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连铸中间包用耐火材料的技术进步www.2061.com

中间包是连铸系统中钢水成材前与耐火材料接触的最后一个容器,是连铸工艺的重要部分,对钢的质量有很大影响。随着冶炼技术的进步和钢包二次精炼技术的出现,中间包担负着许多重要功能,如提供稳定的钢水静压力,保持钢水流速与流股的稳定,减少湍流,清除钢水中非金属夹杂物,净化钢水、保持钢水温度基本不变等,已成为钢水成材前的钢水精炼容器。随着中间包功能的增加,中间包用耐火材料品种增多,对耐火材料质量要求也越来越高。

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中间包内衬耐火材料的发展历程

自2005年12月16日热负荷试车以来,不锈钢炼钢工序试生产运行平稳。为保证不锈钢正常生产。所用耐火材料必须高质量、低消耗,耐火材料的质量直接影响钢水的质量,耐火材料综合消耗(耐火材料产量与钢产量之间的比值)的不断降低,是耐火材料发展的重要标志。中间包是炼钢生产流程的中间环节。而且是由间歇操作转向连续操作的衔接点。中间包作为冶金反应器是提高钢产量和质量的重要一环。无论对于连铸操作的顺利进行,还是对于保证钢液品质符合需要,中间包的作用是不可忽视的。所以对酒钢不锈钢生产中间包用耐火材料做了一些调查。中间包的功能 中间包是钢水包和结晶器之间用于钢水过度装置,中间包承受连铸钢包流入的钢水后起承上启下的作用。连铸中间包原为钢水保温用,主要目的是钢水分配和整流。随着中间包钢水冷却技术。钢水再加热技术、氩气密封技术、气体搅拌技术和清除钢水中非金属夹杂技术等的开发应用成功,连铸中间包已成为钢铁冶炼过程中在最后阶段最重要的精炼容器(炉),并向大型化发展。目前。可以在中间包内完成钢水温度的控制,微量合金元素的精确调整和改善夹杂物的钙处理等,也称中间包冶金。随着对钢的质量要求日益提高,相应地开发各种钢包精炼技术,其目的都是为提高其纯净度,把钢水处理“洁净”。位于连铸钢包与结晶器之间的中间包,经过炉外精炼处理的钢水。注入中间包后可以进一步净化钢水。总之,中间包的主要任务是:(1) 分流钢水。对多流连铸机通过将钢水分配到各个结晶器;(2) 稳流。降低钢水静压力,保持中间包稳定的钢水液面,平稳地把钢水注入结晶器;(3) 贮存钢水。在多炉连浇更换钢包时,不减拉速,为多炉连浇创造条件;(4) 净化钢水。在较长的浇注时间内,使钢水温度基本不变,促使钢水中夹杂物进一步上浮,防止钢水和空气接触,避免吸氧、吸氮。连铸浇铸过程见图1所示:

传统的中间包内衬主要由永久衬、工作衬构成,其耐火材料为轻质砖、重质砖、绝热板、涂料和干式料。传统永久衬均采用耐火砖砌筑,由于砖缝多,整体性差,容易造成穿包事故等。近年来,随着整体浇注技术在钢包上成功应用,中间包永久衬也采用不定形耐火材料的浇注料或捣打料。我国连铸中间包工作衬的发展大致如下:

图1 连铸浇铸过程

硅质绝热板时期:从20世纪80年代引进连铸技术到1995年,中间包工作衬主要用硅质绝热板,其主要原料是石英砂,加入一部分纸屑,用粉状的热塑性酚醛树脂加乌洛托品结合,真空吸滤成型,干燥后使用,平均使用寿命6h左右,最高不过10h左右。硅质绝热板使用寿命低、抗侵蚀差,并且对钢水有污染,1995年开始逐渐被镁质或镁钙质涂料所取代。

中间包结构 中间包一般由包体、包盖、水口、塞棒等组成。包体的外壳一般用钢板焊接而成,要求具有足够的刚性,以便在高温环境下承受浇铸、搬运、清渣和翻包等操作时不变形。中间包内衬是耐火材料。中间包内设有挡墙结构,用于隔离来自钢水包的钢流对中间包内钢液的扰动,使中间包内钢液流动更合理。有利于夹杂物的分离和上浮。中间包盖主要用于保温。减少钢液的散热损失。 中间包结构参数主要是中问包的长度、宽度和容量。中间包的长度主要取决与于铸坯流数和流问距,水口距包壁端部一般不小于200mm,有了这两个尺寸便可决定中间包的长度、宽度。主要考虑钢水注入位置与水口间的距离应利于钢水的分配,并使钢水在中间包内不形成死角。中间包容量一般是钢水包的20%~40%。近年来有增大的趋势,在多炉连浇时,中间包贮存的钢水应能保证正常浇注5min。 按中间包的作用,其结构应满足以下要求:力求散热面积小,保温性能好、外形简单、便于砌砖、清包和浇注操作。水口的位置应符合铸坯端面、流数的要求,在长期高温作用下。结构稳定可靠。 常用的中间包形状和大小是由流出的钢水流位置和流股数量决定的。多流连铸机通常采用长条形中间包,矩形中问包仅适用于单流连铸机。中间包容量的大小是由连铸速度决定的,一般应略大些,以便更换钢包时能继续浇铸。同时,要有足够的静压头,以保证钢水稳定流出,减少紊流和有利于非金属夹杂物上浮。因此,中间包墙与底是倾斜的。 目前中间包容量在逐步增大。其容量增大的优点如下:(1) 延长钢水在包内停留时间,有利于夹杂物上浮。(2) 换包时不减拉速,保持中间包浇注稳定,防止液面低于临界值产生旋涡,将渣子卷入到结晶器。(3) 整个浇注过程中钢液面稳定,有利于操作顺利进行。(4)中间包容量增大,有利于减少金属损失,降低操作费用。大型中间钢包更有利于生产洁净钢,产品表面和内部质量好。中间包类型 按浇注钢种冶炼方式和是否需烘烤等条件,中间包大体分为以下几种类型:(1) 高温中间包。为某一特定的冶金过程所设置采用镁砖内衬预热至1500℃左右。(2) 热中间包,是常见的中间包,采用烧成砖或不烧砖或浇注料作内衬,浇注前预热至800~1100℃。(3) 冷中间包,采用绝热板作内衬,再浇注前不经预热即可使用。中间包用耐火材料1 中间包衬用耐火材料所具备的条件 (1) 耐钢水和熔渣的侵蚀,使用寿命长。(2) 具有良好的抗热震性,与钢水接触时不炸裂。(3) 具有较低的热传导率和微小的热膨胀性。使中间包衬有一定的保温性和良好的整体性。(4) 在浇注过程中钢水污染小,确保钢水质量。(5) 内衬材质的形状和结构要便于砌包和拆卸。

镁质或镁钙质涂料时期:2000年前,我国连铸中间包工作衬普遍采用镁质或镁钙质涂料,涂抹在中间包永久衬的表面上,厚度一般在35mm~40mm。这类碱性涂料通常由烧结或电熔镁砂或镁钙砂制备。但由于镁钙砂易水化,可以用生白云石引进CaO或抗水化镁钙砂与镁砂按一定比例配料。涂料的临界颗粒直径为3mm~5mm,直径大于0.088mm 颗粒占比约60%~65%,直径小于0.088mm颗粒占比约35%~40%。有机纤维占比约0.5%~2.5%,随着纤维加入量增加,体积密度降低,一般控制在1.9%~2.3%较好。外加剂主要有增塑剂,如软质粘土、膨润土、硅微粉、消石灰等,也起烧结作用。中间包内衬的CaO含量越高,净化钢水的作用就越好。但制备CaO含量高的涂料有一定难度,一般涂料CaO含量在10%~50%之间。

图2 中间包耐火材料组成

用镁橄榄石代替镁砂生产中间包涂料,镁橄榄石热导率低、耐火度高、不水化、化学稳定性好,具有良好的抗金属熔液渗透性,而且其资源丰富、分布广泛,既节能环保又可降低成本。新疆八一钢厂生产的镁橄榄石质中间包涂料配方是:镁橄榄石40%,中档烧结镁砂48%,轻烧氧化镁粉5%,外加七水硫酸镁2.5%,纸纤维2%,硼砂和防爆纤维各0.1%,根据季节不同可适当调整。加水量25%左右,人工涂抹,附着性良好。该涂料与镁质涂料使用寿命相当,可达10h~14h。其隔热保温性能比镁质涂料更好,使用后翻包时,与永久衬之间易于分离。

2 中间包衬用耐火材料的发展 我国正大力发展高效连铸技术。中间包冶金技术日益被重视。宝钢1995年已开始实施有关中间包综合耐火材料技术的开发应用。中间包镁钙质涂料、氧化钙质过滤器、碱性三重堰、碱性中间包覆盖剂等。已在连铸生产中推广使用。中间包综合技术大大提高了中间包钢水纯净度使铸坯的总氧量下降22.6%。同时铸坯中夹杂物数量、尺寸显著降低。3 酒钢不锈钢生产中间包用耐火材料 中间包所用耐火材料 (1)保温层 (2)永久层:打结料 (3)工作层:镁质喷涂料 (4)挡墙、挡堰、缓冲器、冲击板 (5)三大件:侵入式水口、塞棒、保护套管,用铝锆质的中间包现场使用情况: 自05年12月16日顺利生产出第一炉430不锈钢以来,不锈钢厂在短短两个多月的时间内,先后开发出了410S01、410S02、410、420、409L等五个新钢种。中间包使用情况基本达到预定的目标,在正常生产条件下目标包龄:4次,现在最高连浇次数5次,最低连浇次数1次,平均连浇次数2.8次。每炉钢浇注时间55min,钢水温度1525℃。 工作层用镁质喷涂料,涂料厚度45~55mm,侵蚀厚度平均10mm,30~35mm未被侵蚀,挡墙、挡堰、缓冲器基本完好,侵入式水口侵蚀严重,需进一步加强。结束语 随着钢铁工业的飞速发展,耐火材料产品更新换代步伐加快,酒钢不锈钢中间包用耐火材料应紧跟国内外发展形势,向高起点、高质量、高寿命、低成本(经济炉龄)方面发展,其经济包龄应紧跟国内外先进水平,只要这样才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。(end)

湿式碱性喷涂料:一般用螺旋泵喷射施工,泥料喷射到永久衬上。喷涂料由烧结镁砂或镁钙砂、结合剂、增塑剂和有机纤维组成。镁砂的CaO/SiO2可控制在2以上,也可加入少量生白云石或石灰石细粉,提高CaO含量,不但有利于钢水净化,还有利于涂层解体脱落。结合剂可采用速溶聚磷酸盐或速溶水玻璃或复合聚磷酸盐,增塑剂有软质粘土、羧甲基纤维素、木质素磺酸钙等。喷涂层厚度按使用要求确定,要求使用20炉次~30炉次为45mm~60mm,使用30炉次~40炉次为60mm~80mm。

随着钢铁冶金技术的进步,不但要求中间包使用寿命长,而且对钢的洁净作用和保温效果提出较高要求,于是有了超轻质镁质喷涂料。目前,超轻质喷涂料的制造方法主要有:采用轻质骨料、添加纤维、调节粒度组成、加入发泡剂。

中间包涂料及喷涂料的使用寿命虽然比硅质绝热板长些,平均使用寿命在10h左右,最高达24h,并对钢水有净化作用,但喷涂时存在劳动强度大、养护时间长、烘烤工艺复杂等缺点。

碱性干式料:2000年以来,随着中间包快速更换水口技术的推广,对中间包工作衬提出更高要求,新型碱性干式料得到应用和推广。干式料施工方便,烘烤简单,劳动强度大幅度降低,而且任何气候条件下都可以施工,使用寿命长,达到40h以上。

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