第四节 钢包用耐火材料
一、耐火材料
凡是能够耐高温、并在高温条件下具有一定的耐压、耐冲击、耐化学侵蚀、耐急冷急热性能的材料叫耐火材料。
耐火材料有八大特性：耐火度、荷重软化点、热震稳定性、抗渣性、常温耐压强度、气孔率、体积密度、重烧线收缩和线膨胀。
二、耐火材料分类
（1）按化学性质分：酸性耐火材料、中性耐火材料、碱性耐火材料。 酸性耐火材料通常指SiO2占93%以上的耐火材料，如硅砖、碳化硅质等，它们在高温下能够抵抗酸性熔渣的侵蚀，易与碱性熔渣起反应。
碱性耐火材料是以MgO或MgO+CaO为主要成分的耐火材料，如镁砖、白云石质、镁炭质材料等属强碱性耐火材料；而镁铬质、镁铝质、尖晶石类材料等均属弱碱性耐火材料。其特点是耐火度都很高，且耐碱性熔渣侵蚀。
在高温下与碱性或酸性熔渣都不易起明显反应的耐火材料称为中性耐火材料，如炭砖、铬砖、高铝质耐火材料等均属此类。
（2）按化学—矿物组成分：硅酸铝质、氧化硅质、氧化镁质、铝镁质、白云石质、碳质、碳化硅质、氧化锆质等。
（3）按加工方式和外观分：烧成砖、不烧成砖、电熔、不定型耐火材料、绝热材料、耐火纤维、高温陶瓷材料等。
三、耐火泥的用途
在常温时把耐火制品粘结在一起，在高温下，经过烧结作用，使耐火制品结合成整体，确保热膨胀和冷缩时形成的缝隙小，不让钢渣浸入缝隙内而破坏砌筑体。
四、耐火砖报废标准
（1）砖受潮以后变质，失去原来耐火砖的颜色，不能使用。 （2）化学成分和理化指标不合要求者不得使用。
（3）装卸、运输过程中，使砖缺角、损棱、裂纹等缺陷超过规定要求，不得使用。
（4）在烧制过程中，扭曲、变形严重的不能使用。
五、对钢包耐火材料的要求
钢包工作环境是：
（1）承受的钢水温度比模铸高
1 （2）钢水在钢包内的停留时间延长
（3）钢包内衬在高温真空下自身挥发和经受的搅动作用 （4）内衬在承接钢水时受到的冲击作用 （5）熔渣对内衬的侵蚀 因此要求钢包耐火材料：
（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。
六、钢包内衬侵蚀机理
钢包内衬在使用过程中不断被损蚀，其机理是高温下，钢液和熔渣的化学侵蚀及机械冲刷所致。钢液在高温下，主要是钢中Mn与耐火砖中的SiO2发生化学反应，生成MnO，并还原出Si，对钢包内衬产生化学侵蚀作用。此外，化学侵蚀产生的MnO、脱氧产生的MnO以及钢液二次氧化，生成并悬浮在钢中的FeO和MnO又与耐火材料起反应，生成低熔点物质，加速耐火材料的破坏。
不同成分的钢液对内衬的侵蚀程度也不一样，总的趋势是随着钢中含碳量的降低，出钢温度的升高，侵蚀作用更强烈。
钢渣对内衬的侵蚀尤为明显，高温的熔渣与内衬接触时，由于熔渣中含有较多的FeO、CaO、Caf
2、MnO等，它们与耐火材料中的SiO
2、Al2O3作用，生成低熔点物质，熔解到渣中。氧化性强，温度高，流动性好的熔渣，侵蚀作用更强烈。
内衬损耗与耐火材料的质量也有关，当内衬有裂缝或不致密时，熔渣将很快地渗透到缝隙中进行侵蚀，结果形成一层表面上看起来像是很致密的玻璃状结构，但这层玻璃结构裂开，缝隙不断扩大，加速了内衬的损耗。
同时，内衬的损坏和侵蚀还与钢包的砌筑质量有很大关系。
七、钢包常用耐火砖
（1）粘土砖 粘土砖中Al2O3含量一般在30~50%之间，价格低廉。主要用于钢包永久层和钢包底部。
（2）高铝砖 砖中Al2O3含量在50~80%之间，主要用于钢包的工作层。 （3）蜡石砖 该砖特点是SiO2含量高，一般在80%以上，比粘土砖的抗侵蚀性和整体性好，且不挂渣。常用于钢包壁和包底。
（4）锆英石砖 该砖主要用于钢包渣线部位。砖中ZrO2含量一般在60~65%
2 之间。其特点是耐侵蚀性好，但价格较高，一般不常使用。
（5）镁碳砖 该砖主要用于钢包渣线部位，特别适用于多炉连浇场合。砖中MgO含量一般在76%左右，C含量在15~20%之间。其特点是对熔渣侵蚀性小，耐侵蚀、耐剥落性好。
（6）铝镁碳砖 它是近几年为钢包炉外精炼新开发的品种，该砖具有优良的强度、抗侵蚀性、抗剥落、抗热震性和不粘渣等优点，但热导率较大，使用时需采取隔热措施。
（7）不烧砖 指不经烧成而能直接使用的耐火制品，目前用于钢包的烧成砖的材料，几乎都能制成相对应的不烧砖。其特点是制作工艺相对简单，价格较低。砖本身具有一定的机械强度和耐侵蚀性，还便于施工砌筑。
八、钢包用不定型耐火材料
1、不定型耐火材料
由合理配比的粒状和粉状料与结合剂共同组成的不经成型和烧成而直接供使用的耐火材料称不定型耐火材料，也称散状耐火材料。
目前钢包用不定型耐火材料按结合剂又分为水玻璃、聚磷酸盐和超低水泥耐火浇注料。
2、水玻璃铝镁质耐火浇注料
该浇注料主要用于钢包内衬，其特点是在钢水作用下，浇注料中的MgO和Al2O3反应生成铝镁尖晶石，改善了内衬的抗渣性和抗热震性。但由于加氟硅酸钠作促凝剂，致使其荷重软化温度较低。
3、超低水泥耐火浇注料
该料在传统的钢包铝镁浇注料基础上，采用超微粉技术，配制成超低水泥铝镁浇注料，与水玻璃铝镁浇注料相比，低熔点钠化合物很少，具有优良的抗渣性和抗剥落性，在同等条件的钢包上使用，包龄约提高30次。
4、矾土尖晶石耐火浇注料
该料也称矾土基高铝尖晶石浇注料，其特点是具有较好的抗渣性、抗剥落性、抗热震性。该料引入合成尖晶石，适当减少由矾土和镁砂粉反应生成尖晶石的量，使MgO稍过量，在更高温度下与矾土颗粒继续反应生成尖晶石，伴随持续性膨胀有利于保持高温下的体积稳定性。采用SiO2超细粉和MgO与H2O形成凝胶的凝聚结合，以及合适的减水剂和凝结时间调整剂，实现低水分下既有良好的流动性，又具有高的坯体强度。与超低水泥浇注料相比成本降低。
二、炉外精炼用耐火材料
3 由于炉外精炼用耐火材料所处的工作环境十分恶劣，因此，要求其必须具有以下性能：
（1）在高温和真空条件下，材料的自身挥发性要小 （2）在真空条件下，耐钢水沸腾的侵蚀和冲刷 （3）具有良好的抗热震性能 （4）具有较高的热机械性能
常用的炉外精炼装置有耐火材料有：高铝砖、镁铬砖、刚玉浇注料、镁碳砖和白云石砖等。对于低磷、低硫及要求夹杂物含量少的钢种，宜用镁钙质类碱性砖；对低碳钢、IF钢、铝镇静钢可采用高铝尖晶石浇注料或高铝砖；冶炼锰和氧含量较高的钢种，宜用镁铝炭砖和镁炭砖。钢包渣线部位选用耐渣蚀、热稳定性好、高温结构性能稳定的镁炭砖和镁铬砖为宜。
第五节 钢包的结构及作用
一、钢包的作用
钢包是盛放钢水和进行钢水浇注的主要设备，在钢包内对钢水进行最终脱氧和合金化操作，可以调整钢水温度，均匀成分，促使钢液中夹杂物上浮。由于炉外精炼技术的发展，在包内进行真空处理、吹氩、喷粉、加热、成分微调等新工艺，对提高钢的质量，钢包的作用尤为显著。
钢包容量应与炼钢炉的最大出钢量相匹配,考虑到出钢量的波动,留有10%的余量和一定的覆盖熔渣量；一般大型钢包其熔渣量应是钢水量的3%～5%小型钢包其熔渣量是钢水量的10%左右。除此之 外还应留有200mm以上的安全净空和满足钢水精炼所需的净空。
二、钢包的结构
钢包是由外壳、加强箍、耳轴、铸钢口及滑动水口等组成。
1、钢包外壳用20～45mm钢板铆接或焊接而成，外壳上钻有一定数量的排气孔，以便在钢包烘烤时，排除耐火材料中的水分，排气孔直径一般为10～20mm。
2、加强箍即包壳的腰部采用钢环箍紧，它起加固外壳，防止包壳变形的作用，一个钢包一般在中上部各焊一条加强箍。
3、耳轴 钢包两侧各装一个耳轴，耳轴的位置一般应高于钢包盛满钢水后的重心350~400mm，使钢包在工作条件下能保持平衡。
4、水口 一般在钢包底部右侧，如果是普通水口，包底壳另有压板和打紧销轴，以防水口砖松动；如果是滑动水口，包底相当水口的位置焊接一块与钢包中心线垂直的基准板，滑动水口机械就安装在基准板上。
5、倾翻机构 通常在包底部安装一块或两块厚钢板，其位置在包底一端到包底边缘，便于浇注完毕，将残渣残钢倒入渣罐。
6、包腿 在包底部装有3个包腿，以便摆放在地上时保护倾翻装置和滑动机构。
7、滑动水口 是钢包的重要部件，固定在包底与水口对应的位置。
三、钢包内衬
1、隔热层 作用是保温，减少内衬向外壳的热传递，从而防止包壳在高温下变形。现我厂未使用。
2、永久层 作用是当工作层侵蚀到较薄时，防止钢水且从工作层穿漏时烧坏包壳，从而提高包寿。现我厂包壁永久层砌筑莫来石砖，厚度为50mm。
3、工作层 直接接触钢水与炉渣，承受钢水与炉渣的高温及化学侵蚀，因此对其材质性能要求较高，现我们采用尖晶石浇注料，包壁工作层厚度为170mm。
四、钢包烘烤
1、烘烤理由
钢包烘烤可以合理地排除钢包内衬中耐火材料所含的水分，提高包衬温度，减少耐火材料的破损。
2、烘烤方法
用油（重油或轻柴油）；用煤气或天燃气；用焦碳及木柴；用红钢锭或红钢坯。
3、钢包烘烤制度
现我厂钢包要求用煤气烘烤80小时，其中小火烤30小时，中火烤30小时，大火烤20小时。如果升温过快，聚集在衬体内部的水蒸气来不及排除，蒸气压超过材料的极限强度，就会造成看不见的内部平行于工作面的层裂和看得见的表面剥落，这种内部层裂会导致在使用过程中出现大面积脱落和钻钢。
钢包烘烤完毕应检查：
（1）观察钢包内衬、渣线等部位，若浇注料颜色为白色，表面无剥落现象，与其它耐火材料交接处无缝为正常，反之说明没有烘烤好，不得使用。
（2）检查透气砖砖心是否裸露，座砖内腔不能有异物或变形、座砖位置定位是否准确。
4、钢包喷补
钢包喷补大多采用半干法施工，其品种有水玻璃铝镁质和低水泥镁质等喷补料。钢包冷态喷补时，耐火喷补料水用量少些；当钢包内衬温度为80~2300C
5 时，其用水量应多些。
五、减少钢包过程温降的措施
1、钢包加砌保温层，减少包衬散热。
2、钢包高温烘烤
3、红包出钢
4、滑板连用
5、钢包表面加覆盖剂或碳化稻壳
6、钢包加盖
六、提高钢包寿命的措施
1、冶炼方面
（1）控制出钢温度 出钢温度过高时包料工作层侵蚀严重，出钢温度过低造成粘包，需进行清理或再使用时用高温钢液冲刷，同样造成严重侵蚀和机械破坏。
（2）控制炉渣碱度 炉渣碱度越小，对包衬工作层侵蚀越严重。 （3）控制氧化铁含量 氧化铁含量过高与包衬耐材发生强烈的化学反应。
2、浇注方面 （1）避免剧烈振动 （2）避免急冷急热 （3）执行烘烤制度
（4）防止钢水在包内停留时间过长
3、修砌质量方面 （1）保证修砌质量
（2）根据不同部位选用合适的厚度和材料 （3）加砌保温层
（4）加厚易受化学侵蚀部位的工作层
4、维修方面
（1）对受损部位进行修补 （2）及时清理残渣残钢
七、漏包事故原因及预防措施
1、钢包大面漏
（1）胎偏 大面部位用的较薄，用包者看其它部位用的较好，大面部位未能检查出来，串钢造成漏包，要求把胎摆正。
6 （2）倒渣不净 包内大面部位有时存有残钢残渣，不易发现，要求及时刮包沿，多人检查，了解包况。
2、料里有夹杂物或混料不均，料中有干料，造成钢包内衬局部缺陷串钢漏包，要求充分混均，发现问题及时处理。
3、包底漏包
（1）两砖周转打不实，要求分批放料，打两遍。
（2）用包者水口比较老，更换不及时，造成水口与座砖间漏钢，要求加强水口检查，及时更换水口。
（3）接茬漏包 要求对重点部位重点维护。
4、永久层有缺陷，修补不到位。
第六节 连铸基础知识
一、钢锭结晶
当温度降低到钢液的凝固点以下时，钢液便从液态转变为晶体态（固态），这一过程通称为结晶，也称凝固。
钢液结晶特点: （1） 结晶过程在一定的温度范围内完成 （2） 结晶过程中固液相成分不断变化 （3） 钢锭内部存在三个结晶区域 （4） 钢锭内部成分偏析，组织不均匀
二、连铸坯凝固过程的特点: （1）连铸坯凝固是热量传递过程。在结晶器内边传热、边凝固、边运行，形成足够厚且均匀的坯壳，保证出结晶器不拉漏。在二冷区喷水冷却加速内部传热使铸坯凝固。三冷区使铸坯温度均匀化。
（2）连铸坯凝固是沿液相在凝固温度区间把液体转变为固体的过程。 （3）连铸坯凝固是分阶段的凝固过程。凝固过程经历三个阶段：钢水在结晶器形成初生坯壳；带液态的铸坯在二冷区稳定生长；临近凝固末期的液相加速生长。
（4）已凝固坯壳在连铸机内冷却看成是经历形变热处理。
三、钢锭结构
沸腾钢的钢锭结构，从边缘到中心由坚壳带、蜂窝气泡带、中间坚固带、二次气泡带、锭心带五带组成。
镇静钢的钢锭结构，从边缘到中心是由细小等轴晶带（激冷层）、柱状晶带、
7 树枝柱状晶带以及锭心粗大等轴晶带组成。
连铸坯内部结构是由三个结晶区组成的，即边缘等轴区、柱状晶区、中心等轴晶区。
四、铸坯缺陷
铸坯形状缺陷包括菱形变形（脱方）、与菱形变形相关的凹陷。
铸坯内部缺陷包括内部裂纹、挤压裂纹、中间裂纹、角部裂纹、中心星状裂纹、中心偏析、中心疏松等。
铸坯表面缺陷包括表面纵向裂纹、表面横向裂纹、表面龟裂、气泡、夹渣、重接、翻皮、振痕异常、渗漏、擦伤等。
五、钢液浇铸方法
分为两种：模铸、连铸。
钢水通过一整套具有强制水冷的机械设备，连续不断地浇注成一定断面规格并剪切成一定长度的铸坯，这种钢水直接浇铸成钢坯的生产工艺就是连铸。
现在世界各国使用的连铸机有立式、立弯式、弧形、椭圆型和水平式等五种。
采用具有某一曲率半径的弧型结晶器，其结晶器二次冷却装置和拉矫装置都布置在某一半径的一个圆的四分之一弧度上，故称弧型连铸机。
连铸比模铸的优越性有简化工艺、节省投资、提高金属收得率和成材率、提高生产率、节约能耗。
六、连铸坯的热送热装
连铸坯的热送热装是指利用连铸坯的热量配合相应的措施与轧制工序紧密衔接，与连铸坯冷装相比有以下优点：
1节约能源。铸坯热装入炉的温度越高，节能效果越好。 2提高成材率，节约金属消耗。
3简化了生产工艺流程，节省厂房和劳动力，投资费用减少。 4由于简化了生产工艺，减少了工序，提高了产品质量。
七、高效连铸
通常指整个连铸生产过程的高拉速、高质量、高效率、高作业率、高温铸坯。
