鋼包用耐火材料現(xiàn)狀及發(fā)展

1、洛陽理工學院學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計及學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人或集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 作者簽名： 年 月 日洛陽理工學院學位論文版權使用授權書本論文作者完全了解學校有關保留、使用畢業(yè)設計及學位論文的規(guī)定，學生在校學習期間畢業(yè)設計及論文的知識產權單位歸屬洛陽理工學院。同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權洛陽理工學院可

2、以將本學位論文的全部和部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。作者簽名：指導教師簽名： 年 月 日2洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）鋼包用耐火材料現(xiàn)狀與發(fā)展摘 要鋼包是煉鋼工藝所需設備之一。隨著轉爐壽命的提高，連鑄比的增加和爐外精煉技術的進步，鋼包處于容量大、鋼種多、溫度高、時間長等日益苛刻的使用條件，對鋼包用耐火材料的要求也不斷提高。世界各國為提高鋼包壽命,降低耐火材料消耗,提高現(xiàn)有耐火材料的質量，開發(fā)研制了各種新型耐火材料,特別是不定形耐火材料的出現(xiàn),它不但改進了傳統(tǒng)砌筑方法, 而且對鋼包壽命也有明顯的改善.生產實踐表明,包側壁采用高鋁質加20%

3、鎂鋁尖晶石的澆注料,包底使用高鋁磚,渣線使用鎂碳磚使用效果最好。本文總結了近幾十年來國內外鋼包用耐火材料的使用現(xiàn)狀和發(fā)展過程。20世紀5060年代，我國鋼包使用的耐火材料主要是各種粘土磚，由于使用費用低，直到80年代還有一些鋼廠的鋼包仍使用粘土磚。20世紀60年代末，我國有些鋼廠的鋼包開始使用各種高鋁質襯磚，使鋼包壽命大幅度提高。20世紀70年代初,蠟石鋼包磚,在鋼鐵企業(yè)不同類型的鋼包上進行了試用。20世紀90年代，是我國連鑄技術快速發(fā)展時期，高效連鑄技術成為其發(fā)展的重心。為了提高連鑄鋼包使用壽命，適應高效連鑄技術發(fā)展的需要，我國又開發(fā)了鋼包用鋁鎂碳磚等一系列鎂質磚，用于各類連鑄鋼包，使鋼包使

4、用壽命大幅度提高。最近十年,我國吸取國外經驗開始把耐火磚改為使用不定形耐火材料,用投射、搗打、澆注等方法筑造整體內襯。采用投射施工比砌磚施工節(jié)省勞動力50%。投射料有高鋯英石質、MgO-質、MgO-質和-C質等。如今提高鋼水純凈度降低生產成本仍是各國共同努力方向。關鍵詞：鋼包，耐火材料，鋼包壽命,鎂碳磚， Status and development of refractories for ladleABSTRACTLadle is one of the equipments needed in steelmaking process. With the increase of the lif

5、e 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 ladl

6、e 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

7、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 deca

8、des. 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 greatl

9、y 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 developmen

10、t. 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 te

11、n 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- a

12、nd -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目錄前言1第1章 鋼包概述21.1 鋼包的作用及分類2 1.1.1鋼包的作用2 1.1.2鋼包的分類2 1.2 對鋼包的使用要求21.2.1鋼包用耐火材料的要求2 1.2.2

13、鋼包盛鋼量的要求2 1.2.3鋼包凈高度的要求2 1.2.4鋼殼表面溫度的要求2第2章 鋼包用耐火材料的介紹42.1 澆注鋼包的使用情況介紹42.1.1 高鋁尖晶石澆注料42.1.2 低水泥耐火澆注料42.2 鋼包的用耐火磚介紹5 2.2.1 硅酸鋁質材料5 2.2.2 鋁鎂（碳）質材料6 2.2.3 鎂碳質材料7 2.2.4 鎂鈣（碳）質用材料7 2.3 磚砌鋼包的使用情況介紹8 2.3.1 絕熱層8 2.3.2 永久層8 2.3.3 工作層8 2.4鋼包襯用耐火材料的損毀機理9 2.4.1 渣線用耐火材料的磨損機理9 2.4.2 底部的主要耐火材料磨損機理10第3章 鋼包用耐火材料的使用現(xiàn)

14、狀113.1 國內鋼包用耐火材料現(xiàn)狀11 3.1.1 我國鋼包用耐火材料類別和品種11 3.1.2 我國鋼包用耐火材料現(xiàn)狀113.2 國外鋼包用耐火材料現(xiàn)狀12 3.2.1 日本鋼包用耐火材料現(xiàn)狀12 3.2.2 歐美國家鋼包用耐火材料現(xiàn)狀12第4章 鋼包用耐火材料的發(fā)展144.1 我國鋼包耐火材料的發(fā)展14 4.1.1國內鋼包的發(fā)展情況14 4.2國外鋼包用耐火的發(fā)展14 4.2.1日本的鋼包用耐火材料發(fā)展14 4.2.2歐美鋼包用耐火發(fā)展情況15第5章 鋼包用耐火材料的研究發(fā)展17 5.1 轉爐鋼包用耐火材料的技術進步175.1.1 整體澆注技術的應用175.1.2 保溫材料的開發(fā)應用17

15、 5.1.3 永久層澆注料的開發(fā)應用17 5.1.4 低碳鎂碳磚的應用17 5.1.5 包沿口可塑料及保護板的應用18 5.1.6 鋼包修補料的開發(fā)及應用18 5.1.7 滑板質的改進18 5.1.8 鋼包除渣劑的應用18 5.2 國內鋼包用耐火材料發(fā)展中遇到的問題及對策195.2.1 磚砌包比例較高195.2.2 包底壽命低19 5.2.3 小修周期過短195.2.4 特殊鋼用耐火材料消耗高195.2.5 維修判斷技術及標準落后195.3 鋼包耐火材料的發(fā)展趨勢20結論21謝 辭22參考文獻23附錄24前言鋼包是煉鋼工藝所需設備之一。由于近年來爐外精煉和連鑄技術的發(fā)展，鋼包不僅是盛裝鋼水的容

16、器，已變成了鋼水精煉設備，尤其是爐外精煉與連鑄被套使用，鋼水在鋼包內停留時間大大延長，迫使出鋼溫度提高，導致鋼包使用壽命大幅度下降。鋼包周轉緊張，已成為連鑄生產的薄弱環(huán)節(jié)。與此同時，對剛的品種質量均提出日益嚴格的要求，尤其是，對保證各種微量合金元素組分的鋼種，已成為當今發(fā)展品種的主要目標，這就是要求冶煉時對鋼包也進行一系列合金化處理，還要求改善鋼包用耐火材料的材質，有利于鋼液的潔凈。為此，國內外正在進行著多方面的、深入的鋼包的耐材研究和實驗和應用。我國的鋼包用耐火材料也得到了很好的發(fā)展。特別是自20世紀80年代以來，我國的耐火材料科研機構、生產企業(yè)和使用廠家，密切配合，結合我國的國情，不斷開發(fā)

17、出新型的鋼包用耐火材料，使我國的鋼包用耐火材料以較快的速度向前發(fā)展，滿足了我國煉鋼工業(yè)快速發(fā)展的需要。 第1章 鋼包概述1.1 鋼包的作用及分類1.1.1鋼包的作用鋼包也叫盛鋼桶是冶金工業(yè)的重要容器件，起著儲存、轉運鋼水的作用，同時還要進行爐外精煉的雙重任務，隨著煉鋼技術的發(fā)展，我國的鋼包用耐火材料也得到了很好的發(fā)展。鋼包使用壽命的長短，不僅關系到耐火材料的消耗，而且直接影響煉鋼的正常生產。特別是隨著轉爐壽命的提高，連鑄比的增加和爐外精煉技術的進步，鋼包處于容量大、鋼種多、溫度高、時間長等日益苛刻的使用條件，對鋼包用耐火材料的要求也不斷提高，所以世界各國都在積極研究開發(fā)各種新材質耐火材料，以提

18、高現(xiàn)有耐火材料的質量，延長耐火材料的使用壽命，降低耐火材料的噸耗。1.1.2 鋼包的分類根據(jù)目前常見的鋼包可以將鋼包分為以下幾種：a根據(jù)鋼廠冶煉工藝不同可以分為：轉爐鋼包、電爐鋼包；b根據(jù)冶金作用可以分為：普通鋼包、精煉鋼包；c根據(jù)材料及施工方法不同可以分為：澆注鋼包、磚砌鋼包；d根據(jù)容量大小不同可以分為：50t以上的為大鋼包、50t以下的為小鋼包。1.2 對鋼包的使用要求1.2.1鋼包用耐火材料的要求 (1)耐高溫。能經受高溫鋼水長時間作用而不熔融軟化。 (2)耐熱沖擊。能反復承受鋼水的裝、出而不開裂剝落。 (3)耐熔渣的侵蝕。能承受熔渣對鋼包內襯的侵蝕作用。 (4)安全。要求鋼包在使用過程

19、中間不紅包、不漏鋼，保證安全作業(yè)。 (5)內襯具有一定的膨脹性，在高溫鋼水作用下，內襯之間緊密接觸而成為一個整體。 (6)具有足夠的高溫機械強度，能承受鋼水的攪動和沖刷作用。 (7)成本和其它要求。1.2.2 鋼包盛鋼量的要求LF、VD、RH要求的鋼包空包高度不同，LF、RH為300600mm，VD是1000mm左右；一般RH要求鋼包盛鋼量在100噸以上，而LF和VD對盛鋼量沒有限制。1.2.3 鋼包凈空高度的要求VD爐處理時帶渣操作會發(fā)泡，因此要求鋼包要有一定的凈空，以防止鋼水溢出。RH處理時要求真空槽能進入鋼包內，使得RH浸漬管插入鋼水中，由于真空槽不能無限度的下降，綜合這些要求，一般在將

20、凈空控制在300mm左右即可。1.2.4鋼殼表面溫度的要求鋼包在使用時，鋼殼溫度不能過高，以防止鋼殼變形及保證在鋼包周圍工作的人和設備的安全，通常要求小于等于300。資料介紹，對于鋼包包殼的溫度要小于包殼材質的蠕變溫度，一般應小于300-350(碳鋼的蠕變溫度300-350，合金鋼的蠕變溫度為350-400)。所以通常在設計鋼包內襯時要根據(jù)耐火材料的導熱系數(shù)合理計算出鋼殼表面溫度，從而達到預期目的。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）第2章 鋼包用耐火材料的介紹2.1 澆注鋼包的使用情況介紹在我國一般其公稱容量在50噸以下的不帶精煉的轉爐普通鋼包，其工作襯一般采用澆注料整體澆灌成型。工作襯一次性使用壽

21、命一般在50-60次左右，最高在70-80次左右，甚至個別鋼廠有在100次以上的。為降低噸鋼耐材消耗，許多鋼廠鋼包工作襯在使用一定次數(shù)后，將殘襯表面的殘鋼、殘渣清理掉，俗稱剝皮，然后再坐上胎模澆灌一定厚度的澆注料，待烘烤后繼續(xù)投入使用，可大大降低成本，該過程也叫套澆，其第1次留下的殘襯相當于永久襯，能維持2-3個包役。鋼包工作襯的材質有鋁鎂質、高鋁尖晶石質等，按結合劑可分為低水泥、超低水泥和無水泥耐火澆注料。2.1.1 高鋁尖晶石澆注料鋼包內襯不定形耐火材料自80年代推廣應用以來，已由原來的普通鋁鎂澆注料發(fā)展到鋁鎂尖晶石澆注料，澆注料性能明顯提高。鋁鎂尖晶石澆注料具有密度大、強度高、耐侵蝕、抗

22、剝落、磨損率低等優(yōu)點，能顯著提高包齡，因而被眾多廠家采用。筑襯工藝由搗打、投射、振動發(fā)展到胎模振動，胎模振動降低了鋼包耐火材料消耗。取得良好效果，鋼包包齡平均可達70-80次。具有振動均勻、操作簡便、勞動效率高等優(yōu)點，并且可實現(xiàn)鋼包內襯連續(xù)套澆，其理化指標如表2-1所示。表2-1高鋁尖晶石澆注料理化指標項目內容指標化學成分，%MgO+80-90體積密度,11016h15503h2.852.80抗折強度,MPa11016h15503h810線變化率，%11016h15503h0.11.02.1.2 低水泥耐火澆注料低水泥耐火澆注料是在粘土結合耐火澆注料的基礎上開發(fā)的，也是在20世紀80年代得到蓬

23、勃發(fā)展的新一代耐火澆注料。其主要品種有低水泥、超低水泥和無水泥耐火澆注料，它集多種耐火澆注料的優(yōu)點于一身，具有高密度、低氣孔、高強度、低磨損、耐熱震和抗侵蝕等特點，同時還具有體積穩(wěn)定性強和施工用水量低等特性因此應用廣泛，使用效果較好和社會經濟效益顯著。表2-2是低水泥、超低水泥、無水泥澆注料的使用性能數(shù)據(jù)統(tǒng)計。表2-2低水泥、超低水泥、無水泥澆注料的使用性能成分ABCLCALCBULCCFACFM氧化鋁,%氧化硅,%氧化鈣,%加水量,%94-5994-5996-389842695-2799-16100-24-592824-5體積密度,g/cm311016h10003h15003h16503h-

24、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氣孔率,%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抗折強度,MPa11016h10003h15003h16503h-5.35.44.5-4.73.76.5-2.52.17.2-4.711.0-3010.012.013.03.09.012.020.

25、03.09.018.015.02.2 鋼包的用耐火磚介紹2.2.1 硅酸鋁質材料 1.粘土磚粘土磚是我國最早使用的鋼包耐火材料，20世紀5060年代，我國鋼包使用的耐火材料主要是各種粘土磚，由于使用費用低，直到80年代還有一些鋼廠的鋼包仍使用粘土磚。某鋼廠鋼包用粘土磚的理化指標為：44.10%，52.10%，1.72%，顯氣孔率 16%18% ，常溫耐壓強度54.996.0MPa。粘土質鋼包襯磚的使用壽命因各鋼廠的使用條件不同而異。盡管現(xiàn)在我國的鋼包已經不再使用粘土磚，但粘土磚對我國建國初期煉鋼工業(yè)的恢復和以后的發(fā)展做出了重大貢獻。 2.高鋁磚隨著煉鋼技術的不斷發(fā)展和鋼產量及質量的不斷提高，粘

26、土質鋼包襯磚因使用壽命短，自20世紀60年代末，我國有些鋼廠的鋼包開始使用各種高鋁質襯磚，使鋼包壽命大幅度提高。武鋼平爐用270t鋼包從1968年開始使用二等高鋁磚，到1970年包齡達到25.7次，是粘土質襯磚的2.5倍。1974年包齡達到31.5次。武鋼二煉鋼轉爐用70t鋼包從1980年開始使用含量大于72% 的高鋁磚，包齡為34次，最高達到50次。寶鋼300t鋼包從1986年6月起，全包壁使用某耐火材料廠生產的一等高鋁磚，平均包齡50次左右。連鑄機投產后，鋼包使用條件惡化，包襯使用壽命減短。寶鋼與某些耐火材料生產企業(yè)合作，開發(fā)出了使用性能優(yōu)良的微膨脹高鋁磚，1992年4月正式使用A廠生產的

27、產品，平均使用壽命為81.5次，最高壽命達到100次。使用B廠的產品平均使用壽命為78.6次，最高達到122次（連鑄比55.73%）。太鋼70t鋼包使用高鋁質襯磚，使用壽命為64.3次?？傊?，我國鋼包使用高鋁質襯磚后，使鋼包的使用壽命顯著提高，保證了煉鋼生產的順利進行，促進了煉鋼工業(yè)的進一步發(fā)展。 3.蠟石磚蠟石磚是以葉蠟石為主要原料生產的一種燒成制品。20世紀70年代初，福建某耐火材料廠生產的蠟石鋼包磚在馬鋼、鞍鋼、上鋼三廠、三明鋼廠等鋼鐵企業(yè)不同類型的鋼包上進行了試用。結果表明，蠟石磚的使用性能優(yōu)于當時使用的粘土磚和三等高鋁磚。在馬鋼15t鋼包上使用，壽命達到66次。武鋼二煉鋼廠70t鋼包

28、也試用過該廠生產的含量72%的蠟石磚，但效果不太理想，使用壽命僅14次。寶鋼300t鋼包在1985年9月至1988年間曾使用過日本進口的蠟石磚，平均壽命38 次。某廠生產的鋼包用蠟石磚的理化指標為：78.95%，18.85%19.51%，0.44%0.52%，顯氣孔率14%18%，常溫耐壓強度32.962.9MPa。由于多方面的原因，蠟石磚在我國鋼包上沒有得到推廣應用。2.2.2 鋁鎂（碳）質材料 1.鋁鎂不燒磚除鋁鎂搗打料、鋁鎂澆注料之外，我國還開發(fā)了水玻璃結合的鋁鎂不燒磚，在鋼包上使用，壽命比傳統(tǒng)的硅酸鋁質鋼包磚長。本鋼160t鋼包使用鋁鎂不燒磚，平均壽命40.56次,比使用三等高鋁磚（壽

29、命18.5 次）提高1倍多。天津三煉鋼廠20t鋼包使用鋁鎂不燒磚平均壽命38.8次，最高達到55次，是粘土質襯磚使用壽命（9次)的4倍多。 2.鋁鎂碳磚20世紀90年代，是我國連鑄技術快速發(fā)展時期，高效連鑄技術成為其發(fā)展的重心。為了提高連鑄鋼包使用壽命，適應高效連鑄技術發(fā)展的需要，我國又開發(fā)了鋼包用鋁鎂碳磚，用于各類連鑄鋼包，使鋼包使用壽命大幅度提高。洛耐院、寶鋼和焦作某耐火材料廠合作開發(fā)的鋁鎂碳鋼包磚在寶鋼300t連鑄鋼包上使用，包齡從使用一等高鋁磚的20多次，提高到80次以上，最高達到126次。鞍鋼三煉鋼200t全連鑄并進行爐外精煉的鋼包，使用鋁鎂碳磚，平均壽命64次，最高達到73次。19

30、93年鋼包用優(yōu)質鋁鎂碳磚的推廣使用在我國全面展開，全國許多煉鋼廠，根據(jù)本企業(yè)的實際情況，陸續(xù)使用鋁鎂碳鋼包襯磚，使鋼包的壽命顯著提高，如攀鋼160t鋼包使用鋁鎂碳襯磚后，平均壽命提高到90次，最高達到115次。鋁鎂碳磚是以特級高鋁礬土熟料，電熔鎂砂或燒結鎂砂和石墨為原料，以液體酚醛樹脂做結合劑制成的不燒制品。 3.高檔鋁鎂不燒磚含碳鋼包襯磚在使用過程中會造成鋼水增碳，對冶煉潔凈鋼、低碳鋼和超低碳鋼非常不利。為了滿足潔凈鋼、低碳鋼和超低碳鋼冶煉的需要，開發(fā)了高檔鋁鎂不燒磚（無碳不燒磚）。高檔鋁鎂不燒磚與20世紀80年代初開發(fā)的水玻璃結合的鋁鎂不燒磚相比，是一次質的飛躍。除采用高純度原料（剛玉、高

31、純電熔鎂砂和高純鋁鎂尖晶石等）外，結合劑也采用了高性能的復合結合劑。高檔鋁鎂不燒磚在鋼包上使用取得了良好的效果，使用壽命達到甚至超過了含碳鋼包襯磚，同時減少了鋼水增碳。如河南某耐火材料公司開發(fā)的鋁鎂不燒磚，在某鋼廠100t鋼包和LF 精煉鋼包上使用，壽命是鋁鎂碳磚的1.5 倍。鞍鋼200t鋼包采用鋁鎂不燒磚一次包齡在110次以上，最高達到128次。170t連鑄鋼包使用壽命達到119次，超過了鋁鎂碳磚。寶鋼300t連鑄鋼包從1998年6月停止使用鋁鎂碳磚，開始使用高檔鋁鎂不燒磚。2.2.3 鎂碳質材料 1.鎂碳磚鎂碳磚具有優(yōu)異的耐侵蝕性能和抗剝落性能。鎂碳磚在鋼包上主要用于渣線部位，而非渣線部位

32、使用其他耐火材料（澆注料、不燒磚等），這樣既可獲得較高的使用壽命，又可降低耐火材料費用。某鋼廠鋼包渣線用鎂碳磚的理化指標為:MgO77.4%，C16.75%，顯氣孔率3.1%，體積密度2.90，常溫耐壓強度38.6MPa。1981年9月武鋼二煉鋼廠率先在70t鋼包渣線使用鎂碳磚，使用壽命50次，因非渣線部位高鋁磚損壞嚴重而停用。寶鋼300t鋼包渣線從1989年7月開始使用MT-14A 鎂碳磚，渣線壽命保持在100次以上。某鋼廠90tLF精煉鋼包渣線使用碳含量16% 左右的鎂碳磚，渣線壽命為95次。也有的鋼廠的鋼包采用全鎂碳磚包襯，如某鋼廠電爐用60tLF-VD精煉鋼包，全鎂碳磚包襯，平均壽命4

33、7次，最高達到57次。 2.低碳鎂碳磚鋼包渣線使用鎂碳磚存在著鋼水增碳問題，近幾年來，有些鋼廠和耐火材料生產廠家合作，開發(fā)了低碳鋼包渣線鎂碳磚。寶鋼300t鋼包渣線試用過碳含量小于7%和小于5%的低碳鎂碳磚，使用壽命可達110次左右，與普通鎂碳磚相當，可基本滿足300t鋼包的使用要求。鞍鋼鋼包的渣線也使用了碳含量在5%以下的低碳包襯磚，使用效果良好。2.2.4 鎂鈣（碳）質用材料1.不燒鎂鈣磚20世紀90年代初，洛耐院以合成鎂鈣砂和電熔鎂砂為原料，以固體無機鹽和無機鹽溶液為結合劑，開發(fā)出了鋼包用不燒鎂鈣磚，在上海某鋼廠40tLF-VD精煉鋼包上使用，壽命在40 次以上，并且鋼中的氧含量從下降到

34、。1992年該產品通過了原冶金部鑒定，之后在長城特鋼廠等鋼廠的精煉鋼包上使用。近幾年，某耐火材料公司開發(fā)出了無水樹脂結合的不燒鎂鈣磚，在某鋼鐵公司100tLF精煉鋼包上使用，壽命8085次，侵蝕速率1.281.37mm/次。2006年7-8月間，山東鎂礦與某耐火材料廠合作，研制出了不燒鎂鈣磚，在某鋼廠90tLF精煉鋼包（精煉率100%）包壁非渣線部位使用，壽命達到60次以上。因包底透氣磚嚴重蝕損而停用，不燒鎂鈣磚殘磚厚度在130mm左右，尚可繼續(xù)使用，預計正常包齡可達80100次。2.不燒鎂鈣碳磚本世紀初首鋼二煉鋼廠與某耐火材料公司合作，以合成鎂鈣砂、電熔鎂砂和高純石墨為原料，以無水樹脂做結合

35、劑，開發(fā)出了不燒鎂鈣碳磚，用于首鋼二煉鋼廠225t鋼包非渣線部位（渣線用鎂碳磚），平均使用壽命為116.8次，與原用鋁鎂碳磚相比，在包壁減薄20mm的情況下，平均壽命提高了37.57次。且鋼中的氧含量和非金屬夾雜都有所降低。我國還有一些鋼廠在SKF和LF-VD等多種精煉鋼包的渣線部位使用鎂鈣碳磚，取得了良好的效果。2.3 磚砌鋼包的使用情況介紹在國內大型轉爐鋼包、UHP電爐鋼包和其他普通功率、高功率電爐鋼包都要采用爐外精煉裝置以提高鋼水質量，這樣對包襯的使用環(huán)境提出了更高的要求，普通的澆注料就無法滿足工藝要求，所以一般采用磚砌的方式來完成。2.3.1 絕熱層在國內一般采用的是硅酸鋁纖維，但最近

36、幾年還研究一種通過納米技術和納米材料開發(fā)的新型絕熱材料和絕熱機構，具有高溫強度、尺寸穩(wěn)定的復合絕熱層在鋼包中應用良好，但價位比較高。2.3.3 永久層在精煉鋼包永久層的發(fā)展中，從高鋁磚砌筑到輕質澆注料澆注成型，而再到現(xiàn)在的新型自流澆注料整體打結。2.3.3 工作層1.熔池用耐火材料精煉鋼包工作襯在使用時熔池與渣線相比，就不是那么苛刻了。包壁的熔池主要承受負荷、急冷急熱、鋼水的沖刷等因素。因此，在精煉鋼包熔池部位一般采用-MgO-C磚砌筑。2.渣線用耐火材料精煉鋼包渣線一般選用耐侵蝕、抗熱震性能好的優(yōu)質MgO-C磚或MgO-CaO-C磚砌筑。精煉鋼包一次性或綜合包齡一般在60-80次左右，渣線一

37、次性壽命在30-40次左右，因此中間需要更換1次或2次渣線。表2-3是鎂碳磚的理化指標等級殘?zhí)迹?MgO,CaO,體積密度,氣孔率,%耐壓強度,MPa低檔6109494331.51.53.033.0073030中檔6049696962.12.12.11.01.01.03.043.053.0065304030高檔610149797972220.70.70.73.083.053.0055403035特優(yōu)級6101497.597.597.51.21.21.20.50.50.53.123.023.02456035353.鋼包底用耐火材料精煉鋼包包底所用的材料與熔池的基本一致，都采用鋁鎂碳磚砌筑，對于包

38、底沖擊區(qū)在出鋼時因承受鋼水的反復沖擊比其他部位損毀的要快，所以，砌筑該部位時通常采用立砌加厚的方式，使沖擊區(qū)部位與其它部位保持同步損毀，表2-4鋁鎂碳磚的理化指標。表2-4鋁鎂碳磚的理化指標名稱LMT-76LMT-74LMT-72MgO，%，141210+MgO,;767472C,;887體積密度,g/cm3;2.902.852.80顯氣孔率,%;8910常溫耐壓強度,MPa;5545440.2MPa荷重軟化開始溫度,;1670163016002.4 鋼包襯用耐火材料的磨損機理眾所周知,對耐火材料磨損機理的了解是進行耐火材料選擇及內襯設計的基礎。但是在實際情況中, 具體的磨損機理將會隨著工作襯

39、位置的功能、該區(qū)域所使用的材料系統(tǒng)以及實際的操作條件而變化。此處只討論鋼包的兩個最重要區(qū)域用主要耐火材料的磨損機理:渣線和底部。進一步聚焦這個主題, 這里只對兩種主要的實踐進行了介紹,即渣線用鎂碳磚和底部用尖晶石澆注料。2.4.1 渣線用主要耐火材料的磨損機理可以這樣說,渣線的破壞是鋼包不能使用而需要維修或重新砌襯的最普通的原因。一般來說,鋼包的使用條件有點類似轉爐,但比其條件更差,主要是由于氧化和溫度波動范圍更大，碳氧化和爐渣侵蝕是鎂碳磚內襯在使用中損壞的兩個最重要原因。實際上,這兩個因素相互作用也很厲害,并且有時很難說哪一個比另一個更有害。鎂碳內襯磨損機理包括兩個方面：物對鎂碳磚侵蝕包括兩

40、個方面:一是爐渣對鎂砂顆粒的熔損,如,CaO等氧化物與MgO形成低熔物,被爐渣帶走。二是爐渣中的FeO對鎂碳磚中的C氧化,造成磚結構松散。另外,鋼液在精煉過程中,進行吹氬攪拌,鋼水和鋼渣的機械沖刷,使渣線損毀加劇。除了化學侵蝕外,物理因素,例如垂直裂縫和磚縫也常常會引起渣浸蝕,結果導致渣線早期破壞并限制了其使用壽命。2.4.2 底部的主要耐火材料磨損機理鋼包底部的破壞,特別是沖擊區(qū)域,有可能是鋼包不能使用而需要維修或重新砌襯的第二個原因。典型特點是:鋼包高度越高,底部區(qū)域的耐火材料磨損越厲害。其它有關的因素可能包括出鋼溫度和爐子高度。Fuurtal等人已詳細介紹了底部用尖晶石澆注料的主要磨損機

41、理,Vert后來提供了更為詳細的資料。其中有三個主要階段:l)熱剝落溫度梯度和出鋼引起了爐齡初期階段底部熱面蛛網(wǎng)狀垂直裂縫的形成;2)鋼水和爐渣的滲透鋼水和熔渣滲透進底部的熱面,特別是通過那些形成于表面的垂直裂縫;3)結構崩裂隨后的熱循環(huán)導致熱面交替變化區(qū)域的結構崩裂,然后形成一個新的耐火材料表面。一旦新形成的耐火材料表面暴露于鋼水和爐渣中,那么第二和第三個階段將重復進行。第3章 鋼包用耐火材料的使用現(xiàn)狀3.1 國內鋼包用耐火材料現(xiàn)狀3.1.1我國鋼包用耐火材料類別和品種20世紀5070年代，我國的鋼包包襯主要使用的是硅酸鋁質耐火材料，包括各種粘土磚和高鋁磚等。從80年代起，我國陸續(xù)開發(fā)出了鋁

42、鎂（碳）質、鎂碳質和鎂鈣（碳）質等多個系列的新型鋼包用耐火材料。其中鋁鎂（碳）質耐火材料品種多、規(guī)格全，是我國主要的鋼包用耐火材料。我國鋼包用耐火材料的類別和品種見表3-1。表 3-1 我國鋼包用耐火材料類別和品種類別品種硅酸鋁質粘土磚、高鋁磚、高鋁搗打料、蠟石磚鎂碳質鎂碳磚、低碳鎂碳磚鎂鈣(碳)質自云石搗打料、不燒鎂鈣磚、不燒鎂鈣碳磚鋯質鋯質磚鋁鎂(碳)質鋁鎂搗打料、鋁鎂澆注料、鋁鎂不燒磚、鋁鎂尖晶石澆注料、鋁鎂碳磚、鋁鎂尖晶石碳磚、高檔鋁鎂小燒磚、高檔鋁鎂(尖晶石)澆注料3.1.2 我國鋼包用耐火材料現(xiàn)狀國內各鋼廠過去一直采用粘土磚、蠟石磚或高鋁磚等作鋼包內襯,使用壽命介于1050次,耐火

43、材料單耗介于1020kg/t鋼。自應用連鑄和二次精煉設備后,使鋼包的使用條件更加苛刻,使用壽命進一步降低,因此近年來大力更新材質,發(fā)展新品種,取得了顯著效果.鋼包內襯采用高鋁磚時,使用壽命比粘土磚、蠟石磚高,特別是含量高的高鋁磚的使用效果更好,表3-1列出了高鋁磚包襯的使用壽命。表3-1 高鋁磚包村的使用壽命公司名稱煉鋼爐鋼包容量，t含量，%使用壽命，次武鋼轉爐707235攀鋼轉爐130602123太鋼轉爐1308060寶鋼轉爐3008050我國利用得天獨厚的高鋁和鎂砂原料,開發(fā)出為6570%寫,MgO為1012%的鋁鎂磚,在鋼包上使用取得了很好成績,例如鞍鋼2O0t鋼包使用鋁鎂磚,使用壽命達

44、到45次,耐火材料單耗低于.27kg/t鋼,表3-2列出了不燒鋁鎂磚在各鋼鐵公司和鋼廠的鋼包上使用情況。表3-2不燒鋁鎂磚的使用效果鋼鐵公司和鋼廠名稱鋼包容量，t使用壽命，次撫鋼1045大連鋼廠電爐分廠1037.42南昌電爐分廠2033天津三煉鋼2039.55本鋼16041鞍鋼20045同時,還開發(fā)出了不燒鋁鎂碳磚和鎂碳磚,其中不燒鋁鎂碳磚系用礬土、剛玉、電熔鎂砂和高碳鱗片石墨等原料制成,具有耐蝕性、耐剝落性、熱穩(wěn)定性好和不掛渣等特性,使用壽命長,例如武鋼第二煉俐廠1992年把75t轉爐擴容為90t轉爐后,使用這種磚包齡達到50次。寶鋼300t鋼包包壁使用鋁鎂恢磚,渣線使用鎂碳磚,平均壽命達到

45、50次。新?lián)徜?0t鋼包采用鋁鎂碳磚,包齡達到71次.國內鋼包近年還采用了搗打包襯和澆注包襯,都較大地提高了鋼包壽命。例如,鞍鋼200t鋼包采用鋁鎂質搗打料筑造整體包襯,平均使用壽命為85次,最高達到108次,耐火材料單耗為2.7kg/t鋼.漢陽鋼鐵廠6t轉爐鋼包采用高鋁一尖晶石質澆注料筑造包襯,使用壽命達到140180次,耐火材料單耗為4.55.6kg/t鋼。3.2 國外鋼包用耐火材料現(xiàn)狀3.2.1日本鋼包用耐火材料現(xiàn)狀日本普通鋼包使用價格便宜的蠟石磚、鋯英石磚和為85%的高硅酸質磚等。在使用條件苛刻的鋼包渣線處使用了堿性磚和中性磚。在精煉鋼包渣線處使用了鎂碳磚、鋁碳磚、尖晶石碳磚和鎂白云石

46、碳磚等含碳耐火材料,改進了耐蝕性和耐剝落性。最近十年,日本大型鋼包已由使用耐火磚改為使用不定形耐火材料,用投射、搗打、澆注等方法筑造整體內襯。采用投射施工比砌磚施工節(jié)省勞動力50%。投射料有高鋯英石質、MgO-質、MgO-質和-C質等。搗打施工比砌磚施工節(jié)省勞動力約40%,主要使用錯英石質搗打料等。在不定形耐火材料中,澆注料發(fā)展最快,開發(fā)使用了鋯英石一葉蠟石質、半鋯英石質、鋯石英英石質、質、高鋁質澆注料等,特別是近幾年又研制出了在高鋁質澆注料中加入鎂鋁尖晶石的鋁尖晶石質澆注料。鎂鋁尖晶石的加入量介于1030%,而加入2025%鎂鋁尖晶石的鋁尖晶石質澆注料的使用效果最好。例如,日本川崎鋼鐵公司千

47、葉廠第三煉鋼車間255t鋼包側壁由使用半鋯英石質澆注料改為使用鋁尖晶石質澆注料,渣線使用鎂碳磚,包底使用高鋁磚,使用壽命達到294次,耐火材料單耗為1.06kg/t鋼,該公司水島廠1990年代替錯英石質澆注料,使用鋁尖晶石質澆注料,平均使用壽命達到250次,蝕損率和費用分別是鋯英石質澆注料的40%和95%。日本鋼管公司福山廠第三煉鋼車間320t鋼包側壁使用加入25%鎂鋁尖晶石的鋁尖晶石質澆注料,使用壽命達到276次,耐火材料單耗降低了41%,費用降低了13%。3.2.1 歐美國家鋼包用耐火材料現(xiàn)狀美國伯利恒鋼鐵公司雀點鋼廠現(xiàn)有兩座280t轉爐,16個300t鋼包,采用高鋁磚包襯,平均使用壽命達

48、到80次以上;采用樹脂結合的高純白云石磚作包襯,側壁152.4mm厚,包底228.6mm厚,最高使用壽命為115次,平均94次;采用直接結合鎂鉻磚包襯,平均使用壽命為102次,耐火材料單耗為0.9kg/t鋼,采用為90%的澆注料,使用壽命為101次。美國鋼鐵公司格里鋼廠從1986年開始在鋼包包底和側壁使用含為80%的超低水泥澆注料塊,渣線使用鎂鉻磚,包底使用壽命為39.9次,側壁使用壽命為67.2次,英國Sheerness鋼鐵公司1990年在鋼包上使用樹脂結合的白云石磚作內襯,使用壽命達到79次。德國鋼包側壁主要使用白云石磚;占83%渣線部位主要使用鎂碳磚,占48%,還使用紅柱石磚、高鋁磚和鎂

49、鉻磚;永久襯主要使用粘土磚,占62%左右,也使用一定數(shù)量的橄欖石磚;包底主要使用白云石磚,占44%,也使用紅柱石磚、高鋁磚和鎂鉻磚,包底和包壁的使用壽命介于1060次。加拿大Dofasco鋼鐵公司第二煉鋼車間自1987年以來在鋼包側壁上使用高鋁磚,使用壽命為65次.1990年改為使用為95%的澆注料,使用壽命為7080次,永久襯襯磚始終未變,包底使用為50%的襯磚,包壁使用。為70%的襯磚。前蘇聯(lián)奧斯科爾斯克電冶金聯(lián)合公司在150t鋼包上使用莫來石剛玉磚,包壁采用不燒磚,包底和渣線采用燒成磚,使用壽命介于1624次,平均壽命為20次.包壁和渣線采用改進的莫來石磚,使用壽命介于1822次,平均壽

50、命為20次。包壁和渣線采用加入鉻礦的莫來石硅質磚,包襯壽命26次,渣線命810次。采用綜合砌筑時,即渣線使用加入鉻礦的莫來石硅質磚,包壁使用不燒莫來石剛玉磚,包底使用工業(yè)莫來石剛玉磚,鋼包的使用壽命為27次?？死镂至_格斯塔科鋼鐵公司第二轉爐車間采用鎂尖晶石搗打料,在160t鋼包上進行搗打施工,形成整體內襯,其使用壽命為2139次。12 第4章 鋼包用耐火材料的發(fā)展4.1 我國鋼包耐火材料的發(fā)展4.1.1 國內鋼包的發(fā)展情況由于我國鋼廠技術、管理和現(xiàn)狀的差異顯著,盡管目前多數(shù)鋼廠對改善勞動條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、烘烤裝置,以及價格、設備等經濟問題,我國鋼包耐材

51、可能在較長時間內將是磚和不定形材料并存。但可預料,在寶鋼鋼包不定形化工作的推動下,省時、省力、長壽命的不定形鋼包襯也將迅速發(fā)展。采用新型優(yōu)質鋼包耐材以適應連鑄、二次精煉,提高鋼質量和使用壽命當然也是鋼廠的迫切要求和愿望。新材料也必然以其技術和經濟的優(yōu)勢而逐漸推廣,并在推廣應用中改進和發(fā)展。綜上,在結合我國國情開發(fā)新型優(yōu)質包襯材料上,值得注意的發(fā)展動態(tài)可歸納如下。(l)無水泥結合的鋁鎂材料,主要是礬土一尖晶石澆注料和不燒磚,因其充分利用我國耐火材料資源,價格較低,壽命較長,對鋼種和使用條件的適應性較強,將會得到較快的推廣應用。技術上將通過高純原料的添加、系統(tǒng)的改進、特殊添加物的應用和針對不同鋼廠

52、適應性配方的調整等,進一步提高性能和使用壽命,并形成系列品種。(2)日本和歐洲在大量推廣使用鋁一尖晶石澆注料,我國將通過引進、消化吸收,形成一定的生產能力,并在少數(shù)鋼廠先行應用。這種壽命長,可大大降低噸鋼耐火材料消耗的澆注料的研究將會進一步深入,尤其是富鋁尖晶石的組分及其在澆注料中的合理應用,低水泥、無水泥品種的擴大開發(fā)研究,添加其它特殊原料提高性能的研究等。(3)鋼包渣線用不定形耐火材料的研究,在國外已引起重視,以期取代鎂碳磚。據(jù)報道,MgO-系澆注料已取得較好效果。此外,MgO-。、MgO-、MgO-。等系統(tǒng)的材料也是有希望的。(4)鋼包的修補能大幅度延長包齡并有良好的經濟效益,將成為提高

53、鋼包壽命必可少的措施之一。其修補材料(澆注、噴補)和修補技術將得到開發(fā)和應用。(5)鋁鎂碳磚通過改進抗氧化劑,添加高純原料,引入鎂鋁尖晶石,改變碳量、鎂量等措施,性能將進一步提高,作為一個品種應用范圍將有擴大。為發(fā)展我國的鋼包耐材系列,迫切需要研究部門、耐火材料廠和鋼廠加強合作。只有這種合作,才能為各鋼廠尋找到最合適的包襯材料。4.2 國外鋼包用耐火材料的發(fā)展4.2.1日本的鋼包耐火材料發(fā)展日本鋼包用耐火材料的發(fā)展是隨著連鑄的興起和爐外精煉的發(fā)展,大約經歷近30年的過程。（1）鋯質材料:是日本獨特開發(fā)與葉臘石并行使用的耐材,鋯質材料比葉臘石(高硅酸質)的耐蝕性好但比重較大,約為3.6-4.0。多數(shù)轉爐包采用錯質磚砌筑,電爐鋼廠除有大型天車外很少應用。某廠70噸普通電爐鋼包渣線砌以鋯石、氧化鉻磚,使鋼包壽命提高至6070次。此種材質從60年代一直延用至現(xiàn)在。（2）高鋁質耐火材料的耐渣蝕性是眾所周知的。用做普通鋼包時雖然浸蝕很小,但于接縫處容易引起侵蝕而剝落。做為真空脫氣或爐外精煉用鋼包,須考慮其耐久性和無增Si現(xiàn)象,且利于低硫鋼的精煉,所以很多工廠使用高鋁質耐火材料。是從1975年后開始應用的。近來對碳影響小的鋼種也使用浸潤小的-C質材料砌筑。必須指出結質材料砌筑的鋼包會使鋼包值的堿度降低,影響脫硫效果,而且在處理過程中鋼水中的溶解鋁的變化很大,所以處理超低硫鋼時必