鋼包是煉鋼過(guò)程中必不可少的容器，隨著煉技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是爐外精煉LF和RH等處理，其作用從最簡(jiǎn)單的盛接鋼水發(fā)展到了承擔(dān)一定冶煉功能的熔爐。鋼水在鋼包中長(zhǎng)時(shí)間停留必然會(huì)造成鋼水溫度的散失，而導(dǎo)熱高的包襯會(huì)導(dǎo)致鋼水散熱損失加劇，鋼包殼體變形更加嚴(yán)重，鋼水溫降速率增大，造成包壁嚴(yán)重掛渣、結(jié)瘤、結(jié)冷鋼。
過(guò)度的低溫，甚至迫使中包斷流終澆，不僅影響鑄坯質(zhì)量，鋼水收得率低，也增加了生產(chǎn)成本。因此保溫鋼包越來(lái)越成為鋼廠的需求。保溫鋼包耐材結(jié)構(gòu)模式通常是輕質(zhì)絕熱板或納米板+永久層澆注料+工作層耐材。
最起保溫作用的絕熱板它本身需要一層耐火材料來(lái)保護(hù)，該材料一要保護(hù)絕熱材料不受太大壓力，二要保護(hù)絕熱材料不超過(guò)使用溫度(如必須1000℃以下)，那么鋼包永久層澆注料就是這種重要的材料。保溫鋼包理想的永久層耐材應(yīng)該具有良好的熱穩(wěn)定性、保溫性、抗侵蝕性，具有應(yīng)用安全可靠，結(jié)構(gòu)完整，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。為了保持鋼包良好的保溫性能，減少鋼水溫降，在本次工作中對(duì)新型的CA6澆注料和輕質(zhì)莫來(lái)石澆注料分別進(jìn)行了性能評(píng)估，并在鋼包上應(yīng)用，達(dá)到了比較好的綜合保溫效果。
1、試驗(yàn)過(guò)程
目前鋼包永久層材料多為普通高鋁澆注料，主要原料為礬土。這種耐火澆注料使用過(guò)程中存在以下不足之處：第一、熱導(dǎo)率較高，使用過(guò)程中造成能量的損耗；第二、耐火度低，如果工作層使用出現(xiàn)異常，鋼水直接接觸永久層時(shí)，出現(xiàn)穿包漏鋼的概率較大，安全系數(shù)低；第三、體積密度較大，鋼包空包重量較大。所以對(duì)于鋼包保溫的特殊要求是不滿足的，需要開(kāi)發(fā)出新型的綜合性能優(yōu)異的永久層澆注料。本文對(duì)新型CA6澆注料和輕質(zhì)莫來(lái)石澆注料進(jìn)行了制樣與測(cè)試試驗(yàn)。
1）原料及試驗(yàn)方案
其中CA6原料(CaAl12O19，簡(jiǎn)寫(xiě)為CA6）是CaO-Al?O?系中Al?O?含量最高的鋁酸鈣相，其熔點(diǎn)1875℃，熱膨脹系數(shù)為8.0×10-6℃?1，顆粒的體積密度為2.70g·cm?3，顯氣孔率26.8%。該料耐火性能與板狀剛玉相似，而導(dǎo)熱系數(shù)只有剛玉的1/3，是近年來(lái)興起的一種新型優(yōu)質(zhì)保溫原料。CA6澆注料以CA6為骨料，基質(zhì)部分采用板狀剛玉細(xì)粉、氧化鋁粉和鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑制成。球形輕質(zhì)莫來(lái)石顆粒的體積密度為1.59g·cm?3，顯氣孔率38.9%。輕質(zhì)莫來(lái)石澆注料是采用微孔化的M70球形輕質(zhì)莫來(lái)石球?yàn)楣橇?，基質(zhì)部分采用板狀剛玉細(xì)粉、氧化鋁粉和鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑制成，以保證較好的抗渣侵蝕性能，以提高永久層的安全性。
2）試驗(yàn)過(guò)程和性能檢測(cè)
對(duì)2種澆注料進(jìn)行澆注成型后分別進(jìn)行物理性能測(cè)試及抗侵蝕試驗(yàn)。物理測(cè)試方法均按國(guó)標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。
2、材料性能結(jié)果與分析
1）物理性能
不同鋼包永久層澆注料的性能是有差異的。
輕質(zhì)莫來(lái)石澆注料體積密度為2.17g·cm?3，單重較目前使用的高鋁澆注料降低24%，同時(shí)熱導(dǎo)率降低16%，可以達(dá)到鋼包輕量化和低導(dǎo)熱系數(shù)的目的。CA6澆注料也比普通高鋁澆注料輕5.6%，熱導(dǎo)率降低26%。
2）抗侵蝕試驗(yàn)
將原鋼包永久層澆注料B、新型的CA6澆注料C、輕質(zhì)莫來(lái)石澆注料3#分別澆注成坩堝。加入轉(zhuǎn)爐終渣，進(jìn)行1500℃保溫3h條件下坩堝抗渣侵蝕試驗(yàn)。觀察不同材料的抗熔損與滲透情況。完成試驗(yàn)后坩堝剖開(kāi)，侵蝕狀況見(jiàn)以下圖1：
圖1：不同澆注料1500℃保溫3小時(shí)坩堝抗渣試驗(yàn)后的剖面照片
CA6澆注料抗侵蝕滲透最優(yōu)，坩堝孔內(nèi)剩余大量的渣；輕質(zhì)莫來(lái)石澆注料抗侵蝕和抗?jié)B透能力其次；普通高鋁永久層澆注料渣與耐火材料邊界不清晰，坩堝耐火材料與渣熔融在一起，抗?jié)B透比抗侵蝕稍好些，說(shuō)明1500℃下高鋁澆注料已經(jīng)出現(xiàn)了較多的液相，因此該料需要改進(jìn)提高其耐高溫性能，這對(duì)鋼包的安全性非常重要。球形輕質(zhì)莫來(lái)石的微孔化對(duì)抗侵蝕及滲透性提高有利，因此該輕質(zhì)料也可以將保溫和抗侵蝕性表現(xiàn)得比較好。
3、應(yīng)用情況
以上3種澆注料在300t鋼包上進(jìn)行施工應(yīng)用。保溫鋼包永久層輕質(zhì)莫來(lái)石澆注料、CA6澆注料目標(biāo)要求是抗鋼水侵蝕性和保溫性兩者兼顧都較好，同時(shí)爐役過(guò)程結(jié)構(gòu)整體性好、保溫效果穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)3個(gè)爐役后不同鋼包永久層表面狀況見(jiàn)以下照片：
圖2：不同永久層澆注料300t鋼包應(yīng)用后照片
以上鋼包永久層在爐役后期均出現(xiàn)了不同程度的裂紋，這和材料的熱震性、強(qiáng)度及拆包過(guò)程中損壞狀況有關(guān)。對(duì)于如何減少保溫鋼包永久層材料開(kāi)裂的綜合技術(shù)還是需要進(jìn)一步深化研究。
從各包各個(gè)爐役渣線的平均溫度看，不保溫鋼包渣線鋼殼都在320℃以上，而采用保溫的4個(gè)試驗(yàn)包渣線平均溫度在280℃以下，一般渣線鋼殼溫度下降50～100℃。包壁部位鋼殼溫降在20～50℃之間，視絕熱材料與永久層材料配置不同而稍有差別。保溫試驗(yàn)包的絕熱材料在爐役期狀態(tài)保持良好，渣線、包壁鋼殼的平均溫度都比普通鋼包低，說(shuō)明永久層起到了良好保護(hù)作用。為了安全保證，目前新的永久層材料在2個(gè)爐役后裂縫較明顯的情況還是需要優(yōu)化改善的，確保可以應(yīng)用到4個(gè)爐役。
4、結(jié)論
保溫型鋼包已成為鋼鐵企業(yè)節(jié)能環(huán)保、提升鋼產(chǎn)品質(zhì)量的一種重要技術(shù)措施，鋼包永久層材料被賦予更高的要求。開(kāi)發(fā)的CA6澆注料與輕質(zhì)莫來(lái)石澆注料強(qiáng)度等物理性能達(dá)到鋼包永久層的應(yīng)用要求，同時(shí)比常規(guī)的高鋁澆注料有更好的保溫性與抗侵蝕性，可以起到保護(hù)絕熱材料的作用，使鋼包在爐役期過(guò)程中保持良好的保溫性。對(duì)于減少保溫鋼包永久層材料開(kāi)裂的綜合技術(shù)還需要進(jìn)一步深化研究。