连铸中间包用耐火材料的现状和发展趋势

摘要 连铸中间包用耐火材料的现状和发展趋势 摘 要 中间包是钢铁连铸过程中的关键装置之一，它用来接收钢包的钢水并将其连续、均匀、稳定地注入结晶器，而且还起着调整钢水流和除去非金属夹杂物、洁净钢水等作用。因此选用适合的耐火材料和提高中间包的寿命非常重要。 本文概述了连铸铸钢的技术，中间包的结构及类型，接着分别从中间包内衬耐火材料，浸入式水口，滑板，陶瓷过滤器，整体塞棒逐一进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 介绍。针对中间包用耐火材料的现状与损坏原因对其用耐火材料提出了几点要求。目前中间包耐火材料所面临的问题及缺点对铸钢效率的提高起到阻碍作用，因而，研究连铸技术及提高中间包耐火材料的寿命仍然是重要的任务。 关键词：中间包，连铸，中间包耐火材料，连铸技术 Present situation and development trend of refractories for continuous casting tundish ABSTRACT Tundish is one of the key device in the process of continuouscasting. Not only it is used to accept the liquid steel of ladle and put it into mould continuously,uniformly and steadily at the same time,but also it plays an important rolo in adjusting liquid steel and removing nonmetallic inclusion and so on. So choose the suitable refractory material and prolong the period of validity of tundish is major. This article provides an overview of continuous casting technology of cast steel, tundish structure and type, then from refractories for tundish lining, submerged, skateboards, ceramic filters, stopper analysed one by one as a whole. Refractories for tundish causes of damage to their situation and put forward some requirements of refractories. Current problems and shortcomings of refractories for tundish on steel casting efficiency play a role in impeding, Therefore, study and improve the life of refractories for tundish of continuous casting technology remains an important task. KEY WORDS: tundish, continuous casting, tundish refractory, continuous casting technology 目　录 1前　言 2第1章 连铸技术概论 21.1 连续铸钢的介绍 21.2 连续铸钢的优势 31.3 连铸工艺简介 5第2章 连铸中间包 52.1中间包 62.2 中间包的类型与结构 62.2.1 中间包的类型 72.2.2 中间的结构 82.3 中间包的技术操作 11第3章 连铸中间包用耐火材料使用现状 113.1 中间包内衬耐火材料 123.1.1 中间包隔热板 123.1.2 喷涂料 133.1.3 干式振动料 143.1.4 中间包工作衬的损毁原因 153.15 中间包工作衬对耐火材料的要求 163.2 浸入式水口 183.3 滑板 193.4 陶瓷过滤器 193.5 整体塞棒 21第4章 连铸中间包新技术及其耐火材料的发展 214.1 连铸中间包新技术 214.2 连铸中间包耐火材料的发展趋势 22结　论 23谢 辞 24参考文献 26外文资料翻译 前　言 中间包是钢铁连铸过程中的一个关键设备,为了提高钢材的质量,要求中间包用耐火材料具有不污染钢液且还起着除去钢液中的非金属夹杂物、洁净钢液的作用。 在钢铁冶炼中, 连铸越来越受到各国的重视,发达国家都有较高的连铸比。如日本连铸比已达95% , 日本几乎所有钢种均采用连铸法, 美国连铸比已达近 80%; 我国连铸比近年有较大发展, 从1994 年的40%提高到1996 年的50% , 2000 年将达到70%。中间包是整个连铸系统的一个重要组成部分, 它对钢的最后质量有很大的影响。 过去中间包只起到分配钢水的作用, 即将钢水由钢包输送到结晶器。 随着冶炼技术的发展, 钢包二次精炼技术的出现, 连铸中间包除完成输送钢水任务外,还担负许多重要功能。如: 提供恒定的钢水静压力, 保持钢水流速与流股的稳定, 以减少湍流; 清除钢水中非金属杂质、 净化钢水、 保持钢水温度基本不变; 防止钢水与空气接触, 避免吸氧吸氮等等, 可以说已成为第三次精炼设备。 随着连铸中间包功能的增加, 对耐火材料质量的要求越来越高,为适应这一要求, 人们对连铸中间包用耐火材料不断进行改进, 开发了许多具有优良特性和功能的耐火材料。 第1章 连铸技术概论 1.1 连续铸钢的介绍 连续铸钢是近30年间发展起来的新技术。它与模铸钢锭不同，是通过连铸机将钢液连续地铸成钢坯，不经过初轧工序，感接送轧钢车间轧制成钢材。 连铸的概念早在1857年即由贝塞麦提出，但限于当时控制技术落后，没能真正付诸生产，直到1930年才应用于有色金属盼连铸。由于钢的熔点高，导热率低(仅为铜的1/6，铝的1/3)，连铸更加困难，1946年才在美国建成第一台试验性的连续铸钢装置。其后，随着连铸技术的完善，经济效益的逐步提高，从60年代开始连铸得到普遍应用和迅速发展。70年代后期，其工艺和没备发展更快。现已成为炼钢工业的重要生产环节和节能的重要技术措施。 随着连铸坯品种规格的增多，断面增大，生产率不断提高，使其优点更加明显。目前，正由全连铸车间向热装和热送轧制工艺发展。 我国的连铸起步不晚，1958年首先试验成功弧形连铸机。80年代初，又先后引进大板坯和小方坯连铸机进行生产。近几年来发展较快，1980～1990年，连铸比由6.2％上升到22.37％，并已形成了一支从科研、 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、制造到生产的连铸技术队伍，为迅速发展我国连铸奠定了基础。由于连铸比模铸的巨大技术和节能优势，我国新建钢厂几乎100%采用连铸工艺。 1.2 连续铸钢的优势 1)钢液经连铸机可直接得到一定断面形状的铸坯．使由钢液到钢坯的生产工艺和设备大为简化。即无需经初轧工序，省去了初轧机、均热炉，并节约了燃料、动力和人力。连铸与模铸工艺流程比较见图1-1。 图1-1 模铸与连铸工序的比较 2)铸坯切头率比钢锭少，金属收得率可提高7～12％。 3)省去了脱模、整模、铸锭等一系列工序，可简化车间布置，节约耐火材料，改善劳动条件，并为炼钢生产的连续化、自动化创造了条件。 4)铸坯内部组织均匀、致密，偏析少，性能稳定，表面缺陷也少。因此，铸坯质量优于模铸钢或与其相当。 5)可降低能耗。据有关资料介绍，与模铸相比，每吨连铸坯的综合能耗约可减少130公斤 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 煤。另外，劳动生产率可提高20％以上，生产成本可降低约10～12％，而建设投资却可节省30％左右。 1.3 连铸工艺简介 （1）连铸工艺流程概述。盛钢桶内的钢液，通过中间包注入结晶器内，迅速冷却成具有一定厚度的凝固壳而内部仍为液态的铸坯。铸坯的下部与伸入结晶器底部的引锭杆衔接，浇注开始后，开动拉坯机，通过引锭杆把结晶器内的铸坯以一定速度拉出。铸坯通过二次冷却装置时，进一步受到喷水冷却直到完全凝固。完全凝固后的铸坯通过拉矫机矫直后，切割成规定的长度，然后由输送辊道运出。 （2）连铸工艺参数。在铸坯成形过程中，影响铸坯质量和生产率的主要工艺参数是浇注温度、浇注速度(拉坯速度)和二冷 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 。它们随钢种的特性、铸坯断面形状和尺寸而变化。 1）浇注温度：连铸时，浇注温度通常是指中间包的钢液温度，其确定原则与模诗基本相同，但要求更为严格。温度过高，铸坯易产生表面裂纹，柱状晶发达，易导致内裂，并且中心疏松和偏析加剧；温度过低，不利于夹杂物上浮．还易堵塞水口使浇注无法进行。因此，必须根据所浇钢种、铸坯断面、浇注条件等因素，来确定台适的钢水过热度△T，实际生产中△T约为5～50℃。实践证明。“低温快注”是一条行之有效的经验。 2）注速及拉坯速度：连铸的浇注速度是指拉坯速度，以每分钟从结晶器拉出的铸坯长度来表示(m/min)。钢液注入结晶器的速度与拉坯速度必须密切配合，提高注速也必须相应提高拉速。 3)结晶器和二冷区的冷却制度：为保证钢液在短时间内形成坚固的外壳。要求结晶器有相应的冷却强度。冷却强度过低，影响拉坯速度的提高，并影响结晶器寿命；反之，则使铸坯过早收缩，在坯壳和结晶器之间过早形成气隙，从而减少铸坯向结晶器的传热，也将影响拉速的提高。因此，必须要求结晶器有合适的冷却水用量，以保证其冷却强度。 （3）连铸操作。钢液用盛钢桶运到浇注位置后；将钢液注入中间包。待中间包内钢液深达350～500mm时，即开流浇注。开浇时用小流慢注，待钢液在结晶器内上升到距上口50～100时，即开始缓慢拉坯，并逐渐过渡到正常的浇注速度。开始拉坯后，随红头所到之处，依次开出少量二次冷却用水，并逐步加大各段用水量。至拉坯正常后，配水亦趋稳定。如改变拉速，配水也应相应改变。当全部钢液将浇注完毕时，应放慢注速和拉速，并要防止中间包内熔渣流入结晶器。全部浇注完毕后，停止拉坯一段时间，并可浇水加速坯尾凝固。 第2章 连铸中间包 2.1中间包 中间包是钢水包和结晶器之间用于钢水过渡装置。中间包承受连铸钢包流入的钢水后起“承上启下”作用，安装的位置如图2-1所示。 图2-1中间包的安装位置 1-钢水包；2-中间包；3-结晶器；4-二冷区 中间包的主要任务是：（1）分流钢水。对多流连铸机通过中间包将钢水分配到各个结晶器；（2）稳流。降低钢水静压力，保持中间包稳定的钢水液面，平稳地把钢水注入结晶器；（3）贮存钢水。在多炉连浇更换钢包时，不减拉速，为多炉连浇创造条件；（4）净化钢水。在较长的浇注时间内，使钢水温度基本不变，促使钢水中夹杂物进一步上浮，防止钢水和空气接触，避免吸氧、吸氮。 随着中间包钢水再加热技术、中间包保温技术、氨气密封和氢气搅拌技术、清除钢液中非金属夹杂物技术等的开发应用成功，连铸中间包己成为钢铁冶炼过程中在最后阶段最主要的精炼容器(炉)，并向大型化发展。调节钢水速度，增加钢水在中间包中的停留时间，从而有利于钢液中的夹杂物上浮吸附于熔渣中与钢液分离而净化钢液。同时还在中间包中加入少量合金元素，使钢水微合金化，调整钢水成分，降低钢水中的氧含量，对钢水起到净化作用，防止钢水中的非金属夹杂物如Al2O3在浇铸浸入式水口内壁上粘附，这种粘附会造成浸入式水口堵塞。随着炉外精炼和连续铸钢的出现、高温出钢工艺的应用，使得中间包耐火材料的工作环境不断恶化，耐火材料在此过程中不单和钢液中的非金属夹杂物作用，还和中间包覆盖剂相互作用，影响耐火材料的使用寿命。 2.2 中间包的类型与结构 2.2.1 中间包的类型 中间包是位于钢包和结晶器之间，是用于接受钢水及向结晶器注入钢水的设备。其类型很多，图2-2给出了舫中常见的断面形式[3] (1)矩形该类型应用较多，单水口或二水口应用于板坯或方坯，多水口应用于小方坯; (2) V形多用于多流小方坯; (3)三角形多用于小方坯，四流彭岁流沿底边排列，入口在顶角附近。 (4) T形多用于方坯和小方坯，小方坯中间包是多流，二流也可用于板坯。 另外，还有一些断面形状不规则的中间包用于特殊用途。 图2-2 常见的中间包断面形状 2.2.2 中间的结构 中间包由外壳和内衬组成。外壳是用钢材制成，内衬由耐火材料构成。 中间包由外壳和内衬组成。外壳是用钢材制成，内衬由耐火材料构成。中间包的内衬共分三层:隔热层、永久层、工作层。 中间包结构参数主要是中间包的长度、宽度和容量，中间包的长度主要取决于铸坯的流数和流间距，水口距包壁端部一般不小于200mm，有了这两个尺寸便可以决定中间包长度、宽度，主要考虑钢水注入位置与水口间的距离应有利于钢水的分配，并使钢水在中间包内不形成死角，钢水冲击点到最近水口中心的距离不应小于500mm，包体过宽会增加散热面积，降低中间包保温性能，同时会增加包体重量、加大中间包车轨距，并影响中间包支承设备的布置，中间包容量一般是钢水包的2O%～40%，近年来有增大的趋势，在多炉连浇时，中间包中贮存的钢水应能保证正常浇注5min。 按中间包的作用，其结构应满足以下要求：力求散热面积小、保温性能好、外形简单、便于砌砖、清包和浇注操作，水口的布置应符合铸坯断面、流数的要求，在长期高温作用下，结构稳定可靠。 中间包内衬耐火材料组成，大体包括以下部分，如图2-2所示。 图2-2中间包用耐火材料组成图 1-包壳；2-永久层；3-工作层；4-包底；5-包盖； （1）保温层（10～30mm），该层紧挨着中间包钢壳，通常砌石棉板、保温砖或轻质浇注料。效果最好的为隔热纤维板，厚约12mm，热导率低，也易砌筑。 （2）永久层（100～200mm），该层与保温层相接触，其材料一般为粘土砖。整体永久衬最为普遍，浇注料一般为高铝质。 （3）工作层（20～80mm），该层与钢水接触，是关键部位。该内衬材料有半硅质、蜡石质、粘土砖、高铝砖、碱性砖（如镁质砖等）、锆英石砖。或用绝热板：硅质绝热板、镁橄榄石质绝热板。或用涂料：镁质、镁铬质及镁钙质涂料等，目前也有用浇注料作中间包内衬。 （4）座砖，镶嵌予中间包底，安装中间包水口用，其材料通常为高铝质。 （5）包底，其材质基本与工作层相当，中间包包底工作层受钢水冲击部位最易损坏，要求抗侵蚀耐磨损，一般用高铝砖或致密高铝砖和铝铬砖，也用特制大块的高强度焦油镁砖。钢水冲击部位也采用锆英石砖增强。 （6）包盖覆盖在中间包上，可起保温和防止钢水飞溅等作用，其材质通常采用粘土质或高铝质耐火浇注料作包盖。 （7）挡渣墙（堰），该墙砌于中间包内，可以是单墙，也可以是双墙。挡渣墙（堰）的材质，通常是高铝砖，也可以制成预制块，其目的是用来挡渣的。为提高钢水的清洁度，在挡渣墙上还可以设置钢水过滤器。 2.3 中间包的技术操作 中间包技术操作对保证连铸顺利运行至关重要。在操作时必须注意以下几点： （1）中间包水口比钢包水口小容易冷却堵塞。 （2）靠中间包的钢水高度来调节控制中间包内钢水流入结晶器。高度高的钢水流出量多，反之浅的钢水流出量少。 （3）钢水液面高度一般在550mm，不能低于300mm以下。 （4）浇注温度（中间包内温度）因钢种不同而不一样，最合适的温度是：钢的凝固点+（30～40）℃。例如某一钢种凝固点是151O℃+（30～40）℃。中间包浇注温度为1540～155O℃。为使温度达到1540～155O℃要按情况调节钢水高度。 （5）中间包内钢水温差为5～1O℃左右，如3流连铸机；2流温度较高，容易拉漏；1流和3流温度较低容易堵塞水口。 （6）中间包内钢水温度变化规律如图2-3所示。 图2-3 中间包内钢水温度变化规律 钢水在钢包内沿包壁高度的温度变化，决定了连铸过程中中间包钢水温度的变化规律。一般在开浇15～20min之后，中间包包衬温度逐渐上升，钢水温度也比前期提高，在浇注中期，只要保持中间包钢液面的稳定的高度，中间包钢液面温度一般不会发生大的波动。在钢包浇注后期，中间包钢水温度才相应下降。但由于中间包内衬温度已经提高，所以温度下降要比前期少。 连铸前中间包的预热程度是影响中间包前期钢水温降的主要因素，中间包衬工作面的温度每提高300℃～500℃，与中间包衬接触的钢水的温度损失可减少20%～25%。图2-4表示了中间包预热温度与钢水温度之间的关系。 图2-4中间包内衬温度与钢水温度的关系 第3章 连铸中间包用耐火材料使用现状 连铸中间包主要用耐火材料有: 内衬耐火材料(砖、 散状料)、 长水口、过滤器、 挡渣堰、 塞棒、 浸入式水口、 滑板、 座砖及包盖等。 3.1 中间包内衬耐火材料 中间包衬一般由隔热层（材料为轻质砖或隔热材料）、永久层（砖或浇注料）和工作衬（涂料或绝热板）组成。7O年代中期，永久衬仍主要用粘土砖砌筑。80年代初期，开始用不同材质的不定形耐火材料做永久衬。工作衬则多用厚度为30～70mm的涂抹料或喷涂料，为了节能，开始采用绝热板。当前，碱性工作衬涂料发展较快。目前对永久层和工作层砖这部分研究的不多, 材质无多大改进。比较受关注和活跃的部分是不定形耐火材料, 一般使用涂料为湿式喷补料, 主要有镁橄榄石质、 镁质及高铝质, 为解决流动性, 料中加入一定量胶溶剂, 为解决附着性要加入适量超细粉或有机纤维。宝钢 60t 连铸中间包原用镁质涂料, 现正在研究试验镁钙质涂料[1]。 由于涂料直接与钢水接触, 要求涂料除具有良好耐侵蚀性外, 还要不能污染钢水。含CaO 涂料最大特点是CaO 能吸附钢水中的夹杂物和有害元素, 净化钢水, 对冶炼日益受到重视的洁净钢有突出作用。但由于CaO 的水化问题一直没有彻底解决, 使含CaO 涂料使用受到一定的限制, 有待于今后继续攻关解决。 由于中间包的容量和承受的钢水温度均与钢包有一定的差别，所用耐火材料也不尽相同，要求中间包材质具备以下条件：（1）耐钢水和熔渣的侵蚀，使用寿命长。（2）具有良好的抗热震性，与钢水接触时不炸裂。（3）具有较低的热传导率和微小的热膨胀性，使中间包衬有一定的保温性和良好的整体性。（4）在浇注过程中钢水污染小，确保钢水质量。（5）内衬材质的形状和结构要便于砌包和拆卸。 在浇钢过程中，特别是钢水再加热与气体搅拌等新技术的应用成功，中间包渣线等关键部位的耐火材料侵蚀更加严重。基于减轻耐火材料的损毁和降低钢中非金属夹杂物，以适应冶炼“纯净钢”的需要，中间包选用碱性耐火材料已成为发展的重点，其根本原因是在连铸过程中，钢水与钢包衬、中间包衬、塞棒、水口等耐火材料接触时间最长，相互间产生的影响大。例如：（1）机械冲蚀作用：高温钢水使耐火材料因软化而被冲蚀到钢水中，而来不及排除其夹杂物。这类夹杂物与原始耐火材料成分基本相近。（2）溶解在钢水中的元素（如铝）与耐火材料中氧化物发生还原反应生成氧化物，并与其他夹杂物结合形成复合夹杂物。 含铝的钢水与中间包耐火材料中的SiO2发生以下反应 4[A1]+3[SiO2]=====3[Si]+2 CAl203] 生成的A1203与卷入钢水中炉渣质点结合生成CaO·A1203类夹杂物残留于钢中，同时钢中铝含量有所降低，而硅含量有所增加（O.O1%～O.03%），所以钢包、中间包衬一般不用酸性材质，而用高铝质（A120385%）材料。连铸高质量钢（如深冲用铝镇静钢）时，中间包采用碱性材质，镁质绝热板或砖砌包衬表面用镁质涂层，以防止上述反应发生，提高钢水清洁度。 3.1.1 中间包隔热板 中间包内衬用隔热板即绝热板镶砌，代替耐火砖，也称“冷中间包”。使用前不必烘烤。中间包绝热板一般有硅质、镁质和镁橄榄石质三种 使用绝热板中间包衬板的优点如下: a、中间包可不预热烘烤，实现冷包开浇，节约烘烤燃料[2]. b、保温性能良好，可使炼钢炉出钢温度阳氏5^100C，中间包不易结冷钢; c、中间包永久层寿命延长，大大阳氏耐火材料单耗; d、绝热板内衬拆、砌方便，比耐火粘土砖砌筑节约人工70，同时改善了劳动条件; e、和耐火砖包衬相比，铸坯中大于50um的夹杂物含量明显减少。 3.1.2 喷涂料 1、中间包喷涂料(涂抹料)的优点: a、较高的耐火度和良好的耐钢水、熔渣的侵蚀[8] b、良好的施工性能和烘烤适应性，易于涂抹，在烘烤及使用过程中不与永久层分离，具有良好的整体性和附着力，不开裂、不剥落; c、涂料的导热系数较小，满足中间包保温的需求; d、不污染钢液，同时使用镁钙质涂料时其还能吸收钢液中的杂质改善钢的质戛刃; e、与隔热板相比，涂料的使用寿命较长，有利于工厂劳动生产率的提高; f、浇铸结束后，随着剩余钢水的凝固，涂料残衬自17}裤体并与永久层分离。 2、中间包喷涂料(涂抹料)的缺点 虽然中间包涂料在使用过程中使用效果较好，但也存在不少问题。其问题如下: a、由于保温作用的要求，中间包涂料层的气孔率较大，易于粘渣形成较厚的附渣层，加大了熔渣又引余料的侵蚀，减小了中间包的有效容积;而涂料中的气孔是熔渣和钢液渗入的耐火材料工作层主要通道问;由于渗入熔渣的膨胀系数等物理性质与方镁石不同，当温度剧烈波动时，涂料中出现热应力作用，导致涂料层出现结构崩裂和剥落，对耐火材料造成结构性破坏，污染钢液。 b、由于施工过程中有水的加入，会使MgO, Ca0出现水化现象，烘烤时在涂料表面会出 现起皱和裂纹。喷涂料(涂抹料)在烘烤过程中烘烤时间也较长，否则会出现涂料与永久层结合不牢固，使涂料层出现剥落和崩裂;蒸发出来的水分对永久层浇注料有水腐蚀作用;烘烤时未排出的结合水在高温下分解，还会使钢液产生氧化和吸氢现象;白云石、方镁石等材料的抗水化研究到目前为止还没有取得重大进展 中间包涂料的使用寿命较短，一般为8-10小时，不能有效地达到提高生产效率、降低成本、低能耗、低消耗的目的。 3.1.3 干式振动料 中间包干式振动料具有绝热板和浇注料的双重优点[12]，表现如下: 1、干式振动料是在使用过程中依靠温度梯度从工作层至永久层逐步烧结，在工作层热面形成致密结构，不会出现贯穿裂纹等导致熔渣渗至永久层的现象。提高工作层的使用寿命，降低耐火材料对钢液造成的污染;烧结的过程中出现微量收缩，易于翻包、脱包;未烧结层的致密度较低，有利于中间包保温; 2、施工方便，因无水施工，可以快速烘烤或无须烘烤而直接使用，增加了中间包的利用率，延长中间包的使用周期，从而可以减少备用包的数量。由于干式振动料不含水分，可以减轻中间包内钢液二次氧化的机会，使钢液的吸氢下降，提高钢坯的质量; 3、与喷涂料(涂抹料)相比，使用干式振动料能减少烤包能量消耗，降低劳动强度，提高劳动生产率;一般上，涂料需在800-1000℃下烘烤2-6小时。而干式振动料仅需在200-300℃烘烤45-90分钟使结合剂固化即可，施工设备简单，施工方便; 4、干式振动料的使用寿命较长，一般可达20小时以上，高者达到60-70小时，这极大地提高炼钢过程的劳动生产率。 3.1.4 中间包工作衬的损毁原因 中间包工作衬在高温下工作，承受高温的作用的同时还承受钢水注流对工作衬材料的高速冲击，这对耐火材料具有较强的冲刷蚀损作用。中间包干式振动料的结构松散，本身在使用前没有烧结，仅靠树脂固化形成的残碳碳链结合，高温下残碳挥发，这使干式料的抗冲刷蚀损作用较差[15]下钢液对对中间包内衬工作层的冲刷使耐火材料损坏较大。 中间包工作衬在承受高温作用的同时，还受到中间包覆盖剂的侵蚀作用。由于中间包覆盖剂多为低熔物，其吸收钢液中的FeO, Mn0等，这些物质能和耐火材料基质中的方镁石、尖晶石(MA)以及硅酸盐相等相互反应，生成镁富氏体、复合尖晶石等固溶体，随着生成的复合矿物中FeO, Mn0等溶入的增多，这些生成的固溶体熔点降低而溶入熔渣中，与其它熔渣共同对耐火材料侵蚀。由于中间包钢液的流动对覆盖剂产生带动作用，使中间包覆盖剂对耐火材料产生动态侵蚀。 中间包熔渣对耐火材料的渗透主要是沿耐火材料基质中的气孔尤其是孔径较大气孔行的，渗入的熔渣对和耐火材料相互作用，耐火材料吸收熔渣中的FeO, Fe203, Mn0等，生成镁富氏体、复合尖晶石结构。这些反应产生体积膨胀，在耐火材料中产生应力作用，破坏耐火材料的结构强度，形成对耐火材料的损坏。由于渗入的熔渣和耐火材料反应，反应生成物和耐火材料中耐火矿物的膨胀系数不同，在温度发生变化时，也会使耐火材料发生结构崩裂，对耐火材料产生结构性破坏。 当中间包工作衬耐火材料的基质被熔渣熔蚀后，生成的低熔物对耐火材料的颗粒也产生溶蚀作用，对耐火材料产生侵蚀作用。 3.15 中间包工作衬对耐火材料的要求 应用于中间包工作衬耐火材料的基本要求: 1、具有良好的抗熔渣侵蚀和渗透的性能，退少寸提高中间包工作衬的使用寿命、减少中间包耐火材料的消耗、减少耐火材料对钢液的污染有良好的作用。中间包工作衬寿命的提高也提高了工人的劳动生产率和生产效率，提高我国钢铁行业的整体效益。 2、具有良好的高温性能，即具有较高的耐火度和一定的高温强度;在高温条件下应具有良好的化学稳定性，即在高温条件下不会对钢液产生二次氧化，造成对钢液的污染，降低钢坯的质量;而且还应具有一定的冶金功能，和钢液中的夹杂物反应，吸收钢液中的N, S, P以及非金属氧化物夹杂，提高钢液质量。 3、具有良好的抗热震稳定性和良好的体积稳定性，与钢水接触时不炸裂，使中间包具有良好的整体性。中间包工作衬还应具有较小的体积密度，较低的导热系数，较好的保温性能，有助于减少中间包的热损失，保持中间包钢液温度的稳定。 4、施工设备简单，施工方便。良好的烘烤适应性，可以快速烘烤或无需烘烤而直接投入使用，增加了中间包的利用率，延长中间包的使用周期，减少备用包的数量。减少烤包时的能量消耗，降低劳动强度，提高劳动生产率。 5、便于工作层和永久层脱离，使用后的中间包工作层应易于脱包和永久层分离，减少工作衬耐火材料对中间包永久衬的损坏，延长中间包的使用寿命。 3.2 浸入式水口 浸入式水口设在连铸中间包和结晶器之间,用来把钢水由中间包输送到结晶器, 并保护钢水不发生氧化(二次氧化) , 防止氮溶入或渣混入及钢水飞溅。浸入式水口的特征以及操作条件对板坯质量有很大影响。浸入式水口材质的选择要考虑浇注的钢种、 保护渣的种类和操作条件等因素。根据其使用的条件、 要求具有良好的耐剥落性、 外部渣线部位抗侵蚀性及防止由钢水脱氧生成物Al2O3在内壁的沉积造成的堵塞。目前浸入式水口材质大多用铝碳质和锆碳质, 铝—锆—碳复合式。 在Ca—Si钢连铸生产中, 为提高耐蚀性, 用氧化镁—石墨和尖晶石—石墨碱性耐火材料代替传统氧化铝—石墨和氧化锆—石墨制成浸入式水口, 效果明显。为增加连铸次数, 开发了耐侵蚀的不含二氧化硅的氧化铝—石墨材料和带有BN 添加物的低碳材料; 为防止浸入式水口Al2O3堵塞,开发了CaO – ZrO2—C 材料; 为提高Ca、 M n 处理钢抗侵蚀性, 可添加锆莫来石和减少Si O 2 含量, 采用高纯石墨和减少溶剂含量可改善ZrO2—C 材质在渣线带的抗侵蚀性。另外为提高水口质量, 添加金属粉、 金属纤维、 陶瓷纤维等。 日本研制了在铝碳质材料基础上添加A ZT、 A ZTS 合成原料的浸入式水口和以ZrO 2—C 补强的复合式水口, 采用一种多孔碳材料来替代鳞片状石墨, 解决了石墨量降低、 透气性增加、 热稳定性降低、 导热性降低的矛盾。 浸入式水口的使用寿命很大程度上受渣浸蚀和A l2O 3 粘附堵塞的影响, 因而防堵塞问题是近几年最受关注的问题之一。 各国都在研究, 取得了很大进步, 但还没有彻底解决。 一般认为水口堵塞主要是由于钢水冷凝和从钢水中脱氧生成物氧化铝凝结造成, 这些凝块附着在浸入式水口内壁造成堵塞(结瘤) , 其主要原因有以下几点。 (1)当钢水温度异常低或浸入式水口预热不充分时, 由于钢水冷凝附着于水口内壁造成堵塞。 (2)夹杂物Al2O3生成后, 向水口内壁迁移,并附着在内壁上, 造成堵塞。 这种夹杂物Al2O3的来源主要有: 1)钢水中Al2O3由于钢液流动作用, 从钢水 中析出。 2)钢水中A l氧化生成Al2O3。 3)钢水中A l与耐火材料反应生成Al2O3, 当水口材质中存在SiC 石墨及Si O 2 (或其它氧化物)时, 在使用中, 它们之间会发生反应生成CO 气体 和 Si O , 这些生成物与钢水中A l 反应就会生成Al2O3。 [6 ] [7 ] 造成水口堵塞的附着物主要是冷凝钢和 Al2O3, 也有少量的刚玉、 钙铝酸盐和尖晶石等矿物, 这些物质的堵塞往往同时进行。近年有人认为即使完全纯的钢, 堵塞也是难免的, 而且抗氧化剂A l 用的越多和钢的碳含量越低, 堵塞越强。 由于堵塞会给生产率带来不利影响, 而且如果Al2O3裹入钢中, 会造成钢坯质量恶化, 因此, 要想提高连铸钢的质量, 必须解决堵塞问题。 目前, 防堵塞的主要 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 是气体喷吹法、 改进水口结构和优化材质。 (1)气体喷吹法 主要是从带有孔隙结构的浸入式水口吹入氩气(也有通过滑板吹入氩气, 通过塞棒或上水口吹入氩气) , 以改善流动曲线, 使Al2O3上浮, 难以附着在水口内壁上。 已实用化的方式有狭缝式、 微孔式、 透气式等。 目前开发了多孔铝—石墨质材料衬内壁的气体吹洗型浸入式水口, 这种方法能解决一些问题, 但也存在一些缺点, 如会产生孔径极小的气泡而难已上浮, 易夹杂在钢中。 (2)改进水口结构 由于在连铸中, 浸入式水口内壁附近温度会急剧下降, 造成Al2O3的析出、 凝结。为减少温度下降, 目前已开发了隔热式结构的浸入式水口。 这种结构是在水口壁内缠上陶瓷纤维、 隔热材料进行保温, 防止水口内壁表面温度下降, 阻止了钢水冷凝及Al2O3附着。 日本研制出的阶梯式浸入水口与传统的直筒式水口相比其内座有一个或两个狭窄段(叫作阶梯)分别称为单阶梯式或双阶梯式浸入水口, 这种特殊浸入式水口可调节由滑板节流引起的紊流状态, 使结晶器内液体流动均匀化, 通过变径对钢水起到搅拌作用, 减少Al2O3堵塞。 (3)优化材质 为从材质上解决水口堵塞的问题, 必须是难以使钢水润湿, 不易与Al2O3反应, 若有反应必须生成低熔物, 因此开发了下列一些材料。 1)BN、 ZrB2、 Si3N 4 等非金属氧化物材料。这些材料不易被钢水润湿, 而且与Al2O3反应结合性较差, 对防堵塞具有良好的效果。 2) ZrO 2—CaO—C 材质。这一材料主要是利用CaO 与Al2O3反应生成低熔物(主要为CaO·Al2O3、12CaO ·7 Al2O3) 而被钢水冲掉的特点,ZrO 2—CaO—C 材质比通常的Al2O3—C 材质具有良好的防堵塞效果。存在的问题是: CaO 极易水化, 且高温热膨胀大, 应用困难, 因此CaO 的引入形式通常以锆酸钙形式引入, 这种材质浸入式水口日本已实用化。 3)低碳(< 5% )、 无硅Al2O3—C 材质。主要是为了减少来自耐火材料的供氧源, 这样可减少在耐火材料中由于化学反应而产生的CO 和Si O量, 则避免了钢水中Al与CO或SiO反应生成Al2O3及A l的氧化, 另外由于导热性降低也可减少钢水冷凝附着, 具有良好的防堵塞效果。 3.3 滑板 滑板是用来控制钢水流量的最重要的耐火材料之一, 其使用条件极为苛刻, 主要承受钢水的热冲击、 表面压力及侵蚀作用, 其主要损毁表现为:表面损毁(原因是表面氧化, 滑板间摩擦及金属液浸透造成) ;裂纹(原因是热应力, 表面压力造成) ;侵蚀(原因是炉渣成分, 金属液造成)。 因此要求材料具有良好的抗氧化性、 高强度、耐剥落性、 低SiO2 量、 低碳量, 一般使用的滑板砖主要有: 铝—碳质、 高铝质、 镁质和锆质。 我国滑板 材质从高铝质和刚玉质发展到铝碳质和铝锆碳质, 结合方式为碳结合、 金属结合、 陶瓷结合。 一般中间包使用三层滑板, 中间滑板可移动。中间滑板要求极为严格, 滑动面的不平行度不应超过0 . 1mm。近年来随着中间包连续使用和重复使用的增加, 钢水在中间包中停留时间加长, 为避免钢水凝结可从上层滑板孔喷气, 从中间和下层滑板的滑动间喷气。目前世界上滑动水口滑板设计有用刚性金属固定的趋势, 可降低在滑板之间钢水渗透的或然率, 简化滑动水口装置结构。 表3-1 三种滑板用耐火材料性能比较。 3.4 陶瓷过滤器 近年来, 人们越来越重视冶炼结净钢, 特别是超洁净钢, 这对钢水中杂质总含量要求极为严格。为更好净化钢水, 在连铸中间包内的隔墙上设置陶瓷过滤器是有效措施之一。当钢水通过陶瓷过滤器的微孔时, 其中夹带的微小非金属杂物Al2O3、 SiO2、 S、P 等由于化学作用被微孔壁吸收,其反应产物浮至钢水面的保护渣内, 使钢水净化。陶瓷过滤器分为泡沫过滤器、 网格过滤器和环形过滤器, 各有优点。泡沫过滤器的过滤效果达90% , 最低氧含量为 20～ 30µg/g, 且与钢水中原始氧含量无关; 网格过滤器过滤效果达 80% , 直径大于 20µ m 的夹杂物可全部去除; 环形过滤器Al2O3夹杂物去除率在72%～ 84%。实际证明以上三种过滤器对去除钢水Al2O3夹杂物均有效,夹杂物分离率都很高。 但是当钢水量较多时, 网格过滤器过滤能力受到限制。目前陶瓷过滤器所用材质主要有: CaO 质、 ZrO2 质、Al2O3质、 ZrO2—Al2O3质等, 国外倾向于 ZrO 2 基陶瓷过滤器, 而国内倾向于CaO 材质。 3.5 整体塞棒 塞棒质量好坏对整个连铸作业有重要影响,特别是对多炉连浇。整体塞棒的主要功能是节流钢水、 从头部吹入氩气等惰性气体净化钢水。 这要求整体塞棒, 具有良好的抗钢水侵蚀, 热震稳定性和高的抗折强度。 连铸整体塞棒在使用时, 由于塞头受到较大冲刷蚀损严重, 使塞棒无法控制钢水流速, 因而开发了复合式整体塞棒, 即棒体采用Al2O3—C 质、塞 头 采 用Al2O3—SiC—C 质 或 Al2O3—ZrO 2—C 质及Al2O3—M gO—C 等, 取得良好效果。 在Ca—Si钢连铸生产中, 用M gO—C、尖晶石—石墨碱性耐火材料制成的塞棒可大大提高抗侵蚀性能, 从塞棒尾部吹入气体, 从塞头吹出气体的具有吹气通道结构的气洗塞棒已开发成功。欧洲中间包出口流量控制主要采用整体浇注塞棒系统, 主要材质为氧化铝—石墨、 氧化镁—石墨。 第4章 连铸中间包新技术及其耐火材料的发展 4.1 连铸中间包新技术 近年来, 在连铸中间包内开发了许多新技术,如中间包钢水温度调节技术(使钢水能缓慢冷却)、 钢水再加热技术(等离子喷枪加热、 感应加热、 陶瓷阻抗加热等)、 氩气密封技术、 气体搅拌技术和清除钢水中非金属物夹杂技术等, 这些技术的开发使中间包成为一个重要的精炼容器。为节能、 省力、 降低耐火材料的成本, 日本研制成功中间包操作新技术, 即热连续中间包操作法。 在这种热态回转中间包中, 采用了等离子喷吹钢水再加热工艺, 中间包在热条件下仅需倒出钢渣即可连续使用400～ 500 次, 不用每次浇铸后都清除渣壳和残钢。 4.2 连铸中间包耐火材料的发展趋势 连铸技术正向快速制造和大容积化及提高钢质量方向发展, 为适应连铸新技术的发展, 连铸中间包用耐火材料必须在品种和质量上得以改进和提高。 今后要开发出即不污染钢水,又能净化钢水, 提高使用寿命的功能耐火材料, 如Al2O3—ZrO2—C、Al2O3—SiC—C、Si3N4 结 合SiC, 赛隆结合制品、 氮化物、 硼化物等。在连铸中间包中为吸收氧化铝夹质, 防水口堵塞, 提高钢质量, 要开发含游离CaO 的镁质涂料, 以及CaO 质上、 下挡渣墙和CaO 质陶瓷过滤器及透气元件, 用综合办法解决水化问题。对今后连铸用水口要求提高水口质量, 保证使用性能, 确定耐火材料最佳结构形式, 开发高效新功能耐火材料, 如: 不吹氩、 无堵塞新一代浸入式水口、 无碳浸入式水口以及非金属氧化物材料应用, 还要进一步研究氧化物—非氧化物碳复合材料。 对连铸用滑板今后主要问题是如何延长滑板的使用寿命以及开发适应不同钢种浇铸耐火材料, 还要解决好密封和防堵塞问题, 要进一步提高Al2O3—C 和Al2O3—ZrO2—C 材质滑板质量, 开发镁质滑板以适应Ca 处理钢、 Al/ Si镇静钢等需要。对连铸中间包用陶瓷过滤器的材质和结构形式, 要继续深入研究, 提高过滤效果, 开发新型陶瓷过滤器。 结　论 本文总结了连铸中间包用耐火材料的现状与发展趋势，得出以下结论： （1）、目前，各国都在大力发展连铸技术，而中间包又是钢铁连铸技术中的一个关键设备。 （2）、由于中间包的特性，因此选用合适的耐火材料和提高中间包的寿命非常重要。 （3）、依据中间包工作衬的损毁原理及其对耐火材料的要求，合理的选用原料可以提高中间包的使用寿命。 （4）未来耐火材料发展的重点是钢铁冶金用耐火材料, 在钢铁冶金中发展重点是连铸用耐火材料。随着连铸技术的发展及连铸中间包新技术的采用, 对连铸中间包用耐火材料质量的要求将越来越高, 因而, 必须深化研究开发更高性能、 新一代功能的耐火材料, 要综合提高连铸中间包各部位耐火材料质量, 以达同步, 重点解决关键部位耐火材料质量问题, 进一步开发适合浇注各种不同类型钢种的耐火材料。 谢 辞 三年的大学生活马上就要划上一个句号了，回顾往昔，几多艰辛，几多感慨!在我求学的道路上，是许许多多可亲可敬的老师给予了我知识和力量，我将永远不会忘记他们不倦的教诲! 本论文是在岳卫东老师的亲自指导下完成的。从论文的选题，资料查阅，在组织期间，岳老师思维方法上的启发，研究方法上指引，研究方向上的把关,定期的汇报讨论为本研究工作的顺利进行提供 了良好的帮助。在此，谨向岳老师致以崇高的敬意!感谢各位老师在这期间给予我的帮助。 谨以此献给我学习和生活了三年的学校！再次向三年来无论在学习上，还是生活上对我无微不至关怀和帮助的各位师长致以崇高的谢意！！！ 感谢与我朝夕相处的老师和同学们，生命因为有了你们而精彩！ 参考文献 [1] 于薄霞. 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In this article, the reason why the Cr2O3-containingrefractory has excellent corrosion resistance, the forming conditions of hexavalent compounds ,and the methods for suppressing generation of the compound, are described as a base of further development of excellent refractories. Key words: Chrome-containing refractory,Cr2O3,CaCr2O4,CaCrO4,Corrosion resistance, Hexavalent chromium compound 1 IntroductionSiO2,ZrO2,Al2O3,Cr2O3,MgO and CaO are main high temperature oxides which constitute the refractories. In these oxides,Cr2O3 is the most excellent in corrosion resistance under the general service condition. However, there is a case that Cr2O3 contained in refractories changes to hexavalent chromium compounds by reacting with CaO,Na2O and/or K2O during service. The hexavalent chromium is known to be hazardous to human health. The health/environmental concerns have resulted in a significant reduction in the use of Cr2O3. In Japan, the gasification melting furnace has mainly been founded to deal with city dust and industrial waste recently. Since the refractories for this furnace are severely attacked by Na2O,K2O and/or CaO at 1300-1600℃,Cr2O3 containing refractories which have excellent corrosion resistance are used. However, the possibility of the use of the refractories throughout future depends one stablishing safety system of chromium. This paper documents why Cr2O3 has excellent corrosion resistance, clarifies the forming conditions of hexavalent chromium compounds, and discusses the conditions and procedure for suppressing the for mation of hexavalent chromium compounds. 2 Characteristics of Chromium as A Refractory Component 2.1 The Smallness of Dissolution Quantity to Slag Though phase equilibrium diagrams of 1-to3-component systems clarify the details of the phase compatibility and reactions for the specified(1,2 or 3)components, they will not indicate the full details for actual service conditions where there usually are more than three components involved. Therefore, it is not possible to precisely determine the reactions between a refractory and each of wet liquid slag, iron/steel slag, cement, molten glass, etc., which are complex, multi-component system containing more than three components, based on a phase diagram. However, the reactions can be generally estimated using a pertinent three-component (ternary)phase diagram of SiO2-CaO-high temperature oxide, because the main components in various slags are generally SiO2and CaO. When another component is added to three components, the melting temperatu