畢業(yè)論文（設計）-中間包干試料的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1、中間包干試料的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢摘要中間包是鋼鐵連鑄過程中的關鍵裝置z,它用來接收鋼包的鋼水并將其連 續(xù)、均勻、穩(wěn)定地注入結晶器，而且還起著調整鋼水流和除去非金屬夾雜物、潔 凈鋼水等作用。因此選用適合的耐火材料和提高中間包的壽命非常：®要。中間包干式料具有較好的抗高鐵和高堿性熔渣的侵蝕性能，具有使用壽命長、 不污染鋼液的特點，己逐漸在中間包工作襯中應用，具有良好的使用效果和應用前 景，但其抗熔渣滲透性較丼。因此，越來越多的學者致力于提高中間包干式料的 抗熔渣滲透性研究。通過研究取得了很大的進展，但就降低干式振動料的成本及 繼續(xù)改善其性能仍是一個重要的課題。關鍵詞：連續(xù)鑄鋼、中間包、干式振

2、動料、抗熔渣滲透英文題目abstracttundish is one of the key device in the process of continuouscasting. not only it is used to accept the liquid steel of ladle and put it into mould continuously,uniformly and steadily at the same time,but also it plays an important rolo in adjusting liquid steel and removing nonm

3、etallic inclusion and so on. so choose the suitable refractory material and prolong the period of validity of tundish is major.tundish dry vibration material has better performance in stunding against erosion which contain iron and alkalinity slag have characteristics with long life and don't po

4、llute liquid steel. it has been used for tundish working lining it has better effection and foreground it is unsatisfactory because the poor performance in slaging resistance.so more and more researchers are apply themselves to the research which is how to advance the performance in slaging resistan

5、ce of dry vibration material. although it has been achieved a great progress across research reduce the cost of dry vibration material for tundish and advance its performance are still serious problems.key words:continuouseasting ,tundish,dry vibration materials,penestration resistance by slag前言1第1章

6、連鑄簡介及中間包的作用21.1連鑄技術概論21. 1.1連鑄技術21.1.2連鑄技術的優(yōu)越性21.1.3連鑄機主要設備31.2中間包的作用31.2.1中間包類型和結構4第2章中間包用耐火材料介紹52中間包的材質要求52.2中間包永久襯52.2.1中間包永久襯的材料選擇及性能要求62.2.2中間包永久層材料的改進72.2.3澆注料的使用情況、損毀狀況和性能耍求82.2.4存在的問題82.3定徑水口 92. 3. 1定徑水口的作用102.3.2定徑水口的損毀機理102.3.3小方壞連鑄用定徑水口的發(fā)展趨勢112.3.4錯質復合定徑水口的發(fā)展11第3章干式振動料的現(xiàn)狀143.1中間包干式料的優(yōu)點14

7、3.1.1中間包干式振動料的原理143.2國內外中間包工作襯研究現(xiàn)狀153.2.1國外發(fā)展概況163.2.2國內發(fā)展概況16第4章中間包干式料的研究發(fā)展194.1各種改性劑對干式料的影響19411高鋁磯土對中間包鎂質干式振動料性能的影響194.1.2鎂砂種類對干式振動料的性能影響194.1.3粘土對干式振動料的性能影響204.1.4硅微粉對干式振動料的影響204.2中間包干式振動料的發(fā)展趨勢214.2.1中間包性能的發(fā)展214.2.2干式料的發(fā)展趨勢21結論22謝辭23參考文獻24外文資料翻譯25-ax.1刖5中間包是鋼鐵連鑄過程中的一個關鍵設備，為了提高鋼材的質量，耍求 中間包用耐火材料具有

8、不污染鋼液且還起著除去鋼液中的非金屬夾朵物、潔 凈鋼液的作用。中間包冶煉技術是連鑄工藝的一個重要組成部分。中間包內襯長壽化是 連鑄工藝急需解決的問題，1995年以前，中間包工作襯主要以硅質絕熱板為 主，平均使用壽命為6小時左右，最高10小時左右，使用壽命偏低，抗侵蝕 性差，而且對鋼水有污染，因此，1995年以后逐步被鎂質或鎂鈣質涂料所取 代。使用鎂質（或鎂鈣質）涂料的中間包除使用壽命大幅度提高（平均達10小 時左右，最高達24小時左右）之外，還可以對鋼水起到凈化作用；在2000年 以來，隨著中間包快速更換水口技術的迅速推廣，中間包的使用壽命得到大 幅度提高，這就對中間包工作襯的性能提出了更高的

9、要求。新型中間包干式 振動料（簡稱堿性干式料）能大幅度提高中間包的使用壽命，在某些鋼廠的中 間包上使用壽命可以達到40小時以上。該料施t方便，烘烤簡單，工人勞動 強度大幅度降低，適用于任何氣候條件下施工。中間包干式料具有較好的抗高鐵和高堿性熔渣的侵蝕性能，具有使用壽 命長、不污染鋼液的特點，己逐漸在中間包工作襯中應用，具有良好的使用效 果和應用前景，但其抗熔渣滲透性較差。因此，越來越多的學者致力于提高 中間包干式料的抗熔渣滲透性。第1章連鑄簡介及中間包的作用1.1連鑄技術概論1.1.1連鑄技術連續(xù)鑄鋼(簡稱連鑄)是60年代發(fā)展起來的一種新型鑄鋼技術，它能 省掉初軋工序，從鋼水到鑄成鋼坯，金屬收

10、得率提高12%15%,降低生 產成本約10%,節(jié)約基建投資30%40%o曲于連鑄具有金屬收得率高， 能源消耗低、鑄坯質量好、機械化和自動化程度高，自20卅紀80年代以 來，世界各國都競相人力發(fā)展連鑄技術。1.1.2連鑄技術的優(yōu)越性連鑄與模鑄和比，連鑄具有的優(yōu)點如下：(1) 簡化了鋼坯生產的工藝流程。采用連鑄機術，可以把鋼水直接澆 鑄成所需斷面的鋼坯，省去了整模、排模、脫錠和部分開坯工序，簡化了 生產流程。(2) 提高了金屬收得率和成材率。連鑄從根本上消除模鑄中注管和湯 道的殘鋼損失，提高了鋼水的收得率。(3) 提高鋼的質屋。采用連鑄方法可以根據不同鋼種，制訂合理的連 鑄工藝，控制鑄坯的結晶過程

11、，連鑄坯的內部組織一般都比同斷面的模鑄 錠致密，非金屬夾雜比同鋼種、斷面和近的鋼錠低20%左右。化學成分偏 低和低倍缺陷也都有所減少，機械性能提高。(4) 大屋節(jié)約能屋消耗。采用連鑄，省去了鋼錠均熱爐加熱的燃料消 耗,可使能量消耗減少1/21/4。(5) 采用連鑄技術，不僅能改善勞動強度，提高勞動生產率約20%, 而且有助于鑄鋼生產的連續(xù)化和口動化。為鋼鐵生產實現(xiàn)高產、優(yōu)質、節(jié) 約能源、降低能耗，創(chuàng)造了條件。1.1.3連鑄機主要設備連鑄機是銜接煉鋼與軋鋼之間的重要環(huán)節(jié)。連鑄設備主要由鋼包冋轉 臺、中間包、中間包車、結晶器振動裝置、二次冷卻裝置、拉坯矯直裝置、 引錠桿裝置、鑄坯切割設備、結晶器9

12、個部分組成。1.2中間包的作用中間包是鋼水包和結晶器z間用于鋼水過渡裝置。中間包承受連鑄鋼 包流入的鋼水后起“承上啟下”的作用。中間包的主要任務有：(1) 分流鋼水對多流連鑄機通過中間包將鋼水分配到各個結晶器。(2) 穩(wěn)流降低鋼水靜壓力，保持中間包穩(wěn)定的鋼水液面，平穩(wěn)地把鋼水注入結晶 器。(3) 貯存鋼水在多爐連澆更換鋼包時，不減拉速，為多爐連澆創(chuàng)造條件。(4) 凈化鋼水在較長的澆注時間內，使鋼水溫度基木不變，促使鋼水中夾雜物進一步 上浮，防止鋼水和空氣接觸，避免吸氧、吸氮。隨著中間包鋼水再加熱技術、中間包保溫技術、氨氣密封和氫氣攪拌技 術、清除鋼液屮非金屬夾朵物技術等的開發(fā)應用成功，連鑄屮間

13、包己成為鋼 鐵冶煉過程中在最后階段最主要的精煉容器(爐)，并向大型化發(fā)展。調節(jié)鋼 水速度，増加鋼水在中間包中的停留時間，從而有利于鋼液中的夾雜物上浮 吸附于熔渣中與鋼液分離而凈化鋼液。同時還在中間包中加入少屋合金元 素，使鋼水微合金化，調整鋼水成分，降低鋼水中的氧含量，對鋼水起到凈 化作用，防止鋼水中的非金屬夾雜物如ai2o3在澆鑄浸入式水口內壁上粘附， 這種粘附會造成浸入式水口堵塞。隨著爐外精煉和連續(xù)鑄鋼的出現(xiàn)、高溫出 鋼工藝的應用，使得中間包耐火材料的工作環(huán)境不斷惡化，耐火材料在此過 程中不單和鋼液中的非金屬夾朵物作用，還和中間包覆蓋劑相互作用，影響 耐火材料的使用壽命。1.2.1中間包類

14、型和結構中間包是位于鋼包和結晶器之間，是用于接受鋼水及向結晶器注入鋼水 的設備。中間包由包體、包蓋、水口和塞棒等組成，它一般曲矩形，也有 形、梯形或“v”形。中間包出外殼和內襯組成。外殼是用鋼材制成，內襯曲耐火材料構成。 中間包由外殼和內襯組成。外殼是用鋼材制成，內襯由耐火材料構成。中間 包的內襯共分三層：隔熱層、永久層、工作層。第2章中間包用耐火材料介紹2.1中間包的材質要求由于中間包的容量和承受的鋼水溫度均與鋼包有一定的差別，所用耐 火材料也不盡和同，要求中間包材質具備以下條件：(1) 耐鋼水和熔渣的侵蝕，使用壽命長(2) 具有良好的抗熱震性，與鋼水接觸時不炸裂(3) 具有較低的熱傳導率和

15、微小的熱膨脹性，使中間包襯有一定的保 溫性和良好的整體性(4) 在澆注過程中鋼水污染小，確保鋼水質量(5) 內襯材質的形狀和結構必須便于砌包和拆卸2.2中間包永久襯中間包內襯一般由保溫層(石棉瓦、保溫磚或輕質澆注料)和永久層 (磚或澆注料)以及工作層(工作襯涂料或絕熱板)組成。七十年代中期, 永久襯仍主要用粘土磚砌筑，八十年代初期，開始用不同材質的不定型材 料作永久襯。中間包永久襯的主耍作用如下:(1) 支撐工作襯(2) 減少熱損失，防止包殼溫度過高(3) 當工作襯損毀時即保證安全，又是安全襯(4) 盡可能經濟，但鋼殼必須有足夠的剛性和強度，且設計形狀要便 丁工作襯剝離。中間包永久襯一般曲粘土

16、耐火磚砌筑而成，其主要缺點是整體性差，使 用壽命短，更換修補頻繁，勞動強度較大。在使用過程中，由于磚縫的存 在導致磚體脫落而損壞，嚴重影響到中間包的使用壽命。隨著中間包澆注 料、涂料的成功應用，永久層己改為整體澆注料，使用壽命得以大幅度提 高。2.2.1中間包永久襯的材料選擇及性能要求（1）根據中間包冶金的特點，永久襯整體澆注的材料應具有以卜特點:a、強度高，耐沖刷抗侵蝕性好，體積穩(wěn)定，耐熱震性好；b、流動性好，有合理的凝固時間；c、良好的保溫性能；d、較長的使用壽命；（2）中間包澆注料用材質有以下兒種：a、中間包用鋁硅質澆注料。該料損毀的主要原因是由于渣浸透引起的 結構脫落和熱剝落。通過改變

17、原料的al2o3/sio2比例，降低其熱膨脹率， 以提高結合強度和塑性性能。鋁硅質澆注料的理化性能見表2-1表2-1 鋁硅質澆注料的理化性能項habcdeaz/%6060585970sio2/%3536363625aho/sio，1. 711. 671. 611. 642. 80體積密度/g - cm-3900°c, 3h2. 452. 432. 442.452. 611500°c, 3h2. 392. 382. 362. 382. 44抗折強度/mpa900°c, 3h10. 09. 79. 512. 910. 31500°c, 3h15. 011.

18、615. 316. 913. 9線變化率/%900°c, 3h-0. 14-0. 06-0. 02-0. 02-0. 061500°c, 3h+0. 59+0. 78+0.89+0. 85+ 1. 78b、連鑄屮間包永久襯鋁鎂澆注料；c、屮間包永久襯用自流澆注料。以前，屮間包永久襯一般由耐火磚砌筑而成。但是存在著易掉轉，修 補困難等缺點。冃前，中間包永久層主要用澆注料進行整體澆注施工，該 材料有以下優(yōu)點：能抵抗中間包系統(tǒng)屮產生的熱應力；永久線變化為正值, 這樣冷卻時產生的裂紋在高溫下可以愈合，即具有裂紋自愈合性；所制永 久襯能保持光滑的表面，有利于工作層剝離；抗侵蝕性強，能

19、抵抗鋼液和 熔渣的侵蝕。由于永久襯的厚度較薄，施工環(huán)境差，給振動澆注料的現(xiàn)場施工帶來許 多不便。為了改進施丁方法，自流澆注料已在國內外得到成功地應用。通過 對骨料及顆粒級配的選擇，微粉、膨脹劑及減水劑的選擇與加入量的研究， 制備了性能優(yōu)良的用于屮間包永久襯的自流澆注料。永久襯自流澆注料理化 性能見卜表2-2。表2-2 永久襯自流澆注料理化性能項h指標ai2o374. 5%抗折強度(110°c, 24h)6. ompa(815°c, 5h)8. 5mpa荷重軟化溫度1380°c丿施工加水量5. 0%7. 0%2.2.2中間包永久層材料的改進(1) al2o3/sio

20、2率可均勻提高有資料介紹，當al2o3/si o2比超過1.70時，軟化變形率急速增加；當 al2o3/sio2比高達2.80時，在使用時，即使經過30min而軟化變形率也急速増 大。經過60min而后則無法測定，與實際操作中的使用結果比較，關于結構 剝落，該評價方法與使用結果比較一致。兼顧澆注料與涂料的粘附性，應選 擇ai2o3含量在60%左右的澆注料。(2) 高鋁水泥、氧化硅微粉的調整一般而言，減少高鋁水泥用量會使材料組織強度下降，為解決此問題需 增人氧化硅微粉的加人量。(3) 膨脹性原料的使用為解決因較厚組織屮間部脆弱化而引起的剝落損傷，在含ai2o3為59%的 澆注料中加人膨脹性原料。

21、隨著膨脹性原料加人量的增加，在各燒成溫度下 的線變化率縮小了，從而可改善材料的體積穩(wěn)定性。2.2.3澆注料的使用情況、損毀狀況和性能要求中間包永久襯澆注料雖不直接接觸鋼水，但其使用環(huán)境還是非?？量?的。屮間包在烘烤和接受鋼水期間溫度急劇升高，而連鑄結束后進行鎂質噴 涂料打水解體時，溫度又快速降低，澆注料因此反復受到急冷急熱引起的熱 應力作用。在鋼水停留時間最長的注流區(qū)，其渣線部位的鎂質涂層往往被嚴 重侵蝕，部位的澆注料也因此受到渣的侵蝕作用。在注流區(qū)和澆注孔等鋼水 快速流動的部位，澆注料會受到鋼水的沖刷作用。工作襯施丁時，澆注料會 受鎂質噴涂料的“水腐蝕”作用另外，在澆注孔和注流區(qū)等熔損較人的

22、部位, 鎂質噴涂料容易與澆注料產生燒結，使涂料解體困難，當澆注料的強度不足 時，這些部位會產生剝落。屮間包永久襯澆注料使用到屮、后期時，會發(fā)生各種不同的損毀情況， 側墻出現(xiàn)許多橫向和縱向裂紋，并且隨著使用爐數(shù)増加，裂紋數(shù)量増多，裂 紋寬度增大注流區(qū)渣線出現(xiàn)熔損和剝落。對于中間包澆注料來說，由于其使用環(huán)境比較惡劣，性能必須滿足以f 耍求：(1) 從反復經受冷熱變化考慮，必須具備良好的熱震穩(wěn)定性和體積穩(wěn)定 性；(2) 必須具備高強度和良好的熱震穩(wěn)定性；(3) 從注流區(qū)的抗鋼水沖刷性和其渣線部位的抗熔損性考慮，必須具 備高強度和良好的抗侵蝕性；(4) 從鎂質涂層的易解體性考慮，澆注料不能與鎂質涂層燒

23、結。2.2.4存在的問題中間包用耐火材料的工作壽命短，不僅増加中間包用耐火材料的單耗， 而且對于屮間包的周轉也較困難。屮間包損毀的主要原因有：(1) 龜裂和剝落(2) 與涂料的粘附等根據屮間包的使用要求，屮間包永久層澆注料應具備以下特點：(1) 即使受到反復加熱冷卻后的線變化率一般應為正值，產生龜裂耍少，作為結構體要具有穩(wěn)定性;(2) 使用表而噴涂以后，由于永久襯直接與鋼水接觸機會減少，耐熱 震穩(wěn)定性比耐侵蝕性更為重要。雖然ai2o3具有耐侵蝕性的特點，但含量大于 70%的氧化鋁材料因其膨脹率和收縮率高，耐剝落性差，而且易與mgo質涂 層發(fā)生強烈反應降低內襯壽命，因此ai2o3含量控制在60%

24、左右。2.3定徑水口鋼坯的澆注速度只靠定徑水口的出口孔徑來調節(jié)，在整個澆筑過程中， 孔徑必須保持恒定，以保證穩(wěn)定的拉坯速度，因而定徑水口需用高檔耐侵蝕 的材質。定徑水口選用高檔材質，一般采用純度較高的錯英石，cao穩(wěn)定的 zro2和工業(yè)zro2原料。1959年,英國barrow工場對連鑄水口進行研究,對其 后的連鑄水口開發(fā)給予了許多啟示。研究發(fā)現(xiàn)，作為連鑄水口材質最好的是 氧化eg(zro2)或錯英石(zro2-sio2),這是由于它對鋼水的耐侵蝕特性,不容 易和鋼水潤濕的原因另一方面，硅線石質水口具有耐侵蝕性特性，但在鋼水 中存在潤濕性的問題。國外還研制成功了長壽命高純氧化借質定徑水口(性能

25、見表2-3),其 體積密度高，顯氣孔率低，抗鋼液侵蝕性及耐沖刷性強同時，具有良好的抗 熱震穩(wěn)定性，可實現(xiàn)多爐連澆，從而延長了其使用壽命，滿足了通鋼量大， 澆鑄時間長的要求。這種定徑水口與原來的定徑水口相比，制作過程采用部 分氧化餡超細粉原料，對原料的顆粒級配進行了合理調整，并改進了成型工 藝，提高了水口芯的體積密度。表2-3氧化錯定徑水口的性能改進的水口顯氣孔率，13. 0假比重，g/cm35. 61體積密度，g/cm34. 89熱膨脹率(100°c),%0. 90常溫耐壓強度(溫室),mpa142.25定徑水口的可靠使用性能對于連鑄生產的穩(wěn)定正常進行非常重耍。定徑水口在使用過程屮所

26、承受的主要是化學侵蝕、機械沖刷、應力剝落，從其損 壞形式上主耍表現(xiàn)為擴徑和炸裂。在大多數(shù)情況下，連鑄機往往因為定徑水 口擴徑、炸裂、或脫落而停澆。因此，定徑水口必需具備良好的耐沖刷、抗 侵蝕和熱震穩(wěn)定性，在使用時不允許出現(xiàn)堵塞、開裂和擴徑等問題。氧化錯陶瓷定徑水口的優(yōu)點：抗鋼水沖刷性能特別強，能長時間地保持 水口孔徑穩(wěn)主。由于氧化鉗定徑水口的連澆時間長，不必頻繁更換屮間包， 口以減少損耗，減少停機準備時間，提高主機的效率。2.3. 1定徑水口的作用定徑水口是小方壞連鑄用關鍵耐火材料之一，廣泛應用于連鑄屮間包無 塞棒澆注系統(tǒng)，起控制鋼水流量和穩(wěn)定拉坯速度的作用，鋼水通過定徑水口 均勻穩(wěn)定地流入結

27、晶器，是保證連鑄正常進行的必耍條件，水口性能的好壞 直接影響著連鑄時間的長短。定徑水口可靠的使用性能對于給方坯連鑄機提 供優(yōu)質鋼水以及成功的澆鑄操作都非常重耍，不僅可使連續(xù)澆鑄次數(shù)增加， 而且直接關系到生產率的提高。其具體作用主要有如卜幾個方面：(1) 整流并引導鋼液均勻穩(wěn)定地流入結晶器；(2) 控制鋼水的流量，穩(wěn)定拉坯速度；(3) 保持結晶器內液而高度；(4) 提高連鑄效率，增加連續(xù)澆鑄次數(shù)；(5) 保證鋼坯質量。2.3.2定徑水口的損毀機理定徑水口擴徑原因：普通錯質或氧化錯定徑水口在使用過程屮都存在擴 徑問題，只是擴徑較快或較慢的差別：普通鉛質定徑水擴徑的主要原因是水 口工作面的錯英石與鋼

28、水及鋼水中的氧化物如cao、mgo、ai2o3、sio2等反 應而分解，生成非常細小的氧化鉆顆粒和多元液相而隨鋼水流走。氧化餡定 徑水口擴徑的原因與普通鉗質定徑水口相似，水口在使用時氧化鉗中的穩(wěn)定 劑氧化鈣與鋼水中的成分及鋼水中的夾朵物反應而脫溶，導致氧化錯因穩(wěn)定 劑脫溶而失穩(wěn)分解，變成單斜相小顆粒隨鋼水流走。這兩類水口使用時擴徑 述有一個共同的原因，即上述反應發(fā)生時，水口內部的組織結構會遭到破壞。 當材料的結合強度不足以抵抗鋼水的沖刷時，位于表面的顆粒和細粉被鋼水 沖走，造成水口擴徑。另外，氣孔率較高的定徑水口，鋼水通過氣孔逐漸由 工作面向水口內部滲透，在水口內部發(fā)生反應隨著澆鑄時間的延長，

29、水口內 部的反應分解現(xiàn)象也逐漸明顯，這是在澆鑄后期水口擴徑速率加快的原因。2.3.3小方坯連鑄用定徑水口的發(fā)展趨勢陶瓷型氧化錯定徑水口盡管使用壽命較長，但由于熱穩(wěn)定性差，使用時 容易炸裂。定徑水口是小方坯連鑄用的耐火材料起控制鋼水流量的作 用。鋼水均勻穩(wěn)定地通過定徑水口流人結晶器，是保證連鑄正常進行的必要 條件。定徑水口擴徑會導致流人結晶黠的鋼水過多，連鑄機被迫提高拉速而 造成漏鋼事故，鑄機往往因為定徑水口擴徑、炸裂或脫落而停澆。在連鑄發(fā)展初期，連澆時間短，使用鉆英石和氧化鉛復合制成的普通鉛 質定徑水口 r卩可滿足要求。水口性能的好壞直接影響連鑄時間的長短。部分 穩(wěn)主電熔氧化鉗的顯氣孔率低，體

30、積密度高，抗渣蝕性和體積穩(wěn)定性好，用 其制造的水口具有較長的使用壽命。目前，國內外普遍采用以cao或mgo作穩(wěn) 定劑的高純氧化鉆來生產定徑水口，其zro?的含量一般在95%左右，前者抗 鋼液的侵蝕性和沖刷性不高，而后者則在高溫下長期使用易出現(xiàn)脫溶現(xiàn)象。 為此，采用以mgo部分穩(wěn)眾電熔氧化錯(pmd)、cao部分穩(wěn)定電熔氧化餡(pcd) 和斜鉗石為原料，合理調整原料的顆粒級配，優(yōu)化成型工藝，加入一定的添 加劑和的餡質定徑水口。結合劑可制成氧化鉆的穩(wěn)定率達70%的性能良好的 錯質定徑水口。2.3.4錯質復合定徑水口的發(fā)展冃前國內小方坯連鑄用水口是餡質定徑水口，以斜餡粉或工業(yè)為原料， 單獨加入穩(wěn)定劑

31、氧化鎂或氧化鈣，或加入單一氧化鎂或氧化鈣部分穩(wěn)定氧化 錯，再添加一定的添加劑和燒結劑，于1700°c1760°c溫度范圍內燒成，其 水口內的含量7274%向zk)2含屋大于94%過渡。我國小方坯連鑄用的主要 是普通餡質定徑水口，zrch含量介于65%95%z間，使用壽命一般為610 次，最高為15次，根據其生產工藝的不同可分為整體全均質定徑水口、直接 復合式定徑水口、振動成型式定徑水口和鑲恢式定徑水口。(1)全均質定徑水口全均質定徑水口主耍由鉛英石和氧化鉗按一定比例直接混合后，經成 型、干燥燒結而制成燒成溫16201650°c其特點是組成、性能和結構比較 均勻，可

32、靠性較好，成本較高。（2）直接復合定徑水口為降低成本，普通誥質定徑水口可以做成直接復合型，水口本體由鉛英 石制成，水口定徑端的內孔部位（工作面）由鉗英石和氧化錯復合制成。合 部位的氧化鉗含量為72%78%。本體和復合部位同時成型，一次燒成，燒 成溫度為為16201650°co此種水口的成本比全均質定徑水口低得多。由于 水口木體和復合部位是同時成型和燒成，復合部位在使用時不會脫落。但是, 由于氧化錯在11001250°c會發(fā)生馬氏體相變并伴有體積變化，容易導致水 口在使用時岀現(xiàn)炸裂。因此，生產這種水口必須使用穩(wěn)定氧化鉛且含量不宜 太高。由于定氧化錯與錯英石的熱膨脹系數(shù)仍不一致

33、，水口在使用時還可能 會出現(xiàn)開裂。（3）振動成型定徑水口振動成型定徑水口由水口芯、水口本體和鐵皮外殼組成，水口芯由鉗 英石和氧化錯復合制成，燒成溫度全后將水口芯、高鋁料和鐵皮外殼用振動 加壓的辦法成型在一起。成型好的水口不用再燒結，只需烘干此種水口具有 成本低、水口芯不易脫落的優(yōu)點，缺點是長時間使用會因鐵皮外殼熔化而漏 剛。（4）鑲嵌式定徑水口鑲嵌式定徑水口本體外套由高鋁料制成，水口芯由鉛英石和氣化鉛復合 制成。水口本體和水口芯分別制作，然后用耐火泥將二者粘結在一起。其特 點是比全均質水口成本較低，比直接復合定徑水口熱穩(wěn)定性好，如果粘結不 好，長時間使用時會出現(xiàn)水口芯脫落。鉛質復合定徑水口的優(yōu)

34、點是生產成本較低、價格較便宜。在連澆時間 <500min而時比較合適。但是此類水口存在明顯的缺點,即在使用時由于錯英 石與鋼水及鋼水屮的夾雜物（ai2o3、sio?、cao、sio?、mgo、mno、sio2 ） 等反應而分解，生成非常細小的氧化鏘和多元液相，反應生成物很容易被鋼水 沖走。因此,普通鉆質復合定徑水口存在擴徑問題。盡管提高水口中的氧化錯 含量可以減慢水口的擴徑速率，但不能從根木上解決問題。如果水口的使用時間8h,應選用抗侵蝕性和抗沖刷性更好的氧化鉛定徑水口。鉗質復合定 徑水口的性能見卜表24。表2-4#制復合定徑水口的性能序號zr02 %顯氣孔率%體積密度g/cm3使用時間

35、h172203. 84275203. 95378213. 96480224. 07585224. 18第3章干式振動料的現(xiàn)狀3.1中間包干式料的優(yōu)點（1）干式振動料是在使用過程中依靠溫度梯度從工作層至永久層逐步 燒結，在工作層熱面形成致密結構，不會出現(xiàn)貫穿裂紋等導致熔渣滲至永久 層的現(xiàn)象。提高工作層的使用壽命，降低耐火材料對鋼液造成的污染；燒結 的過程中出現(xiàn)微量收縮，易于翻包、脫包；未燒結層的致密度較低，有利于 屮間包保溫。（2）施工方便，因無水施工，可以快速烘烤或無須烘烤而直接使用， 增加了中間包的利用率，延長中間包的使用周期，從而可以減少備用包的數(shù) 量。出于干式振動料不含水分，可以減輕中間

36、包內鋼液二次氧化的機會，使 鋼液的吸氫卜降，提高鋼坯的質量。（3）與涂抹料和比，使用干式振動料能減少烤包能量消耗，降低勞動 強度，提高勞動生產率。干式振動料僅需在200300°c烘烤4590分鐘使結 合劑固化即可，施工設備簡單，施工方便。（4）干式振動料的使用壽命較長，一般可達20小時以上，高者達到60 70小時，這極大地捉高煉鋼過程的勞動生產率。3.1.1中間包干式振動料的原理干式震動料是不加任何液體結合劑的干式耐火混合料，經震動獲得致 密施工體，無需養(yǎng)護只經烘烤即能直接使用的不定性耐火材料。其工藝原理 是：使用具有熱固性有機及無機復合結合劑，粉料和骨料采用屯熔和高純氧 化鎂精心配

37、制物料的顆粒級配，保證在較小的震動力作用下，顆粒能迅速移 動，填充各種空隙而各級物料無剩余和不足，從而獲得較高的堆積密度，經 低溫烘烤便可硬化成型。中間包干式震動料通常也成為堿性干式振動料。中間包干式振動料的設計是將中間包絕熱板和涂抹料的優(yōu)點結合起來。 使用鎂質（或鎂鈣質）涂料的中間包除使用壽命大幅度提高（平均達10h左右, 最高達24h左右）之外，還可以對鋼水起到凈化作用。作為中間包整體包襯，它 和對涂抹料內襯和絕熱板內襯具有以下優(yōu)點：a、澆鋼時間延長，噸鋼耐火材 料成本降低；b、殘襯解體容易，永久層壽命高；c、中間包的熱效率提高， 能耗降低；d、中間包周轉速度加快，備用包數(shù)量減少；e、中間

38、包容量穩(wěn)定, 有利控制鋼水溫度；f、由于工作襯為完全干性，預烘烤周期人人縮短；g、 由于堿性干式振動料中的si02含量較低，與硅質絕熱板內襯相比，能降低鋼 水中的硅質夾朵物，提高鑄坯質量。3.2國內外中間包工作襯研究現(xiàn)狀曲于干式振動料具有很多優(yōu)點，是目前國內外比較先進、性能優(yōu)良的耐 火材料。關于這種材料的研究和應用也處于嘗試階段。目前干式振動料也僅 限于鎂質和鎂鈣質兩種，應用較多的是鎂質干式振動料。屮間包干式料出現(xiàn)較早。20世紀90年代初，口本的周南制鋼所就開發(fā)了 一種干式石灰質搗打料。為了提高材料的抗水化性能，在石灰熟料表面形成 碳酸鹽結構。這種石灰質耐火材料的應用，使浸入式水口堵塞的現(xiàn)象人

39、人減 少。但畢競石灰質耐火材料的抗水化性能尚未完全解決，這種材料也僅限于 實驗室。后來，美國的geery鋼廠也開始了這方面的嘗試，取得了令人滿意 的效果，并隨后出現(xiàn)了牌號為unrecol35dv的鎂質中間包干式料。在90年代 中后期，由于鈣質材料抗水化性能一系列研究進展，諸如在鈣質材料中添加 mgo. ai2o3、zro2. fe2o3> ti02. ca(oh)2以及稀土氧化物，它們或和cao反應 生成化合物，與其它材料一起包覆在cao表面，或在高溫燒成時形成致密結 構，提高cao材料的抗水化性能。還有采用表面覆膜，即在鈣質材料表面涂 上一層磷酸鹽、有機瀝青、石蠟、樹脂以及在材料表面碳

40、酸化等措施均大幅 度提高材料的抗水化性能，促進了冶金用耐火材料的發(fā)展。這時，出現(xiàn)了中 間包涂料一一中間包鎂質涂料、中間包鎂鈣質涂料以及超純凈鋼用耐火材料 的發(fā)展。這些材料的出現(xiàn)大多是從冶金學的角度去研究考慮、應用和發(fā)展的。 有學者認為堿性耐火材料尤其是伊質材料能吸收鋼液中的p、s雜質，還能通 13cao+al203=3cao - a12o3反應降低鋁鎮(zhèn)靜鋼中a1o夾雜物的含量。有學者認 為從熱力學角度出發(fā)，高溫卜50是最穩(wěn)定的化合物，具有不污染鋼液并能 除去鋼液中的s、p以及非金屬夾雜物的能力；同時還認為50防水化技術的發(fā) 展已使cm)質耐火材料能夠達到實用水平。90年代屮后期起，含50的堿性

41、耐 火材料，如澆注料、噴涂料、涂抹料等在我國各大型鋼鐵企業(yè)廣泛應用，取 得了良好的冶金效果，大幅度提高了我國鋼材的質量。隨著我國鋼鐵工業(yè)走 向世界，必須實現(xiàn)高效優(yōu)質生產、低消耗、低能耗的可持續(xù)發(fā)展，也對鋼鐵 連鑄使用的耐火材料提出了高性能、高壽命的要求，尤其是在煉鋼爐、鋼包用耐火材料長壽命的基礎上，中間包工作襯用耐火材料的壽命 已成為鋼鐵工業(yè)優(yōu)質高效、低消耗的瓶頸之一。對屮間包工作層用耐火材料 的研究已從單純提高冶金效果轉向了在不降低其冶金效果的同時，通過改變 材料的組成和組織結構來提高材料的使用壽命，適應鋼鐵工業(yè)優(yōu)質、高效、 低能耗的需求。3.2.1國外發(fā)展概況從目前來看，國外也僅是少數(shù)人把

42、干式振動料列為不定形耐火材料的一 個類別，在此之前也曾有少數(shù)企業(yè)試用中間包干式振動料使用效果良好的報 道。但關于中間包干式振動料蝕損機理的研究尚耒見報道。這可能是因為： 在中間包中干式振動料的應用尚未普及，在少數(shù)企業(yè)試用，大多數(shù)企業(yè)尚 未體驗干式振動料帶來的好處和優(yōu)勢，還未顧及其蝕損機理的研究。干式 振動料的成型工藝、機理及成型后的使用強度尚未得到最終解決，而這些問 題對澆注料、涂抹料、噴涂料來講，都是早己成熟的技術。少數(shù)企業(yè)采用 技術封鎖，依靠這種技術獲得高額利潤?；谶@些現(xiàn)象，有關中間包用干式 振動料研究極少報道。而基于澆注料、涂抹料、噴涂料的各種堿性耐火材料 隨著堿性耐火材料防水化技術的

43、發(fā)展廣泛應用。日本早在20世紀80年代末至 90年代初就開展了cao質中間包功能涂料的研究和應用，并在mgo-cao質耐火 材料中添加zr02等物質來改善材料的性能等方面進行了研究。隨著各種濕式 堿性中間包耐火材料的廣泛應用及冶金工業(yè)對耐火材料要求的不斷提高，對 各種濕式堿性中間包用耐火材料蝕損機理的研究也取得了深入的進展。3.2.2國內發(fā)展概況國內應用鎂鈣質耐火材料起步較晚，而干式振動料的應用和國外基本同 步。先后在20012003年巾請了4項發(fā)明專利。有關干式振動料蝕損機理研 究也耒見報道。目前也僅在一些鋼廠的中間包上做小批量的工業(yè)性試驗，并 未大規(guī)模推廣使用。有關澆注料、噴涂料（涂抹料）

44、等蝕損機理研究也偶爾出 現(xiàn)，且人多數(shù)是用于鋼包渣線的耐火材料。有學者認為低堿度高鐵渣對門云 石質，特別是高鈣質耐火材料侵蝕嚴重。在白云石砂中引入畸0使方鎂石形 成連續(xù)相，材料具有較好的抗高鐵渣的侵蝕作用。另一些學者認為堿性耐火 材料損毀的主要原因是滲入的熔渣與耐火材料反應引起的膨脹使耐火材料 產生結構崩裂、剝落以及熔渣對耐火材料產生的化學侵蝕。當連續(xù)生產作業(yè) 時，堿性耐火材料表現(xiàn)出溶損型損壞，間歇式作業(yè)則出現(xiàn)粉化和結構剝落現(xiàn) 象。北京科技人學的賀智勇等人認為：氣孔是中間包熔渣在耐火材料工作層 中滲透的主要途徑，尤其是孔徑較大的連通氣孔。熔渣在涂料中的滲透和反 應促使涂料燒結、變質，加快了涂料的

45、溶損速度。洛陽耐火材料研究院的馬 軍強等人認為：在鎂質耐火材料中加入富鋁尖晶石，增強鎂質耐火材料的抗 鈣處理鋼渣的熔蝕性好，抗熔渣滲透性增強。當鎂鈣質耐火材料采用硅微粉 作結合劑時，基質中的si(h和cao反應生成gs,阻止熔渣的滲透，提高材料 的耐用性。當材料與熔渣相遇時，熔渣中的feo、fezos等氧化物與mgo反應生 成鎂富氏體，使材料熱面結構致密化，阻止熔渣的進一步滲透。滲入基質中 的si02和50反應生成c?s并沉積于氣孔內壁，優(yōu)化了耐火材料坯體中的氣孔 結構，增加了壞體的致密度。滲入的熔渣因其中feo等低溶物被吸收，粘度 升高，從而抑制了熔渣對耐火材料的進一步滲透和侵蝕。從國內外研

46、究的狀況來看，鎂鈣質耐火材料蝕損主要是溶蝕和滲透作用 造成的,耐火材料中的cao. mgo的si02和ai2o3反應生成cao - mgo -sio2(cms). 3cao-mgo-2sio2(c3ms2). 2cao al203 sio2(c2as)等低熔相,這些生成的低 熔相又加劇對耐火材料的侵蝕。從冶金學的角度來看，mgo-50耐火材料對 鋼水有良好的冶金作用，能降低鋼液中的p、s以及非金屬夾雜物。但這種耐 火材料在使用的過程屮cm)會隨著反應的進行逐漸消耗，在耐火材料屮形成 孔隙，加劇侵蝕反應。同時鎂鈣質耐火材料和鈣質耐火材料的燒結性差，材 料的中溫強度較低，若采用燒結助劑又會降低耐火

47、材料在高溫下的抗熔渣侵 蝕性能。鎂質材料具有良好的高溫性能和抗高鐵高堿性熔渣侵蝕性，通過加 入改性劑改善其基質的化學組成和組織結構，使基質也具有良好的高溫性能 的同時，在基質中形成細小而均勻氣孔，有效地改善鎂質耐火材料的抗熔渣 侵蝕和抗熔渣滲透性，延長鎂質中間包工作襯的使用壽命。但仍須說明：對冶煉特殊鋼時，采用鎂鈣質耐火材料和鈣質耐火材料對 改善鋼坯的性能更有利。此時應在更好的冶金效果下提高耐火材料的使用壽 命。第4章中間包干式料的研究發(fā)展4.1各種改性劑對干式料的影響我國具有豐富的菱鎂礦、門云石、石灰石等堿性耐火材料的資源，這 些材料具有優(yōu)異的抗高溫作用的性能和抗堿性熔渣的侵蝕性能，使得堿性

48、 耐火材料的使用量呈逐年遞增趨勢，堿性耐火材料在中間包中的使用也fi 益增多。為了提高中間包干式料的抗熔渣滲透性，很多學者研究了加入各 種改性劑對提高其性能的影響。4.1.1高鋁磯土對中間包鎂質干式振動料性能的影響在干式振動料燒結的過程中，高鋁磯上中的ai2o3與鎂砂發(fā)生反應生 成ma(鎂鋁尖晶石)，它能使干式料產生反應結合作用，在不降低干式料 的高溫使用性能的前提條件下促進試樣燒結。同時高鋁磯土中的cao、 fe2o3. ti02及r2o等少量朵質在高溫下能與鎂砂中的cao等反應。高溫 燒結時出現(xiàn)少量液相，能促進干式振動料的燒結。(1) 在鎂質干式振動料中添加高鋁磯十.，改善了鎂質干式振動料

49、的燒結 性能且燒結收縮較小。(2) 在鎂質干式振動料屮添加高鋁磯土，能改善其基質組成，使其具有 良好的高溫性能。(3) 在鎂質干式振動料中添加高鋁磯土能減小其基質中氣孔孔徑，改善 其氣孔孔徑分布，從而降低了熔渣在干式振動料中的滲透，有利于提高干 式振動料的使用壽命。4.1.2鎂砂種類對干式振動料的性能影響學者分別以電熔鎂砂和中檔燒結鎂砂為主要原料，加入相同的結合劑、 燒結劑和改性劑進行反復試驗。最終發(fā)現(xiàn)：以電熔鎂砂為主原料的試樣具 有較高的體密度，其在各溫度下處理后的耐壓強度也較高，燒后線變化率 較小，抗侵蝕性能優(yōu)于以中檔燒結鎂砂為主原料的。因此，以屯熔鎂砂為 主原料的試樣的綜合性能更為優(yōu)異。

50、4.1.3粘土對干式振動料的性能影響隨著粘上加入量增加，干式振動料的燒后常溫強度呈上升趨勢。試樣 的燒成收縮也呈上升趨勢。這是因為粘土具有助燒作用，其加入后能和鎂 砂中的雜質形成低熔物或固溶體，促進試樣的燒結。隨粘土加入量的增加， 燒結作用增強。粘土加入量的變化對試樣的抗折和抗壓強度影響顯著。但 在實際應用過程中，干式料的燒后常溫強度并非越高越好，燒后常溫強度 反映材料的燒結程度。強度值越人則反映燒結過程中在試樣內部形成較多 的液相，使材料的抗熔渣侵蝕性和抗熔渣滲透性變差。試樣的燒后常溫強 度越高，燒結過程線收縮率也越人。高溫使用時，會使干式料產生較大的 收縮導致試樣開裂，產生的裂紋是熔渣在耐

51、火材料中滲透最主要的滲透途 徑。4.1.4硅微粉對干式振動料的影響硅微粉又稱硅灰，一般耐火材料工業(yè)用的硅微粉大多是金屬硅鐵廠生 產硅鐵的副產品，其活性僅次于屯子工業(yè)副產品的硅微粉。硅微粉的外形 是圓形顆粒狀，其粒徑介于0.10.5um之間，也有平均粒徑為的硅 微粉。在澆注料屮，硅微粉的球形顆粒及其具有的較強的表面活性使其顆 粒表面易于形成水化膜，這能有效地降低顆粒之間的摩擦力，捉高澆注料 的流動性。所以，在低溫下，硅微粉具有較好的膠結作用，高溫卜能促進 耐火材料的燒結，是耐火材料理想的結合劑和性能改善的摻和物。在干式 振動料中，硅微粉也能提高材料的成型性能，因其具有較人的比表面積， 具有促進材

52、料燒結作用，所以也是干式振動料良好的中溫和高溫結合劑。硅微粉在澆注料中的結合機理為:sio2微粉和水相互作用生成硅膠長 鏈，在坯體中起結合作用，隨著溫度的升高，形成的硅膠長鏈在脫水后也 能保持其長鏈結構和形狀，使?jié)沧⒘暇哂休^高的中溫強度。當澆注料為鎂 質澆注料時，硅微粉能和氧化鎂結合成網絡狀結構，并在805°c時形成鎂 橄欖石，一直保持到高溫階段，這也是鎂質澆注料使用硅微粉作結合劑高 溫強度較高的原因。在干式料中添加硅微粉，高溫條件下，在干式料中形 成鎂橄欖石結合相，改善了其基質組成，提高了干式振動料的高溫使用性 能。4.2中間包干式振動料的發(fā)展趨勢4.2.1中間包性能的發(fā)展出于鎂質

53、耐火材料具有優(yōu)異的抗高鐵堿性熔渣侵蝕性能，廣泛應用于 鋼鐵冶金的各個階段。為了提高干式振動料的性能，各位專家學者致力于 降低熔渣對耐火材料侵蝕的研究。研究途徑有:(1) 降低熔渣對耐火材料的潤濕性(2) 減小耐火材料中氣孔的孔徑和改善孔徑分布。眾所周知，熔渣對 耐火材料的侵蝕和滲透是沿著材料中較人的空隙進行的，人氣孔是熔渣滲 透的主要、快速通道。釆取各種措施來減少耐火材料基質中氣孔孔徑，阻 止熔渣對耐火材料的侵蝕。4.2.2干式料的發(fā)展趨勢現(xiàn)在，中間包用耐火材料的整體承包已經是一個趨勢。鋼鐵廠要求耐火 材料生產廠長提供一整套耐火材料的供料、施工和維護，鋼鐵廠按鋼成本付 給耐火材料貸款。所以，如

54、何保證在不降低使用性能的情況，怎樣降低中間 包干式料的生產成本，應成為各個耐火材料企業(yè)重點研究問題。其次，屮間 包耐火材料的合理搭配使用對耐火材料廠也至關重要。只有合理搭配各種耐 火材料，達到均衡損毀，耐火材料廠能獲得最佳成本效益化，才能在市場競 爭中處于有力地位。結論本文總結了屮間包用耐火材料的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，得岀以下結論：(1) 、目前，各國都在大力發(fā)展連鑄技術，而中間包又是鋼鐵連鑄技 術中的一個關鍵設備。(2) 、由于中間包的特性，因此選用合適的耐火材料和提高中間包的 壽命非常重要。(3) 、中間包干式振動料具有很多優(yōu)點，是國內外較先進、性能優(yōu)良 的耐火材料，但其抗熔渣滲透性較差。(4)

55、 各位專家學者通過加入各種改性劑，提高了中間包干式振動料的 性能。但就降低其生產成本還是一個很重要的研究課題。謝辭本論文是在老師岳衛(wèi)東副教授的悉心指導下完成的。岳老師不辭辛勞, 對我的指導竭盡全力，我的每一點進步都滲透了他的心血。岳老師嚴謹?shù)?治學態(tài)度、淵博的專業(yè)知識，以及他溫和的立身處世態(tài)度，給予我很人的 啟迪，使我終身受益。值此論文完成之際，我真誠地向岳老師表示衷心地 感謝和美好的祝愿！感謝三年來我所有的任課教師對我學業(yè)的指導！感謝材料科學與工程系所有領導對我人學期間的教導和關心！感謝二十二年來一直默默為我付出，關心支持我的父母！感謝我的學長、同學人學三年對我的關心和幫助。祝愿以上所有人夢

56、 想成真，生活愉快！參考文獻1 胡世平，龔海濤，蔣志良等短流程煉鋼用耐火材料。第1版.北京冶金 工業(yè)出版社，2000年：234240；2 吳華杰，程志強，金山同，等.鎂鈣質和鎂質中間包涂料對鋼液潔 凈度的影響.耐火材料,2002, 36(3) , 1451473 金長佳，江東才連鑄中間包內襯耐火材料的發(fā)展及其冶金作用首鋼科 技，2002, 2： 11 13；4 錢躍進，劉家榮，高里存.高鋁磯土對中間包鎂制干式振動料性能的影響.工業(yè)爐,20065 岳衛(wèi)東，聶洪波，鄭禹清，王應剛.中間包堿性干式振動料的研制與使用耐火材料,2005,39 (5) , 3443466 錢躍進.中間包干式振動料的研制及

57、蝕損機理的研究西安建筑科技大 學學位論文.20057 程本軍等：中間包永久襯用自流澆注料的研制.耐火材料，1999.3(163 165)；8 t金鳳譯中間包澆注料的高溫性狀j 國外耐火材 料，1997, (7) :2731)；9 timberlake r d,soofi m.tundish refractory technology for clean steelmakeingj,iron and steel engineer,198& 65(2):3237；10 金氏佳，江東才.連鑄中間包內襯耐火材料的發(fā)展及其冶金作用首鋼 科技，2002, 2： 11 13；11 luehrsen e, oberbach m,stallmann h g.refractories for continuouscasting of steelrequirements;currentstate anddevelopments j,inst of metals, 1985(9):19；12 王建軍，包燕平，屈英.中間包冶金學第1版北京.冶金工業(yè)出版社， 2001 年1