钢包用耐火材料现状与发展.doc

洛阳理工学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计及学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人或集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 年 月 日洛阳理工学院学位论文版权使用授权书本论文作者完全了解学校有关保留、使用毕业设计及学位论文的规定，学生在校学习期间毕业设计及论文的知识产权单位归属洛阳理工学院。同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权洛阳理工学院可以将本学位论文的全部和部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名：指导教师签名： 年 月 日2洛阳理工学院毕业设计（论文）钢包用耐火材料现状与发展摘 要钢包是炼钢工艺所需设备之一。随着转炉寿命的提高，连铸比的增加和炉外精炼技术的进步，钢包处于容量大、钢种多、温度高、时间长等日益苛刻的使用条件，对钢包用耐火材料的要求也不断提高。世界各国为提高钢包寿命,降低耐火材料消耗,提高现有耐火材料的质量，开发研制了各种新型耐火材料,特别是不定形耐火材料的出现,它不但改进了传统砌筑方法, 而且对钢包寿命也有明显的改善.生产实践表明,包侧壁采用高铝质加20%镁铝尖晶石的浇注料,包底使用高铝砖,渣线使用镁碳砖使用效果最好。本文总结了近几十年来国内外钢包用耐火材料的使用现状和发展过程。20世纪5060年代，我国钢包使用的耐火材料主要是各种粘土砖，由于使用费用低，直到80年代还有一些钢厂的钢包仍使用粘土砖。20世纪60年代末，我国有些钢厂的钢包开始使用各种高铝质衬砖，使钢包寿命大幅度提高。20世纪70年代初,蜡石钢包砖,在钢铁企业不同类型的钢包上进行了试用。20世纪90年代，是我国连铸技术快速发展时期，高效连铸技术成为其发展的重心。为了提高连铸钢包使用寿命，适应高效连铸技术发展的需要，我国又开发了钢包用铝镁碳砖等一系列镁质砖，用于各类连铸钢包，使钢包使用寿命大幅度提高。最近十年,我国吸取国外经验开始把耐火砖改为使用不定形耐火材料,用投射、捣打、浇注等方法筑造整体内衬。采用投射施工比砌砖施工节省劳动力50%。投射料有高锆英石质、MgO-质、MgO-质和-C质等。如今提高钢水纯净度降低生产成本仍是各国共同努力方向。关键词：钢包，耐火材料，钢包寿命,镁碳砖， Status and development of refractories for ladleABSTRACTLadle is one of the equipments needed in steelmaking process. With the increase of the life of converter, continuous casting ratio increase and refining technology, large capacity, steel in ladle, high temperature, long time of increasingly harsh conditions of use, the steel for refractory material requirements are also constantly improving.All over the world in order to improve the ladle life, reduce consumption of refractory material, improve the quality of existing refractory materials, developed a new type of refractory material, especially the emergence of amorphous refractory material, it not only improved the traditional building method, but also improve the ladle life. The production practice shows that the bag side wall with the castable 20% high alumina spinel ladle bottom, using high alumina bricks, magnesia bricks used in slag line use best.This paper summarizes the present status and development of domestic and foreign steel for refractory material in recent decades. In the twentieth Century 5060, the refractory materials used in Chinas ladle were mainly clay bricks. Because of the low cost, some steel mills still use clay bricks until 80s. In the late 1960s, some kinds of high alumina lining bricks were used in some steel mills in our country, which greatly improved the ladle life. In the early 1970s, wax stone ladle bricks were tested on different types of ladle in iron and steel enterprises. In 1990s, the rapid development of continuous casting technology in China, high efficiency continuous casting technology has become the focus of its development. In order to improve the service life of ladle, adapt to the development of high efficient continuous casting technology, China has developed a series of alumina magnesia magnesia brick used in various types of continuous casting ladle, ladle, ladle to greatly improve the service life. The last ten years, our country began to learn foreign experience to use refractory brick unshaped refractory material, using projection, ramming and pouring method of whole building up lining. By projecting construction labor saving 50% brick construction. The projection material has high zircon, MgO-, MgO- and -C quality.Nowadays, improving the purity of molten steel and reducing the cost of production are still the joint efforts of all countries.KEY WORDS: Ladle, Refractory material, Ladle life,Magnesia carbon brick目录前言1第1章 钢包概述21.1 钢包的作用及分类2 1.1.1钢包的作用2 1.1.2钢包的分类2 1.2 对钢包的使用要求21.2.1钢包用耐火材料的要求2 1.2.2钢包盛钢量的要求2 1.2.3钢包净高度的要求2 1.2.4钢壳表面温度的要求2第2章 钢包用耐火材料的介绍42.1 浇注钢包的使用情况介绍42.1.1 高铝尖晶石浇注料42.1.2 低水泥耐火浇注料42.2 钢包的用耐火砖介绍5 2.2.1 硅酸铝质材料5 2.2.2 铝镁（碳）质材料6 2.2.3 镁碳质材料7 2.2.4 镁钙（碳）质用材料7 2.3 砖砌钢包的使用情况介绍8 2.3.1 绝热层8 2.3.2 永久层8 2.3.3 工作层8 2.4钢包衬用耐火材料的损毁机理9 2.4.1 渣线用耐火材料的磨损机理9 2.4.2 底部的主要耐火材料磨损机理10第3章 钢包用耐火材料的使用现状113.1 国内钢包用耐火材料现状11 3.1.1 我国钢包用耐火材料类别和品种11 3.1.2 我国钢包用耐火材料现状113.2 国外钢包用耐火材料现状12 3.2.1 日本钢包用耐火材料现状12 3.2.2 欧美国家钢包用耐火材料现状12第4章 钢包用耐火材料的发展144.1 我国钢包耐火材料的发展14 4.1.1国内钢包的发展情况14 4.2国外钢包用耐火的发展14 4.2.1日本的钢包用耐火材料发展14 4.2.2欧美钢包用耐火发展情况15第5章 钢包用耐火材料的研究发展17 5.1 转炉钢包用耐火材料的技术进步175.1.1 整体浇注技术的应用175.1.2 保温材料的开发应用17 5.1.3 永久层浇注料的开发应用17 5.1.4 低碳镁碳砖的应用17 5.1.5 包沿口可塑料及保护板的应用18 5.1.6 钢包修补料的开发及应用18 5.1.7 滑板质的改进18 5.1.8 钢包除渣剂的应用18 5.2 国内钢包用耐火材料发展中遇到的问题及对策195.2.1 砖砌包比例较高195.2.2 包底寿命低19 5.2.3 小修周期过短195.2.4 特殊钢用耐火材料消耗高195.2.5 维修判断技术及标准落后195.3 钢包耐火材料的发展趋势20结论21谢 辞22参考文献23附录24前言钢包是炼钢工艺所需设备之一。由于近年来炉外精炼和连铸技术的发展，钢包不仅是盛装钢水的容器，已变成了钢水精炼设备，尤其是炉外精炼与连铸被套使用，钢水在钢包内停留时间大大延长，迫使出钢温度提高，导致钢包使用寿命大幅度下降。钢包周转紧张，已成为连铸生产的薄弱环节。与此同时，对刚的品种质量均提出日益严格的要求，尤其是，对保证各种微量合金元素组分的钢种，已成为当今发展品种的主要目标，这就是要求冶炼时对钢包也进行一系列合金化处理，还要求改善钢包用耐火材料的材质，有利于钢液的洁净。为此，国内外正在进行着多方面的、深入的钢包的耐材研究和实验和应用。我国的钢包用耐火材料也得到了很好的发展。特别是自20世纪80年代以来，我国的耐火材料科研机构、生产企业和使用厂家，密切配合，结合我国的国情，不断开发出新型的钢包用耐火材料，使我国的钢包用耐火材料以较快的速度向前发展，满足了我国炼钢工业快速发展的需要。 第1章 钢包概述1.1 钢包的作用及分类1.1.1钢包的作用钢包也叫盛钢桶是冶金工业的重要容器件，起着储存、转运钢水的作用，同时还要进行炉外精炼的双重任务，随着炼钢技术的发展，我国的钢包用耐火材料也得到了很好的发展。钢包使用寿命的长短，不仅关系到耐火材料的消耗，而且直接影响炼钢的正常生产。特别是随着转炉寿命的提高，连铸比的增加和炉外精炼技术的进步，钢包处于容量大、钢种多、温度高、时间长等日益苛刻的使用条件，对钢包用耐火材料的要求也不断提高，所以世界各国都在积极研究开发各种新材质耐火材料，以提高现有耐火材料的质量，延长耐火材料的使用寿命，降低耐火材料的吨耗。1.1.2 钢包的分类根据目前常见的钢包可以将钢包分为以下几种：a根据钢厂冶炼工艺不同可以分为：转炉钢包、电炉钢包；b根据冶金作用可以分为：普通钢包、精炼钢包；c根据材料及施工方法不同可以分为：浇注钢包、砖砌钢包；d根据容量大小不同可以分为：50t以上的为大钢包、50t以下的为小钢包。1.2 对钢包的使用要求1.2.1钢包用耐火材料的要求 (1)耐高温。能经受高温钢水长时间作用而不熔融软化。 (2)耐热冲击。能反复承受钢水的装、出而不开裂剥落。 (3)耐熔渣的侵蚀。能承受熔渣对钢包内衬的侵蚀作用。 (4)安全。要求钢包在使用过程中间不红包、不漏钢，保证安全作业。 (5)内衬具有一定的膨胀性，在高温钢水作用下，内衬之间紧密接触而成为一个整体。 (6)具有足够的高温机械强度，能承受钢水的搅动和冲刷作用。 (7)成本和其它要求。1.2.2 钢包盛钢量的要求LF、VD、RH要求的钢包空包高度不同，LF、RH为300600mm，VD是1000mm左右；一般RH要求钢包盛钢量在100吨以上，而LF和VD对盛钢量没有限制。1.2.3 钢包净空高度的要求VD炉处理时带渣操作会发泡，因此要求钢包要有一定的净空，以防止钢水溢出。RH处理时要求真空槽能进入钢包内，使得RH浸渍管插入钢水中，由于真空槽不能无限度的下降，综合这些要求，一般在将净空控制在300mm左右即可。1.2.4钢壳表面温度的要求钢包在使用时，钢壳温度不能过高，以防止钢壳变形及保证在钢包周围工作的人和设备的安全，通常要求小于等于300。资料介绍，对于钢包包壳的温度要小于包壳材质的蠕变温度，一般应小于300-350(碳钢的蠕变温度300-350，合金钢的蠕变温度为350-400)。所以通常在设计钢包内衬时要根据耐火材料的导热系数合理计算出钢壳表面温度，从而达到预期目的。洛阳理工学院毕业设计（论文）第2章 钢包用耐火材料的介绍2.1 浇注钢包的使用情况介绍在我国一般其公称容量在50吨以下的不带精炼的转炉普通钢包，其工作衬一般采用浇注料整体浇灌成型。工作衬一次性使用寿命一般在50-60次左右，最高在70-80次左右，甚至个别钢厂有在100次以上的。为降低吨钢耐材消耗，许多钢厂钢包工作衬在使用一定次数后，将残衬表面的残钢、残渣清理掉，俗称剥皮，然后再坐上胎模浇灌一定厚度的浇注料，待烘烤后继续投入使用，可大大降低成本，该过程也叫套浇，其第1次留下的残衬相当于永久衬，能维持2-3个包役。钢包工作衬的材质有铝镁质、高铝尖晶石质等，按结合剂可分为低水泥、超低水泥和无水泥耐火浇注料。2.1.1 高铝尖晶石浇注料钢包内衬不定形耐火材料自80年代推广应用以来，已由原来的普通铝镁浇注料发展到铝镁尖晶石浇注料，浇注料性能明显提高。铝镁尖晶石浇注料具有密度大、强度高、耐侵蚀、抗剥落、磨损率低等优点，能显著提高包龄，因而被众多厂家采用。筑衬工艺由捣打、投射、振动发展到胎模振动，胎模振动降低了钢包耐火材料消耗。取得良好效果，钢包包龄平均可达70-80次。具有振动均匀、操作简便、劳动效率高等优点，并且可实现钢包内衬连续套浇，其理化指标如表2-1所示。表2-1高铝尖晶石浇注料理化指标项目内容指标化学成分，%MgO+80-90体积密度,11016h15503h2.852.80抗折强度,MPa11016h15503h810线变化率，%11016h15503h0.11.02.1.2 低水泥耐火浇注料低水泥耐火浇注料是在粘土结合耐火浇注料的基础上开发的，也是在20世纪80年代得到蓬勃发展的新一代耐火浇注料。其主要品种有低水泥、超低水泥和无水泥耐火浇注料，它集多种耐火浇注料的优点于一身，具有高密度、低气孔、高强度、低磨损、耐热震和抗侵蚀等特点，同时还具有体积稳定性强和施工用水量低等特性因此应用广泛，使用效果较好和社会经济效益显著。表2-2是低水泥、超低水泥、无水泥浇注料的使用性能数据统计。表2-2低水泥、超低水泥、无水泥浇注料的使用性能成分ABCLCALCBULCCFACFM氧化铝,%氧化硅,%氧化钙,%加水量,%94-5994-5996-389842695-2799-16100-24-592824-5体积密度,g/cm311016h10003h15003h16503h-2.812.672.8-2.962.82.932.942.952.932.99-2.872.842.952.963.233.13.13.23.23.23.2333.13.1气孔率,%11016h10003h15003h16503h-17.525.523.7-15.323.719.5-18.321.919.7-1119171515.7-18.516.514.8-17.913.913.6-12.711.7抗折强度,MPa11016h10003h15003h16503h-5.35.44.5-4.73.76.5-2.52.17.2-4.711.0-3010.012.013.03.09.012.020.03.09.018.015.02.2 钢包的用耐火砖介绍2.2.1 硅酸铝质材料 1.粘土砖粘土砖是我国最早使用的钢包耐火材料，20世纪5060年代，我国钢包使用的耐火材料主要是各种粘土砖，由于使用费用低，直到80年代还有一些钢厂的钢包仍使用粘土砖。某钢厂钢包用粘土砖的理化指标为：44.10%，52.10%，1.72%，显气孔率 16%18% ，常温耐压强度54.996.0MPa。粘土质钢包衬砖的使用寿命因各钢厂的使用条件不同而异。尽管现在我国的钢包已经不再使用粘土砖，但粘土砖对我国建国初期炼钢工业的恢复和以后的发展做出了重大贡献。 2.高铝砖随着炼钢技术的不断发展和钢产量及质量的不断提高，粘土质钢包衬砖因使用寿命短，自20世纪60年代末，我国有些钢厂的钢包开始使用各种高铝质衬砖，使钢包寿命大幅度提高。武钢平炉用270t钢包从1968年开始使用二等高铝砖，到1970年包龄达到25.7次，是粘土质衬砖的2.5倍。1974年包龄达到31.5次。武钢二炼钢转炉用70t钢包从1980年开始使用含量大于72% 的高铝砖，包龄为34次，最高达到50次。宝钢300t钢包从1986年6月起，全包壁使用某耐火材料厂生产的一等高铝砖，平均包龄50次左右。连铸机投产后，钢包使用条件恶化，包衬使用寿命减短。宝钢与某些耐火材料生产企业合作，开发出了使用性能优良的微膨胀高铝砖，1992年4月正式使用A厂生产的产品，平均使用寿命为81.5次，最高寿命达到100次。使用B厂的产品平均使用寿命为78.6次，最高达到122次（连铸比55.73%）。太钢70t钢包使用高铝质衬砖，使用寿命为64.3次。总之，我国钢包使用高铝质衬砖后，使钢包的使用寿命显著提高，保证了炼钢生产的顺利进行，促进了炼钢工业的进一步发展。 3.蜡石砖蜡石砖是以叶蜡石为主要原料生产的一种烧成制品。20世纪70年代初，福建某耐火材料厂生产的蜡石钢包砖在马钢、鞍钢、上钢三厂、三明钢厂等钢铁企业不同类型的钢包上进行了试用。结果表明，蜡石砖的使用性能优于当时使用的粘土砖和三等高铝砖。在马钢15t钢包上使用，寿命达到66次。武钢二炼钢厂70t钢包也试用过该厂生产的含量72%的蜡石砖，但效果不太理想，使用寿命仅14次。宝钢300t钢包在1985年9月至1988年间曾使用过日本进口的蜡石砖，平均寿命38 次。某厂生产的钢包用蜡石砖的理化指标为：78.95%，18.85%19.51%，0.44%0.52%，显气孔率14%18%，常温耐压强度32.962.9MPa。由于多方面的原因，蜡石砖在我国钢包上没有得到推广应用。2.2.2 铝镁（碳）质材料 1.铝镁不烧砖除铝镁捣打料、铝镁浇注料之外，我国还开发了水玻璃结合的铝镁不烧砖，在钢包上使用，寿命比传统的硅酸铝质钢包砖长。本钢160t钢包使用铝镁不烧砖，平均寿命40.56次,比使用三等高铝砖（寿命18.5 次）提高1倍多。天津三炼钢厂20t钢包使用铝镁不烧砖平均寿命38.8次，最高达到55次，是粘土质衬砖使用寿命（9次)的4倍多。 2.铝镁碳砖20世纪90年代，是我国连铸技术快速发展时期，高效连铸技术成为其发展的重心。为了提高连铸钢包使用寿命，适应高效连铸技术发展的需要，我国又开发了钢包用铝镁碳砖，用于各类连铸钢包，使钢包使用寿命大幅度提高。洛耐院、宝钢和焦作某耐火材料厂合作开发的铝镁碳钢包砖在宝钢300t连铸钢包上使用，包龄从使用一等高铝砖的20多次，提高到80次以上，最高达到126次。鞍钢三炼钢200t全连铸并进行炉外精炼的钢包，使用铝镁碳砖，平均寿命64次，最高达到73次。1993年钢包用优质铝镁碳砖的推广使用在我国全面展开，全国许多炼钢厂，根据本企业的实际情况，陆续使用铝镁碳钢包衬砖，使钢包的寿命显著提高，如攀钢160t钢包使用铝镁碳衬砖后，平均寿命提高到90次，最高达到115次。铝镁碳砖是以特级高铝矾土熟料，电熔镁砂或烧结镁砂和石墨为原料，以液体酚醛树脂做结合剂制成的不烧制品。 3.高档铝镁不烧砖含碳钢包衬砖在使用过程中会造成钢水增碳，对冶炼洁净钢、低碳钢和超低碳钢非常不利。为了满足洁净钢、低碳钢和超低碳钢冶炼的需要，开发了高档铝镁不烧砖（无碳不烧砖）。高档铝镁不烧砖与20世纪80年代初开发的水玻璃结合的铝镁不烧砖相比，是一次质的飞跃。除采用高纯度原料（刚玉、高纯电熔镁砂和高纯铝镁尖晶石等）外，结合剂也采用了高性能的复合结合剂。高档铝镁不烧砖在钢包上使用取得了良好的效果，使用寿命达到甚至超过了含碳钢包衬砖，同时减少了钢水增碳。如河南某耐火材料公司开发的铝镁不烧砖，在某钢厂100t钢包和LF 精炼钢包上使用，寿命是铝镁碳砖的1.5 倍。鞍钢200t钢包采用铝镁不烧砖一次包龄在110次以上，最高达到128次。170t连铸钢包使用寿命达到119次，超过了铝镁碳砖。宝钢300t连铸钢包从1998年6月停止使用铝镁碳砖，开始使用高档铝镁不烧砖。2.2.3 镁碳质材料 1.镁碳砖镁碳砖具有优异的耐侵蚀性能和抗剥落性能。镁碳砖在钢包上主要用于渣线部位，而非渣线部位使用其他耐火材料（浇注料、不烧砖等），这样既可获得较高的使用寿命，又可降低耐火材料费用。某钢厂钢包渣线用镁碳砖的理化指标为:MgO77.4%，C16.75%，显气孔率3.1%，体积密度2.90，常温耐压强度38.6MPa。1981年9月武钢二炼钢厂率先在70t钢包渣线使用镁碳砖，使用寿命50次，因非渣线部位高铝砖损坏严重而停用。宝钢300t钢包渣线从1989年7月开始使用MT-14A 镁碳砖，渣线寿命保持在100次以上。某钢厂90tLF精炼钢包渣线使用碳含量16% 左右的镁碳砖，渣线寿命为95次。也有的钢厂的钢包采用全镁碳砖包衬，如某钢厂电炉用60tLF-VD精炼钢包，全镁碳砖包衬，平均寿命47次，最高达到57次。 2.低碳镁碳砖钢包渣线使用镁碳砖存在着钢水增碳问题，近几年来，有些钢厂和耐火材料生产厂家合作，开发了低碳钢包渣线镁碳砖。宝钢300t钢包渣线试用过碳含量小于7%和小于5%的低碳镁碳砖，使用寿命可达110次左右，与普通镁碳砖相当，可基本满足300t钢包的使用要求。鞍钢钢包的渣线也使用了碳含量在5%以下的低碳包衬砖，使用效果良好。2.2.4 镁钙（碳）质用材料1.不烧镁钙砖20世纪90年代初，洛耐院以合成镁钙砂和电熔镁砂为原料，以固体无机盐和无机盐溶液为结合剂，开发出了钢包用不烧镁钙砖，在上海某钢厂40tLF-VD精炼钢包上使用，寿命在40 次以上，并且钢中的氧含量从下降到。1992年该产品通过了原冶金部鉴定，之后在长城特钢厂等钢厂的精炼钢包上使用。近几年，某耐火材料公司开发出了无水树脂结合的不烧镁钙砖，在某钢铁公司100tLF精炼钢包上使用，寿命8085次，侵蚀速率1.281.37mm/次。2006年7-8月间，山东镁矿与某耐火材料厂合作，研制出了不烧镁钙砖，在某钢厂90tLF精炼钢包（精炼率100%）包壁非渣线部位使用，寿命达到60次以上。因包底透气砖严重蚀损而停用，不烧镁钙砖残砖厚度在130mm左右，尚可继续使用，预计正常包龄可达80100次。2.不烧镁钙碳砖本世纪初首钢二炼钢厂与某耐火材料公司合作，以合成镁钙砂、电熔镁砂和高纯石墨为原料，以无水树脂做结合剂，开发出了不烧镁钙碳砖，用于首钢二炼钢厂225t钢包非渣线部位（渣线用镁碳砖），平均使用寿命为116.8次，与原用铝镁碳砖相比，在包壁减薄20mm的情况下，平均寿命提高了37.57次。且钢中的氧含量和非金属夹杂都有所降低。我国还有一些钢厂在SKF和LF-VD等多种精炼钢包的渣线部位使用镁钙碳砖，取得了良好的效果。2.3 砖砌钢包的使用情况介绍在国内大型转炉钢包、UHP电炉钢包和其他普通功率、高功率电炉钢包都要采用炉外精炼装置以提高钢水质量，这样对包衬的使用环境提出了更高的要求，普通的浇注料就无法满足工艺要求，所以一般采用砖砌的方式来完成。2.3.1 绝热层在国内一般采用的是硅酸铝纤维，但最近几年还研究一种通过纳米技术和纳米材料开发的新型绝热材料和绝热机构，具有高温强度、尺寸稳定的复合绝热层在钢包中应用良好，但价位比较高。2.3.3 永久层在精炼钢包永久层的发展中，从高铝砖砌筑到轻质浇注料浇注成型，而再到现在的新型自流浇注料整体打结。2.3.3 工作层1.熔池用耐火材料精炼钢包工作衬在使用时熔池与渣线相比，就不是那么苛刻了。包壁的熔池主要承受负荷、急冷急热、钢水的冲刷等因素。因此，在精炼钢包熔池部位一般采用-MgO-C砖砌筑。2.渣线用耐火材料精炼钢包渣线一般选用耐侵蚀、抗热震性能好的优质MgO-C砖或MgO-CaO-C砖砌筑。精炼钢包一次性或综合包龄一般在60-80次左右，渣线一次性寿命在30-40次左右，因此中间需要更换1次或2次渣线。表2-3是镁碳砖的理化指标等级残碳，%MgO,CaO,体积密度,气孔率,%耐压强度,MPa低档6109494331.51.53.033.0073030中档6049696962.12.12.11.01.01.03.043.053.0065304030高档610149797972220.70.70.73.083.053.0055403035特优级6101497.597.597.51.21.21.20.50.50.53.123.023.02456035353.钢包底用耐火材料精炼钢包包底所用的材料与熔池的基本一致，都采用铝镁碳砖砌筑，对于包底冲击区在出钢时因承受钢水的反复冲击比其他部位损毁的要快，所以，砌筑该部位时通常采用立砌加厚的方式，使冲击区部位与其它部位保持同步损毁，表2-4铝镁碳砖的理化指标。表2-4铝镁碳砖的理化指标名称LMT-76LMT-74LMT-72MgO，%，141210+MgO,;767472C,;887体积密度,g/cm3;2.902.852.80显气孔率,%;8910常温耐压强度,MPa;5545440.2MPa荷重软化开始温度,;1670163016002.4 钢包衬用耐火材料的磨损机理众所周知,对耐火材料磨损机理的了解是进行耐火材料选择及内衬设计的基础。但是在实际情况中, 具体的磨损机理将会随着工作衬位置的功能、该区域所使用的材料系统以及实际的操作条件而变化。此处只讨论钢包的两个最重要区域用主要耐火材料的磨损机理:渣线和底部。进一步聚焦这个主题, 这里只对两种主要的实践进行了介绍,即渣线用镁碳砖和底部用尖晶石浇注料。2.4.1 渣线用主要耐火材料的磨损机理可以这样说,渣线的破坏是钢包不能使用而需要维修或重新砌衬的最普通的原因。一般来说,钢包的使用条件有点类似转炉,但比其条件更差,主要是由于氧化和温度波动范围更大，碳氧化和炉渣侵蚀是镁碳砖内衬在使用中损坏的两个最重要原因。实际上,这两个因素相互作用也很厉害,并且有时很难说哪一个比另一个更有害。镁碳内衬磨损机理包括两个方面：物对镁碳砖侵蚀包括两个方面:一是炉渣对镁砂颗粒的熔损,如,CaO等氧化物与MgO形成低熔物,被炉渣带走。二是炉渣中的FeO对镁碳砖中的C氧化,造成砖结构松散。另外,钢液在精炼过程中,进行吹氩搅拌,钢水和钢渣的机械冲刷,使渣线损毁加剧。除了化学侵蚀外,物理因素,例如垂直裂缝和砖缝也常常会引起渣浸蚀,结果导致渣线早期破坏并限制了其使用寿命。2.4.2 底部的主要耐火材料磨损机理钢包底部的破坏,特别是冲击区域,有可能是钢包不能使用而需要维修或重新砌衬的第二个原因。典型特点是:钢包高度越高,底部区域的耐火材料磨损越厉害。其它有关的因素可能包括出钢温度和炉子高度。Fuurtal等人已详细介绍了底部用尖晶石浇注料的主要磨损机理,Vert后来提供了更为详细的资料。其中有三个主要阶段:l)热剥落温度梯度和出钢引起了炉龄初期阶段底部热面蛛网状垂直裂缝的形成;2)钢水和炉渣的渗透钢水和熔渣渗透进底部的热面,特别是通过那些形成于表面的垂直裂缝;3)结构崩裂随后的热循环导致热面交替变化区域的结构崩裂,然后形成一个新的耐火材料表面。一旦新形成的耐火材料表面暴露于钢水和炉渣中,那么第二和第三个阶段将重复进行。第3章 钢包用耐火材料的使用现状3.1 国内钢包用耐火材料现状3.1.1我国钢包用耐火材料类别和品种20世纪5070年代，我国的钢包包衬主要使用的是硅酸铝质耐火材料，包括各种粘土砖和高铝砖等。从80年代起，我国陆续开发出了铝镁（碳）质、镁碳质和镁钙（碳）质等多个系列的新型钢包用耐火材料。其中铝镁（碳）质耐火材料品种多、规格全，是我国主要的钢包用耐火材料。我国钢包用耐火材料的类别和品种见表3-1。表 3-1 我国钢包用耐火材料类别和品种类别品种硅酸铝质粘土砖、高铝砖、高铝捣打料、蜡石砖镁碳质镁碳砖、低碳镁碳砖镁钙(碳)质自云石捣打料、不烧镁钙砖、不烧镁钙碳砖锆质锆质砖铝镁(碳)质铝镁捣打料、铝镁浇注料、铝镁不烧砖、铝镁尖晶石浇注料、铝镁碳砖、铝镁尖晶石碳砖、高档铝镁小烧砖、高档铝镁(尖晶石)浇注料3.1.2 我国钢包用耐火材料现状国内各钢厂过去一直采用粘土砖、蜡石砖或高铝砖等作钢包内衬,使用寿命介于1050次,耐火材料单耗介于1020kg/t钢。自应用连铸和二次精炼设备后,使钢包的使用条件更加苛刻,使用寿命进一步降低,因此近年来大力更新材质,发展新品种,取得了显著效果.钢包内衬采用高铝砖时,使用寿命比粘土砖、蜡石砖高,特别是含量高的高铝砖的使用效果更好,表3-1列出了高铝砖包衬的使用寿命。表3-1 高铝砖包村的使用寿命公司名称炼钢炉钢包容量，t含量，%使用寿命，次武钢转炉707235攀钢转炉130602123太钢转炉1308060宝钢转炉3008050我国利用得天独厚的高铝和镁砂原料,开发出为6570%写,MgO为1012%的铝镁砖,在钢包上使用取得了很好成绩,例如鞍钢2O0t钢包使用铝镁砖,使用寿命达到45次,耐火材料单耗低于.27kg/t钢,表3-2列出了不烧铝镁砖在各钢铁公司和钢厂的钢包上使用情况。表3-2不烧铝镁砖的使用效果钢铁公司和钢厂名称钢包容量，t使用寿命，次抚钢1045大连钢厂电炉分厂1037.42南昌电炉分厂2033天津三炼钢2039.55本钢16041鞍钢20045同时,还开发出了不烧铝镁碳砖和镁碳砖,其中不烧铝镁碳砖系用矾土、刚玉、电熔镁砂和高碳鳞片石墨等原料制成,具有耐蚀性、耐剥落性、热稳定性好和不挂渣等特性,使用寿命长,例如武钢第二炼俐厂1992年把75t转炉扩容为90t转炉后,使用这种砖包龄达到50次。宝钢300t钢包包壁使用铝镁恢砖,渣线使用镁碳砖,平均寿命达到50次。新抚钢10t钢包采用铝镁碳砖,包龄达到71次.国内钢包近年还采用了捣打包衬和浇注包衬,都较大地提高了钢包寿命。例如,鞍钢200t钢包采用铝镁质捣打料筑造整体包衬,平均使用寿命为85次,最高达到108次,耐火材料单耗为2.7kg/t钢.汉阳钢铁厂6t转炉钢包采用高铝一尖晶石质浇注料筑造包衬,使用寿命达到140180次,耐火材料单耗为4.55.6kg/t钢。3.2 国外钢包用耐火材料现状3.2.1日本钢包用耐火材料现状日本普通钢包使用价格便宜的蜡石砖、锆英石砖和为85%的高硅酸质砖等。在使用条件苛刻的钢包渣线处使用了碱性砖和中性砖。在精炼钢包渣线处使用了镁碳砖、铝碳砖、尖晶石碳砖和镁白云石碳砖等含碳耐火材料,改进了耐蚀性和耐剥落性。最近十年,日本大型钢包已由使用耐火砖改为使用不定形耐火材料,用投射、捣打、浇注等方法筑造整体内衬。采用投射施工比砌砖施工节省劳动力50%。投射料有高锆英石质、MgO-质、MgO-质和-C质等。捣打施工比砌砖施工节省劳动力约40%,主要使用错英石质捣打料等。在不定形耐火材料中,浇注料发展最快,开发使用了锆英石一叶蜡石质、半锆英石质、锆石英英石质、质、高铝质浇注料等,特别是近几年又研制出了在高铝质浇注料中加入镁铝尖晶石的铝尖晶石质浇注料。镁铝尖晶石的加入量介于1030%,而加入2025%镁铝尖晶石的铝尖晶石质浇注料的使用效果最好。例如,日本川崎钢铁公司千叶厂第三炼钢车间255t钢包侧壁由使用半锆英石质浇注料改为使用铝尖晶石质浇注料,渣线使用镁碳砖,包底使用高铝砖,使用寿命达到294次,耐火材料单耗为1.06kg/t钢,该公司水岛厂1990年代替错英石质浇注料,使用铝尖晶石质浇注料,平均使用寿命达到250次,蚀损率和费用分别是锆英石质浇注料的40%和95%。日本钢管公司福山厂第三炼钢车间320t钢包侧壁使用加入25%镁铝尖晶石的铝尖晶石质浇注料,使用寿命达到276次,耐火材料单耗降低了41%,费用降低了13%。3.2.1 欧美国家钢包用耐火材料现状美国伯利恒钢铁公司雀点钢厂现有两座280t转炉,16个300t钢包,采用高铝砖包衬,平均使用寿命达到80次以上;采用树脂结合的高纯白云石砖作包衬,侧壁152.4mm厚,包底228.6mm厚,最高使用寿命为115次,平均94次;采用直接结合镁铬砖包衬,平均使用寿命为102次,耐火材料单耗为0.9kg/t钢,采用为90%的浇注料,使用寿命为101次。美国钢铁公司格里钢厂从1986年开始在钢包包底和侧壁使用含为80%的超低水泥浇注料块,渣线使用镁铬砖,包底使用寿命为39.9次,侧壁使用寿命为67.2次,英国Sheerness钢铁公司1990年在钢包上使用树脂结合的白云石砖作内衬,使用寿命达到79次。德国钢包侧壁主要使用白云石砖;占83%渣线部位主要使用镁碳砖,占48%,还使用红柱石砖、高铝砖和镁铬砖;永久衬主要使用粘土砖,占62%左右,也使用一定数量的橄榄石砖;包底主要使用白云石砖,占44%,也使用红柱石砖、高铝砖和镁铬砖,包底和包壁的使用寿命介于1060次。加拿大Dofasco钢铁公司第二炼钢车间自1987年以来在钢包侧壁上使用高铝砖,使用寿命为65次.1990年改为使用为95%的浇注料,使用寿命为7080次,永久衬衬砖始终未变,包底使用为50%的衬砖,包壁使用。为70%的衬砖。前苏联奥斯科尔斯克电冶金联合公司在150t钢包上使用莫来石刚玉砖,包壁采用不烧砖,包底和渣线采用烧成砖,使用寿命介于1624次,平均寿命为20次.包壁和渣线采用改进的莫来石砖,使用寿命介于1822次,平均寿命为20次。包壁和渣线采用加入铬矿的莫来石硅质砖,包衬寿命26次,渣线命810次。采用综合砌筑时,即渣线使用加入铬矿的莫来石硅质砖,包壁使用不烧莫来石刚玉砖,包底使用工业莫来石刚玉砖,钢包的使用寿命为27次。克里沃罗格斯塔科钢铁公司第二转炉车间采用镁尖晶石捣打料,在160t钢包上进行捣打施工,形成整体内衬,其使用寿命为2139次。12 第4章 钢包用耐火材料的发展4.1 我国钢包耐火材料的发展4.1.1 国内钢包的发展情况由于我国钢厂技术、管理和现状的差异显著,尽管目前多数钢厂对改善劳动条件和提高效率的要求尚不十分迫切,加上不定形耐火材料的施工、烘烤装置,以及价格、设备等经济问题,我国钢包耐材可能在较长时间内将是砖和不定形材料并存。但可预料,在宝钢钢包不定形化工作的推动下,省时、省力、长寿命的不定形钢包衬也将迅速发展。采用新型优质钢包耐材以适应连铸、二次精炼,提高钢质量和使用寿命当然也是钢厂的迫切要求和愿望。新材料也必然以其技术和经济的优势而逐渐推广,并在推广应用中改进和发展。综上,在结合我国国情开发新型优质包衬材料上,值得注意的发展动态可归纳如下。(l)无水泥结合的铝镁材料,主要是矾土一尖晶石浇注料和不烧砖,因其充分利用我国耐火材料资源,价格较低,寿命较长,对钢种和使用条件的适应性较强,将会得到较快的推广应用。技术上将通过高纯原料的添加、系统的改进、特殊添加物的应用和针对不同钢厂适应性配方的调整等,进一步提高性能和使用寿命,并形成系列品种。(2)日本和欧洲在大量推广使用铝一尖晶石浇注料,我国将通过引进、消化吸收,形成一定的生产能力,并在少数钢厂先行应用。这种寿命长,可大大降低吨钢耐火材料消耗的浇注料的研究将会进一步深入,尤其是富铝尖晶石的组分及其在浇注料中的合理应用,低水泥、无水泥品种的扩大开发研究,添加其它特殊原料提高性能的研究等。(3)钢包渣线用不定形耐火材料的研究,在国外已引起重视,以期取代镁碳砖。据报道,MgO-系浇注料已取得较好效果。此外,MgO-。、MgO-、MgO-。等系统的材料也是有希望的。(4)钢包的修补能大幅度延长包龄并有良好的经济效益,将成为提高钢包寿命必可少的措施之一。其修补材料(浇注、喷补)和修补技术将得到开发和应用。(5)铝镁碳砖通过改进抗氧化剂,添加高纯原料,引入镁铝尖晶石,改变碳量、镁量等措施,性能将进一步提高,作为一个品种应用范围将有扩大。为发展我国的钢包耐材系列,迫切需要研究部门、耐火材料厂和钢厂加强合作。只有这种合作,才能为各钢厂寻找到最合适的包衬材料。4.2 国外钢包用耐火材料的发展4.2.1日本的钢包耐火材料发展日本钢包用耐火材料的发展是随着连铸的兴起和炉外精炼的发展,大约经历近30年的过程。（1）锆质材料:是日本独特开发与叶腊石并行使用的耐材,锆质材料比叶腊石(高硅酸质)的耐蚀性好但比重较大,约为3.6-4.0。多数转炉包采用错质砖砌筑,电炉钢厂除有大型天车外很少应用。某厂70吨普通电炉钢包渣线砌以锆石、氧化铬砖,使钢包寿命提高至6070次。此种材质从60年代一直延用至现在。（2）高铝质耐火材料的耐渣蚀性是众所周知的。用做普通钢包时虽然浸蚀很小,但于接缝处容易引起侵蚀而剥落。做为真空脱气或炉外精炼用钢包,须考虑其耐久性和无增Si现象,且利于低硫钢的精炼,所以很多工厂使用高铝质耐火材料。是从1975年后开始应用的。近来对碳影响小的钢种也使用浸润小的-C质材料砌筑。必须指出结质材料砌筑的钢包会使钢包值的碱度降低,影响脱硫效果,而且在处理过程中钢水中的溶解铝的变化很大,所以处理超低硫钢时必