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钢包内衬耐火材料寿命从10到200次的发展里程
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作者:254changhong
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发布时间: 2021-03-10
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钢包，也称盛钢桶，是炼钢到浇钢过程中重要的热工设备。其内衬由耐火材料筑成，我国钢包用耐火材料消耗占钢铁冶金耐火材料总消耗的30。提高钢包使用寿命，降低耐火材料消耗，不但能降低钢铁产品成本，还能提高钢铁的产量和质量，因此追求钢包高寿命是一贯的目标。
随着钢铁冶金技术的发展，连铸及炉外精炼比例增加，钢包已是单纯盛装钢水、运输钢水的容器。连铸钢包的钢水温度提高，停留时间延长。而炉外精炼不但要加热升温，还要对钢水进行吹氩搅拌、真空处理、吹氧脱碳、精炼脱硫、添加合金元素等处理工序，使用条件十分苛刻，要提高钢包的使用寿命，科技工作者做了大量工作。
钢包用耐火材料的发展历程
20世纪50～60年代，我国浇钢采用锭模浇注，钢包内衬主要由黏土砖砌筑，使用寿命在10次左右;
1968年武钢270t钢包采用二等高铝砖内衬，使用寿命25.7次，是黏土砖的2.5倍;
1972年洛耐院与福州耐火厂合作，利用福州当地的叶蜡石生产蜡石砖，在马钢15t钢包上试用，寿命达66次，后来又先后在马钢、鞍钢等大型钢包上使用，其寿命普遍高于黏土砖和三等高铝砖;
宝钢于1985～1988年使用日本进口的蜡石砖做钢包内衬，平均使用寿命38次。蜡石砖具有微膨胀特性，使钢包整体性好、侵蚀均匀、不挂渣、抗渣渗透、热导率小、比重轻、钢包不易超重等，可以说是钢包的理想内衬材料。可是蜡石砖的耐火性能差(耐火度在1610～1630℃)，使用过程熔蚀严重，使用寿命低，发展连铸和炉外精炼，很人用蜡石砖。但通过使用蜡石砖给了我们有利启发：钢包内衬要整体性好，在持续加热过程中耐火材料有微膨胀性，以保持好的结构和体积稳定性，其次在使用温度下产生高黏度的液相，以缓冲使用结构的热应力。因此，开始研究不定形耐火材料内衬，使内衬的整体性更好。
1974年冶建院与上耐一厂合作进行投射法筑衬试验，用水玻璃结合二等铝矾土熟料，投射15t钢包，使用寿命达22次，但由于投射内衬的致密度和均匀性不够理想，影响寿命提高，在我国未获得进一步发展(西方国家的投射料主要是硅质和半硅质，原料来源容易，而且使用中粘渣轻)。逐渐采用机械化捣打的捣打料，鞍钢和南京某厂先后研制成功钢包捣打机，用铝镁质或高铝质捣打料，鞍钢200t钢包寿命达85次，耐火材料单耗2.7kg/t钢。但由于捣打机结构复杂，造价高，不同容量的钢包要求不同大小的捣打机等原因，推广困难。
振动浇注施工，不需要复杂的机械设备，施工效率高，施工的内衬均匀，无分层现象。是该法可以不拆除残存的内衬，对用后内衬上的残渣残钢清除，即可放入模胎，对整个内衬进行补浇，达到原来的厚度，和新内衬一样使用。
洛耐院于1981年成功研制第一代水玻璃结合的铝镁质浇注料，在汉阳钢铁厂转炉10t钢包、电炉18t钢包使用，寿命达70次以上，耐火材料单耗4～5kg/t钢，筑炉成本下降83%，经济效益十分显著。原冶金部于1983年召开一次中、小钢铁厂和耐火厂参加的钢包整体内衬经验交流会与推广会，随后一些钢铁厂学习汉阳经验，先后采用浇注整体钢包内衬。如攀钢145t钢包、马钢平炉105t钢包、太钢70t钢包、以及唐钢、上钢、钢等都投入了整体内衬的钢包。
钢45t钢包还建成一条机械化施工流水线，在模框上装设了附着式振动器，甩掉人工操作的振动棒。汉阳钢铁厂确立单包周转，采用红包装钢，在降低出钢温度20～30℃情况下，内衬不挂渣也不存在冷钢问题。至1985年已在普遍推广，其包龄比砖砌钢包普遍提高3～4倍，耐火材料单耗下降60%～80%，经济效益十分明显。
20世纪90年代，国内很多钢厂上马连铸及炉外精炼设备，对钢包用耐火材料提出更高的要求，一些耐火材料生产企业及科研院所对铝镁浇注料又进行了深入细致的研究，如骨料由原来的一级高铝矾土料提高到特级，以及高纯的刚玉;结合剂改用铝酸盐水泥或MgO-SiO₂-H₂O系结合;还有MgO的引入对浇注料性能影响等试验研究，取得一些好的成果。
一些大型钢包采用炉外精炼装置，普通浇注料无法满足工艺要求，钢包内衬采用砖砌。宝钢300t钢包渣线1989年就开始用镁碳砖。
20世纪90年代，宝钢与焦作耐火厂，洛耐院合作开发的铝镁碳砖，在300t连铸钢包上使用，将一等高铝砖的寿命由20次提高到80次以上，126次，先后又在鞍钢、攀钢等许多钢厂的钢包上使用，使用效果错;河南某厂开发的高档铝镁不烧砖，采用刚玉、高纯电熔镁砂和高纯铝镁尖晶石等原料，复合结合剂生产的产品，满足了洁净钢、低碳钢和碳钢的需要，在100t钢包和LF精炼钢包上使用，寿命是铝镁碳砖的1.5倍;鞍钢200t钢包一次包龄110次，128次，超过铝镁碳砖;由于增碳问题，开发了低碳镁碳砖，碳含量在5%左右，宝钢300t钢包渣线寿命与普通镁碳砖相当;
20世纪90年代初，洛耐院以合成镁钙砂和电熔镁砂为原料，以固体无机盐和无机盐溶液为结合剂开发了不烧镁钙砖，在40tLF-VD精炼钢包使用40次以上，钢中氧含量从12.2×10⁻⁶下降到11.13×10⁻⁶，某耐火材料公司用无水树脂结合的不烧镁钙砖，在100tLF钢包上使用寿命80～85次;21世纪初，钢225t钢包使用以无水树脂结合的不烧镁钙碳砖(渣线用镁碳砖)，平均寿命116.8次，比铝镁碳砖提高37.57次，钢中的氧含量和非金属夹杂都有降低，还有一些钢厂在精炼钢包上使用不烧镁钙碳砖，取得良好效果。
宝钢300t钢包从1995年开始使用进口浇注料，使用寿命从平均217次提高到251次，耐火材料消耗从1.94kg/t钢提高到1.84kg/t钢;1996年12月开始使用国产浇注料，到2000年平均寿命258次，耐火材料消耗1.78kg/t钢，超过进口料水平。
2000年300t钢包LF炉投产，包龄平均下降到154.5次，宝钢采用一种新的浇注方法，平均包龄157.5次，耐火材料消耗1.6kg/t钢，吨钢成本比以往下降20。
现在，钢包基本上是复合筑包，即不同部位采用不同材质的耐火材料，工作层采用不同档次的铝镁浇注料或预制块或镁碳砖和铝镁碳砖，永久层从黏土砖到高铝砖，再到高铝质浇注料，目前在研究轻质保温浇注料等。
我国钢包用耐火材料在不断地发展和进步。从黏土砖、高铝砖、蜡石砖、铝镁砖、镁碳砖、镁钙砖、铝镁碳砖、镁白云石质砖、镁白云石碳砖等，钢包内衬耐火材料的使用寿命也从当年黏土砖使用寿命10次左右，发展到现在用碱性耐火材料的使用寿命普遍在150～200次。
20世纪70年始对钢包内衬采用不定形耐火材料的试验研究，先后采用投射、捣打及浇注等施工方法，后肯定了铝镁浇注料。中、小钢包普遍用铝矾土熟料加镁砂细粉，大钢包用刚玉与镁砂细粉配制的浇注料。再采用套浇及修补工艺，钢包使用寿命达2000～3000次，吨钢耐火材料消耗在2kg以下，向永久内衬、残存耐火材料排放迈进。
钢包内衬的永久层普遍采取隔热保温措施有的砌一层轻质保温砖，有的涂抹保温涂料及纳微米保温板，有的钢包加盖，有的钢厂加速钢包周转，红包接钢，使钢包散热损失减小，钢水温降变小，有利于节能降耗。
我国钢包及钢铁企业的现状
(1)我国钢包用耐火材料的使用寿命，虽然比以前有大幅度提高，经过套浇寿命达千次以上，但比起先进国家的水平还有差距，直观的经济指标是吨钢耐火材料消耗，先进国家钢包耐火材料消耗为1kg/t钢以下，而我国的是2kg/t钢左右，而大部分在4kg/t钢，可见还有很大的可挖。
(2)我国钢铁产能扩大，企业之间竞争激烈，市场竞争和国家政策迫使钢铁行业经济转型，即由资源消耗和投资拉动型转化为降低消耗和服务效益型。耐火材料要接受很大的挑战，为钢铁行业节能降耗做贡献。降低耐火材料消耗，就要提高耐火材料质量，研究耐火材料的使用方法，减少耐火材料用量，也降低了钢铁成本。其次是钢包的节能降耗也大有，比起日本，我国每吨钢要多消耗200～250kg标准煤，应该进一步研究钢包保温隔热问题。
(3)钢铁行业要精细化管理，抛掉“粗放型管理”的老毛病，不能单靠补衬以增加使用次数，要精打细算，算出耐火材料的消耗量，热量损失量等，得出的使用次数。要学习先进国家的经验，找出差距，以便迅速赶上、尽快达到或超出世界先进水平。
（明天我们继续说关于目前钢包用耐火材料的技术及理想配置）
随着钢铁冶金技术的发展，连铸及炉外精炼比例增加，钢包已是单纯盛装钢水、运输钢水的容器。连铸钢包的钢水温度提高，停留时间延长。而炉外精炼不但要加热升温，还要对钢水进行吹氩搅拌、真空处理、吹氧脱碳、精炼脱硫、添加合金元素等处理工序，使用条件十分苛刻，要提高钢包的使用寿命，科技工作者做了大量工作。
钢包用耐火材料的发展历程
20世纪50～60年代，我国浇钢采用锭模浇注，钢包内衬主要由黏土砖砌筑，使用寿命在10次左右;
1968年武钢270t钢包采用二等高铝砖内衬，使用寿命25.7次，是黏土砖的2.5倍;
1972年洛耐院与福州耐火厂合作，利用福州当地的叶蜡石生产蜡石砖，在马钢15t钢包上试用，寿命达66次，后来又先后在马钢、鞍钢等大型钢包上使用，其寿命普遍高于黏土砖和三等高铝砖;
宝钢于1985～1988年使用日本进口的蜡石砖做钢包内衬，平均使用寿命38次。蜡石砖具有微膨胀特性，使钢包整体性好、侵蚀均匀、不挂渣、抗渣渗透、热导率小、比重轻、钢包不易超重等，可以说是钢包的理想内衬材料。可是蜡石砖的耐火性能差(耐火度在1610～1630℃)，使用过程熔蚀严重，使用寿命低，发展连铸和炉外精炼，很人用蜡石砖。但通过使用蜡石砖给了我们有利启发：钢包内衬要整体性好，在持续加热过程中耐火材料有微膨胀性，以保持好的结构和体积稳定性，其次在使用温度下产生高黏度的液相，以缓冲使用结构的热应力。因此，开始研究不定形耐火材料内衬，使内衬的整体性更好。
1974年冶建院与上耐一厂合作进行投射法筑衬试验，用水玻璃结合二等铝矾土熟料，投射15t钢包，使用寿命达22次，但由于投射内衬的致密度和均匀性不够理想，影响寿命提高，在我国未获得进一步发展(西方国家的投射料主要是硅质和半硅质，原料来源容易，而且使用中粘渣轻)。逐渐采用机械化捣打的捣打料，鞍钢和南京某厂先后研制成功钢包捣打机，用铝镁质或高铝质捣打料，鞍钢200t钢包寿命达85次，耐火材料单耗2.7kg/t钢。但由于捣打机结构复杂，造价高，不同容量的钢包要求不同大小的捣打机等原因，推广困难。
振动浇注施工，不需要复杂的机械设备，施工效率高，施工的内衬均匀，无分层现象。是该法可以不拆除残存的内衬，对用后内衬上的残渣残钢清除，即可放入模胎，对整个内衬进行补浇，达到原来的厚度，和新内衬一样使用。
洛耐院于1981年成功研制第一代水玻璃结合的铝镁质浇注料，在汉阳钢铁厂转炉10t钢包、电炉18t钢包使用，寿命达70次以上，耐火材料单耗4～5kg/t钢，筑炉成本下降83%，经济效益十分显著。原冶金部于1983年召开一次中、小钢铁厂和耐火厂参加的钢包整体内衬经验交流会与推广会，随后一些钢铁厂学习汉阳经验，先后采用浇注整体钢包内衬。如攀钢145t钢包、马钢平炉105t钢包、太钢70t钢包、以及唐钢、上钢、钢等都投入了整体内衬的钢包。
钢45t钢包还建成一条机械化施工流水线，在模框上装设了附着式振动器，甩掉人工操作的振动棒。汉阳钢铁厂确立单包周转，采用红包装钢，在降低出钢温度20～30℃情况下，内衬不挂渣也不存在冷钢问题。至1985年已在普遍推广，其包龄比砖砌钢包普遍提高3～4倍，耐火材料单耗下降60%～80%，经济效益十分明显。
20世纪90年代，国内很多钢厂上马连铸及炉外精炼设备，对钢包用耐火材料提出更高的要求，一些耐火材料生产企业及科研院所对铝镁浇注料又进行了深入细致的研究，如骨料由原来的一级高铝矾土料提高到特级，以及高纯的刚玉;结合剂改用铝酸盐水泥或MgO-SiO₂-H₂O系结合;还有MgO的引入对浇注料性能影响等试验研究，取得一些好的成果。
一些大型钢包采用炉外精炼装置，普通浇注料无法满足工艺要求，钢包内衬采用砖砌。宝钢300t钢包渣线1989年就开始用镁碳砖。
20世纪90年代，宝钢与焦作耐火厂，洛耐院合作开发的铝镁碳砖，在300t连铸钢包上使用，将一等高铝砖的寿命由20次提高到80次以上，126次，先后又在鞍钢、攀钢等许多钢厂的钢包上使用，使用效果错;河南某厂开发的高档铝镁不烧砖，采用刚玉、高纯电熔镁砂和高纯铝镁尖晶石等原料，复合结合剂生产的产品，满足了洁净钢、低碳钢和碳钢的需要，在100t钢包和LF精炼钢包上使用，寿命是铝镁碳砖的1.5倍;鞍钢200t钢包一次包龄110次，128次，超过铝镁碳砖;由于增碳问题，开发了低碳镁碳砖，碳含量在5%左右，宝钢300t钢包渣线寿命与普通镁碳砖相当;
20世纪90年代初，洛耐院以合成镁钙砂和电熔镁砂为原料，以固体无机盐和无机盐溶液为结合剂开发了不烧镁钙砖，在40tLF-VD精炼钢包使用40次以上，钢中氧含量从12.2×10⁻⁶下降到11.13×10⁻⁶，某耐火材料公司用无水树脂结合的不烧镁钙砖，在100tLF钢包上使用寿命80～85次;21世纪初，钢225t钢包使用以无水树脂结合的不烧镁钙碳砖(渣线用镁碳砖)，平均寿命116.8次，比铝镁碳砖提高37.57次，钢中的氧含量和非金属夹杂都有降低，还有一些钢厂在精炼钢包上使用不烧镁钙碳砖，取得良好效果。
宝钢300t钢包从1995年开始使用进口浇注料，使用寿命从平均217次提高到251次，耐火材料消耗从1.94kg/t钢提高到1.84kg/t钢;1996年12月开始使用国产浇注料，到2000年平均寿命258次，耐火材料消耗1.78kg/t钢，超过进口料水平。
2000年300t钢包LF炉投产，包龄平均下降到154.5次，宝钢采用一种新的浇注方法，平均包龄157.5次，耐火材料消耗1.6kg/t钢，吨钢成本比以往下降20。
现在，钢包基本上是复合筑包，即不同部位采用不同材质的耐火材料，工作层采用不同档次的铝镁浇注料或预制块或镁碳砖和铝镁碳砖，永久层从黏土砖到高铝砖，再到高铝质浇注料，目前在研究轻质保温浇注料等。
我国钢包用耐火材料在不断地发展和进步。从黏土砖、高铝砖、蜡石砖、铝镁砖、镁碳砖、镁钙砖、铝镁碳砖、镁白云石质砖、镁白云石碳砖等，钢包内衬耐火材料的使用寿命也从当年黏土砖使用寿命10次左右，发展到现在用碱性耐火材料的使用寿命普遍在150～200次。
20世纪70年始对钢包内衬采用不定形耐火材料的试验研究，先后采用投射、捣打及浇注等施工方法，后肯定了铝镁浇注料。中、小钢包普遍用铝矾土熟料加镁砂细粉，大钢包用刚玉与镁砂细粉配制的浇注料。再采用套浇及修补工艺，钢包使用寿命达2000～3000次，吨钢耐火材料消耗在2kg以下，向永久内衬、残存耐火材料排放迈进。
钢包内衬的永久层普遍采取隔热保温措施有的砌一层轻质保温砖，有的涂抹保温涂料及纳微米保温板，有的钢包加盖，有的钢厂加速钢包周转，红包接钢，使钢包散热损失减小，钢水温降变小，有利于节能降耗。
我国钢包及钢铁企业的现状
(1)我国钢包用耐火材料的使用寿命，虽然比以前有大幅度提高，经过套浇寿命达千次以上，但比起先进国家的水平还有差距，直观的经济指标是吨钢耐火材料消耗，先进国家钢包耐火材料消耗为1kg/t钢以下，而我国的是2kg/t钢左右，而大部分在4kg/t钢，可见还有很大的可挖。
(2)我国钢铁产能扩大，企业之间竞争激烈，市场竞争和国家政策迫使钢铁行业经济转型，即由资源消耗和投资拉动型转化为降低消耗和服务效益型。耐火材料要接受很大的挑战，为钢铁行业节能降耗做贡献。降低耐火材料消耗，就要提高耐火材料质量，研究耐火材料的使用方法，减少耐火材料用量，也降低了钢铁成本。其次是钢包的节能降耗也大有，比起日本，我国每吨钢要多消耗200～250kg标准煤，应该进一步研究钢包保温隔热问题。
(3)钢铁行业要精细化管理，抛掉“粗放型管理”的老毛病，不能单靠补衬以增加使用次数，要精打细算，算出耐火材料的消耗量，热量损失量等，得出的使用次数。要学习先进国家的经验，找出差距，以便迅速赶上、尽快达到或超出世界先进水平。
（明天我们继续说关于目前钢包用耐火材料的技术及理想配置）
