钢包壁工作层熔池部位耐火材料

　　钢包壁工作层熔池通常使用的铝镁浇注料，使用过程中，浇注料内部反应形成尖晶石，反应式如下：

　　Al2O3+MgO→MgAl2O4(尖晶石)

　　加热后，浇注料中存在未反应的MgO，铝镁浇注料的使用性能受MgO比例的影响较大，随着MgO比例的增加，浇注料的抗侵蚀性提高，但其抗渣渗透性却降低，当MgO含量超过某一定值时抗渣渗透性迅速减弱，在实际应用中，由于钢渣侵蚀引起的损毁，故在应用中应该控制MgO比例。在实际使用中含有5.5%MgO、1.36%CaO和0.5%硅微粉的铝镁浇注料实际使用效果较佳。

　　铝镁浇注料在加热过程中形成的极细二次尖晶石均匀分散在基质中，同时由于二次尖晶石化体积发生膨胀，提高了制品的致密度。铝镁浇注料在加热过程中生成的尖晶石数量多并且颗粒尺寸小而均匀，因而具有较高的抗渣侵蚀性和抗渣渗透性，并且价格较低，铝镁浇注料热应力容易释放，所以铝镁浇注料破坏炉壳的能力更低。

　　铝镁浇注料具有良好的抗渣性，作用机理是在加热过程中形成原位尖晶石，同时在基质中形成微气孔。尖晶石(基质的大部分)能有效地抵抗渣的侵蚀作用，而刚玉(基质的小部分)可与渣中的CaO反应，生成CA6，填充了微气孔，进一步提高了铝镁浇注料的性能。

　　(1)铝镁浇注料整体浇注技术的工艺优化

　　尽管铝镁浇注料在实际应用中以其极好的耐高温性能在关键部位发挥着重要的作用，但是铝镁浇注料本身由于MgO的存在而极易发生水化，造成结构松散而引发剥落，因此其品质受环境的影响较大。同时由于在施工中采用的机械振动的方式作业，会使铝镁浇注料中不同级别的骨料以及基料发生偏析，破坏了颗粒间的紧密堆积，从而产生空隙，影响了浇注料的质量。由此可见，铝镁浇注料除本身的原料比例外，作业工序也是影响铝镁浇注料性能的另一大因素。目前主要运用以下措施来提高铝镁浇注料的施工质量。

　　(2)应用钢包模芯先进定位技术

　　在浇注钢包包壁工作层时，工作层衬胎能否对中定位，将会影响到包壁工作层厚度的均匀性，在一定程度上决定着钢包内衬使用寿命的长短，因此衬胎对中定位是生产工艺中一个重要的环节。

　　宝钢整体浇注采用的模芯定位装置，在保证钢包外壳口部圆整的情况下，在钢包口部包沿上任意选择3个基准点，基准点之间的角度为120°左右，由丝杆定位器底座将3个丝杆定位器固定在3个基准点上，运用3点成一平面的原理，通过调整丝杆的长度将钢包工作层衬胎对中定位，钢包模芯先进定位技术的应用，控制钢包内衬径向偏差<10mm，保证了包壁工作层厚度的均匀性，降低了因包壁工作层衬胎不对中造成提前下包的次数，提高了钢包内衬的使用寿命。

　　(3)优化布料方式

　　目前采用的钢包混料装置，是在浇注料加入搅拌机后，先干料搅拌1分钟，再加洁净水均匀搅拌，第一批料按要求加水量的下限设定，根据搅拌后浇注料的流动性、稠度等特性适当增加水量，充分混合4～8min。加水量的限定一方面避免了过多的水分在浇注料内停留，在烘烤后形成孔隙;另一方面避免与浇注料中的MgO过多的接触造成水化。工序要求尽可能缩短相邻两批浇注料的浇注间隔时间，原则上间隔时间不得超过30min，这样做充分考虑到了浇注料易水化的特性，采取快速搅拌混合的方法，在一定程度上减缓了铝镁浇注料的水化。在搅拌完成进行放料过程中，中子内部上中下三部位的震动装置开始工作，使浇注层各部位震动均匀，避免出现死角引起孔隙;同时严格控制震动时间，原则上一次振动时间≤120s，防止过度震动使浇注料产生偏析。

　　钢包壁工作层熔池部位预制块砌筑

　　由于铝镁尖晶石质不定型浇注料，其热稳定性、抗氧化性都优于其它耐材，因此一直都被各钢厂选用为钢包的首选耐材，其施工方法是先在钢包内安放整体浇注模芯，再向内浇灌铝镁尖晶石质不定型浇注料，由于钢包铁壳在长期的热胀冷缩的过程中易发生形变，导致整体浇注料的厚度不均匀，为保留铝镁尖晶石质不定型浇注料的良好使用性能，保证浇注料的厚度均匀，我们将将铝镁尖晶石质浇注料预先制作成定型砖的模型(预制块)，采用砌筑的方法施工。

　　通过对整体浇注钢包使用情况的跟踪统计分析，发现包壁工作层底部向上1400mm以内及渣线砖(006镁碳砖)以下500mm以内这两个区间耐材的熔损、冲刷较其它部位严重，且预制块砖高度是230mm，因此在包壁工作层第1环～6环及11环～12环采用170mm壁厚的预制块，7环～10环使用150mm壁厚的预制块，包壁工作层起步砖由于被包底工作层埋在里面不接触钢水，也采用150mm壁厚的的预制块，包壁工作层局部加厚后使预制块各部位寿命周期同步，确保钢包周转使用安全。

　　预制块是提前将浇注料预制成型，所以预制块砌筑的钢包大修烘烤时间相比整体浇注钢包烘烤时间可大幅度缩短。

　　(1)预制块钢包修理维护技术应用

　　①采用钢包包壁工作层挖补技术

　　钢包在第一次小修下线冷却过程中，由于耐材材质原因，有时包壁工作层预制块第1环～4环部位会产生10mm以上的收缩缝或者异常熔损(如图3所示)，为了确保使用安全，通常需要从包壁工作层最上方一直拆到收缩缝产生部位或者异常熔损部位，其中会有大量可用耐材被拆除，造成很大的浪费，而且需要投入大量的人力和物力。

　　通过对现场使用钢包的耐材进行分析，在钢包耐材整体情况良好的前提下，通过局部挖修的方法，只拆除收缩缝或异常熔损部位的包壁预制块，然后测量挖修部位实际尺寸，在现场放大样图，把耐材进行相应加工后，砌筑到拆除部位，最后用方砖合门(如图4所示)。采用挖补技术，可避免大面积拆除预制块造成耐材的浪费，节约砌筑工作量。

　　②采取定型耐火砖与不定型耐材结合的修补技术钢包使用过程中，钢水中的一些杂质对钢包内衬耐火材料的侵蚀，由于侵蚀的程度不同，在使用过程中，会出现凹凸不平的现象及包壁工作层预制块出现熔损及粘渣现象，而且生产工艺要求300t钢包重量在128t～140t之间才能炼品种钢，对钢包维修造成一定的难度。

　　对使用过程中钢包空包重量少于128t，太轻的钢包必须进行修补，否则影响钢包使用安全，之前都是全部采用包壁刚玉的修补料进行大面积的贴补，钢包的寿命和空包重量均维持在正常水平，但由于刚玉修补料价格高且用料较多，包壁工作层平均寿命较低，残厚较薄效果不佳。

　　对局部的熔损，经试验，认为使用专用修补料效果较好，而修补料要满足钢包修补使用要求，必须具有如下几个方面的性能：

　　⑴良好的涂抹施工性能，即材料必须对基底料有良好的粘附性，首先要使所研制的修补料易于涂抹粘附在修补面上，其次是在涂抹修补料层较厚时不发生散落或塌落；⑵兼有气硬性和热硬性，在钢包涂抹的施工温度下(约50～60℃)，涂抹料应能够较快硬化，以便进行后续的喷补，在烘烤温度下，能够产生足够的中、低温强度，与修补面形成牢固的结合；⑶良好的抗快速烘烤爆裂的性能；

　　⑷良好的高温体积稳定性，基本要与包底或包壁料的体积稳定性一致，这样才能保证钢包在冷热交替的使用过程中，修补料不会因与基底料体积变化差别太大而产生裂纹甚至剥落，使修补料失去作用；(5)优良的抗渣性能。

　　通过大量使用证明，此修补材料耐高温、耐侵蚀的性能均良好，局部使用具有流动性好、施工方便、与原砖层的粘附性好、使用寿命长等优点，在铝镁碳钢包包壁工作层上试验结果表明这种铝镁质修补料使用15炉后仍有大部分残留在修补部位，使钢包使用寿命比较稳定,但对大面积的熔损修补就存在施工难度较大的缺点，因其属不定型材料，在垂直面上大量使用使相互间支撑力不够，特别是要修补一定高度的钢包熔损面，往往要一段修补好后等到硬化后才可往上继续修补，很费时费力，修理时间长，影响钢包的周转速度，因此该修补方式存在使用的局限性。

　　蜡石砖贴补的方法是探索钢包修补的另一种方法，虽然蜡石砖体积密度较低，不会引起钢包超重问题，但是蜡石砖在高温钢水的冲刷作用下，达不到保证钢包一个周期的使用要求，钢包修补方法中此法不理想，后期贴补高铝砖，钢包使用至包壁残厚90～100mm左右，进入最后一次小修时，用高铝砖对熔损严重部位进行贴补，因包壁本身过薄已无相互支撑力，产生裂纹，作为补充手段的这一方法，实际的意义不大，从采用这一修补方法用后拆包的情况看大面积的冷钢已渗入至永久层，且贴补后，装包作业者在判断过程中易被表象蒙敝，潜在危险很大，此修补方法不足取也被淘汰。中期贴补高铝：试用了高铝砖在包壁残厚120～130mm左右，钢包进行中修时，贴补包壁工作层的方法，经过半年的实践，认为比较适合在250t钢包上应用，高铝贴补砖具有耐高温钢水冲刷，耐侵蚀的性能，且包壁铝镁碳砖经50炉左右的使用本身已熔损一部分，份量减轻，此时贴补不会引起钢包超重问题，钢包使用50炉左右时，钢包内衬耐火材料表面熔损尚均匀，此时贴补，操作时较方便，贴补的质量也较好，试验期间用此贴补方法修理钢包10余个，取得较理想的使用效果，并进行全面推广。

　　确定合适的修补材料和模式，不仅提高了钢包的使用寿命，而且间接地减轻了工人的劳动强度，方便了操作工对钢包内衬耐火材料的正确判断，钢包的安全使用性，钢包在炼钢生产过程中得以正常周转，达到较理想效果，采用合理正确的钢包修理方法，对钢包耐火材料在实际生产应用中的作用、对降本增效，减少事故的作用都是明显的，应进一步探索，加以合理应用。

　　宝钢300t钢包采取高铝砖与不定型耐材结合的修补技术，具体操作方法是先将包壁凹凸不平的表面残渣及冷钢清除，对熔损较大的部位进行修补，再用包壁修补材料在凹坑的表面抹厚度10～20mm，然后在修补的表面再贴补一层高铝砖，50mm厚度，最后用包壁修补料在高铝砖的表面和两头接头处修补一层(如图6所示)。在选用包壁修补料和高铝砖时，考虑到耐火材料之间的匹配以及是否会引入其他的杂质影响到钢产品的质量，选用的包壁修补料和高铝砖的主要成分是Al2O3和MgO，不会影响到钢产品的质量，所以选用包壁修补料和高铝砖。

　　这种修补料和高铝砖结合修补方法不仅能使工作层裂缝和缺口等部位得到及时修补，而且还能使一些不容易修补的部位得到修补，这样既能及时有效的阻止薄弱的包壁继续熔损，避免钢水薄弱之处继续侵蚀，提高钢包的安全系数，每次钢包小修都能够达到稳定的使用周期下线。

　　③精确判定下线钢包预制块残厚，确定合理修理模式钢包下线之后，首先要确定修理模式，以往判断预制块残厚，主要依靠作业人员依据工作经验判定残厚，存在着较大的不确定因素，可能有误判、错判的情况，按照误判、错判之后的数据确定修理方案，存在钢包修理不到位产生质量隐患或者修理过于保守，导致浪费耐材的现象。

　　通过对下线钢包的仔细观察，发现包壁工作层残厚的变化有较明显的规律可寻，既残面越宽，残厚越薄，残面宽度和残砖厚度存在一定的比例关系，根据这种固定的比例关系，测定整个预制块最薄处耐火砖的宽度之后，就可以准确的判定该处残砖的厚度，以此方法，就可为确定钢包修理模式提供准确的参考数据，消除人为误判、错判而带来的钢包使用质量安全隐患，同时也可避免耐材砌筑浪费。