钢包内衬用耐火材料的发展
发布日期： 2020-04-08 15:39:26 阅读量（374） 作者：刘梓明为满足钢铁工业多炉连铸及节能降耗的需要，适应炉外精炼越发严苛的使用条件，国内外研究人员一直致力于研发优质、新型、高效的耐火材料，以提高钢包的使用寿命，进而推动了钢包包衬用耐火材料的发展。钢铁冶炼技术的发展推动钢包用耐火材料不断改进和革新的原由可以概括为以下两方面：一方面，随着对内衬砌筑的机械化要求的逐渐提高，内衬耐火材料趋向于不定形化;另一方面因二次精炼及连铸的普及，使钢包的使用条件更加严酷，从而推动内衬耐火材料向高纯度、高性能和高档次方向转变。
钢包内衬用耐火材料历经的变迁可分为3个重要时段：
(1)20世纪70年代以前：
欧美各国在二战前，主要利用叶蜡石质耐火砖的高温下的微膨胀，来防止钢包衬砖接缝处的选择性熔损。到了20世纪五、六十年代，黏土质、石墨-黏土质耐火砖在欧美得到了广泛应用。日本于1960年在八幡公司50t钢包试用了稳定白云石及焦油白云石耐火砖，寿命虽达到70~100炉，但由于粘包问题没有得到普及，因此开发了更耐碱性渣侵蚀的硅酸锆质耐火材料。与此同时，内衬施工机械化的浪潮接踵而至。20世纪60年代后半期，随着欧洲投掷工艺法兴起，适应于这种新施工法的耐火材料相继开发出来，这是耐火材料不定形化发展的开端。
七十年代之前，国内主要采用黏土砖、普通高铝砖和半硅质砖等砌筑钢包，平均使用寿命只有10~40次左右，且所用耐火材料砖型多样，砌筑繁杂，材料利用率低于50%。包衬材料的低寿命不仅造成了大量耐火材料的消耗，而且频繁的拆衬、砌衬也大大增加了工人们的劳动强度。同时，由于包衬材料大量熔损产生的杂质增加了钢液中的非金属相夹杂，导致钢的成材率和质量下降。
(2)20世纪70-80年代：
炉外精炼技术开始逐渐普及，钢包的应用环境越发严苛，传统高铝砖以及高铝浇注料开始无法满足使用要求。欧美各国研究人员为满足炉外精炼对内衬高纯度、碱性(中性)的需要，进行很多有益尝试，其中比较有代表性是镁硅质、镁铬质和氧化镁-莫来石质浇注料。终于在80年代，研究人员摸索到了耐火材料耐侵蚀性和不定形化的最佳点，开发了铝镁系浇注料。与此同时，日本研究人员尝试将锆英石作为原料加入叶蜡石质定形制品中，研究开发了硅酸锆质砖等一系列ZrO2-Al2O3-SiO2系耐火材料，有效提高了材料的抗渣侵蚀能力。
20世纪70年代起，我国钢包用耐火材料的使用呈现出多样化和复杂化。其中，我国自主研发的高铝质浇注料和以磷酸为结合剂的高铝质捣打料的应用，大幅度提高了中小型钢包的使用寿命;大型钢包多采用高铝砖(其Al2O3含量为70%～80%)的进行内衬砌筑。从80年代起，随着国内钢铁工业的迅猛发展，炉外精炼以及连铸等现代炼钢技术的逐渐成熟需要具有更高的高温强度、抗渣侵蚀性和热震稳定性的包衬用耐火材料。在80年代末，低水泥浇注料成为整体浇注法的依托开始逐渐应用于中小型钢包内衬，将包衬材料的平均使用寿命提高到了80次。沿用高铝砖的钢铁企业将使用的高铝砖中的Al2O3含量提高到80%以上，钢包的使用寿命成倍增长，但由于高铝砖相对较差的抗渣渗透性，易被熔渣渗透形成变质结构层而因结构剥落损毁。
(3)90年代至今：
90年代起，直接结合镁铬砖以及镁碳砖由于较好的热震稳定性以及与钢水的低反应率开始应用于钢包包衬。同时，刚玉-尖晶石浇注料已广泛的应用于钢包工作衬、包底冲击区等处，取得了良好的使用效果。欧洲和日本采用原位合成技术，利用加入浇注料中的氧化铝和镁砂原位生成的镁铝尖晶石相替代预合成尖晶石，原位生成的细小尖晶石颗粒弥散在浇注料基体中，有效的提高了浇注料的抗渣侵性能。
20世纪90年代，高效连铸技术成为我国炼钢工业的发展重心，为了满足炼钢工艺技术发展的需要，我国将研制开发的铝镁碳砖投入实际应用，大幅度提高了包衬的抗侵蚀性，进而提高了钢包的使用寿命。与此同时，宝钢于1994年分别引进了日本生产的高纯铝镁质浇注料(尖晶石以原位生成的方式引入)以及欧洲生产的刚玉-尖晶石质浇注料(尖晶石以预合成的方式引入)。在对两种进口浇注料对比试用过程中，成功摸索出一整套钢包的施工、使用及维护技术。20世纪90年代中后期，我国在现有浇注料的基础上，从降低成本的角度出发，自主改进研发了高档铝镁浇注料并投入使用。在实际应用中发现，高档铝镁浇注料无论在施工性能、使用寿命还是在吨钢成本等方面都达到了世界领先水平。
如今，钢包内衬用耐火材料的研究与应用主要集中在Al2O3-MgO-CaO系，区别于定形制品的砖型多样，砌筑繁杂，修补困难，通过添加超微粉或者采用高纯原料等制得的Al2O3-MgO-CaO体系浇注料，其各方面性能更加优异、更加均衡，使钢包使用寿命大幅度提高。
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