砖寿命的主要措施：选择高抗冲刷、耐热震的材料；改进透气砖结构；透气砖合理安装；快速更换系统；增设安全报警装置；主气体管路的维修。 4滑动水口早期的钢包铸钢控制是靠塞棒来实现的，但塞棒存在使用寿命低，安全性差，消耗大等诸多问题，现在已被滑动水口所取代。滑动水口位于钢包的外部，起钢水流量的控制调节作用，它不受钢水搅拌、熔剂喷入和钢水停留时间的影响，且操作方便，采用滑动水口易实现浇注操作自动化，消除钢水、渣的停留时间以及浇注时间对流量控制的影响。滑动水口装置与塞棒系统比较其优点如下：(1)装置安装在钢包外部，装卸方便、浇注安全可靠，能实现浇注自动化；(2)钢包烘烤时间短，预热温度高，钢水温降少；(3)能准确控制钢水的浇注速度，有利于提高钢的质量；(4)钢包周转快，间歇时间短，受急冷急热的影响小，能延长钢包寿命，降低耐火材料消耗。滑动水口的结构形式包括：机械装置部分；驱动部分（手动与液压）。其运动方式有两种：直线往复式当滑板作直线往复运动时，调节滑动板与固定板之间的流钢孔来控制钢流。回转式滑动板作旋转运动，以调节流钢孔大小和控制钢水流量。滑动水口中的滑板直接控制钢水流量，为改善钢的质量，防止结瘤堵塞，使浇注系统易于实现自动化，板坯连铸机多采用双层式滑动机构。滑板则是决定滑动水口功能的关键部分，由于滑板反复接触高温钢水，蚀损严重，使用条件苛刻。要求滑板有高强度、抗侵蚀、抗剥落等良好性能，在浇注过程中保证滑动面之间不能漏钢水，滑板必须具有以下性能：（1）滑动面应光滑、平整度0.05mm；(2)机械强度高；（3）耐钢水和熔渣的侵蚀能力强；（4）不易附着钢水；（5）有良好的热震稳定性，保证使用中不会从裂纹中漏钢。钢包中的滑动水口主要包括上下座砖、上下水口、上下滑板几部分，其密封主要在上水口与上滑板、下滑板与下水口相连接处用火泥，上下滑板之间靠滑板的平整度来密封。浇注过程中，一般每浇一炉或几炉后，必须更换下滑板和下水口，并重新安装，以保证使用的安全。4.1滑板砖滑板是连铸生产中控制钢水流量的关键部件，其性能的好坏直接决定着生产的安全和正常进行。影响滑板使用有以下几个方面：(1)由于热震引起的铸孔周围的龟裂和碎裂。在高温钢水与耐火材料接触时都要产生微小的裂纹，因此提高滑板材料的热震稳定性以及限制裂纹的扩展所采取的措施就极为重要； （2）钢水和熔渣侵蚀和冲刷。滑板的抗侵蚀和冲刷能力将明显影响其使用寿命。侵蚀主要来自钢水中的Mn、MnO、FeO、CaO等成分与滑板中的SiO2等杂质成分引起的，减少滑板中的SiO2有利于提高抗侵蚀性，增加碳能有效阻止钢水及氧化物的渗透和反应，添加防氧化剂可有效防止碳的氧化。 （3）滑板材料在滑动中磨损，特别是当滑板有一定的损伤，凝固的钢在滑动时引起的滑动面磨损尤其严重。因此应提高滑板强度，另外还要使滑板保持较低的气孔率和平滑的表面，以减少钢水的贯通和渗透。采用高压成型和真空油浸是提高强度和降低气孔率的有效途径。4.1.1烧成铝碳滑板烧成铝碳滑板是以氧化铝原料如板状刚玉、电熔刚玉、莫来石、特级矾土等为主要原料，引入碳素材料如磷片石墨、碳黑、沥青、活性碳等，并添加其它少量材料如金属硅、金属铝、碳化硅、碳化硼等，以酚醛树脂作结合剂，经配料、混合，高压成型，在13001500的还原气氛中烧成，再经油浸碳化处理，最后对工作面进行磨光，用钢带在滑板外围打箍，并在非工作面粘贴石棉板和马口铁后，就成为滑板成品。铝碳滑板基本生产工艺是:氧化铝原料(刚玉、矾土熟料)经破碎筛分后按一定颗粒级配进行配料，加入湿碾机或高速混练机中混合35分钟，加入酚醛树脂结合剂，混匀后再加入石墨、防氧化剂（金属硅、碳化硅、碳化硼、金属铝等）、氧化铝细粉，混合1030分钟出料。成型采用630吨以上高吨位压砖机，按照砖的形状、尺寸，精确称量物料，需要复合的要分别称量两种物料的重量，称量好的料加入到模具内，成型到规定尺寸，每块砖要测量外形尺寸、平整度、对角线尺寸，每班要抽查10的单重，每一车砖要检测气孔率、体积密度，凡发现不合格现象必须报废并查找原因。成型后的砖坯一般需经自然干燥后才能入干燥器，砖坯在干燥器内按一定的升温曲线进行干燥，干燥后的砖坯经过检查后合格的半成品才能装窑。烧成采用梭式窑、倒焰窑、隧道窑等烧成设备，滑板的烧成采用还原气氛，需要砌匣钵，装入滑板后用炭粒保护，烧成温度在13001500。烧成后滑板要进行油浸，油浸采用立式或卧式真空加压油浸装置，滑板经预热后放入油浸罐内，密封后抽真空至真空度133Pa以下，充入预热到200左右的中温沥青，沥青被吸入到滑板的开口气孔中，为了让沥青更多地进入到滑板的气孔中，对罐内进行加压，压力达到1.01.4MPa，经一定时间的浸渍后既可卸压，抽出沥青，取出滑板。有些滑板需要干馏处理，使沥青碳化，以防止使用过程中粘连或污染环境，热处理温度一般在500左右；浸油或热处理后的滑板需对表面沥青进行清理。为了提高滑板的使用性，防止裂纹的产生和扩大，要用钢带对滑板周边打箍。为了提高滑板在开拉过程中的灵活性，防止从滑动面之间漏钢，滑动面要在磨床上进行加工，要求平整度小于0.05mm。磨制后的滑板经检验合格后，要在背面粘贴石棉垫和马口铁，其作用主要是减少通过滑板传递到滑动机构上热量，防止烧毁机构。滑板生产中需注意的事项：（1）配料要严格按比例称量，细粉要混均匀，配混合粉时，添加剂要加在物料中间，经混合机搅拌的混合粉要抽查其化学成分是否均匀；（2）经湿碾机或高速混练机混合的物料要控制其温度，以防止物料温度过高或过低影响混料效果和成型性。冬季需采取保温措施或对物料加热，夏季要尽量降低室温度，最好能保持在25左右。（3）成型时压力要先轻后重，中间排气，避免层裂；经常检查底盖板的弯曲度，防止滑板变形造成废品；（4）严格控制烧成过程中的升温曲线，特别是含氧化锆的产品，升降温时必须严格控制防止出现裂纹；（5）滑板磨制时必须严格控制平行度和平整度；（6）滑板在搬运或加工过程中要轻拿轻放，在固定或打箍时要用木锤或橡皮锤轻轻敲打，严禁用铁锤。滑板在使用中需注意的事项：（1）滑板运到使用现场后要先放在烘干房中预热；（2）滑板安装时，与水口接触面火泥要抹匀，不准用铁锤敲打；（3）安装后要检查弹簧的压力，并对机构进行推拉，以检查开闭情况；（4）使用中要注意滑板的开拉情况，多次使用的滑板，要检查滑动面的裂纹、侵蚀、拉毛情况；在检查中发现有夹钢现象时严禁再次使用；（5）尽量减少烧氧对滑板的影响。4.1.2铝锆碳滑板影响滑板长时间使用的主要因素是各种裂纹的形成。为提高滑板的使用寿命就必须进一步提高其抗热震稳定性，降低材料的热膨胀系数是最有效的途径。用进一步增加滑板中的碳含量来降低热膨胀系数是不可取的，因为这也增加了碳氧化的危险，从而可降低其抗冲刷和抗侵蚀性能。增加原料中的SiO2量即增加莫来石含量也可以降低热膨胀系数，但同样使抗侵蚀性下降。ZrO2在升温和降温的过程中伴有较大体积变化，这种可逆的体积变化可有效抵消材料内的热应力，热震稳定性大大提高。锆莫来石在较低的温度下的热膨胀与莫来石是相同的，但在10001500的高温下的热膨胀率明显低于莫来石。所以，滑板配料中引入锆莫来石料可以使滑板的抗热震性明显提高，特别是在高温下的热波动中很不容易产生裂纹。另外，ZrO2具有优良的抗侵蚀性，使得含锆莫来石的滑板的抗侵蚀性优于含莫来石的滑板。可以说，铝锆碳滑板是目前性能最优的滑板。铝锆碳滑板制造工艺与铝碳滑板的主要差别在于有锆莫来石取代了莫来石，其加入量在745之间，过少则显示不出优良的抗热震性和抗渣性，若过多，滑板的抗侵蚀性不理想。铝锆碳滑板的热膨胀系数低、弹性模量小，因而其抗热震性大大提高，但是引入锆莫来石可能会降低制品的冷态和热态强度。另一类滑板，配料中引入锆刚玉料。锆刚玉料含Al2O37090，ZrO2230，主晶相是刚玉和斜锆石，显微结构呈现出单斜ZrO2分散在刚玉晶粒的晶界上。这种锆刚玉料是用工业氧化铝和氧化锆原料，采用电熔法或烧结法合成，价格较锆莫来石贵。目前有些厂直接添加ZrO2来制作铝锆碳滑板，也取得了较好的使用效果。4.1.3低碳滑板在浇注超低碳钢、合金钢、高氧钢等钢种时，就要采用低碳滑板或无碳滑板。其品种主要有碳含量低于5的铝碳、铝锆碳滑板或不含碳的刚玉质、刚玉莫来石质滑板。4.1.4碱性滑板在浇注高氧钢、高锰钢、Ca处理钢、镇静钢等钢种时，由于钢水中的氧与滑板中的碳反应，因氧化失碳形成变质层，结构疏松，被钢水冲刷而损毁；滑板中的Al2O3与钢水中的FeO(MnO)反应生成低熔物造成化学侵蚀。改进的方法是从提高抗侵蚀性和耐磨性入手，一方面提高MgO含量，同时改善配料中的颗粒组织，以增强高温强度。碱性滑板的主要材质有镁质、镁尖晶石质以及镁锆质等。4.1.5中间包三层式滑板中间包多炉连浇时,由于浇注时间长,常出现中间包塞棒失控,采用滑动水口可有效避免事故的发生。滑动水口安装在中间包底部，它不像塞棒那样长时间浸泡在钢水中。中间包滑动水口结构与钢包不同，在连铸过程中，为使浸入式水口保持在同一浇注位置，上下板都是固定的，另加一块中间板来对钢水流量起控制和调节作用，因此中间包滑板采用三层式。三层式滑板的特点是中间的滑动板不用火泥，用金属带嵌板进行固定，对控制裂纹的扩展起到良好的作用。要严格检查滑动面的平行度。中间滑板滑动面的不平行度不应超过0.1mm。浇注初期，为防止钢水在滑动水口的流钢道内冷凝，安装有塞棒或陶瓷溢流管，阻止冷钢液流入水口信道，保持钢水在中间包内形成必须的液面，并严防更换浸入式水口时，因钢水冷却在信道内凝结或非金属性夹杂物，堵塞信道。但由于中间包的容量和受的钢水温度均与钢包有较大的差别。且使用条件不同，对中间包滑动水口装置及其所用耐火材料的要求更高。（1）耐火材料部件与熔渣不发生相互作用；（2）中间包内钢水温度钢包内钢水温度4080；（3）中间包与滑动水口装置的耐火材料要预先加热到 800以上；而钢包滑动水口装置的耐火材料在浇注开始前仅为100左右；（4）浇注时中间包滑动水口装置，耐火材料使用一次的温差从开始的700800至15201560（浇钢温度）；而钢包滑动水口的耐火材料多次使用时，一个周期的温差则的100400至16001670；（5）中间包滑动水口装置在使用时要求有特定的功能：吹氩、防止钢水在流道内凝结、防止结瘤，保证浇注顺利。中间包滑板的材质一般采用低SiO2或无SiO2的铝锆碳滑板，镁尖晶石滑板。4.1.6不烧滑板 我国发展了一种工艺比较简单、成本较低，使用效果良好不烧滑板。这种滑板的配料与烧成滑板相同，其原料可以是刚玉、莫来石、一级高铝熟料等，加入鳞片石墨，含碳量1012，另外加入碳化硅和硅粉。这时加入SiC是重要的，其目的是提高滑板的中、高温强度和抗氧化性，有的滑板加入的SiC较多，所以亦称为Al2O3-SiC-C不烧滑板。采用酚醛树脂作结合剂，成型、热处理及磨制后即为成品。不烧滑板相对于烧成滑板来讲，在制造过程中不用烧成、油浸和干馏热处理，简化了生产工艺。另外，有的滑板制成复合制品，在滑板的主要侵蚀部分即铸孔和滑动面采用刚玉、莫来石配料，其它部位采用二等高铝熟，这样可以大幅度降低成本，而对使用几乎没有影响。不烧滑板相对于烧成滑板来讲，强度偏低、气孔率稍高。但是使用实践证明，其在中型氧气转炉和电炉的钢包上使用良好，有的甚至超过烧成油浸滑板。另外，为适应沸腾钢、镇静钢或半镇静钢的快速上注，开发了方镁石尖晶石碳不烧滑板，以电熔镁铝尖晶石、电熔镁砂为主原料，热塑性树脂结合剂，并添加适量的金属加入物，经混练成型后，制得直接油浸滑板砖，具有抗侵蚀、耐热震、化学稳定性良好等性能。在浇注过程中，其滑动面磨损小，注孔耐冲刷，浇注全过程均能控制铸速，滑板开关自如，充分满足浇铸工艺要求。 表5 不烧复合滑板理化指标 Al2O3-SiC-C质Al2O3-C质Al2O3-ZrO2-C质尖晶石碳质PN-BH1PN-BH2PN-BH3PN-BH4Al2O3 % 68767270C % 7776MgO % 8ZrO2 % 5 显气孔率 %4(10)4(10)4(10)4(12)耐压强度 Mpa70808080高温抗折强度1400*0.5h 埋炭6887注:括号内数值为不浸油数值 4.1.7金属结合滑板金属结合滑板是通过在材料中添加金属铝、金属镁等金属添加剂，在金属的熔点温度下进行热处理，利用熔融金属形成结合。3 种材质的滑板有：（1）尖晶石100，外加Al粉10，酚醛树脂6；（2）高纯烧结镁砂100，外加Al粉7，酚醛树脂5；（3）高纯镁砂60，铬矿粉40，外加Al粉7，酚醛树脂5。滑板在800以下温度进行硬化处理，制备成不烧制品，然后进行浸渍处理使用，其各项性能均有改善。浸渍剂包括硅质胶凝物、硅酸乙酯、聚烃硅氧漆、硅酸钠与硅酸锂等无机物制成的溶液，滑板经浸渍24h使用，也可同时将上述无机物在滑板表面进行涂抹，浸渍滑板的抗热震性、耐磨性、机械强度以及抗化学侵蚀性等有明显提高。4.1.8镶嵌式滑板这种滑板是由两种材质复合而成,先用一种耐火材料做成中间带较大孔的滑板,再把另一种耐火材料做成的镶嵌环用结合剂粘合到滑板的大孔中,再进行加工。根据使用条件不同镶嵌环做成不同的材质：为提高使用寿命做成的氧化锆质环；为增加透气性，防止堵塞而做成弥散型透气环；利用滑板再生技术，将用过的滑板进行钻孔，然后用新的材料镶嵌进去，以提高滑板的重复利用率。 4.2座砖为了降低钢包用耐火材料的成本,延长使用寿命,钢包包底由砖改为浇注施工,使包底寿命成倍提高.为了与炉底相适应,减少钢包使用期的修补次数,提高水口座砖的使用性能就成为关键采用提高材质、加入添加物或预制座砖均取得了较好的效果。目前使用的座砖按成型方法分为两类，即机压成型砖和浇注振动成型砖。其材质有刚玉质、铬刚玉质、铝碳质、镁碳质、铝尖晶石碳质、铝铬锆质、高铝质等材质。原刚玉质座砖抗热剥落性较差，在氧化铝基质中，加入适量氧化铝氧化锆电熔原料，及添加尖晶石、氧化铬等获得了耐剥落性好（工作面渗透层薄）和耐侵蚀性强的Al2O3-ZrO2-Cr2O3质座砖。其使用寿命为原座砖的两倍，达到了与包底同步的目的，降低了包底使用期间的修补次数。预制座砖是采用低水泥的铝镁质浇注料，添加氧化铝超细粉，振动成型，加水量少，强度高，在使用中预制座砖寿命提高40，且其成型厚度不受限制。预制座砖提高寿命的因素有：（1）用了含氧化镁的原料，使基质部分致密化，耐侵蚀性提高。（2）基质的致密性及低水泥含量，提高了高温强度，增强了更换透气砖及上水口时的耐热冲击性，抗机械剥落性提高。（3）基质微粉中的氧化铝和氧化镁，高温下生成尖晶石，在工作面附近生成3050m的微细尖晶石薄层，从而抑制了渣的浸透，提高了其耐熔损性。由砖改为预制块，砖缝减少，并简化了砌筑施工。 表6 座砖的理化指标 刚玉质铬刚玉质高铝质刚玉尖晶石质镁碳质尖晶石碳质铝碳质Al2O3 % 90Al2O3+Cr2O3 9375Al2O3+MgO 85 7276C % 957MgO % 728 显气孔率 22202320151515体积密度 2.9532.7232.72.852.8耐压强度MPa 65706070406565重烧线变化 0.2*0.2*0.5*0.2*-0.2+0.5*-0.2+0.5*0.5* 注：*为16003h *为15003h4.3水口砖上水口直接安装在,钢包的水口座砖中,高温下钢液流经上水口，要求材质有耐高温、抗侵蚀、耐冲刷等特性，最好能与座砖同步，因此，要求使用寿命比滑板更长，一般使用刚玉质、铝碳质、尖晶石质等材质。其损坏因素有：（1）钢液与熔渣的化学侵蚀与冲刷；（2）安装时造成的机械损伤；（3）急冷急热造成的炸裂损毁。下水口主要用来控制钢液流量和注速，要求高温下有良好的耐冲刷性，高温下体积稳定性好，并有一定的自熔性。下水口在使用中，钢包中钢液因静压力随钢水量减少而下降，但要求浇注的速率保持与开浇初相似，这就要求材质具有相应的溶损率，以保证钢水稳定的流量。下水口损坏的原因有：钢液、熔渣的侵蚀和冲刷；温度急变引起的开裂或断裂；烧氧开浇造成的熔损。其材质要求耐侵蚀性好，如浇注普碳钢可选用高铝质、熔融石英质；浇注含锰较高的钢种时，可选用铝碳质、镁质等下水口。为提高下水口的抗热震性，将下水口安装在铁套内，防止开裂。应尽量避免烧氧开浇。我国下水口的材质主要有刚玉质、高铝质、铝碳质、铝锆碳质、尖晶石质、尖晶石碳质、莫来石质等材质。其使用寿命根据滑板的使用次数确定，均能满足不同钢种的需要。 5中间包用耐火材料中间包是钢包和结晶器之间用于钢水过渡装置。中间包的主要任务是：（1）分流钢水。对多流连铸机通过中间包将钢水分配到各个结晶器；（2）稳流。降低钢水静压力，保持中间包稳定的液面，平稳地把钢水注入到结晶器；（3）贮存钢水。在多炉连浇更换钢包时，不减拉速，为多炉连浇创造条件；（4）净化钢水。在较长的浇注时间内，使钢水温度基本不变，促使钢水中夹杂物进一步上浮，防止钢水和空气接触，避免吸氧、吸氮。中间包内衬耐火材料组成，大体包括以下部分：(1)保温层（1030mm），该层紧挨着中间包钢壳，通常采用石棉板、保温砖或轻质浇注料。效果最好的为硅酸铝纤维毡，热导率低，也易砌筑。(2)永久层（100200mm），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或莫来石质自流浇注料。(3)工作层（2050mm），该层与钢水接触，是关键部位。现在普遍采用绝热板或涂料。绝热板一般为硅质、镁质、镁橄榄石质；涂料为镁质、镁铬质、镁钙质。涂料采机械喷涂或手工涂抹。(4)座砖，镶嵌在中间包底，安装中间包水口用，其材质通常为高铝质。(5)包底，其材质基本与工作层相当，中间包包底工作层受钢水冲击部位极易损坏，要求抗侵蚀耐磨损，一般用高铝砖或致密高铝砖和铝铬砖，也用特制大块的高强度焦油镁砖。钢水冲击部位采用锆英石砖或预制块增强。(6)包盖覆盖在中间包上，可起保温和钢水飞溅等作用，其材质采用粘土质或高铝质浇注料作包盖。(7)挡渣墙（堰），该墙砌于中间包内，可以是单墙，也可以是双墙。挡渣墙堰的材质，通常是高铝砖，也可以制成预制块，其目的是用来挡的。为提高钢水的清洁度，在挡渣墙上还可以设置钢水过滤器5.1中间包的功能连铸中间包原为钢水保温用，主要目的是钢水分配和整流。随着中间包钢水缓冷、钢水再加热技术、氩气密封技术、气体搅拌技术和清除钢水中非金属夹杂物等技术的开发成功，连铸中间包已成为钢铁冶炼过程中在最后阶段最主要的精炼容器，并向大型化发展。5.1.1净化功能为生产高纯度的洁净钢，在中间包底安装多孔透气砖或在工作层和永久层之间嵌入多孔的管状气体分配器，或在挡渣墙上安装多孔砖进行吹氩，使氩气气泡均匀从底部上浮，促进夹杂物排除。这些装置可消除浇注初期钢水增氢，钢水中氧化物夹杂降低，减轻了镀锡板上Al2O3夹杂引起的缺陷等。5.1.2调温功能为使浇注过程中,中间包前、中、后期钢水温差小于5接近液相线温度浇注，扩大铸坯等轴晶区，减少中心偏析，可采取向中间包加小块废钢、喷吹铁粉等措施，以调节钢水温度。5.1.3成分微调 由中间包塞杆中心孔向结晶器喂入铝、钛、硼等包芯线，实现钢中微合金成分的微调，既提高了易氧化元素的收得率，又可避免水口堵塞。5.1.4精炼功能在中间包钢水表面加入双层渣吸收钢水中上浮的夹杂物，或者在中间包喂钙线改变Al2O3夹杂形态，防止水口堵塞。5.1.5加热功能在中间包采用感应加热和等离子加热，可准确控制钢水浇注温度在35。连铸中间包在开浇初期，换钢包浇注末期采用中间包加热，以补偿钢水温度的降低，使钢水温度保持在目标附近，这有利于浇注操作的稳定性，提高铸坯质量，同时在正常浇注期内，适当加热可以补偿钢水的自然降温。加热方法用感应加热和等离子加热。5.1.6中间包向大型化发展目前板坯连铸机中间包容量在逐步向大型化发展,中间包容量增大的优点如下:(1)延长钢水在包内停留时间,有利于夹杂物上浮;(2)换钢包时不减拉速,保持中间包浇注稳定,防止液面低于临界值产生漩涡,将渣子卷入到结晶器;(3)整个浇注过程中钢液面稳定,有利于操作顺利进行;(4)中间包容量增大,有利于减少金属损失,降低操作费用。 5.2中间包永久衬用耐火材料中间包永久衬的主要作用如下:(1)支撑工作衬；(2)减少热损失，防止包壳温度过高；（3）当工作衬损毁时即保证安全，又是安全衬；（4）尽可能经济，但钢壳必须有足够的刚性和强度，且设计形状要便于工作衬剥离。永久衬浇注料应具有如下性能：（1）能抵抗中间包系统产生的热应力；（2）永久线变化为正值，这样冷却时产生的裂纹在高温下可以愈合即具有裂纹自愈性；（3）所制工作衬能保持光滑的表面，有利于工作层的剥离；（4）抗侵蚀性强，能抵抗钢液和熔渣的侵蚀。中间包浇注料的材质有以下几种：（1）中间包用铝硅质浇注料。该材料主要成分为莫来石质，其损毁主要是由于渣渗透引起的结构剥落和热剥落。通过改变原料的Al2O3/SiO2比例，降低其热膨胀率，以提高结合强度和塑性性能。（2）永久衬用自流浇注料。自流浇注料不需振动即可自动流入，减轻了劳动强度，简化了操作工序，避免了噪声。 5.3中间包工作衬用耐火材料由于中间包的容量和承受的钢水温度与钢包有一定的差别，所用耐火材料也不尽相同，要求中间包材质具备以下条件：（1）耐钢水和熔渣的侵蚀，使用寿命长；（2）具有良好的抗热震性，与钢水接触时不炸裂；（3）具有较低的热传导率和微小的热膨胀系数，使中间包衬有一定的保温性和良好的整体性；（4）在浇注过程中钢水污染小，确保钢水质量；（5）内衬材质的形状和结构要便于砌包和拆包。中间包工作衬目前主要是绝热板和涂料。5.3.1绝热板对绝热板的要求如下：（1）耐钢水和熔渣的侵蚀性要好；（2）热导率要低，具有良好的隔热性能；（3）绝热收缩率要小,保证绝热板在使用时板与板之间的严密性,防止钢水渗入;(4)绝热板的含水率要低,以避免在进入钢水后发生爆裂和钢水沸腾;(5)绝热板应具有一定的强度和韧性,以避免在运输装卸和安装过程中破损.使用绝热板包衬的优点如下:(1)中间包可不预热烘烤,实现冷包开浇,可节省烘包燃料;(2)绝热内衬拆、砌方便；（3）保温性好，中间包不易结冷钢，提高钢水收得率；中间包永久衬修理减少，可延长使用寿命；（5）绝热板砌筑简单，冷却后易粉化，使残钢和内衬分离，清理方便。绝热板的材质一般为硅质、镁质、镁橄榄石质。5.3.2涂料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,中间包工作层普遍采用耐火涂抹料或喷涂料。涂料应具有如下性能：（1）有良好的喷涂施工性能；（2）密度低，隔热性好且经济；（3）具有良好的耐侵蚀性；（4）可连续长时间使用；（5）抗钢流冲击性好；（6）易于拆除，解离性好；（7）烘烤时不开裂不剥落。我国中间包采用镁质涂料取得了良好的效果。采用添加起泡剂和加入细颗粒等措施开发的低体积密度的镁质涂料，具有以下优点：（1）减少用量；（2）提高隔热性，降低热导率；（3）降低热损失，控制了钢水温度；（4）减轻施工体浇注料的热负荷，提高其耐用性；（5）施工体与涂料的界面温度降低，提高了抗折性；（6）耐炸裂性好，可快速干燥。为降低钢水中的夹杂物，净化钢水，防止水口堵塞，开发了镁钙质涂料。以镁砂为主要原料，加入含钙材料如石灰石、镁钙砂、白云石等，CaO能吸附钢水中的夹杂物和有害元素，同时游离的CaO在使用中与涂料中的SiO2反应生成C2S，其在温度变化时产生较大的体积膨胀，在冷包过程中，涂料本身结构破坏，从而改善了解体性能。另外CaO还能吸附钢水中的Al2O3,这对提高钢的洁净度起了重要作用。5.4中间包钢水净化用材料5.4中间包钢水净化用材料 5.4.1过滤器中间包内安装过滤器是去除钢中非金属夹杂物的最有效手段。其过滤方式为机械过滤和反应过滤两种。机械过滤方式一种是夹杂物尺寸大于过滤器孔，无法通过被过滤；另一种是过滤器表面在高温下成为半粘滞状态，夹杂物被粘附在其表面。过滤器结构有以下几种：（1）泡沫陶瓷过滤器。该过滤器是一种微孔结构材料疏松度很高，具有三维网架陶瓷结构和相互贯通气孔。（2）陶瓷绳型。一种是网状陶瓷过滤器，一种是蜂窝陶瓷过滤器。（3）定向型。反应过滤器是在高温下夹杂物粒子与过滤器表面发生化学反应，形成新的化合物而达到减少夹杂物的效果。过滤器的材质要能满足如下要求：（1）与钢水长时间接触过程中，过滤器能承受热应力和机械应力作用；（2）能抵抗钢水和熔渣的化学侵蚀而不发生化学反应；（3）既能有效去除夹杂物，又没有过大妨碍钢水流通的阻力。过滤器的材质主要是Al2O3质、莫来石质、ZrO2质、CaO质。5.4.2挡渣墙在中间包内设挡渣墙能有效地使钢水中的夹杂物上浮分离,挡渣墙的高度、设置位置和数量对杂物的去除有很大的影响。挡渣墙可以是单墙，也可以是双墙、多墙，其目的是为了挡渣，提高钢水的清洁度。其材质一般是高铝质，可以用砖砌在中间包内，也可以做成预制块放在中间包内。采用低水泥刚玉浇注料预制块做的挡渣墙，其寿命与中间包同步。在中间包内设挡渣墙的目的有以下几点：（1）消除中间包底部的区域的死区；（2）改善钢水流动的轨迹，使钢水沿钢渣界面流动，缩短夹杂物上浮距离，有利于渣子吸收；（3）挡渣墙的作用还能将钢包注流冲击所引起的强烈涡流限制在局部区域内，防止紊流扩散，引起表面波把渣子卷入到钢水中。5.5定径水口对于小方坯连铸，长水口和浸入式水口均不适用，在小方坯连铸机中间包无塞棒浇注系统中要采用定径水口，进行敞开式浇注。钢坯的注速只能靠定径水口的孔径来调节，在速个浇铸过程中，孔径必须保持恒定，以保证稳定的拉坯速度，因而定径水口需用高档耐侵蚀的材质。定径水口材质为氧化锆质，ZrO2含量从6095不等，ZrO2含量越高，其使用寿命越长。定径水口的结构形式有全均质、镶嵌式、直接复合式、振动成型式等形式。定径水口存在的问题主要是扩径，即不耐侵蚀、炸裂和脱落。解决办法是：（1）根据浇铸时间和浇注钢种，选择不同锆含量的定径水口。水口的耐侵蚀性和使用寿命取决于水口中的锆含量，含量越高使用寿命越长；（2）原料采用锆英石或氧化锆；（3）为保证热稳定性，采用薄壁结构的镶衬套在水口本体中，以降低热应力；（4）采用具有高致密的ZrO2镶衬的复合式定径水口；（5）为防浇注Al含量较高的钢种时发生堵塞，研制了CaO质与CaO-ZrO2质镶嵌型定径水口。5.6透气型上水口随着连铸比的不断提高,中间包水口的堵塞问题也就越来越严重。连铸过程中钢液温度不断下降,钢液中铝也不断折出,以Al2O3的形式凝结在水口壁上形成结瘤而堵塞水口。采用透气性上水口,在连铸时,可不断通过水口砖向钢液内吹入氩气,振动钢液能有效地克服结瘤堵塞。其材质为莫来石质、铬刚玉质和尖晶石质。气孔类型为弥散型或狭缝式。在国内大型中间包板坯连铸上取得了较好的效果。5.7中间包新技术的开发应用1. 钢水净化复合衬该内衬结构是在中间包的永久层上喷涂一层厚约20mm的含75MgO的镁硅质喷涂料做为工作层的垫层，然后在其上喷涂一层厚12mm左右含CaO的钙镁质耐火材料作为工作层。由于镁硅质喷涂层具有良好的隔热性可减少中间包的热损失；钙镁质工作层除具有吸收钢水中的Al2O3夹杂物的作用外，还具有脱硫、脱氮的作用。2防湍流冲击板对于高效连铸，因其拉速快，钢水在中间包内会产生湍流现象。急剧的湍流一方面会冲破渣层将渣卷入到钢液中并使钢液暴露于空气中被二次氧化；另一方面湍流还严重冲刷中间包侧墙将耐火材料卷入到钢液内并