钢包用不定形耐火材料的发展

zhangkai

钢包又称为盛钢桶、钢水罐、大包等，是储存、运输和处理钢水的容器，是承担精炼任务的重要设备。钢包主要有两个作用：第一是承接钢水;第二是炉外精炼。随着二次精炼的多样化，耐火材料的消耗比较高，使用寿命也变短。上世纪70年代末，为了减少资源消耗、降低劳动强度而在衬砌钢包衬里逐渐采用浇注耐火材料的办法。
不定形耐火材料基本上在所有工业领域的热工设备及窑炉中得到或多或少的使用。在最近几十年，钢包用耐火材料经历了从以定形向不定形再到浇注料方向的迅速发展。
钢包内衬耐火材料一般分为四部分：保温层耐火材料、永久层耐火材料、工作层耐火材料、功能耐火材料。
保温层耐火材料是起保温作用的，一般都是轻质隔热材料，如：轻质粘土砖、硅酸铝质纤维板、轻质涂抹料、轻质多孔浇注料、纳米反射隔热板等。
永久层耐火材料又称为安全层耐火材料，主要是起保险作用，防止工作层耐火材料损毁后漏穿的钢水烧坏金属壳，保证使用的安全性。永久层耐火材料主要材质为：高铝砖、铝镁浇注料、高铝浇注料等。
工作层耐火材料与钢包中的钢渣与钢水直接接触，它必须能够经受得住钢渣高温侵蚀与钢水冲刷。钢包使用寿命的长短是由钢水对工作层耐火材料机械冲刷以及此层工艺水平所决定的。工作层耐火材料经历了粘土砖、高铝砖、蜡石砖、无碳、低碳、特种耐火材料等不同阶段。
钢包用不定形耐火材料一直是国内外耐火材料行业长期关注的焦点，随着耐火材料的发展，国内外钢包用耐火材料也经历了不同的发展时期。国外开始时钢包衬砖多以高铝砖为主;上世纪七、八十年代，以中、低档的铝镁碳(Al-Mg-C)砖应用为主最近几十年，为了减少耐火材料的消耗和降低成本，采取了很多措施，并取得了良好效果。例如上世纪90年代之前，普通的日本钢包采用价格比较低的锆英石砖，蜡石砖及SiO2含量为85%的高硅酸质砖等;20世纪90年代后期，日本某些钢包己经用整体浇注的方法进行施工，迄今为止这种方法的使用率约占95%。如今，日本主要使用耐火材料是尖晶石浇注料，这种耐火材料具有很好的的抗渣侵蚀性和抗渣渗透性。
国外某公司所建设的某种连铸机的生产线，开始吋钢包仅有6炉的使用寿命，经过不断的试验与改进，现在地使用寿命可以达到160炉，使用费用也相应的减少了约40%。
国内钢包用耐火材料在建国后到改革开放前，以硅酸铝质产品应用为主;从20世纪80年代起，国内逐渐研制出了镁钙(碳)质和铝镁(碳)质等多个不同种类地钢包用耐火材料。而铝镁(碳)质耐火材料无论是规格还是品种均占大多数，成为我国主要钢包用耐火材料。从20世纪90年代初期开始，我国陆续开展了对刚玉-尖晶石浇注料以及矾土-尖晶石浇注料的研究和应用工作，取得了良好效果。国内钢包用耐火材料的主要类别和品种见表1。
表1 我国钢包用耐火材料类别和品种
 
作为钢包内衬材料的铝镁系耐火浇注料，其必须具有优的抗结构剥落及耐侵蚀等方面的性能。但由于其必须长期的在1600℃以上的环境中使用，其工作面附近会因过烧结及钢渣的渗透等作用而出现玻璃化的现象，这导致其耐用性仍很难获得足够保证。在配料的过程中参入一定量的氧化镁细粉可以有效的改善铝镁尖晶石浇注料的部分性能，镁砂中的氧化镁和材料中的氧化铝在高温下会生成原位尖晶石，从而强化材料内部地组织结构，对改善抗渣性能、抑制熔渣渗透起到很好的使用效果，从而使钢包应用寿命得到大幅度的延长。由于高温下Al2O3和MgO发生反应而生成原位尖晶石，使试样变得疏松，同时内部拥有细微结，所以此种钢包具有更好的耐用性。
随着合成镁铝尖晶石材料、含碳耐火材料的开发应用和低水泥、超低水泥、无水泥耐火浇注料技术的发展进步，许多炼钢用的容器上己经开始应用新一代基于氧化铝/氧化镁/石墨系耐火材料，其中在钢包上的应用是最多的。