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5種鋼包常用耐火材料分類詳解
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作者:227xingdanaihuo
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發(fā)布時間: 2020-06-06
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鋼包(盛鋼桶)擔負著載運鋼水和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。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(chǎn)企業(yè)和使用廠家，密切配合，結合我國的國情，不斷開發(fā)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。
鋼包用耐火材料
20世紀50～70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1。
表1 我國鋼包用耐火材料類別和品種
硅酸鋁質鋼包耐火材料
粘土磚
粘土磚是我國最早使用的鋼包耐火材料，20世紀50～60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：Al2O3 44.10%，SiO2 52.10%，F(xiàn)e2O3 1.72%，顯氣孔率16%～18%，常溫耐壓強度54.9～96.0MPa。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，部分鋼廠粘土質鋼包襯磚的使用壽命見表2。
表2 粘土質鋼包襯磚使用壽命
盡管現(xiàn)在我國的鋼包已經(jīng)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。
高鋁磚
隨著煉鋼技術的不斷發(fā)展和鋼產(chǎn)量及質量的不斷提高，粘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[1]，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[2]。武鋼二煉鋼轉爐用70t鋼包從1980年開始使用Al2O3含量大于72%的高鋁磚[3]，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(chǎn)的一等高鋁磚，平均包齡50次左右。連鑄機投產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)的產(chǎn)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(chǎn)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。
總之，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(chǎn)的順利進行，促進了煉鋼工業(yè)的進一步發(fā)展。我國部分鋼廠鋼包用高鋁磚的理化指標見表3。
表3 鋼包用高鋁磚理化指標
高鋁質搗打料
20世紀70年代末，我國有些鋼廠的鋼包內(nèi)襯使用高鋁搗打料，取得了良好的使用效果。高鋁搗打料是以優(yōu)質高鋁礬土熟料為原料(骨料和細粉)，以工業(yè)磷酸做結合劑，經(jīng)過配料、混料而配制成的一種可塑性良好的不定形耐火材料。采用整體搗打技術，制成整體式包襯，獲得了較長的使用壽命。我國部分鋼廠鋼包高鋁整體搗打包襯的使用壽命見表4。
表4 高鋁整體搗打包襯使用壽命
蠟石磚
蠟石磚是以葉蠟石為主要原料生產(chǎn)的一種燒成制品。20世紀70年代初，福建某耐火材料廠生產(chǎn)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鋼包也試用過該廠生產(chǎn)的SiO2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[4]。某廠生產(chǎn)的鋼包用蠟石磚的理化指標為：SiO2 78.95%，Al2O3 18.85%～19.51%，F(xiàn)e2O3 0.44%～0.52%，顯氣孔率14%～18%，常溫耐壓強度32.9～62.9MPa。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。
鋁鎂(碳)質鋼包耐火材料
從20世紀80年代起，我國的煉鋼工業(yè)步入了快速發(fā)展階段，連鑄和爐外精煉等現(xiàn)代煉鋼技術的推廣應用以及潔凈鋼產(chǎn)量的增加，使鋼包耐火材料的使用條件更加惡劣。鋼水溫度的升高，鋼水在鋼包內(nèi)停留時間的延長，鋼水和熔渣對鋼包耐火材料的沖刷以及熔渣對鋼包耐火材料的化學侵蝕等都更加嚴重，以往的鋼包耐火材料已不能滿足現(xiàn)代煉鋼生產(chǎn)的需要。為此，我國陸續(xù)開發(fā)了多種鋁鎂(碳)質鋼包用耐火材料。鋁鎂(碳)質耐火材料在使用過程中，Al2O3和MgO在高溫下反應生成鎂鋁尖晶石這種高溫性能優(yōu)異的礦物，使耐火材料的耐侵蝕性能和抗剝落性能顯著提高。因而，鋁鎂(碳)質鋼包耐火材料的使用可大幅度提高鋼包的使用壽命。
鋁鎂整體搗打料
20世紀80年代初，洛耐所、鞍山焦耐院和鞍鋼等單位合作，共同開發(fā)出了鋁鎂質鋼包整體搗打料。該搗打料是以特級高鋁礬土熟料做骨料、以特級高鋁礬土熟料粉和燒結鎂砂粉的混合粉做基質、以液體水玻璃做結合劑配制成的一種可塑性良好的不定形耐火材料。在鞍鋼三煉鋼200t鋼包上使用，壽命比粘土磚提高5～7倍，平均壽命85.15次，最高達到108次，噸鋼耐材消耗2.7kg。1982年6月，該搗打料通過了原冶金部鑒定。之后，全國許多煉鋼廠的鋼包相繼使用這種鋁鎂質鋼包整體搗打料，均取得了良好的使用效果。
鋁鎂澆注料
繼鋁鎂搗打料之后，我國又開發(fā)了以優(yōu)質高鋁礬土熟料和燒結鎂砂為原料，以液體水玻璃做結合劑的鋁鎂澆注料。該澆注料“六五”期間首先在小型鋼包上推廣應用，取得了良好的使用效果。如河北某鋼廠10t 和14t鋼包使用水玻璃結合的鋁鎂澆注料，平均一次包齡為109.7次[12]，是粘土磚包襯的8倍多。黑龍江某鋼廠15t和13t鋼包，使用鋁鎂澆注料，一次包齡為53次，而粘土質襯磚包齡僅為6～10次。
“七五”期間，鋼包整體澆注內(nèi)襯技術被列為原冶金部重點新技術推廣項目在全國推廣。到1987年第三季度，我國30t以下轉爐用中、小型鋼包(45t以下容量)，大多數(shù)采用了整體澆注包襯。整體澆注包襯壽命多在40～60次，部分小型鋼包可達90次[13]。耐材消耗和包襯成本大幅度下降，取得了明顯的經(jīng)濟效益。某鋼廠鋼包用水玻璃結合鋁鎂澆注料的理化指標為Al2O3 75.20%，MgO 9.47%，SiO2 10.25%，體積密度(110℃×24h)2.67～2.73g./cm3，常溫抗折強度(110℃×24h)14.9MPa。
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。
某廠生產(chǎn)的水玻璃結合鋁鎂不燒磚的理化指標為：Al2O3 68.46%～74.07%，MgO 7.65%～12.32%，SiO2 9.02%～13.37 %，F(xiàn)e2O3 1.12%～1.83%， 體積密度2.48～2.86g/cm3，顯氣孔率16%～23%，常溫耐壓強度55.6～123MPa。
鎂鋁尖晶石澆注料
20世紀90年代初，隨著我國礬土基合成鎂鋁尖晶石這種耐火原料投入工業(yè)化生產(chǎn)，我國的多家耐火材料科研機構和生產(chǎn)企業(yè)相繼開發(fā)出了多種使用性能不同的鋼包用礬土基鎂鋁尖晶石澆注料。由于這類澆注料中配入了一定比例的預合成鎂鋁尖晶石，使?jié)沧⒘系目骨治g性能和抗剝落性能大大提高，其使用性能優(yōu)于水玻璃結合的鋁鎂澆注料。在各類鋼包上使用取得了良好的使用效果。
洛耐院和河南某耐火材料廠共同開發(fā)的礬土基鋁鎂尖晶石澆注料經(jīng)太鋼70t(DH真空噴槍吹氬)鋼包、合鋼30t連鑄鋼包(連鑄比不小于94%)試用，平均壽命分別達71次和114次，比水玻璃結合的鋁鎂澆注料分別提高1～3倍。杭州某鋼廠25t連鑄(連鑄比大于70%)鋼包使用鎂鋁尖晶石澆注料，平均包齡77次，比水玻璃結合鋁鎂澆注料提高1.2倍。江西新鋼一煉鋼廠28t鋼包使用鎂鋁尖晶石澆注料，平均壽命79次，比水玻璃結合的鋁鎂澆注料提高了1.6倍。
礬土基鎂鋁尖晶石澆注料是以優(yōu)質高鋁礬土熟料做骨料，以優(yōu)質高鋁礬土熟料粉、合成鎂鋁尖晶石粉和燒結鎂砂粉做基質，結合劑有：聚磷酸鹽、SiO2微粉、Al2O3微粉、純鋁酸鈣水泥等。某廠生產(chǎn)的礬土基鎂鋁尖晶石澆注料的理化指標為：Al2O3 68.84%，MgO 14.63%，SiO2 11.27%，F(xiàn)e2O3 1.74%，體積密度(110℃×24h) 2.73g/cm3，常溫耐壓強度42.88MPa，常溫抗折強度55.1MPa。
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。 1993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。我國部分廠家生產(chǎn)的鋼包用鋁鎂碳磚理化指標見表5。
表5 鋼包用鋁鎂碳磚理化指標
鎂鋁尖晶石碳磚
在開發(fā)出鋁鎂碳磚的基礎上，我國又開發(fā)了鋼包用鎂鋁尖晶石碳磚。鋁鎂尖晶石碳磚是在磚料中加入了一定比例的預合成鎂鋁尖晶石，其使用性能優(yōu)于同檔次的鋁鎂碳磚。
焦作某耐火材料廠與寶鋼合作開發(fā)的鎂鋁尖晶石碳磚在寶鋼300t連鑄鋼包上使用，平均使用壽命105次，最高達到200次。建筑研究總院開發(fā)的鎂鋁尖晶石碳磚在鞍鋼200t全連鑄并進行爐外精煉的鋼包上使用，平均壽命為73.3 次，最高達到82次。首鋼與新鄉(xiāng)某耐火材料廠合作開發(fā)的鋁鎂尖晶石碳磚在首鋼二煉鋼90t 鋼包上使用，壽命由原來使用鋁鎂碳磚的20次提高到40次，最高達到51次。
鋁鎂尖晶石碳磚的開發(fā)和使用，使我國連鑄鋼包的使用壽命又得到進一步的提高。部分廠家生產(chǎn)的鋁鎂尖晶石碳磚的理化指標見表6。
表6 鎂鋁尖晶石碳磚理化指標
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。
高檔鋁鎂(尖晶石)澆注料
20世紀90年代中期，我國開發(fā)了高檔鋁鎂澆注料，用于大、中型鋼包。高檔鋁鎂(尖晶石)澆注料所用原料有剛玉(電熔剛玉、燒結剛玉等)、高純電熔鎂砂、高純鋁鎂尖晶石(電熔和燒結)等。結合劑有純鋁酸鈣水泥、Al2O3微粉、高純SiO2微粉等。
寶鋼300t鋼包從1996年12月開始試用我國多家耐火材料廠開發(fā)的高檔鋁鎂澆注料，到2000年平均使用壽命為258次[4]。首鋼三煉鋼廠與新鄉(xiāng)某耐火公司開發(fā)的高檔鋁鎂尖晶石澆注料，在首鋼三煉鋼廠90tLF精煉鋼包上使用，壽命為138次，侵蝕速率0.62mm/次。
鞍鋼三煉鋼廠200t連鑄鋼包使用高檔鋁鎂(尖晶石)澆注料，使用壽命150次。還有的鋼廠使用澆注料預制塊，也取得了很好的效果。如本鋼鋼包使用鋁鎂碳磚的壽命為65次，改用高檔鋁鎂尖晶預制塊后，平均使用壽命提高到118次，最高達到126次。到2000年，本鋼有90%的鋼包采用高檔鋁鎂澆注料預制塊包襯。
某鋼廠大型鋼包用高檔鋁鎂(尖晶石)澆注料理化指標見表7。
表7 鋼包用高檔鋁鎂(尖晶石)澆注料理化指標
鎂碳質鋼包耐火材料
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MgO 77.4%，C 16.75%，顯氣孔率 3.1%，體積密度 2.90g/cm3，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47次，最高達到57次。
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(chǎn)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。
鎂鈣(碳)質鋼包用耐火材料
鎂鈣質耐火材料具有良好的高溫穩(wěn)定性和抗高堿度渣的性能，特別是其中的游離CaO具有凈化鋼水的作用，因此，鎂鈣質耐火材料是理想的鋼包用耐火材料之一。隨著潔凈鋼產(chǎn)量的不斷增加，鎂鈣質耐火材料的應用將不斷擴大。
白云石搗打料
20世紀80年代初，太鋼以普通燒結白云石為原料、以中溫瀝青做結合劑制成的白云石搗打料，在70t鋼包上使用，取得了良好的使用效果，平均壽命76次，最高達到112次。
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[22]，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12.2×10-6下降到11.13×10-6。1992年該產(chǎn)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80～85次，侵蝕速率1.28～1.37mm/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80～100次。
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。某些耐火材料廠生產(chǎn)的鋼包用不燒鎂鈣(碳)磚的理化指標見表8。
表8 鋼包用不燒鎂鈣(碳)磚理化指標
鋯質磚
1985年9月至1989年間，寶鋼300t鋼包使用過日本進口的鋯質鋼包襯磚，平均使用壽命90次[4]。在此期間，無錫某耐火材料廠用國產(chǎn)原料也研制出了鋯質鋼包襯磚，在寶鋼300t鋼包上試用，壽命達到88次，因包底滑板機構出現(xiàn)故障而停用。國產(chǎn)鋯質鋼包磚的理化指標：ZrO2 60.80%，Al2O3 1.76%，F(xiàn)e2O3 0.60%，體積密度 3.53g/cm3，顯氣孔率19%，常溫耐壓強度62.9MPa。
結語
綜上所述，自20世紀50年代以來，隨著我國煉鋼技術的不斷發(fā)展，我國的鋼包用耐火材料也在不斷地向前發(fā)展，新的產(chǎn)品品種不斷增加，產(chǎn)品質量不斷提高，使用效果越來越好，滿足了我國煉鋼工業(yè)不斷發(fā)展的需要。根據(jù)我國煉鋼工業(yè)發(fā)展的趨勢，建議今后開發(fā)鋼包用耐火材料應從以下幾方面開展工作。
(1)開發(fā)使用壽命更長的鋼包用耐火材料，滿足高效連鑄和爐外精煉的需要。
(2)開發(fā)耐侵蝕性和抗剝落性更優(yōu)的低碳、無碳和鎂鈣系列鋼包用耐火材料，以滿足冶煉潔凈鋼、低碳鋼和超低碳鋼的需要。
(3)開發(fā)節(jié)能型鋼包用耐火材料，如不定型耐火材料和不燒磚。
(4)開發(fā)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型鋼包用耐火材料。
(5)開展對各種用后殘余鋼包耐火材料再利用的研究。
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