北京志盛威華化工有限公司涂料研究開發(fā)部編寫

　　一、概述：

　　鋼包也叫盛鋼桶,是冶金工業(yè)的重要容器件，起著儲(chǔ)存、鋼水的作用，同時(shí)還要進(jìn)行爐外精煉的雙重任務(wù)。隨著煉鋼技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的鋼包用耐火材料也得到了很好的發(fā)展。如果鋼包使用壽命的長(zhǎng)短，不僅關(guān)系到耐火材料的消耗，而且直接影響煉鋼的正常生產(chǎn)。特別是隨著轉(zhuǎn)爐壽命的提高，連鑄比的增加和爐外精煉技術(shù)的進(jìn)步，鋼包處于容量大、鋼種多、溫度高、時(shí)間長(zhǎng)等日益苛刻的使用條件，對(duì)鋼包用耐火材料的要求也不斷提高，所以各國(guó)都在積極研究開發(fā)各種鋼包新材質(zhì)耐火材料，以提高現(xiàn)有耐火材料的質(zhì)量，延長(zhǎng)耐火材料的使用壽命，降低耐火材料的噸耗。國(guó)內(nèi)的高溫涂料研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)，北京志盛威華化工有限公司針對(duì)冶煉行業(yè)的實(shí)際情況，開發(fā)的ZS系列耐火耐高溫鋼包涂料，耐溫可以達(dá)到1800℃，抗沖擊，是鋼包極好地耐高溫材料。

　　二、鋼包工況要求：

　　根據(jù)鋼廠冶煉工藝不同可以分為：轉(zhuǎn)爐鋼包、電爐鋼包;根據(jù)冶金作用可以分為：普通鋼包、精煉鋼包;根據(jù)材料及施工方法不同可以分為：澆注鋼包、磚砌鋼包;根據(jù)容量大小不同可以分為：50t以上的為大鋼包、50t以下的為小鋼包;鋼水包用于煉鋼廠、鑄造廠在平爐、電爐或轉(zhuǎn)爐前承接鋼水、進(jìn)行澆注作業(yè)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)形式有塞桿式及滑動(dòng)水口式，龍門架配有脫勾式于軸承式兩種，其中塞桿式鋼包的升降機(jī)構(gòu)中置有滑桿奸細(xì)消除機(jī)構(gòu)，以保證多次使用后，塞桿中心與水口中心的一致性鋼包一般采用的耐火材料有以下幾種：鋁—尖晶石—碳磚;MgO—CaO—C系材料，如鎂碳磚、鎂鈣碳磚、鎂白云石磚等MgO—Cr2O3—Al2O3系材料，如鎂鉻磚、方鎂石——尖晶石磚。爐渣堿度較低而波動(dòng)大的部位使用效果比較好，爐渣堿度較高的部位一般使用MgO—CaO—C效果比較好。志盛威華高溫涂料開發(fā)研究部總結(jié)發(fā)現(xiàn)，不管采用哪種耐火耐高溫材料，必須具備以下特點(diǎn)：

　　(1)材料耐高溫，能經(jīng)受高溫鋼水長(zhǎng)時(shí)間作用而不熔融軟化;

　　(2)材料耐熱沖擊，能反復(fù)承受鋼水的裝、出而不開裂剝落;

　　(3)材料耐熔渣的侵蝕，能承受熔渣對(duì)鋼包內(nèi)襯的侵蝕作用;

　　(4)安全系數(shù)高，要求鋼包在使用過程中間不紅包、不漏鋼，保證安全作業(yè);

　　(5)鋼包材料內(nèi)襯具有一定的膨脹性，在高溫鋼水作用下，內(nèi)襯之間緊密接觸而成為一個(gè)整體;

　　(6)具有足夠的高溫機(jī)械強(qiáng)度，能承受鋼水的攪動(dòng)和沖刷作用。

　　(7)耐火材料成本和其它要求。

　　三、鋼包的使用要求：

　　另外鋼包在使用時(shí)，鋼殼溫度不能過高，以防止鋼殼變形及保證在鋼包周圍工作的人和設(shè)備的安全，通常要求小于等于300℃。資料介紹，對(duì)于鋼包包殼的溫度要小于包殼材質(zhì)的蠕變溫度，一般應(yīng)小于300-350℃(碳鋼的蠕變溫度300-350℃，合金鋼的蠕變溫度為350-400℃)所以通常在設(shè)計(jì)鋼包內(nèi)襯時(shí)要根據(jù)耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)合理計(jì)算出鋼殼表面溫度，從而達(dá)到預(yù)期目的。新的鋼包耐火隔熱保溫涂料，涂料為水性無機(jī)涂料，采用北京志盛威華特制的高溫溶液并選用納米陶瓷空心微珠、硅鋁纖維等為無機(jī)原料精加工而成，耐溫幅度在-80—1800℃，導(dǎo)熱系數(shù)只有0.03W/m.K，ZS-1耐高溫隔熱保溫涂料能有效抑制并屏蔽紅外線的輻射熱和熱量的傳導(dǎo)熱，隔熱保溫抑制效率可達(dá)90%左右，可抑制高溫物體的熱輻射和熱量的傳導(dǎo)散失，鋼包表面涂刷一定厚度的ZS-1耐高溫隔熱保溫涂料，1100℃的模具表面涂上8mm高溫隔熱保溫涂料模具涂料表面溫度就能降低到100℃以內(nèi)。

　　鋼包的使用現(xiàn)狀鋼包的使用條件苛刻：出鋼溫度偏高(>1700℃)，每日的受鋼次數(shù)低(僅5ch)，從而使砌塊既要承受高溫鋼流的沖刷，還要承受急冷急熱可能造成的裂紋和剝離。

　　鋼包使用條件

　　鋼包容量90t/爐次

　　出鋼溫度1706℃

　　開始出鋼-澆鑄終了92.9min

　　RH處理比率92%

　　(T.Fe)11.3%

　　渣堿度(CaO/SiO2)3.5

　　周轉(zhuǎn)鋼包4-9個(gè)

　　每日鋼包受鋼爐次(ch)5爐次/day

　　所以先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和設(shè)備需要相應(yīng)的耐火材料相配合，爐外精煉苛刻的工藝條件對(duì)耐火材料提出了更高的要求，耐火材料的使用壽命已成為制約爐外精煉處理能否正常進(jìn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，只有不斷研制開發(fā)新產(chǎn)品，改進(jìn)提高現(xiàn)有產(chǎn)品的性能，發(fā)揮耐火材料襯里的全部效能，獲的經(jīng)濟(jì)效益，才能滿足煉鋼生產(chǎn)的需要。爐外精煉作為電爐 轉(zhuǎn)爐——模鑄(連鑄)生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)，起到提高產(chǎn)量、保證質(zhì)量、凈化鋼水及調(diào)節(jié)成份的作用。因此，在模鑄(連鑄)生產(chǎn)中，要提供化學(xué)成份、氣體含量及夾雜物合格的鋼水，必須進(jìn)行爐外精煉。爐外精煉一般有四種形式：VHD、VOD、LF、VD。

　　目前，爐外精煉鋼包襯主要以鎂碳磚為主。近年來，由于冶煉低碳鋼、超低碳鋼和提高鋼包壽命的需要，已開發(fā)出無碳鋼包襯，使?fàn)t外精煉鋼包壽命大幅度提高。同時(shí)，鋼包襯的無碳化、堿性化也是冶煉潔凈鋼的新需要，是鋼包襯用耐材的發(fā)展方向。無碳材料有整體澆注料(主要為剛玉一尖晶石質(zhì)、剛玉一氧化鎂質(zhì)澆注料)、澆注預(yù)制塊、無碳機(jī)壓成型磚(鋁鎂質(zhì)或鋁尖晶石質(zhì))。所用鋼包內(nèi)襯耐材的縱剖面圖：凈空、渣線、水口部位采用MgO—C質(zhì)耐材，在鋼液熔池部位的側(cè)壁、包底、鋼流沖擊砌塊則采用了A12O3一MgO質(zhì)耐材;另外，抗鋼流沖擊砌塊設(shè)置在包底的中央部位。

　　四、鋼包的維護(hù)：

　　鋼包在需要維修的各個(gè)部位中，次數(shù)多的是鋼流沖擊砌塊占了64.8%;其次分別是渣線(占20%)、側(cè)壁和包底(占10%)、水口(占5.2%)。因此，為了延長(zhǎng)鋼包壽命，首先就需要改善該砌塊的材質(zhì)。

　　其損壞形態(tài)如圖所示：鋼包在實(shí)際使用了15ch后，由于出鋼時(shí)砌塊承受鋼流的沖擊大，故使用之初就在其中央部產(chǎn)生了裂紋，龜裂的擴(kuò)展就造成了材料的剝落，從而縮短了使用壽命。因此，提高耐材的耐剝離性十分重要。ZS-1071耐高溫?zé)o機(jī)粘合劑耐溫可以達(dá)到1800℃，志盛威華耐高溫?zé)o機(jī)粘合劑粘結(jié)力強(qiáng)耐蝕性，而且可以再高溫下保持良好的粘接性能和抗腐蝕性，使用壽命長(zhǎng)是鋼包維修的極好地修補(bǔ)、粘結(jié)材料。

　　鋼流沖刷砌塊的損壞形態(tài)，承受鋼流沖擊后，砌塊上產(chǎn)生龜裂，主要是沖擊造成的機(jī)械剝離和熔渣引起的結(jié)構(gòu)性剝離。為了抑制這種破壞，是實(shí)現(xiàn)澆注塊的低水分化、提高其強(qiáng)度，并將之致密化以抑制渣的浸潤(rùn)。在減少澆注塊的水分時(shí)，為了提高材料的流動(dòng)性，將用作填充料的氧化鋁(Al23O3)從電熔Al203改為燒結(jié)A1203;而且，還將加入的有機(jī)纖維量減少了25%。

　　為低水分材料與原來材料的質(zhì)量特性對(duì)比。由于改善了材料本身的流動(dòng)性，可將施工時(shí)的加水量從原來的4.2%減至3.8%，從而降低了表觀氣孔率，提高了抗壓強(qiáng)度;另外，為了緩和致密化造成材料膨脹量的增大，將氧化鎂(Mg0)加入量從原來的8.1%減至6.2%。而且，志盛威華針對(duì)鋼包研究開發(fā)的ZS-522耐高溫自潔不粘覆涂料涂層表面不易被其他粘性物質(zhì)所粘附或粘著后易被除去的特種功能涂料。此功能涂料因其所形成涂層的耐溫高、表面能極低、摩擦系數(shù)小、易滑動(dòng)、排斥力強(qiáng)等防粘自潔性特點(diǎn)。ZS-522耐高溫自潔不粘覆涂料耐溫高，采用志盛威華特質(zhì)的耐高溫溶液，耐溫可以高達(dá)2000℃，抗熔融液、抗高溫渣性好，耐熔渣浸蝕和金屬水浸泡，具有不粘高溫下金屬水、渣的性能。ZS-522耐高溫自潔不粘覆涂料高溫熔融下光滑自潔、氣密性好、粘結(jié)力強(qiáng)、涂層堅(jiān)實(shí)牢固、表面張力大、導(dǎo)熱性能好、無毒無臭，不污染環(huán)境，對(duì)冶煉金屬成份含量無任何影響。

　　在我國(guó)一般其公稱容量在50噸以下的不帶精煉的轉(zhuǎn)爐普通鋼包，其工作襯一般采用澆注料整體澆灌成型。工作襯一次性使用壽命一般在50-60次左右，高在70-80次左右，甚至個(gè)別鋼廠有在100次以上的。為降低噸鋼耐材消耗，許多鋼廠鋼包工作襯在使用一定次數(shù)后，將殘襯表面的殘鋼、殘?jiān)謇淼?，俗稱剝皮，然后再坐上胎模澆灌一定厚度的澆注料，待烘烤后繼續(xù)投入使用，可大大降低成本，該過程也叫套澆，其第1次留下的殘襯相當(dāng)于襯，能維持2-3個(gè)包役。鋼包工作襯的材質(zhì)有鋁鎂質(zhì)、高鋁尖晶石質(zhì)等，按結(jié)合劑可分為低水泥、超低水泥和無水泥耐火澆注料。有的鋼包上也涂刷ZS-1021耐高溫封閉涂料，耐溫到1700℃，志盛威華涂料涂刷方便，使用壽命長(zhǎng)，耐酸堿、抗老化、抗沖擊耐磨，可以很好的保持基體不鋼水侵蝕，延長(zhǎng)鋼包的使用壽命。

　　五、鋼包耐火材料總結(jié)：

　　由上面分析可知，鋼包包齡綜合提高是煉鋼技術(shù)水平提高的永無止境的要求，因此必需研究鋼包用耐火材料壽命的瓶頸。但要保證熔池工作層與渣線工作層的侵蝕速度保持一致是比較困難的，因?yàn)樵€工作層壽命大大低于熔池工作層的壽命，所以追求包齡的經(jīng)濟(jì)性，其關(guān)鍵是提高渣線工作層的壽命，具體的技術(shù)措施主要包括以下4個(gè)方面的改進(jìn)：

　　(1)對(duì)鋼包現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù)及相關(guān)技術(shù)條件進(jìn)行研究，合理選擇與之相適應(yīng)的耐火材料;

　　(2)優(yōu)化鋼包砌筑方案，采用不同部位使用不同材質(zhì)的耐火材料，根據(jù)不同的侵蝕特征使用不同形狀和厚度的耐火材料;

　　(3)在使用時(shí)要強(qiáng)化鋼包管理，保持鋼包使用的連續(xù)性，減少因急冷急熱導(dǎo)致耐火材料的剝落現(xiàn)象。

　　換言之，在設(shè)計(jì)鋼包時(shí)要根據(jù)不同部位使用的耐火材料的侵蝕速率，與初預(yù)計(jì)的使用壽命來計(jì)算出各部位所需要的厚度，在有必要的地方如渣線和包底沖擊區(qū)要適當(dāng)加厚設(shè)計(jì)，或是選用好的、新的耐火耐高溫那材料，保證他們同步損毀。