鋼包耐火材料對鋼液質(zhì)量和溫降的影響

廣益礦產(chǎn)集團 （遼寧沈陽 115103） 張廣賀

1.概述

鋼包作為冶煉（熔煉）尤其是“精練”過程中必不可少的、重要的設(shè)備之一，越來越受到人們的關(guān)注。

包襯耐火材料的材質(zhì)、絕熱性能，對鋼液降溫、鋼的質(zhì)量及冶煉過程具有重要影響。

首先，對大中型鋼鐵企業(yè)用鋼包與鑄造企業(yè)用鋼包的結(jié)構(gòu)做一簡單的比較（見表1、表2），就不難看出兩者間的不同。

表1 大中型鋼鐵企業(yè)用的鋼包結(jié)構(gòu)

表2 鑄造企業(yè)常用的鋼包結(jié)構(gòu)

從表1可看出，鋼包通過使用微孔絕熱材料，可以顯著降低鋼板溫度，即減少熱損失通量，降低鋼液溫降速度。但一些單位的烘包“熱工曲線制度”尚有不盡人意之處。

從表2可看出，鋼包只有工作層且較薄，直接采用不定型耐火材料且對材質(zhì)的選擇隨意性很大，沒有采用絕熱材料。耐火材料基體組織中的毛細孔道比大型鋼包增加了許多。導(dǎo)致熱損失通量加大，鋼液溫降速度加快，鋼板溫度增高。少數(shù)生產(chǎn)大件的鑄造企業(yè)也是用與大型鋼鐵企業(yè)類似的鋼包，但在絕熱層處理、烤包的熱工曲線上等因素考慮的不夠。

從鋼包的構(gòu)成不難看出，單純依靠鋼包絕熱層來減少鋼液熱散失是不夠的。包襯耐火材料的性能，特別是絕熱層耐火材料的熱導(dǎo)率對鋼包的溫降具有重要影響。

鑄造企業(yè)使用的鋼包大多以小型包為主，包襯材料的選擇、粒度配比也比較隨意，基本上沒考慮包襯耐火材料的氧勢指數(shù)，導(dǎo)致包襯耐火材料向鋼液傳氧能力加大，導(dǎo)致鋼中增加的氧，在鋼液降溫過程中將與合金元素反應(yīng)，使鋼中的合金元素氧化，并生成相應(yīng)的夾雜物。由于包襯的基體形成大量的孔洞，加大了熱損失通量，加速鋼液溫降。在實際生產(chǎn)過程中產(chǎn)生由于鋼液中有夾雜物，加之鋼液溫度下降導(dǎo)致澆注溫度降低（尤其是澆注后期），從而導(dǎo)致鑄件質(zhì)量下降。

2.對鋼液質(zhì)量和產(chǎn)生溫降的影響因素

包襯耐火材料對鋼液質(zhì)量和產(chǎn)生溫降的形成主要因素有以下三個方面：

（1）包襯耐火材料的選擇 隨著鋼包耐火材料的材質(zhì)由堿性向中性和酸性的順序變化及溫度的升高，耐火材料的氧勢指數(shù)在增大，由耐火材料向鋼中的傳氧能力增加。鋼中增加的氧，在鋼液降溫過程中將與合金元素反應(yīng)，使鋼中的合金元素氧化，并生成相應(yīng)的夾雜物。

因此，在選擇包襯耐火材料時，必須在嚴格考慮耐火材料的氧勢指數(shù)的同時控制好耐火材料的粒度組成。

（2）材料的粒度級配不合理 包襯耐火材料的粒度配比應(yīng)結(jié)合燒結(jié)工藝和使用條件來選擇。粗、中、細三種粒度配合不當(dāng)將會降低鋼液的溫度。表3為包襯因砂料配比不當(dāng)對鋼液溫度的影響（以堿性材料為例）。

表3 粒度配比與鋼液溫降的關(guān)系

包襯料中的大粒度材料構(gòu)成了包襯的骨架，細粉構(gòu)成了包襯的基質(zhì)，對包襯的強度和密度起著重要的作用。

在選擇粒度級配時必須與鋼包的容積、使用溫度相結(jié)合。

（3）烤包過程中溫度升溫曲線不合理 大中型鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中還能注重鋼包的烘烤，一般鑄造企業(yè)基本就不對鋼包進行烘烤。即便是進行烘烤，升溫曲線設(shè)置得也不合理。

眾所周知，水在常壓狀態(tài)下的沸點是100℃，當(dāng)水達到沸點時就要變成蒸氣。這時水蒸氣將急于從相對致密的包襯基體中尋找縫隙逸出。由于蒸氣的急速逸出會使包襯基體形成一定量的毛細孔道。這個過程會給包襯基體留下禍根，即一定量的毛細孔道，將加速包襯的散熱速度。

包襯耐火材料中的水分主要來源于砂料吸附的水、結(jié)晶水和添加劑分解釋放出的水分，以及采用“濕打”過程中人為加入的水。

這些水分必須在800℃以下全部排除，否則因水、蒸氣來不及排出而導(dǎo)致形成的蜂窩狀孔洞留在包襯基體中，以及因水、蒸氣快速排出使包襯基體組織拱起，形成早期裂紋。因此，在此區(qū)間應(yīng)控制升溫速度。鋼包容量越大，越要降低升溫速率，以避免水蒸氣急速地從砂料中逸出。

低溫烘烤就是使包襯基體中的水分充分排出，低溫烘烤時水蒸氣的逸出速度不能太快，以免在砂料中出現(xiàn)早期裂紋

一般情況下包襯的烘烤曲線是：從室溫升至85℃，其目的是盡可能減小毛細孔道的孔徑，減緩蒸氣逸出的速度。從85℃升至200℃，其目的是盡可能促進包襯基體干燥、硬化。從200℃升至至800℃，其目的是為高溫作業(yè)奠定良好的基礎(chǔ)條件。

這樣操作將使水蒸氣逸出的速度減緩，以勻速從包襯基體組織逸出，減少包襯基體組織毛細孔道的數(shù)量及孔徑，盡可能促進包襯基體組織干燥、硬化，為高溫作業(yè)奠定良好的基礎(chǔ)條件。

3.結(jié)語

研究結(jié)果表明，鋼包耐火材料組成、配比和加熱溫度，對耐火材料分解及向鋼液中傳氧具有重要影響。隨著鋼包耐火材料材質(zhì)由堿性向中性和酸性的順序變化及溫度的升高，耐火材料的氧勢指數(shù)增大，由耐火材料向鋼中的傳氧能力增加。通過使用絕熱性能良好的耐火材料（堿性耐火材料），可以顯著降低鋼液的熱損失，減少鋼液溫降。目前，微孔包襯材料被認為是絕熱性能最好、熱導(dǎo)率最低的鋼包用耐火材料。