钢包耐火材料的选择逻辑与技术要点

一、钢包功能改变对耐火材料的影响

随着二次精炼的发展，钢包已从盛放钢水的容器发展为二次精炼的重要冶金设备，随之钢包用耐火材料的使用条件也发生了明显的变化，主要表现在如下方面：

(1)二次精炼钢包的钢液温度明显升高，通常比普通钢包高出50~100℃，精炼过程中可能高出150℃以上，温度越高，熔渣和钢水对耐火材料的侵蚀明显加快。

(2)二次精炼钢包的钢液循环运动加剧。由于喷吹氩气、电磁搅拌和真空处理等技术的采用，钢液对耐火材料的冲刷和磨损作用严重。

(3)二次精炼钢包的炉渣的侵蚀性增强。二次精炼炉由于需要进行深脱硫、磷渣冶炼操作，所以炉渣的碱度高，渣量大，对耐火材料的侵蚀作用明显加剧。

(4)二次精炼钢包的盛钢时间明显延长，比普通钢包延长1至数倍，结果使钢包用耐火材料的使用寿命明显变短。

(5)由于二次精炼钢包很多情况都是在高温真空下使用的，真空条件下，耐火材料的蒸发速率加快，同时也使得耐火材料的抗侵蚀性下降。

二、钢包用耐火材料有哪些要求

钢包二次精炼技术的发展，使得钢包用耐火材料在使用过程中必须满足如下要求：

(1)耐高温。能经受高温钢水长时间作用而不熔融软化。

(2)耐热冲击。能反复随钢水的装、出而不开裂剥落。

(3)耐熔渣的侵蚀。能承受熔渣和熔渣碱度变化对内衬的侵蚀作用。

(4)具有足够的高温机械强度，能承受钢水的搅动和冲刷作用。

(5)内衬具有一定的膨胀性，在高温钢水作用下，内衬之间紧密接触而成为一个整体。

三、钢包工作衬应具备的条件

钢包工作衬是接触钢水和炉渣的重要部位，在使用过程中受到钢水和炉渣的侵蚀、冲刷、熔解以及热震破坏的影响，所以在使用时应具备如下条件：

(1)工作衬在施工工程中应力求设备简单，施工方便，能够降低劳动强度，提高劳动生产率。要具有良好的烘烤适应性，减少烤包能耗的同时能够增加钢包的利用率，延长钢包的使用周期，减少备用包的数量。

(2)在高温使用条件下应具有良好的高温性能，不但要求有较高的耐火度和一定的高温强度还必须有良好的化学稳定性，保证高温条件下不会对钢液产生二次氧化，不会对钢液造成污染，不降低钢坯的质量。

(3)使用过程中应具有良好的抗熔渣侵蚀和渗透的性能，以及耐钢水和渣液冲刷的能力，有利于提高钢包工作衬的使用寿命，减少钢包耐火材料的消耗，减少耐火材料对钢液的污染。

(4)工作衬应具有良好的抗热震性和良好的体积稳定性，与钢水接触时不炸裂，保证钢包具有良好的整体性。

(5)钢包工作衬还应具有较低的热导率，较好的保温性能，能够减少中间包的热损失，保持中间包钢液温度的稳定。

(6)使用后的工作衬应便于拆包，工作层和永久层易脱离，能够减少作衬耐火材料对钢包永久衬的损坏，有助于延长钢包的使用寿命。

四、钢包用耐火材料的损毁原因

钢包周转过程：转炉/电炉出钢→二次精炼处理→连铸浇钢→钢包准备作业→等待出钢。正常周转时间根据钢种和连铸机的不同，需要时间100~140min。钢包出钢温度1680-1700℃，盛钢时间100~120min，全连铸浇钢作业典型钢包渣成分(%):Al₂O₃ 17%~26%，SiO₂ 8%~10%，CaO 42%~47%，MgO 5%~11%，FeO 18%~22%。如果冶炼硅钢、桥梁钢、汽车板钢等超低碳钢工艺必须经过真空处理，同时采用对钢包底部吹氩气搅拌和LF炉通过电弧加热、炉内还原气氛、造白渣精炼、气体搅拌等手段，强化热力学和动力学条件、脱硫、合金化、升温等综合精炼效果，因此熔渣碱度范围大，钢水和炉渣的温度更高，钢水在钢包内的滞留时间延长，热震性强，搅拌力大，对钢包的内衬损坏加剧。

损毁原因如下：

首先，钢包用来运输高温钢水。在运输过程中，1680℃左右的高温钢水和熔渣对其进行冲刷侵蚀，尤其是渣线部位，冲刷侵蚀比较严重，是决定一个罐使用寿命的重要因素。

其次，LF等炉外精炼处理对不烧砖损毁严重。

第三，在转炉出钢、流出钢水时内衬承受着剧烈的温度变化，并由此引起内衬材料的裂纹和剥落。

第四，钢包在转炉出钢装入钢水时，高温钢水对其底部有强烈的机械冲刷，致使该部位内衬材料易出现因热冲击造成的损毁。

五、如何减少钢包耐火材料结构剥落

耐火材料在使用过程中，熔渣易于从加热面渗透到其内部的深处，使工作面附近的气孔率显著降低而致密化，生成很厚的变质层。当温度剧烈变化时，在变质层与原砖层之间交界处产生与工作面平行的龟裂而使砖剥落和损毁。减少耐火材料的结构剥落，其办法是减少炉渣渗入的深度，可以从如下几方面着手：

(1)提高耐火材料的抗炉渣渗透性;

(2)降低耐火材料的气孔率，降低炉渣的侵蚀通道;

(3)炉渣与耐火材料反应形成高熔点的化合物挡墙，阻止渣的渗透;

(4)增加炉渣的黏度。炉渣的黏度越大，对耐火材料的侵蚀性越差。