中间包内衬定型耐材应用研究

材料的发展和使用状况。我国连铸中间包内衬耐火材料由黏土砖、高铝砖发展到镁质绝热板等，这些耐火材料用在连铸中间包上，取得了良好的效果，满足了我国不同时期连铸生产的需要。

【关键词】中间包；内衬；耐火材料；应用方向

【中图分类号】TU541 【文献标识码】A 【文章编号】1672—5158（2012）08—0172-03

前言

中间包是炼钢连铸生产中的关键设备之一，担负着接受、储存钢水，对钢水进行净化和再精炼及向结晶器内分配钢水等多项任务。半个世纪以来，随着我国连铸技术的发展和连铸比的提高，我国的连铸中间包内衬耐火材料也得到了很好的发展。产品品种不断增加，质量不断提高，使用效果越来越好，满足了我国连铸生产不断发展的需要。

连铸中间包内衬耐火材料包括工作层耐火材料和永久层耐火材料。工作层和永久层耐火材料的技术要求和理化性能各有不同，下面分开介绍两种中间包耐材目前行业内使用的现状。

一、工作层耐火材料

中间包工作层直接与钢水、熔渣和覆盖剂接触，在高温下承受着钢水和熔渣的侵蚀、冲刷和渗透，使用条件非常苛刻。工作层耐火材料的质量直接影响着中间包的使用寿命、钢水质量和连铸生产能否顺利进行。

1、黏土砖和高铝砖

中间包内衬耐火材料使用黏土砖或高铝砖砌筑，由于当时连铸生产刚起步，连铸的钢种多为普通钢，中间包只是作为钢水的周转容器，中间包内衬的工作条件不是太恶劣，使用寿命为连浇5～12炉，满足了当时连铸生产的需要。随着宝钢品种钢个硅钢的上线，粘土砖已经无法满足连铸生产的需要，无法保证浇铸安全和浇铸质量。

2、镁质浇注板

20世纪90年代末，我国的耐火材料生产厂家开发出了中间包工作衬用镁质浇注板，在钢厂连铸中间包上使用，使用寿命优于绝热板及涂料。如某耐火材料生产厂家研制的镁质浇注板，在山东某钢铁公司连铸中间包上使用，平均使用寿命达到30h，最高达34h。使用寿命是硅质绝热板的4倍左右，也高于镁质涂料的使用寿命（24h）。生产镁质浇注板的主要原料是镁砂（电熔镁砂或二步煅烧镁砂），结合剂有纯铝酸钙水泥、SiO₂微粉、Al₂O₃微粉及磷酸盐等。另外添加适量的纤维材料及其他添加剂。采用振动浇注成型，经过烘干后即可使用。

我国开发的镁质浇注板有致密型和轻质型。致密型耐侵蚀性能好，但隔热性能较差，使用时中间包最好增加保温层；轻质型则与其相反。在实际应用中，应根据具体使用条件进行选择。除了镁质浇注板外，我国还开发了镁铝质浇注板和镁硅质浇注板，也取得了良好的使用效果。镁质浇注板的理化指标见下表。

二、中间包永久层耐火材料

对中间包永久层耐火材料的要求有以下几方面：1）机械强度高，与金属外壳结合牢固。2）热震稳定性好，在温度急剧变化时不产生裂纹。3）体积稳定，在温度变化时，体积不发生过量的膨胀或收缩。4）不易与工作层发生烧结。5）隔热性能良好。我国的中间包永久层主要有耐火砖砌筑和浇注料整体浇注两种结构形式。

1、耐火砖砌筑永久层

砖砌中间包永久层用的耐火砖主要是黏土砖和高铝砖。砖砌永久层整体性较差，翻包时易造成砖体脱落，使用寿命受到影响。鞍钢高铝砖砌筑中间包永久层的使用寿命为200多炉，预制块砌筑中间包永久层的使用寿命可达300炉以上。宝钢二炼钢砖砌中间包永久层使用寿命达到800炉左右。有的钢铁厂砖砌中间包永久层的使用寿命仅有几十炉。另外，用砖砌筑施工人员劳动强度大。目前，砖砌中间包永久层使用的已经比较少了。

2、浇注料整体浇注永久层

目前，我国中间包永久层所用的浇注料有高铝质浇注料、莫来石质浇注料和铝镁质浇注料。应用最多的是低水泥高铝浇注料。中间包永久层用高铝浇注料以高铝矾土熟料为主要原料，以高铝水泥和SiO₂微粉等作结合剂，添加适量的减水剂、缓凝剂、膨胀剂、有机纤维、钢纤维等添加物配制而成。按照浇注方式中间包永久层浇注料分为振动浇注料和自流浇注料。几种中间包永久层浇注料的理化指标下表。

采用浇注料整体浇注的中间包永久层整体性好，机械强度高，热震稳定性好，使用寿命长。山东某钢厂中间包永久层使用高铝浇注料，使用寿命在1个月以上；鞍钢中间包高铝浇注料永久层寿命500炉以上；宝钢电炉中间包国产高铝澆注料永久层使用寿命400炉以上。

三、中间包内衬耐火材料的施工工艺

1、砌筑前的选砖

目前，使用在中间包的耐火砖分两种，工作层和永久层，其中工作层又包括上冲击板、挡渣墙（堰）的安装，水口座砖的安装。工作层砖系列砖型较大，较厚，砖缝较小，但是不方便搬运、操作；永久层砖较小，较薄，有利于操作，易挤紧，但强度小。采用行车吊运是，而且砖易破损，故宜采用人工搬运，以保证砖型尺寸的完整。砌法砌筑，但砌筑同环砖时，砖的长度有时会参差不齐，因而宜以优选砖的长度均齐为主；交错砌时，宜以优选砖的大小头均齐为主，慎重对待选砖工作。

2、中间包耐材施工中的注意事项

在工作层和永久层的施工工艺中，必须严格执行耐材施工设计图纸，根据浇铸钢种来选择的耐火砖的砌筑，基本的耐材施工中的基本要有以下一些。

（1）施工用中间包不能有宽1～3mm的裂缝，若有则需先用料抹上并腻实，方可使用；施工用中间包不能有宽≥3mm的裂缝，若有则需进行局部修补，方可使用；

（2）施工用中间包不能有面积≥0.5m²，深度≥100mm的坑，若有则需先用料抹上，方可使用；

（3）施工用中间包不能有残渣和其它杂物（不带残渣的喷涂不算在内），若有需清除干净。

（4）施工用中间包溢流槽内，必须清理畅通后，方能使用；

（5）喷抹温度夏季80～100℃、冬季100～150℃；

（6）喷涂机的操作参照设备作业规程进行操作；

（7）上冲击板、挡渣墙（堰）的安装：

用镁铝火泥铺底。砌筑时应将上冲击板沿水平面来回运动，直到互相接触密实为止，注意将上冲击板中心与下冲击中心垂直对中。要求灰浆厚度小于2mm，上冲击板周围用中间包捣打料填充捣实为止。

按图纸要求将挡渣墙（堰）安装位置放入挡坝及挡堰卡牢后，再进行包壁的喷涂，用天车将挡渣板吊入，应垂直于中间包安装，要求用废砖片把挡渣板固定并固牢

（8）水口座砖的安装

进行外观检查，若有损坏、裂纹、外贴保护材料脱落均不得使用，水口搬动时要用软物垫底；按照一定的加水比例，和好火泥；将座砖坑清理干净，在下座砖与包底接触面上抹≤5mm的泥料，将座砖放入坑内并沿水平方向来回移动，直到相互接触密实为止；要求座砖圆孔与中包底板上的圆孔同心，允许偏差1mm。在水口座砖周围加入捣打料捣实，做到座砖不移位，严禁使用涂料填座砖四周；在喷涂包底前，用专用工具罩住上水口座砖孔。

大型中间包耐火材料结构合理的设计以及耐火制品优越性能的体现，都需要正确有效的砌筑方法来实现。所谓“三分材料，七分施工”，也充分说明了精细施工的重要性，这样才能保证中间包的运转率和为企业创造更大的经济效益。

四、中间包内衬耐火材料应用方向

随着我国连铸技术的不断发展和特优钢产量的不断增加，连铸生产将对中间包内衬耐火材料的使用要求越来越苛刻。为了满足我国连铸生产不断发展的需要，必须不断地对我国现有中间包内衬耐火材料的使用性能进行改进，并不断开发使用性能优良的新型中间包内衬耐火材料。建议在以下方面开展研究工作。

1、开发轻质高强度中间包永久层浇注料

连铸生产对中间包内衬耐火材料最主要的要求，一是耐侵蚀性能要好，使用寿命长；二是隔热性能好，能够稳定包内钢水温度，保证连铸生产顺利进行。要使中间包的工作层耐火材料同时具备这两方面的使用性能，从目前来看是非常困难的。因为要获得好的耐侵蚀性能，就必须提高工作层的致密度，降低气孔率。这样必然导致工作层隔热性能变差。反之，要获得好的隔热性能，就必须增加工作层耐火材料的气孔率，气孔率的增加必然造成耐侵蚀性能的下降。如目前我国中间包工作层使用的绝热板和轻质涂料都具有隔热功能，但耐侵蚀性能都比较差。因此，在开发和生产中间包工作层耐火材料时，应重点提高其耐侵蚀性能，而隔热的任务由永久层承担，开发隔热性能好的轻质高强度永久层浇注料。这样就能够保证中间包的使用寿命长，隔热性能好。现在有些钢铁企业为了提高中间包的隔热性能，在永久层与金属外壳之间贴一层耐火纤维毡（板）。

2、开发或选用新型结合剂取代酚醛树酯

目前，我国生产中间包绝热板和碱性干式料所用的有机结合剂主要是酚醛树酯。采用酚醛树酯作结合剂存在着如下几个问题：1）在烘包过程中酚醛树酯产生有害烟气，污染环境，危害操作人员身体健康。2）在连铸过程中酚醛树酯碳化产生碳，易造成钢水增碳，影响钢水质量。3）酚醛树酯价格昂贵，造成产品成本高。基于以上原因，应开发或挑选无污染且价格低廉的有机和无机结合剂，取代酚醛树酯，生产环保型的中间包内衬耐火材料。近几年来，我国已经开展了这方面工作，并取得了一定的成效。如河南科技大学通过添加无机超微粉和烧结剂，研制出了环保型碱性干式振动料等。

3、提高镁钙质中间包涂料的耐侵蚀陛能

镁钙质中间包涂料具有净化钢水的性能，是今后洁净钢连铸中间包最理想的内衬耐火材料之一。但镁钙质中间包涂料的耐侵蚀性能不如镁质涂料，主要原因就是镁钙质中间包涂料基质中的CaO是以CaCO₃（石灰石）或Ca（OH）₂（消石灰）的形式引入的。在中間包的烘烤和使用过程中，涂料中的CaCO₃和Ca（oH）₂分解转变成CaO，再进一步烧结后，产生较大的体积收缩，在涂料工作层内形成较多的气孔，导致镁钙涂料工作层的耐侵蚀性能下降。因此，为了进一步提高镁钙质中间包涂料的耐侵蚀性能，今后要在含钙耐火原料的生产、选择和配置上做更多的研究和试验工作。主要是制取和使用高致密度和高抗水化性能的含钙耐火原料，取代烧失量高、体积收缩量大的石灰石和消石灰，以形成组织结构致密和耐侵蚀性能好的中间包工作层。还可研究在镁钙中间包涂料中配入适量的高熔点矿物的微粉（如ZrO₂微粉等），在基质中形成高熔点的复合矿物，使镁钙质中间包涂料工作层的耐侵蚀性能和抗剥落性能得到提高。

五、结语

我国有着丰富的耐火材料矿产资源和专业化的耐火材料研发队伍，相信通过广大耐火材料科技工作者和生产厂家的共同努力，结合我国的连铸生产实践，对我国连铸中间包内衬耐火材料的生产工艺和产品质量进行不断的改进，并加大对新型中间包内衬耐火材料的开发力度，一定能够不断地研制和生产出使用性能更加优良的中间包内衬耐火材料，满足我国连铸技术快速发展和特优钢连铸生产的需要，取得更好的经济效益和社会效益。

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