钢包耐火材料对钢液质量和温降的影响

广益矿产集团 （辽宁沈阳 115103） 张广贺

1.概述

钢包作为冶炼（熔炼）尤其是“精练”过程中必不可少的、重要的设备之一，越来越受到人们的关注。

包衬耐火材料的材质、绝热性能，对钢液降温、钢的质量及冶炼过程具有重要影响。

首先，对大中型钢铁企业用钢包与铸造企业用钢包的结构做一简单的比较（见表1、表2），就不难看出两者间的不同。

表1 大中型钢铁企业用的钢包结构

表2 铸造企业常用的钢包结构

从表1可看出，钢包通过使用微孔绝热材料，可以显著降低钢板温度，即减少热损失通量，降低钢液温降速度。但一些单位的烘包“热工曲线制度”尚有不尽人意之处。

从表2可看出，钢包只有工作层且较薄，直接采用不定型耐火材料且对材质的选择随意性很大，没有采用绝热材料。耐火材料基体组织中的毛细孔道比大型钢包增加了许多。导致热损失通量加大，钢液温降速度加快，钢板温度增高。少数生产大件的铸造企业也是用与大型钢铁企业类似的钢包，但在绝热层处理、烤包的热工曲线上等因素考虑的不够。

从钢包的构成不难看出，单纯依靠钢包绝热层来减少钢液热散失是不够的。包衬耐火材料的性能，特别是绝热层耐火材料的热导率对钢包的温降具有重要影响。

铸造企业使用的钢包大多以小型包为主，包衬材料的选择、粒度配比也比较随意，基本上没考虑包衬耐火材料的氧势指数，导致包衬耐火材料向钢液传氧能力加大，导致钢中增加的氧，在钢液降温过程中将与合金元素反应，使钢中的合金元素氧化，并生成相应的夹杂物。由于包衬的基体形成大量的孔洞，加大了热损失通量，加速钢液温降。在实际生产过程中产生由于钢液中有夹杂物，加之钢液温度下降导致浇注温度降低（尤其是浇注后期），从而导致铸件质量下降。

2.对钢液质量和产生温降的影响因素

包衬耐火材料对钢液质量和产生温降的形成主要因素有以下三个方面：

（1）包衬耐火材料的选择 随着钢包耐火材料的材质由碱性向中性和酸性的顺序变化及温度的升高，耐火材料的氧势指数在增大，由耐火材料向钢中的传氧能力增加。钢中增加的氧，在钢液降温过程中将与合金元素反应，使钢中的合金元素氧化，并生成相应的夹杂物。

因此，在选择包衬耐火材料时，必须在严格考虑耐火材料的氧势指数的同时控制好耐火材料的粒度组成。

（2）材料的粒度级配不合理 包衬耐火材料的粒度配比应结合烧结工艺和使用条件来选择。粗、中、细三种粒度配合不当将会降低钢液的温度。表3为包衬因砂料配比不当对钢液温度的影响（以碱性材料为例）。

表3 粒度配比与钢液温降的关系

包衬料中的大粒度材料构成了包衬的骨架，细粉构成了包衬的基质，对包衬的强度和密度起着重要的作用。

在选择粒度级配时必须与钢包的容积、使用温度相结合。

（3）烤包过程中温度升温曲线不合理 大中型钢铁企业在生产过程中还能注重钢包的烘烤，一般铸造企业基本就不对钢包进行烘烤。即便是进行烘烤，升温曲线设置得也不合理。

众所周知，水在常压状态下的沸点是100℃，当水达到沸点时就要变成蒸气。这时水蒸气将急于从相对致密的包衬基体中寻找缝隙逸出。由于蒸气的急速逸出会使包衬基体形成一定量的毛细孔道。这个过程会给包衬基体留下祸根，即一定量的毛细孔道，将加速包衬的散热速度。

包衬耐火材料中的水分主要来源于砂料吸附的水、结晶水和添加剂分解释放出的水分，以及采用“湿打”过程中人为加入的水。

这些水分必须在800℃以下全部排除，否则因水、蒸气来不及排出而导致形成的蜂窝状孔洞留在包衬基体中，以及因水、蒸气快速排出使包衬基体组织拱起，形成早期裂纹。因此，在此区间应控制升温速度。钢包容量越大，越要降低升温速率，以避免水蒸气急速地从砂料中逸出。

低温烘烤就是使包衬基体中的水分充分排出，低温烘烤时水蒸气的逸出速度不能太快，以免在砂料中出现早期裂纹

一般情况下包衬的烘烤曲线是：从室温升至85℃，其目的是尽可能减小毛细孔道的孔径，减缓蒸气逸出的速度。从85℃升至200℃，其目的是尽可能促进包衬基体干燥、硬化。从200℃升至至800℃，其目的是为高温作业奠定良好的基础条件。

这样操作将使水蒸气逸出的速度减缓，以匀速从包衬基体组织逸出，减少包衬基体组织毛细孔道的数量及孔径，尽可能促进包衬基体组织干燥、硬化，为高温作业奠定良好的基础条件。

3.结语

研究结果表明，钢包耐火材料组成、配比和加热温度，对耐火材料分解及向钢液中传氧具有重要影响。随着钢包耐火材料材质由碱性向中性和酸性的顺序变化及温度的升高，耐火材料的氧势指数增大，由耐火材料向钢中的传氧能力增加。通过使用绝热性能良好的耐火材料（碱性耐火材料），可以显著降低钢液的热损失，减少钢液温降。目前，微孔包衬材料被认为是绝热性能最好、热导率最低的钢包用耐火材料。