钢包用耐火材料现状与发展

洛阳理工学院学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的毕业设计及学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人或集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名年月日洛阳理工学院学位论文版权使用授权书本论文作者完全了解学校有关保留、使用毕业设计及学位论文的规定，学生在校学习期间毕业设计及论文的知识产权单位归属洛阳理工学院。同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权洛阳理工学院可以将本学位论文的全部和部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名指导教师签名年月日洛阳理工学院毕业设计（论文）钢包用耐火材料现状与发展摘要钢包是炼钢工艺所需设备之一。随着转炉寿命的提高，连铸比的增加和炉外精炼技术的进步，钢包处于容量大、钢种多、温度高、时间长等日益苛刻的使用条件，对钢包用耐火材料的要求也不断提高。世界各国为提高钢包寿命,降低耐火材料消耗,提高现有耐火材料的质量，开发研制了各种新型耐火材料,特别是不定形耐火材料的出现,它不但改进了传统砌筑方法,而且对钢包寿命也有明显的改善生产实践表明,包侧壁采用高铝质加20镁铝尖晶石的浇注料,包底使用高铝砖,渣线使用镁碳砖使用效果最好。本文总结了近几十年来国内外钢包用耐火材料的使用现状和发展过程。20世纪5060年代，我国钢包使用的耐火材料主要是各种粘土砖，由于使用费用低，直到80年代还有一些钢厂的钢包仍使用粘土砖。20世纪60年代末，我国有些钢厂的钢包开始使用各种高铝质衬砖，使钢包寿命大幅度提高。20世纪70年代初,蜡石钢包砖,在钢铁企业不同类型的钢包上进行了试用。20世纪90年代，是我国连铸技术快速发展时期，高效连铸技术成为其发展的重心。为了提高连铸钢包使用寿命，适应高效连铸技术发展的需要，我国又开发了钢包用铝镁碳砖等一系列镁质砖，用于各类连铸钢包，使钢包使用寿命大幅度提高。最近十年,我国吸取国外经验开始把耐火砖改为使用不定形耐火材料,用投射、捣打、浇注等方法筑造整体内衬。采用投射施工比砌砖施工节省劳动力50。投射料有高锆英石质、MGO质、MGO质和C质等。32OAL2SI32OAL如今提高钢水纯净度降低生产成本仍是各国共同努力方向。关键词钢包，耐火材料，钢包寿命,镁碳砖，洛阳理工学院毕业设计（论文）ISTATUSANDDEVELOPMENTOFREFRACTORIESFORLADLEABSTRACTLADLEISONEOFTHEEQUIPMENTSNEEDEDINSTEELMAKINGPROCESSWITHTHEINCREASEOFTHELIFEOFCONVERTER,CONTINUOUSCASTINGRATIOINCREASEANDREFININGTECHNOLOGY,LARGECAPACITY,STEELINLADLE,HIGHTEMPERATURE,LONGTIMEOFINCREASINGLYHARSHCONDITIONSOFUSE,THESTEELFORREFRACTORYMATERIALREQUIREMENTSAREALSOCONSTANTLYIMPROVINGALLOVERTHEWORLDINORDERTOIMPROVETHELADLELIFE,REDUCECONSUMPTIONOFREFRACTORYMATERIAL,IMPROVETHEQUALITYOFEXISTINGREFRACTORYMATERIALS,DEVELOPEDANEWTYPEOFREFRACTORYMATERIAL,ESPECIALLYTHEEMERGENCEOFAMORPHOUSREFRACTORYMATERIAL,ITNOTONLYIMPROVEDTHETRADITIONALBUILDINGMETHOD,BUTALSOIMPROVETHELADLELIFETHEPRODUCTIONPRACTICESHOWSTHATTHEBAGSIDEWALLWITHTHECASTABLE20HIGHALUMINASPINELLADLEBOTTOM,USINGHIGHALUMINABRICKS,MAGNESIABRICKSUSEDINSLAGLINEUSEBESTTHISPAPERSUMMARIZESTHEPRESENTSTATUSANDDEVELOPMENTOFDOMESTICANDFOREIGNSTEELFORREFRACTORYMATERIALINRECENTDECADESINTHETWENTIETHCENTURY5060,THEREFRACTORYMATERIALSUSEDINCHINASLADLEWEREMAINLYCLAYBRICKSBECAUSEOFTHELOWCOST,SOMESTEELMILLSSTILLUSECLAYBRICKSUNTIL80SINTHELATE1960S,SOMEKINDSOFHIGHALUMINALININGBRICKSWEREUSEDINSOMESTEELMILLSINOURCOUNTRY,WHICHGREATLYIMPROVEDTHELADLELIFEINTHEEARLY1970S,WAXSTONELADLEBRICKSWERETESTEDONDIFFERENTTYPESOFLADLEINIRONANDSTEELENTERPRISESIN1990S,THERAPIDDEVELOPMENTOFCONTINUOUSCASTINGTECHNOLOGYINCHINA,HIGHEFFICIENCYCONTINUOUSCASTINGTECHNOLOGYHASBECOMETHEFOCUSOFITSDEVELOPMENTINORDERTOIMPROVETHESERVICELIFEOFLADLE,ADAPTTOTHEDEVELOPMENTOFHIGHEFFICIENTCONTINUOUSCASTINGTECHNOLOGY,CHINAHASDEVELOPEDASERIESOFALUMINAMAGNESIAMAGNESIABRICKUSEDINVARIOUSTYPESOFCONTINUOUSCASTINGLADLE,LADLE,LADLETOGREATLYIMPROVETHESERVICELIFETHELASTTENYEARS,OURCOUNTRYBEGANTOLEARNFOREIGNEXPERIENCETOUSEREFRACTORYBRICKUNSHAPEDREFRACTORYMATERIAL,USINGPROJECTION,RAMMINGANDPOURINGMETHODOFWHOLEBUILDINGUPLININGBYPROJECTINGCONSTRUCTIONLABORSAVING50BRICKCONSTRUCTIONTHEPROJECTIONMATERIALHASHIGHZIRCON,MGO,MGOANDCQUALITY32OAL2SI32OALNOWADAYS,IMPROVINGTHEPURITYOFMOLTENSTEELANDREDUCINGTHECOSTOFPRODUCTIONARESTILLTHEJOINTEFFORTSOFALLCOUNTRIESKEYWORDSLADLE,REFRACTORYMATERIAL,LADLELIFE,MAGNESIACARBONBRICK洛阳理工学院毕业设计（论文）II目录前言1第1章钢包概述211钢包的作用及分类2111钢包的作用2112钢包的分类212对钢包的使用要求2121钢包用耐火材料的要求2122钢包盛钢量的要求2123钢包净高度的要求2124钢壳表面温度的要求2第2章钢包用耐火材料的介绍421浇注钢包的使用情况介绍4211高铝尖晶石浇注料4212低水泥耐火浇注料422钢包的用耐火砖介绍5221硅酸铝质材料5222铝镁（碳）质材料6223镁碳质材料7224镁钙（碳）质用材料723砖砌钢包的使用情况介绍8231绝热层8232永久层8233工作层824钢包衬用耐火材料的损毁机理9241渣线用耐火材料的磨损机理9242底部的主要耐火材料磨损机理10第3章钢包用耐火材料的使用现状1131国内钢包用耐火材料现状11311我国钢包用耐火材料类别和品种11312我国钢包用耐火材料现状1132国外钢包用耐火材料现状12321日本钢包用耐火材料现状12322欧美国家钢包用耐火材料现状12第4章钢包用耐火材料的发展1441我国钢包耐火材料的发展14洛阳理工学院毕业设计（论文）III411国内钢包的发展情况1442国外钢包用耐火的发展14421日本的钢包用耐火材料发展14422欧美钢包用耐火发展情况15第5章钢包用耐火材料的研究发展1751转炉钢包用耐火材料的技术进步17511整体浇注技术的应用17512保温材料的开发应用17513永久层浇注料的开发应用17514低碳镁碳砖的应用17515包沿口可塑料及保护板的应用18516钢包修补料的开发及应用18517滑板质的改进18518钢包除渣剂的应用1852国内钢包用耐火材料发展中遇到的问题及对策19521砖砌包比例较高19522包底寿命低19523小修周期过短19524特殊钢用耐火材料消耗高19525维修判断技术及标准落后1953钢包耐火材料的发展趋势20结论21谢辞22参考文献23附录24洛阳理工学院毕业设计（论文）0前言钢包是炼钢工艺所需设备之一。由于近年来炉外精炼和连铸技术的发展，钢包不仅是盛装钢水的容器，已变成了钢水精炼设备，尤其是炉外精炼与连铸被套使用，钢水在钢包内停留时间大大延长，迫使出钢温度提高，导致钢包使用寿命大幅度下降。钢包周转紧张，已成为连铸生产的薄弱环节。与此同时，对刚的品种质量均提出日益严格的要求，尤其是，对保证各种微量合金元素组分的钢种，已成为当今发展品种的主要目标，这就是要求冶炼时对钢包也进行一系列合金化处理，还要求改善钢包用耐火材料的材质，有利于钢液的洁净。为此，国内外正在进行着多方面的、深入的钢包的耐材研究和实验和应用。我国的钢包用耐火材料也得到了很好的发展。特别是自20世纪80年代以来，我国的耐火材料科研机构、生产企业和使用厂家，密切配合，结合我国的国情，不断开发出新型的钢包用耐火材料，使我国的钢包用耐火材料以较快的速度向前发展，满足了我国炼钢工业快速发展的需要。洛阳理工学院毕业设计（论文）1第1章钢包概述11钢包的作用及分类111钢包的作用钢包也叫盛钢桶是冶金工业的重要容器件，起着储存、转运钢水的作用，同时还要进行炉外精炼的双重任务，随着炼钢技术的发展，我国的钢包用耐火材料也得到了很好的发展。钢包使用寿命的长短，不仅关系到耐火材料的消耗，而且直接影响炼钢的正常生产。特别是随着转炉寿命的提高，连铸比的增加和炉外精炼技术的进步，钢包处于容量大、钢种多、温度高、时间长等日益苛刻的使用条件，对钢包用耐火材料的要求也不断提高，所以世界各国都在积极研究开发各种新材质耐火材料，以提高现有耐火材料的质量，延长耐火材料的使用寿命，降低耐火材料的吨耗。112钢包的分类根据目前常见的钢包可以将钢包分为以下几种A根据钢厂冶炼工艺不同可以分为转炉钢包、电炉钢包；B根据冶金作用可以分为普通钢包、精炼钢包；C根据材料及施工方法不同可以分为浇注钢包、砖砌钢包；D根据容量大小不同可以分为50T以上的为大钢包、50T以下的为小钢包。12对钢包的使用要求121钢包用耐火材料的要求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。能反复承受钢水的装、出而不开裂剥落。3耐熔渣的侵蚀。能承受熔渣对钢包内衬的侵蚀作用。4安全。要求钢包在使用过程中间不红包、不漏钢，保证安全作业。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。6具有足够的高温机械强度，能承受钢水的搅动和冲刷作用。7成本和其它要求。122钢包盛钢量的要求LF、VD、RH要求的钢包空包高度不同，LF、RH为300600MM，VD是1000MM左右；一般RH要求钢包盛钢量在100吨以上，而LF和VD对盛钢量没有限制。123钢包净空高度的要求VD炉处理时带渣操作会发泡，因此要求钢包要有一定的净空，以防止钢水溢出。RH处理时要求真空槽能进入钢包内，使得RH浸渍管插入钢水中，由于真空槽不能无限度的下降，综合这些要求，一般在将净空控制在300MM左右即可。洛阳理工学院毕业设计（论文）2124钢壳表面温度的要求钢包在使用时，钢壳温度不能过高，以防止钢壳变形及保证在钢包周围工作的人和设备的安全，通常要求小于等于300。资料介绍，对于钢包包壳的温度要小于包壳材质的蠕变温度，一般应小于300350碳钢的蠕变温度300350，合金钢的蠕变温度为350400。所以通常在设计钢包内衬时要根据耐火材料的导热系数合理计算出钢壳表面温度，从而达到预期目的。洛阳理工学院毕业设计（论文）3第2章钢包用耐火材料的介绍21浇注钢包的使用情况介绍在我国一般其公称容量在50吨以下的不带精炼的转炉普通钢包，其工作衬一般采用浇注料整体浇灌成型。工作衬一次性使用寿命一般在5060次左右，最高在7080次左右，甚至个别钢厂有在100次以上的。为降低吨钢耐材消耗，许多钢厂钢包工作衬在使用一定次数后，将残衬表面的残钢、残渣清理掉，俗称剥皮，然后再坐上胎模浇灌一定厚度的浇注料，待烘烤后继续投入使用，可大大降低成本，该过程也叫套浇，其第1次留下的残衬相当于永久衬，能维持23个包役。钢包工作衬的材质有铝镁质、高铝尖晶石质等，按结合剂可分为低水泥、超低水泥和无水泥耐火浇注料。211高铝尖晶石浇注料钢包内衬不定形耐火材料自80年代推广应用以来，已由原来的普通铝镁浇注料发展到铝镁尖晶石浇注料，浇注料性能明显提高。铝镁尖晶石浇注料具有密度大、强度高、耐侵蚀、抗剥落、磨损率低等优点，能显著提高包龄，因而被众多厂家采用。筑衬工艺由捣打、投射、振动发展到胎模振动，胎模振动降低了钢包耐火材料消耗。取得良好效果，钢包包龄平均可达7080次。具有振动均匀、操作简便、劳动效率高等优点，并且可实现钢包内衬连续套浇，其理化指标如表21所示。表21高铝尖晶石浇注料理化指标项目内容指标化学成分，MGO32OAL8090体积密度,3/GCM11016H15503H285280抗折强度,MPA11016H15503H810线变化率，11016H15503H0110212低水泥耐火浇注料低水泥耐火浇注料是在粘土结合耐火浇注料的基础上开发的，也是在20世纪80年代得到蓬勃发展的新一代耐火浇注料。其主要品种有低水泥、超低水泥和无水泥耐火浇注料，它集多种耐火浇注料的优点于一身，具有高密度、低气孔、高强度、低磨损、耐热震和抗侵蚀等特点，同时还具有体积稳定性强和施工用水量低等特性因此应用广泛，使用效果较好和社会经济效益显著。表22是低水泥、超低水泥、无水泥浇注料的使用性能数据统计。洛阳理工学院毕业设计（论文）4表22低水泥、超低水泥、无水泥浇注料的使用性能成分ABCLCALCBULCCFACFM氧化铝,氧化硅,氧化钙,加水量,945994599638984269527993030中档604969696212121101010304305300304030高档61014979797222070707308305300403035特优级610149759759751212120505053123023026035353钢包底用耐火材料精炼钢包包底所用的材料与熔池的基本一致，都采用铝镁碳砖砌筑，对于包底冲击区在出钢时因承受钢水的反复冲击比其他部位损毁的要快，所以，砌筑该部位时通常采用立砌加厚的方式，使冲击区部位与其它部位保持同步损毁，表24铝镁碳砖的理化指标。表24铝镁碳砖的理化指标名称LMT76LMT74LMT72MGO，141210MGO,32OAL767472C,887体积密度,G/CM3290285280显气孔率,8910常温耐压强度,MPA55454402MPA荷重软化开始温度,16701630160024钢包衬用耐火材料的磨损机理众所周知,对耐火材料磨损机理的了解是进行耐火材料选择及内衬设计的基础。但是在实际情况中,具体的磨损机理将会随着工作衬位置的功能、该区域所使用的材料系统以及实际的操作条件而变化。此处只讨论钢包的两个最重要区域用主要耐火材料的磨损机理渣线和底部。进一步聚焦这个主题,这里只对两种主要的实践进行了介绍,即渣线用镁碳砖和底部用尖晶石浇注料。241渣线用主要耐火材料的磨损机理可以这样说,渣线的破坏是钢包不能使用而需要维修或重新砌衬的最普通的洛阳理工学院毕业设计（论文）9原因。一般来说,钢包的使用条件有点类似转炉,但比其条件更差,主要是由于氧化和温度波动范围更大，碳氧化和炉渣侵蚀是镁碳砖内衬在使用中损坏的两个最重要原因。实际上,这两个因素相互作用也很厉害,并且有时很难说哪一个比另一个更有害。镁碳内衬磨损机理包括两个方面物对镁碳砖侵蚀包括两个方面一是炉渣对镁砂颗粒的熔损,如,CAO等氧化物与MGO形成低熔物,被炉渣带走。2SIO二是炉渣中的FEO对镁碳砖中的C氧化,造成砖结构松散。另外,钢液在精炼过程中,进行吹氩搅拌,钢水和钢渣的机械冲刷,使渣线损毁加剧。除了化学侵蚀外,物理因素,例如垂直裂缝和砖缝也常常会引起渣浸蚀,结果导致渣线早期破坏并限制了其使用寿命。242底部的主要耐火材料磨损机理钢包底部的破坏,特别是冲击区域,有可能是钢包不能使用而需要维修或重新砌衬的第二个原因。典型特点是钢包高度越高,底部区域的耐火材料磨损越厉害。其它有关的因素可能包括出钢温度和炉子高度。FUURTAL等人已详细介绍了底部用尖晶石浇注料的主要磨损机理,VERT后来提供了更为详细的资料。其中有三个主要阶段L热剥落温度梯度和出钢引起了炉龄初期阶段底部热面蛛网状垂直裂缝的形成2钢水和炉渣的渗透钢水和熔渣渗透进底部的热面,特别是通过那些形成于表面的垂直裂缝3结构崩裂随后的热循环导致热面交替变化区域的结构崩裂,然后形成一个新的耐火材料表面。一旦新形成的耐火材料表面暴露于钢水和炉渣中,那么第二和第三个阶段将重复进行。洛阳理工学院毕业设计（论文）10第3章钢包用耐火材料的使用现状31国内钢包用耐火材料现状311我国钢包用耐火材料类别和品种20世纪5070年代，我国的钢包包衬主要使用的是硅酸铝质耐火材料，包括各种粘土砖和高铝砖等。从80年代起，我国陆续开发出了铝镁（碳）质、镁碳质和镁钙（碳）质等多个系列的新型钢包用耐火材料。其中铝镁（碳）质耐火材料品种多、规格全，是我国主要的钢包用耐火材料。我国钢包用耐火材料的类别和品种见表31。表31我国钢包用耐火材料类别和品种类别品种硅酸铝质粘土砖、高铝砖、高铝捣打料、蜡石砖镁碳质镁碳砖、低碳镁碳砖镁钙碳质自云石捣打料、不烧镁钙砖、不烧镁钙碳砖锆质锆质砖铝镁碳质铝镁捣打料、铝镁浇注料、铝镁不烧砖、铝镁尖晶石浇注料、铝镁碳砖、铝镁尖晶石碳砖、高档铝镁小烧砖、高档铝镁尖晶石浇注料312我国钢包用耐火材料现状国内各钢厂过去一直采用粘土砖、蜡石砖或高铝砖等作钢包内衬,使用寿命介于1050次,耐火材料单耗介于1020KG/T钢。自应用连铸和二次精炼设备后,使钢包的使用条件更加苛刻,使用寿命进一步降低,因此近年来大力更新材质,发展新品种,取得了显著效果钢包内衬采用高铝砖时,使用寿命比粘土砖、蜡石砖高,特别是含量高的高铝砖的使用效果更好,表31列出了高铝砖包衬的使32OAL用寿命。表31高铝砖包村的使用寿命公司名称炼钢炉钢包容量，T含量，32OAL使用寿命，次武钢转炉707235攀钢转炉130602123太钢转炉1308060宝钢转炉3008050我国利用得天独厚的高铝和镁砂原料,开发出为6570写,MGO为32L1012的铝镁砖,在钢包上使用取得了很好成绩,例如鞍钢2O0T钢包使用铝镁砖,使用寿命达到45次,耐火材料单耗低于27KG/T钢,表32列出了不烧铝镁砖在各洛阳理工学院毕业设计（论文）11钢铁公司和钢厂的钢包上使用情况。表32不烧铝镁砖的使用效果钢铁公司和钢厂名称钢包容量，T使用寿命，次抚钢1045大连钢厂电炉分厂103742南昌电炉分厂2033天津三炼钢203955本钢16041鞍钢20045同时,还开发出了不烧铝镁碳砖和镁碳砖,其中不烧铝镁碳砖系用矾土、刚玉、电熔镁砂和高碳鳞片石墨等原料制成,具有耐蚀性、耐剥落性、热稳定性好和不挂渣等特性,使用寿命长,例如武钢第二炼俐厂1992年把75T转炉扩容为90T转炉后,使用这种砖包龄达到50次。宝钢300T钢包包壁使用铝镁恢砖,渣线使用镁碳砖,平均寿命达到50次。新抚钢10T钢包采用铝镁碳砖,包龄达到71次国内钢包近年还采用了捣打包衬和浇注包衬,都较大地提高了钢包寿命。例如,鞍钢200T钢包采用铝镁质捣打料筑造整体包衬,平均使用寿命为85次,最高达到108次,耐火材料单耗为27KG/T钢汉阳钢铁厂6T转炉钢包采用高铝一尖晶石质浇注料筑造包衬,使用寿命达到140180次,耐火材料单耗为4556KG/T钢。32国外钢包用耐火材料现状321日本钢包用耐火材料现状日本普通钢包使用价格便宜的蜡石砖、锆英石砖和为85的高硅酸质砖2SIO等。在使用条件苛刻的钢包渣线处使用了碱性砖和中性砖。在精炼钢包渣线处使用了镁碳砖、铝碳砖、尖晶石碳砖和镁白云石碳砖等含碳耐火材料,改进了耐蚀性和耐剥落性。最近十年,日本大型钢包已由使用耐火砖改为使用不定形耐火材料,用投射、捣打、浇注等方法筑造整体内衬。采用投射施工比砌砖施工节省劳动力50。投射料有高锆英石质、MGO质、MGO质和C质等。捣打施工比32OAL2SI32OAL砌砖施工节省劳动力约40,主要使用错英石质捣打料等。在不定形耐火材料中,浇注料发展最快,开发使用了锆英石一叶蜡石质、半锆英石质、锆石英英石质、质、高铝质浇注料等,特别是近几年又研制MGL32出了在高铝质浇注料中加入镁铝尖晶石的铝尖晶石质浇注料。镁铝尖晶石的加入量介于1030,而加入2025镁铝尖晶石的铝尖晶石质浇注料的使用效果最好。例如,日本川崎钢铁公司千叶厂第三炼钢车间255T钢包侧壁由使用半锆英石质浇注料改为使用铝尖晶石质浇注料,渣线使用镁碳砖,包底使用高铝砖,使用寿命达到294次,耐火材料单耗为106KG/T钢,该公司水岛厂1990年代替错英石质浇注料,使用铝尖晶石质浇注料,平均使用寿命达到250次,蚀损率和费用分别是锆英石质浇注料的40和95。日本钢管公司福山厂第三炼钢车间320T钢包侧壁使用加入25镁铝尖晶石的铝尖晶石质浇注料,使用寿命达到276次,耐火材料单耗降低了41,费用降低了13。321欧美国家钢包用耐火材料现状洛阳理工学院毕业设计（论文）12美国伯利恒钢铁公司雀点钢厂现有两座280T转炉,16个300T钢包,采用高铝砖包衬,平均使用寿命达到80次以上采用树脂结合的高纯白云石砖作包衬,侧壁1524MM厚,包底2286MM厚,最高使用寿命为115次,平均94次采用直接结合镁铬砖包衬,平均使用寿命为102次,耐火材料单耗为09KG/T钢,采用为90的32OAL浇注料,使用寿命为101次。美国钢铁公司格里钢厂从1986年开始在钢包包底和侧壁使用含为80的超低水泥浇注料块,渣线使用镁铬砖,包底使用寿命为399次,侧壁使用寿命为672次,英国SHEERNESS钢铁公司1990年在钢包上使用树脂结合的白云石砖作内衬,使用寿命达到79次。德国钢包侧壁主要使用白云石砖占83渣线部位主要使用镁碳砖,占48,还使用红柱石砖、高铝砖和镁铬砖永久衬主要使用粘土砖,占62左右,也使用一定数量的橄榄石砖包底主要使用白云石砖,占44,也使用红柱石砖、高铝砖和镁铬砖,包底和包壁的使用寿命介于1060次。加拿大DOFASCO钢铁公司第二炼钢车间自1987年以来在钢包侧壁上使用高铝砖,使用寿命为65次1990年改为使用为95的浇注料,使用寿命为708032OAL次,永久衬衬砖始终未变,包底使用为50的衬砖,包壁使用。为7032OAL的衬砖。前苏联奥斯科尔斯克电冶金联合公司在150T钢包上使用莫来石刚玉砖,包壁采用不烧砖,包底和渣线采用烧成砖,使用寿命介于1624次,平均寿命为20次包壁和渣线采用改进的莫来石砖,使用寿命介于1822次,平均寿命为20次。包壁和渣线采用加入铬矿的莫来石硅质砖,包衬寿命26次,渣线命810次。采用综合砌筑时,即渣线使用加入铬矿的莫来石硅质砖,包壁使用不烧莫来石刚玉砖,包底使用工业莫来石刚玉砖,钢包的使用寿命为27次。克里沃罗格斯塔科钢铁公司第二转炉车间采用镁尖晶石捣打料,在160T钢包上进行捣打施工,形成整体内衬,其使用寿命为2139次。洛阳理工学院毕业设计（论文）13第4章钢包用耐火材料的发展41我国钢包耐火材料的发展411国内钢包的发展情况由于我国钢厂技术、管理和现状的差异显著,尽管目前多数钢厂对改善劳动条件和提高效率的要求尚不十分迫切,加上不定形耐火材料的施工、烘烤装置,以及价格、设备等经济问题,我国钢包耐材可能在较长时间内将是砖和不定形材料并存。但可预料,在宝钢钢包不定形化工作的推动下,省时、省力、长寿命的不定形钢包衬也将迅速发展。采用新型优质钢包耐材以适应连铸、二次精炼,提高钢质量和使用寿命当然也是钢厂的迫切要求和愿望。新材料也必然以其技术和经济的优势而逐渐推广,并在推广应用中改进和发展。综上,在结合我国国情开发新型优质包衬材料上,值得注意的发展动态可归纳如下。L无水泥结合的铝镁材料,主要是矾土一尖晶石浇注料和不烧砖,因其充分利用我国耐火材料资源,价格较低,寿命较长,对钢种和使用条件的适应性较强,将会得到较快的推广应用。技术上将通过高纯原料的添加、系统的改进、特殊添加物的应用和针对不同钢厂适应性配方的调整等,进一步提高性能和使用寿命,并形成系列品种。2日本和欧洲在大量推广使用铝一尖晶石浇注料,我国将通过引进、消化吸收,形成一定的生产能力,并在少数钢厂先行应用。这种寿命长,可大大降低吨钢耐火材料消耗的浇注料的研究将会进一步深入,尤其是富铝尖晶石的组分及其在浇注料中的合理应用,低水泥、无水泥品种的扩大开发研究,添加其它特殊原料提高性能的研究等。3钢包渣线用不定形耐火材料的研究,在国外已引起重视,以期取代镁碳砖。据报道,MGO系浇注料已取得较好效果。此外,MGO2ZROSI2ZROSI。、MGO、MGO。等系统的材料也是有希望的。32CR3AL32L32OCR4钢包的修补能大幅度延长包龄并有良好的经济效益,将成为提高钢包寿命必可少的措施之一。其修补材料浇注、喷补和修补技术将得到开发和应用。5铝镁碳砖通过改进抗氧化剂,添加高纯原料,引入镁铝尖晶石,改变碳量、镁量等措施,性能将进一步提高,作为一个品种应用范围将有扩大。为发展我国的钢包耐材系列,迫切需要研究部门、耐火材料厂和钢厂加强合作。只有这种合作,才能为各钢厂寻找到最合适的包衬材料。42国外钢包用耐火材料的发展421日本的钢包耐火材料发展日本钢包用耐火材料的发展是随着连铸的兴起和炉外精炼的发展,大约经历近30年的过程。（1）锆质材料是日本独特开发与叶腊石并行使用的耐材,锆质材料比叶腊石高硅酸质的耐蚀性好但比重较大,约为3640。多数转炉包采用错质砖砌3/GCM筑,电炉钢厂除有大型天车外很少应用。某厂70吨普通电炉钢包渣线砌以锆石、氧化铬砖,使钢包寿命提高至6070次。此种材质从60年代一直延用至现在。（2）高铝质耐火材料的耐渣蚀性是众所周知的。用做普通钢包时虽然浸蚀很小,洛阳理工学院毕业设计（论文）14但于接缝处容易引起侵蚀而剥落。做为真空脱气或炉外精炼用钢包,须考虑其耐久性和无增SI现象,且利于低硫钢的精炼,所以很多工厂使用高铝质耐火材料。是从1975年后开始应用的。近来对碳影响小的钢种也使用浸润小的C质32OAL材料砌筑。必须指出结质材料砌筑的钢包会使钢包值的碱度降低,影响脱硫效果,而且在处理过程中钢水中的溶解铝的变化很大,所以处理超低硫钢时必须采用高铝质材料。（3）碱性耐火材料使用碱性包衬时如果没有足够的予热和保温,就会产生粘钢粘渣现象,而且很难剥离。VOD钢包采用高温烧结的铭一铁砖砌筑和白云石砖砌筑,前者是60年代中期开始应用的,后者则在70年代初。LF、ASEA一SKF、VAD钢包的渣线部位受电弧加热和长时间处理而浸蚀严重,因而开发了镁质碳砖砌筑,表41示出各种碱性材料对渣线损坏速度的比较。表41碱性材料对渣线损坏速度的比较耐材类别溶损数溶损速度损坏形式MGOC100463冲刷MGO134620剥落MGOZR120556剥落MGO白云石184854剥落、溶蚀MGOCR2461141剥落、溶蚀类晶石215996溶蚀从表41说明MGOC用于渣线是最好的材料,若用于VOD钢包吹氧精炼时,渣中FEO、猛增,会使其氧化消耗激增,所以VOD梢炼包不用镁质碳砖。与此32OCR同时,镁碳质砖对钢水长时间停留也具有独特的耐力。除VOD包因氧化消耗太高外,所有精炼包渣线用耐火材料均采用镁碳质砖砌筑。侧壁和底部绝大部份采用高铝质材料,但VOD包除外。VOD采用铬一镁式白云石镁砖或锆质耐材。其他几种炉外精炼方式也有采用铬镁、白云石镁或锆质材料的。（4）不定形材料1970年转炉用钢包大量采用了不定形耐材,例如西德的天然砂、日本的锆叶腊石。80年代开始应用水泥材料,而且以低水份45施工,开发了用抛砂机进行可注材料的钢包施工。近年来改迸了在包内设内框进行可注施工,把细粉和成泥浆然后与粗粉混合,边混合边施工,这样既不产生粉尘而且可得到与振动成形同样的致密度。曾在大型钢包中使用,结果达到振动成形同样的水平。接触钢水冲击磨损大的部位,也有采用大型高铝块的。若使用含高的耐2SIO火材料,在承受RH等强制搅拌时,会增加硅酸盐系的夹杂物并且成为夹杂物3AL生成的氧源。所以,为了减少钢中夹杂物,应使用含少的耐火材料。最好使用2SI高铝质予初块,既耐用又可提高钢的质最。近年来可浇预制块的质最有很大进步。422欧美钢包包耐火材料发展情况1970年1978年之间欧洲钢包都采用低成本的简单的耐火材料。天然砂耐火砖和天然砂浇注块,而很少应用高铝材料。当70年代中期出现了很多小型钢厂后才促进了碱性材料的应用,特别是80年代初以粘土结合的白云石钢包发展很快。目前90的小钢厂所用的钢包都采用白云石基的耐火材料。1982年由于连铸钢比洛阳理工学院毕业设计（论文）15例的迅速增加,钢包工作衬变成复杂的材料诸如60铝的和磷酸酸盐结合的铝钒耐火材料。碱性CRMG耐火砖、白云石砖以及新引进的镁碳砖。形式的多样化说明了直至今天以及将来都在降低耐火材料中的含里,相应地提高碱性,从中铝到2SIO高铝、白云石和镁碳质材料。1984年以碳结合的白云石砖引入英国,也被欧洲工厂使用。目前欧洲的钢包可综合为下列四类（见表42）表42目前欧洲的钢包情况种类包尺寸（T）锭/连铸坯出钢温度，炼钢时间，H浇注时间，H耐材消耗，KG/GA转炉包135/400二者1640/1695025/01515/2532B小钢包40/100连铸坯1670/1680O25/0515/2035C电炉包50/180二者1660/1680O25/051/23,9D有充分加热的包70/135二者1670/16501/351/265/82A类包有最大的吨位和较短或中等的冶炼时间,但浇住时间较长,一般情况一F耐材消耗为32KG/T,是各种类型中消耗最低的。D类包具有加热装置如ASEA一SKF、VAD、VOD等,这些包须经受高温、增加停留时间、湍流、高速钢流,电极闪烁、高真空状态和合成碱性渣的浸蚀等劣条件的考验,所以材料消耗最高达6582KG/T。从而对耐材质量提出了要求。碱性材料在各种条件下使用都具有较大的贡献,而日价格较低,这是欧洲大量应用白云石材料的主要原因。由于各国的条件不同,所以其寿命波动也很大。耐火砖的形状、膨胀公差余量、主体材料和辅助材料、砌筑方法和予热制度也可使钢包寿命在很大程度上发生变化。目前压倒多数的砌筑方法是螺旋形结构,除渣线频繁修理外都采用半万能螺旋形代替传统的圆拱形结构。半万能布置的优点是每种衬只需要一种单一的形状,施工容易,从而加快施工速度,同时还大大减少了金属渗透的可能性。因此也大大减少了需要拆毁的时间。标准衬的尺寸一般为300MM厚、其中工作衬125230MM。绝热衬和安全衬为63565MM。对于快速加热自矛石材质比其他耐火材料和碱性材质有较小的敏感性,特别是化学结合的白云石,可大大加快升温速度。因为它有非常好的抗热冲击性。洛阳理工学院毕业设计（论文）16第5章钢包用耐火材料的研究发展51转炉钢包用耐火材料的技术进步511整体浇注技术的应用宝钢300T钢包从1995年9月开始使用进口浇注料进行试验。用日本浇注料共浇注6个钢包，平均包龄217次，吨钢耐火材料消耗为194蝇。用欧洲浇注料共浇注11个钢包，平均包龄251次，吨钢耐火材料消耗为184蚝。为降低成本，宝钢从1996年12月先后试用了国内九家耐火材料厂生产的浇注料，到2000年6月，共使用了43个钢包，平均使用寿命258次，吨钢耐火材料平均消耗178KG，达到并超过了进口料的使用水平。2000年300T钢包LF炉投产，整体浇注钢包包龄下降幅度较大，同时永久层改用整体浇注后，工作层厚度减薄2001年平均包龄降到1545次。根据这种状况，宝钢发明了一种全新的浇注方法，虽然包龄不高，2002年L4月平均仅1575次，但吨钢耐火材料消耗仅16K，而且吨钢成本可比以往的浇注方法下降20以上。250T钢包2002年L4月平均包龄214次，吨钢耐火材料消耗平均为199KG。目前宝钢已拥有一套成熟的整体浇注钢包的施工、使用及维护技术，转炉钢包将在今后两年内全部改为整体浇注钢包。512保温材料的开发应用为减少钢包的过程温降，提高钢包包壳的使用寿命，宝钢与研究机构合作研究开发了一种钢包用保温板，保温板的性能为11024H烘后的体积密度为0905，11024H烘后压缩量20时的压缩强度为216MPA，L1006H3GCM烧后线收缩率为186，热面800时的热导率为0138W，W1MK32OAL9851。开发的保温材料在转炉钢包上已得到全面应用。对于砖砌包，2SIO未使用保温板时，包壳平均温度为368，使用20MM厚保温板时，包壳平均温度下降到26L；对于整体浇注包，未使用保温板时，包壳平均温度为377，使用20MM厚保温板时，包壳平均温度下降到272。513永久层浇注料的开发应用永久层原来使用的是蜡石砖和高铝砖，每次大修时永久层均无法保留，严格意义上不能称永久层，只能称安全层，而蜡石砖和高铝砖砌筑的永久层由于有大量砖缝，安全层也并不安全。为使永久层既能长寿，又能安全，开发了一种供永久层使用的较为高档的高铝莫来石质浇注料，其特点是在浇注料厚度较薄的条件下具有高的强度、良好的热震稳定性及高温体积稳定性。钢包永久层整体浇注的好处主要有两点一是提高钢包使用的安全可靠性；二是延长永久层使用寿命，降低工人劳动强度，使隔热保温材料可多次使用，降低钢包生产成本。目前永久层使用寿命最低为500次。514低碳镁碳砖的应用为减少耐火材料对钢水的污染，宝钢曾先后在钢包渣线上试验过镁锆质、铝镁质、铝铬质、镁铝质等多种材质的预制块，效果均不理想。在目前无碳材料不能满足渣线使用要求的情况下，宝钢进行了降低渣线镁碳砖中碳含量的试验，把洛阳理工学院毕业设计（论文）17渣线中的碳含量从14左右降低到7左右，为保证低碳镁碳砖有良好的抗热震性和抗熔损性，在结合剂和外加剂上进行了大量研究。低碳镁碳砖在300T钢包上进行了多次试验，结果证明低碳镁碳砖使用寿命可达110次左右，与普通镁碳砖相当，可基本满足300T钢包的使用要求。存在的问题是砖的质量不稳定，今后应开发质量稳定的低碳镁碳砖，最终使低碳镁碳砖完全取代普通镁碳砖。515包沿口可塑料及保护板的应用以前当镁碳砖砌到最后一环时，与包沿口钢板之间的空隙约50MM的高度是用高铝质浇注料填充的，存在的问题是施工不方便，浪费较多，而且为了将浇注料灌人缝隙中，需要加入较多的水，容易导致镁碳砖的氧化，为此开发了一种高铝质的可塑料，特点是施工方便。钢包在使用中钢水和渣溢出会烧毁包沿口钢板，导致钢包提前送修，这种现象在300TLF钢包表现更明显。通过与上海贝尔耐火材料公司合作，开发了一种“L”型的包沿口保护板，达到了保护包沿口钢板的目的。516钢包修补料的开发及应用早期包壁几乎不修补，后来在包壁熔损较为光滑时采用贴补的办法，贴补一层高铝砖后能使用50次左右。存在的问题是有时难以贴补，有时贴补后钢包壁易渗入钢水和渣，导致超重。1996年开始使用镁质及镁钙质喷补料对熔损严重部位进行喷补，喷补附着率在85左右，喷补加水量为20左右。存在的主要问题是喷补厚度有限，一般在30MM左右，而且镁质料容易粘渣，喷补表面无法清理。镁质料能使用1525次，镁钙质料能使用520次。经过多次试验研究，开发了一种铝镁质修补料代替喷补料，加水量在7左右，其特点是附着性好、耐熔损、易于施工，效果很理想。每次小修时均对包壁熔损较严重的部位进行修补，修补料使用寿命可达25次以上。517滑板材质的改进针对现有钢包用铝碳锆滑板在使用中存在的问题，宝钢和上海永和耐火材料公司合作开发了采用烧结刚玉、锆刚玉、部分稳定氧化锆等低硅原料生产的新型铝碳锆质滑板，其性能指标与原来使用的普通铝碳锆滑板的对比见表51。表51铝碳锆滑板的性能对比W/项目32OAL2ZRC体积密度，3GCM显气孔率/耐压强度/MPA新型滑板786188794331261583普通滑板71862386230171365从性能指标来看，新型钒碳锆滑板与普通滑板相差不大，但由于新型滑板中。含量低，在使用中抗熔损性能可能优于普通铝碳锆滑板。新型铝碳锆滑板2SIO在宝钢300T钢包上应用，平均使用寿命高于普通滑板30左右。518钢包除渣剂的应用300T钢包粘渣后重量增加，使得行车长期处于超负荷状态，严重威胁着行车的运行安全，同时也减少了钢包的有效容积，影响出钢量。另一方面，考虑到行洛阳理工学院毕业设计（论文）18车的运行安全，粘渣超重的钢包只好提前打掉，使钢包周转紧张，包龄降低，耐火材料消耗增加。研究表明，粘渣的直接原因是渣冷凝后析出高熔点相所致。粘渣主要是钢种渣、钢包热状态和包衬耐火材料共同作用的结果，它不仅与钢包渣中的含量高有关，也与钢包热状态差和渣、钢渗入耐火材料有关。其他32OAL原因包括连铸比逐年提高，铝镇静钢比例较高，钢包小修次数多，耐火材料抗渗透性不足，保温剂影响等。为减少钢包粘渣现象，采取了一些有效手段，如加快钢包红包周转，改变保温剂的化学组成。更重要的是开发了钢包除渣剂，采取化学办法使渣改性。通过使用除渣剂，钢包粘渣现象显著减少，砖砌钢包平均包龄从粘渣严重时的85次左右提高到了115次，降低了钢包生产成本，保证了行车的安全生产。目前钢包除渣剂已推广到同样存在粘渣和超重问题的250T钢包上使用。52国内钢包用耐火材料发展中遇到的问题及对策521砖砌包比例较高目前宝钢尚有相当一部分钢包使用高铝砖。在成本相当的情况下，砖砌包的吨钢耐火材料消耗比整体包高1KG左右，继续使用高铝砖是不明智的。与整体浇注钢包相比，砖彻包有以下几点不足一是熔损快，对钢水污染大；二是砌筑工作量大，维修困难；三是安全性差。因此，在有条件的钢包上应尽快全面使用整体浇注包。有一部分300T钢包的包壳由于使用时间较长，变形严重，已无法放人模芯浇注。对这部分包壳也已试验了预制砖，成本和消耗与整体包相当，甚至优于整体包，目前也在使用中，在取得了经验后有必要进一步推广。522包底寿命低目前，宝钢使用的包底砖是蜡石一碳化硅砖，使用寿命仅25次。这是钢包耐火材料中最差的一个环节，是耐火材料消耗高的主要原因。宝钢也在部分钢包上使用包底整体浇注，无法大量使用的主要原因是维修困难，由于小修周期仅25次，多次修理后冷钢夹层较多，寿命无法达到国外报道的125次以上，同时吨钢成本也是蜡石碳化硅砖的23倍。目前正在试验的是冲击区用铝镁尖晶石质预制砖，四周用高铝质不烧砖，目标寿命可达50次。523小修周期过短目前宝钢钢包的小修周期是25次，而国际上先进钢厂一般在50次左右。小修周期短导致耐火材料消耗高，钢包热周转率低。限制钢包小修周期提高的主要障碍是上水口和透气砖的寿命低。对各种材质的上水口进行过试验，寿命均难有大的提高。开发了一种修理环，可使寿命达到25次以上。目前正在研究上水口与座砖的结构，使之能在热态下更换，估计不久即可成功。国内外许多钢包都在实行透气砖的热态更换，宝钢也有必要尽快解决此问题。524特殊钢用耐火材料消耗高某些钢种如钢帘线钢和电工钢对耐火材料的熔损特别大，尤其是钢帘线钢，对耐火材料有特殊要求，一般耐火材料不能使用，在冶炼这种钢时，渣线寿命有时连10次都达不到，钢包修理次数多，耐火材料消耗极高。虽然这种钢产量不洛阳理工学院毕业设计（论文）19大，但对钢包耐火材料消耗的影响很大。必须开发满足这些钢种冶炼要求的耐火材料。525维修判断技术及标准落后要降低钢包耐火材料的消耗，必须有科学合理的残厚管理标准。由于钢包残厚基本上是人工判断的，具有随意性及风险性，操作人员往往更多地考虑钢包安全生产的重要性，而忽视成本。要降低钢包耐火材料的消耗，必须有先进的判断及维护技术，例如采用激光测厚来保证钢包的安全使用；使用湿法喷涂技术来维护钢包内衬；透气砖热更换安全系统。通过提高耐火材料安全使用的可靠性，来减少耐火材料的浪费。53钢包耐火材料的发展趋势纵观耐火材料的发展和目前的状况,可以认为,今后钢包耐火材料的发展趋势是1注重本地区资源的开发利用,特别是充分利用废旧资源。开发中性、碱性耐火材料。2国内钢包寿命偏低,因此,碱性包衬、尖晶石类包衬、高铝质包衬及其相应的复合包衬结构将大量出现。3国内不定形耐火材料在钢包上应用所占比例仍将增加,这对于小型模铸厂家效益显著,但对于采用连铸工艺的厂家来说,优质复合砌砖钢包将占有相当大的比重。4含碳制品应用范围继续扩大。5降低消耗、清洁钢包。降低消耗不仅可以降低成本，更重要的是可以减少对钢水的污染；清洁钢包一方面是要用无碳、熔损小的耐火材料，另一方面要减少钢包的粘渣。洛阳理工学院毕业设计（论文）20结论本文总结国内外钢包用耐火现状与发展趋势，得出以下结论（1）目前，各国都在致力于研究提高钢包使用寿命，降低耐火材料的成本，减少对钢水的污染。（2）国内钢包的使用次数没有国外的使用次数多，国内的关于钢包的耐材还需要发展。（3）我国应该吸取国外的经验，来发展我国的钢包用耐火材料技术。（4）为发展我国的钢包耐材系列,迫切需要研究部门、耐火材料厂和钢厂加强合作。洛阳理工学院毕业设计（论文）21洛阳理工学院毕业设计论文22谢辞本论文是在熊老师的悉心指导下完成的。熊老师不辞辛劳，对我的指导竭尽全力，我的每一点进步都渗透了他的心血。熊老师严谨的治学态度、渊博的专业知识，以及他温和的立身处世态度，给予我很大的启迪，使我终身受益。值此论文完成之际，我真诚地向熊老师表示衷心地感谢和美好的祝愿感谢三年来我所有的任课教师对我学业的指导感谢材料科学与工程系所有领导对我大学期间的教导和关心感谢二十二年来一直默默为我付出，关心支持我的父母感谢我