耐火材料在高效连铸中的选择和运用

耐火材料在高效连铸中的选择和运用

童星

（南京钢铁股份有限公司，南京，210035）

【摘要】：本文分析了不同耐火材料在大包内衬、滑板、中间包内衬、连铸“三大件”中的运用及其性能要求，提供了高效连铸中耐火材料的选择方式，以此满足现代高效连铸、无缺陷铸坯生产的实际需要，为我国钢铁工业的发展提供了参考意见。

【关键词】：耐火材料；高效连铸；大包内衬；中间包内衬

引言

高效连铸技术虽随着我国科学技术的发展而不断改进，为了降低吨钢坯生产成本、提升连铸作业率，要求选用性能良好的连铸用耐火材料。现代连铸技术的发展要求体现出高自动化水平、高效益、高质量、高可靠性、高产量等多个层面，在生产过程中能够提升金属收得率。

1.耐火材料在大包内衬中的运用

1.1大包内衬的工作环境

钢包喂丝、吹氩搅拌、电弧加热等是钢铁企业生产过程中采用的重要钢包精炼技术。大包长时间承载钢水或运载钢水，其内衬材料的选择要求能够适应钢渣侵蚀、钢液冲刷、长时间高温的工作环境^[1]。

大包内衬材料选择过程中要求能够适应小于包壳材质蠕变温度350-400℃的工作环境。在综合运用多种耐材时，要求考虑不同耐材的固有性质，加强不同耐材之间的搭配研究。例如可以将碱性砖、锆英石砖搭配使用，这是由于锆英石在1450-2430 ℃的温度条件下容易分解，将SiO2含量较高的砖种与镁碳砖混合使用能够促进镁碳砖的局部熔损，使用中具有较大的导热率，因此永久层选择时可以采用具有良好保温性能地隔热材料。

为了提升钢液的内衬寿命与清洁度，作业过程中要求采用能够满足相应作业条件的耐材品种，以符合冶炼工艺的生产需求。例如不宜选用含碳质耐材进行IF钢的冶炼，不宜选用石墨耐材与高铝砖进行沸腾钢与高锰钢的冶炼^[2]。

1.2耐火材料在大包内衬中的运用

铝镁尖晶石碳砖、蜡石砖、镁碳砖、镁钙砖、蜡石砖、锆质砖、铝镁碳砖、低碳镁碳砖是生产过程中采用的主要大包内衬用耐火材料。具有良好的耐材单耗情，热震性、抗折强度、抗渣蚀性均较好。在目前的生产过程中运用较为广泛，可将低碳镁碳砖运用到渣线部位之中，以此提升其抗粘渣性能、耐蚀性能，对提升经济包龄具有显著效果。一般采用铝镁质、高铝质、白云石质作为浇注料^[3]。镁碳砖具有较强的抗折强度与抗剥落性能，能够显著改善包口与包壁的粘渣现象，可提升大包包衬使用寿命超过250次。

2.耐火材料在滑板中的运用

2.1滑板的位置与作用

在大包与中间包中均会使用滑板，能够调节流量，具有钢水注入功能，属于重要核心部件。滑板砖浇筑过程中承受着机械冲刷、化学侵蚀、温度急变等多种环境的影响，在运行过程中经受着几百吨高温钢水造成的磨损,对滑板的材料选用具有较高的要求。见下图1与图2。

由于多种外力因素可能出现滑板损毁现象。首先是化学侵蚀的出现，钙处理钢水过程中在高温钢水的冲刷作用下容易出现熔损现象，这主要是由于Ca在游离状态下会侵蚀滑板，产生Al₂O₃-CaO-SiO₂、Al₂O₃-CaO等低熔点化合物。

热机械冲击作用下会产生高于滑板强度的张应力，会以铸孔为中心形成辐射状微裂纹，微裂纹反过来会促进化学侵蚀，导致出现滑板损毁现象。高温钢水在不断的冲刷作用下会逐渐磨损耐火材料，导致滑板出现剥落现象。因此要求滑板材料选择中具有良好的耐磨特性与抗折强度^[4]。

2.2滑板材料的选择

镁碳质、铝碳锆质、铝碳质、尖晶石碳质耐火材料、氧化锆质是目前滑板中运用到的主要材料。其性能见下表1。

表1不同材质滑板的理化性能

从表中能够看出，铝碳质运用中具有较好的耐蚀性与耐磨性，滑板气孔较少，但是在使用过程中容易出现熔损现象，在具有较高SiO₂含量情况下表现尤为明显。能够生成3CaO·Al₂O₃、12CaO·7Al₂O₃、2CaO·Al₂O₃·SiO₂等物质。

与铝碳质滑板相比，铝锆碳质材料具有更为良好的耐蚀性、耐热冲击性能，目前很多钢厂均采用了低硅铝锆碳质材料。

氧化锆质材料使用中能够提升滑板寿命，耐剥落性与耐蚀性能较为突出，能够显著提升提高连铸效率，但是同时增加了其使用成本。镁碳质材料的运用具有显著的耐蚀性与热震稳定性，但是在运用中石墨易氧化，在运用中可以与树脂结合使用，提升了材质的抗氧化性与耐剥落性^[5]。尖晶石碳质具有较小的热膨胀系数，主晶相为其主要的构成形式，运用过程中具有较强的耐蚀性与抗热冲击能力，但是在钢水处理过程中会不同程度地侵蚀尖晶石基料。

3.耐火材料在中间包内衬中的运用

3.1中间包内衬

钢水精炼终端设备即中间包，是在结晶器与大包之间的缓冲器，中间包内衬材料的选用要求能够适应化学侵蚀与大包高温钢水的机械冲击。对材料选用提出了更高的要求，应当能够满足气体软搅拌技术、非金属夹杂清除、钢水加热等技术的运用条件。要求选用的材料具有较好的低热膨胀性、低热导率、耐蚀性以及热震性能，具有较长的使用寿命并能够减少对钢液的污染。

3.2中间包内衬耐材的选用

镁质绝热板具有较好的绝热性能，是早期运用的主要材料，但是运用中容易出现钻钢变形现象，使用寿命较为有限。镁钙质涂料、镁质涂料具有较好的整体使用性能与解体性，但是与目前多炉次连续铸钢的实际需求之间具有较大的缺口。镁质以及镁钙质干式料是目前采用的主要材料，能够达到涂料衬2-4倍的使用寿命，具有较好的耐蚀性，能够满足多炉连浇的作业需求。不同材料的工作性能见下表2。

目前中间包工作衬型采用最多的形式是干式料衬，在莱钢、武钢、安钢中运用较为广泛。中间包内衬目前的研发过程中正在积极研发新型结合剂，迎合目前环保的生产需要^[6]。

表2    不同中间包内衬的性能比较

4.耐火材料在连铸“三大件”中的运用

4.1连铸三大件

整体塞棒、大包和中间包的长水口、浸入式水口是铸造作业中的“三大件”，能够显著提升浇注稳定性，是浇筑作业中的关键性耐火材料，要求优化其中耐火材料的选择。目前“三大件”连铸过程中常用的耐火材料见下表3。

表3　连铸“ 三大件”的使用状况对比

4.2连铸“三大件”中耐火材料的选择

结合浇注钢种选择耐材。可运用MgO-C质耐材进行Al₂O₃-C 质长水口的浇筑作业，避免浇注钙处理钢过程中出现熔损现象。浸入式水口与整体塞棒浇注过程中也可以采用此种操作方式。结合使用寿命选择耐材，可选择MgO-C质、ZrO₂-C质进行整体塞棒棒头作业，提升使用寿命，可选择ZrO₂-C质进行长水口在渣线位作业，提升其耐蚀性，获得良好的整体使用寿命。耐材选择时要求结合防堵性能与钢水清洁度因素，可将无碳无硅尖晶石质耐材运用于浸入式水口作业中以此进行超低碳钢与低碳的浇注作业，避免其中可能出现的Al₂O₃夹杂沉积堵塞现象。要求在综合考虑以上因素的基础上结合经济使用性选择最佳的耐材。

5.结论

耐材选择过程中要求能够适应目前连铸生产强度大、节奏快的需要，综合考虑多种影响因素，从生产的总体性角度出发，结合吨钢耐材单耗进行选择。BOF-LF-(VD)RH-高效连铸是目前很多钢厂采用的重要工艺，要求选择符合生产工艺的连铸用耐材，要求耐火材料具有较好的使用性能与较长的使用寿命。目前理论界正在对此积极研究。并结合目前钢厂生产的实际需要积极研发，随着洁净钢生产趋势的发展，目前正在研发无碳低硅型连铸用耐火材料。要求其能够综合实现清洁环保与满足耐材成型强度两方面的需求。为了提升耐材的使用寿命与生产质量，正在积极研发新的生产工艺技术，同时积极加强不同材质之间配比的优化研究，提升耐材的使用寿命，优化其使用功能。

【参考文献】：

[1]郭迎庆, 许丽君, 李雪晴, et al. 一种抗渣侵蚀型连铸用耐火材料的制备方法:.

[2]肖红[1], 姚海英[1], 叶枫[1],等. 中间罐感应加热在特钢连铸上的应用及其关键技术[J]. 连铸, 2017, 42(3):64-70.

[3]李连洲. 锆石墨质耐火材料在浇钢时的应用[J]. 耐火与石灰, 2019(3).

[4]侯小光. 基于计算机仿真技术的高效化连铸机设备加工研究[J]. 自动化与仪器仪表, 2017(9):190-191.

[5]李勇, 闫明伟, 秦海霞,等. 非氧化物复合耐火材料的应用研究进展[J]. 硅酸盐学报, 2017, 45(9):1231-1239.

[6]周严敦, 陈卫敏, 吴兴胜,等. 水泥工业用耐火材料新技术发展研究[J]. 河南科技, 2017(13):47-50.