钢浇包及其耐火内衬

钢包及其耐火内衬

钢厂需要钢水包 (STL) 来容纳钢水并将其从炼钢炉输送到铸造设施。如今，STL 的使用方式比钢水包要复杂得多。旧的炼钢车间只是使用钢包将钢水从炼钢炉运送到钢锭模具。

STL 中执行的其他功能包括温度控制、脱氧、增碳剂和铁合金的添加以及夹杂物浮选。近来，对各种规格严格的钢种的需求大幅增加。这些钢是使用二次精炼工艺生产的。 STL 的内衬必须能够承受与二次精炼过程相关的日益严苛的使用条件。这些苛刻的条件是更长的保持时间、更高的液体温度和电弧/化学加热。惰性气体冲洗和钢液脱气、合金化和使用合成熔渣也会加速衬里的磨损。由于这些活动，对STL耐火材料质量的要求大大提高。

在当今的炼钢车间，STL 用作撇油、冲洗、再加热和脱气过程的移动部件。这些车间中给定热量的暴露时间已从早期铸锭所需时间的 2 倍扩大到 5 倍。

STL 还需要通过最大限度地减少运输过程中和各种工艺步骤中的热损失来保存热量。在这方面，已经取得了重大进展，以在第一次加热之前适当预热钢包，并在随后的加热中循环钢包，以尽量减少热量损失。

STL 设计为耐热且坚固。此外，还需要对钢包进行隔热。需要适当的隔热，使STL中所含的钢水保持在适当的温度。

出于安全原因和避免工艺延误，STL 的耐火内衬寿命必须是可预测和可重现的。 STL 通常从循环中移除以进行衬里的维护。这会影响钢铁生产的钢包供应充足。此外，STL的耐火材料成本很高，废衬里的处理成本也相当可观。

选择最合适的耐火衬里取决于许多因素，包括 STL 的循环周期、二次炼钢工艺、钢质量、钢包可用性、新的耐火材料开发、车间物流和每吨粗钢生产的耐火材料成本.

钢包循环周期

钢包周转时间是完成一个循环周期所需的时间，对炼钢车间的顺利运行很重要。通常在钢包中从一次出钢到下一次出钢需要几个小时。钢包周转时间决定了需要投入流通的钢包数量。钢包循环循环包括以下步骤。

• STL 的检查和维护？ STL 需要在大约 1600 摄氏度到 1650 摄氏度的温度下长时间保持液态钢。这些高温以及需要在 STL 中执行的不同过程意味着衬里存在磨损。因此，STL 需要不断检查和维护以保持良好状态。两炉之间的 STL 处理对于去除钢包渣和提供钢包井清理、滑动浇口检查和维修以及钢包井砂光是必要的。
• 钢包预热——在检查和维护之后，对 STL 进行预热，以便将钢包带入钢包温度达到理想值。如果经过检查和维护，钢包内部温度已经达到所需水平，则可以跳过此步骤。
• 钢水出钢——将来自初级炼钢过程的钢水出钢到 STL。在出钢时，需要注意的是，STL 中有足够的空闲板用于进行二次精炼工序。
• 钢包运输 ?STL 与钢水通常在转运车上运输到二次精炼工序。在此步骤中，为了控制温度损失，避免等待钢包钢水。
• 二次精炼工序——STL 中的钢水按二次精炼工序的要求进行各种处理。钢级。在这个阶段进行钢水化学成分和温度的调整。为了减少分层，使钢更均匀，还对钢水进行冲洗。
• 连铸——在二次炼钢过程后，钢包覆盖剂在 STL 的液面上涂敷以减少热损失。由于辐射，顶部和 STL 被带到连铸 (CC) 机的钢包转台，用于浇注钢水。钢包盖也用于减少热损失。 CC操作结束后，剩余的钢水和炉渣倒入倾倒钢包，STL送钢包检修区。

钢包循环如图1所示。

图 1 钢包循环

STL 和盖装置的预热近年来有了显着的改进，并且有多种类型的预热器（钢包卧式或立式）可供选择。适当的钢包预热和循环有几个好处，包括通过最大限度地减少热冲击来延长耐火材料的寿命。根据车间布局和钢包转移能力，快速循环 STL 和最有效地利用预热器的实际能力可能因操作而异。

炼钢是一个复杂而困难的过程，耐火材料的种类和选择不是一项简单的任务。耐火材料的选择本身通常是一种折衷方案，因为通常不可能在一种材料中同时具备所有所需的特性（物理、化学和热学）。获得一个特征通常会损害另一个特征。如果在加工的任何阶段从衬里吸收氧气，STL 的耐火衬里也会影响所生产钢的质量。含有未结合形式的 SiO2 的内衬会在现代钢包中引起问题。

近年来，使用非线性耐火材料特性和瞬态温度状态的有限元分析被用于研究 STL 中耐火材料的行为。虽然高度复杂，但这些研究主要致力于在钢包中使用的所有阶段保持钢包耐火材料的适当压缩程度。过大的压缩力会导致耐火材料在钢包平面部分等区域开裂和/或翘曲。低于理想的压缩应力会导致接头或间隙形成，这可能会导致钢水或熔渣渗透。

可以调整耐火材料的特性以在 STL 中提供适当的行为。有必要使用特定的耐火材料来增加或减少耐火材料膨胀到更理想的水平。钢包有限元分析为改善STL中耐火材料使用性能提供了有价值的指导。

STL 中的耐火材料按类型和厚度划分，以最小的成本提供最大的服务。内衬相对较薄，以满足钢包容量和重量要求。通常，工作衬里的厚度在桶内为 150 毫米至 225 毫米，在底部为 225 毫米至 300 毫米。安全衬里的厚度可以从 50 毫米到 150 毫米不等。

内衬常用的耐火材料有白云石砖、镁铬砖、镁碳砖、高铝砖、铝碳砖、高铝浇注料等。根据操作条件和快速循环 STL 的能力，耐火结构的类型差异很大。高铝耐火材料适用于STL除渣线以外的大部分区域。

安全衬里的作用是在有限的时间内保持钢或炉渣，但主要提供外壳绝缘。多组分安全衬里可用于进一步降低外壳温度。在一些工厂中，100毫米厚的安全衬里由高强度保温砖复合材料制成，用于降低钢壳温度。

渣线中较高的钢壳温度主要是由于渣线工作衬砖的较高导热率引起的。一般来说，很少有 STL 使用真正的绝缘材料作为安全衬里的一部分，因为这会缩短安全衬里的使用寿命和/或增加钢穿透和可能发生破裂的危险。

在大多数炼钢车间，用于 STL 的特定耐火材料结构不断变化。在 STL 的每个区域中，有几个因素和耐火材料特性对于选择耐火材料很重要。其中一些描述如下。

在出钢初期，高动量钢流撞击钢包底部（在某些情况下是下侧壁）时，会发生冲击区磨损。这种磨损的严重程度因车间而异，需要使用额外的厚度或质量的耐火材料。一般情况下，水流冲击用耐火材料根据热强度选择具有最大耐冲刷性的耐火材料。

在 STL 的底部和下部枪管区域，磨损是由于冲洗或再加热过程中的腐蚀以及两次加热之间的去皮过程中的物理损坏而发生的。在某些情况下，在 CC 机器停钢和倾倒渣之间的这段时间内残留在该区域的渣会导致渣侵蚀问题。一般来说，该区域的熔渣侵蚀不足以形成分区，除非提供额外的耐火材料厚度。颅骨切除造成的损伤有时会严重到需要修复底部。

枪管区域通常是 STL 中磨损最轻的区域，可以根据质量和/或厚度进行分区。

许多 STL 中最严重的磨损区域是钢包渣线，在该处耐火材料受到严重腐蚀。遇到的炉渣差异很大，包括从炼钢炉带出的高氧化铁 (FeO) 炉渣、部分撇渣后引入的人工炉渣、在特定冶金目的（如冲洗或喷射）中添加或形成的炉渣，以及形成或循环的炉渣在脱气过程中。由于不同类型的渣通常具有碱性，STL渣线需要碱性耐火材料。

采用电弧再加热对钢包渣进行过热控制和加钢温度时，对耐火材料的腐蚀作用尤为严重。炉渣的温度预计比钢温高 40 摄氏度到 150 摄氏度。在这些温度下，熔渣侵蚀率可以增加 2 到 5 倍。可以通过控制渣碱度、Al2O3 含量和向渣中添加 MgO 来减少渣侵蚀。因此，使用添加了 MgO 的组合物获得的受控熔渣和使用一致的熔渣冲洗来控制熔渣过热度可以显着控制电弧再加热期间的侵蚀量。渣线采用白云石、镁铬砖或MgO-C砖。

热循环损坏也是 STL 所有区域磨损的原因之一。正确使用预热和更广泛地使用钢包盖可以大大减少这种损坏的程度。在任何时候使用尽可能少的 STL 并尽可能快地循环这些钢包也可以最大限度地减少热循环损坏的程度。

众所周知，钢包在提升和钢包循环的其他部分发生弯曲会影响钢包寿命。
正在继续努力通过改进钢包和内衬的设计来消除这种影响。

STL 衬有拱形楔形或键控式砖结构。其他类型的砖结构使用半通用形状，允许在钢包的倾斜侧面使用向上螺旋的砖。在这种类型的建筑中，砖块的锁定是通过弯曲的配合面完成的。

在所有情况下，都需要使用非常薄（或没有）砂浆接缝的紧密结构，以保持衬里处于受压状态并防止接缝渗透。一些工厂已改用 STL，在筒体和底部内衬浇注料，但浇注基本渣线的努力并不十分成功。

带有浇注料的内衬提供了极好的无接缝结构，并且许多具有成本优势，其中一部分用过的内衬可以重复使用。浇注料包确实需要特殊设备，包括空间，并且必须非常小心地安装和干燥。

STL 也被用于砖和浇注料的组合，以获得浇包衬里浇注料和砖块的最佳技术和经济组合。

在钢包底部使用耐火锥或塞子来引入冲洗气体，主要是氩气，用于钢包冲洗。使用具有使用不同方向机制的横截面的塞子来提供受控的氩气流量。

插头的可靠性能和寿命对于生产稳定的钢材质量非常重要。为确保正常流动，通常需要在给定热量后通过氧气燃烧或机械清洁来清洁塞子表面。

塞子的耐火材料是高 Al2O3 或烧过的 MgO 材料，专为此应用而设计，并通过机械或手动装置从钢包外部安装。该系统通常允许在热钢包中快速更换插头。在预定的使用时间后或当内置于塞子中的视觉磨损指示器被过度使用时，塞子将停止使用。由于塞子周围的耐火座块磨损，可能需要对塞子周围的区域进行热修。

钢从 STL 流向 CC 模具的控制是通过滑动浇口系统完成的。滑动闸门的液态钢流动使用由弹簧或其他移动以控制流动的装置保持压力的耐火板。不同的滑动浇口系统的设计和构造根据CC机的钢浇注要求有很大的不同。例如，不同闸门系统的弹簧位置和冷却方法各不相同，板的移动可以通过液压或其他机构来完成。

所有的滑动浇口系统都提供了一种快速的方法，可以在两次加热之间从板上移除压力，以便检查耐火材料并允许快速更换板或下喷嘴。
典型浇口系统的耐火材料结构包括耐火材料钢包底部的座块和上水口、固定板和滑板以及用于将管子或长水口连接到 CC 机器的中间包中的下水口。

滑动板和固定板是钢铁厂应用中最独特和最耐用的耐火材料之一。这些板必须能够承受剧烈的热冲击和钢材腐蚀，才能长时间运行。这些板的组成可能从简单的氧化铝到氧化物体系中的氧化锆，再到复杂的氧化物-碳体系。使用的确切钢板在很大程度上取决于要铸造的钢成分和钢板更换频率。这种板更换可以在每次加热后执行的板检查之后进行。根据钢种和/或所用耐火材料的质量，板材可能仅在一次加热后就可以更换，也可能具有长达 20 次加热的寿命。

每次加热后，必须在下一次加热前通过氧气喷枪和粒状耐火填料清除整个浇口系统的残留金属和熔渣。这种填料（钢包砂）可防止钢水在浇口在 CC 机器的适当时间打开之前进入浇口系统。钢包砂可以是二氧化硅、锆石或其他耐火材料的组合，当滑门打开时，钢水可以自由流动，无需机械探测或切割。