第七章 中间包用耐火材料

下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲中间包用耐火材料技术中心陈勇下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲题纲一、中包基础知识二、中包永久层用耐火材料三、中包永久层浇注施工方法四、中包涂料五、中包干式料七、中包覆盖剂六、挡渣墙系列耐火材料八、结晶器保护渣下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲中间包外形示意图下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲中间包用耐火材料汇总l绝热层（纤维）l永久层（浇注料）l工作衬（涂料、干式料）l挡渣板系列（镁铝质、尖晶石质、镁质等）l冲击板（镁铝质、尖晶石质等）l中包覆盖剂、结晶器保护渣l包盖（纤维、浇注料）l水口座砖、镁质填缝料l三大件产品（长水口、塞棒、浸入式水口等）l其它（定径水口、中包上水口、中包滑板、透气上水口、等）下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲连铸系统流程图下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲中间包剖面示意图下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲钢包浇铸现场下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲使用中的中间包下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲一、中间包基础知识中间包是一个耐火材料容器，首先接受从钢包浇下来的钢水，然后再由中间包水口分配到各个结晶器中去。其作用是：（1）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；（2）促使钢水中的夹杂物进一步上浮，以净化钢液；（3）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；（4）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。可见，中间包的作用主要是减压、稳流、去夹杂、贮存和分流钢水。下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲中间包的冶金功能①净化功能。为生产高纯净度的钢，在中间包采用挡墙加坝、吹氩、陶瓷过滤器等措施，可大幅度降低钢中非金属夹杂物含量，且在生产上已取得了明显的效果。②调温功能。为使浇注过程中中间包前、中、后期钢水温度小于5℃，接近液相线温度浇注，扩大铸坯等轴晶区，减少中心偏析，可采取向中间包加小块废钢、喷吹铁粉等措施以调节钢水温度。③成分微调。由中间包塞杆中心孔向结晶器喂入铝、钛、硼等包芯线，实现钢中微合金成分的微调，既提高了易氧化元素的收得率，又可避免水口堵塞。④精炼功能。在中间包钢水表面加入双层渣吸收钢中上浮的夹杂物，或者在中间包喂钙线改变Al2O3夹杂形态，防止水口堵塞。⑤加热功能。在中间包采用感应加热和等离子加热等措施，准确控制钢水浇注温度在3~＋5℃。下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲钢水在中间包内的理论停留时间国内钢包注流进入中间包到流入结晶器路程中，钢水在中间包所经历的时间。它的定义是：t=V/Q式中t－钢水在中间包的停留时间，min；V－中间包钢水容积或钢水重量，m3或t；Q－中间包钢水流量，t/min。如中间包钢水重量为15吨，浇注板坯200×1200mm，拉速V为1.5m/min，则钢水流量Q：Q＝0.2×1.2×1.5×7.0=2.52t/min所以t=15/2.52=6min也就是说钢水在中间包停留时间为6min。如果在中间包内钢水很快的从水口流到结晶器内，则夹杂物就来不及上浮。总的原则是：在中间包内钢水停留时间越长，则夹杂物就有充分时间上浮，钢水就越干净。为增加钢水停留时间，有效的办法就是采用大容量、深熔池的中间包。60年代中间包容量一般为6吨，现在最大为80吨。应根据钢包容量，尽可能把中间包容量选大一些，采用大容量，深熔池中间包是当前发展的趋势。下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲中包容量增大的原因（1）延长钢水在中间包内的停留时间，有利于夹杂物上浮；（2）换钢包时不减拉速，保持中间包浇注稳定，防止液面低于临界值产生旋涡，卷入渣子到结晶器；（3）整个浇注过程中，钢液面稳定，有利于操作顺行；（4）中间包容量增大有利于减少金属损失，降低操作费用。所以，用大型中间包浇注比小中间包有明显优点，更能生产清洁钢，产品表面和内部质量好，避免了小中间包钢水不稳定状态时产生的缺陷。下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲中包液面临界高度从生活经验可知，在一个容器中放满水后，水从底部孔流出，当液面降到一定高度后，在出水孔上方产生了旋涡。这种现象在中间包也同样存在。临界高度有两种情况：一是开浇前中间包钢水充满到多高而开浇；二是到浇注末期钢液面降到多高时停止浇注。两者都存在一个临界高度，如果低于临界高度，钢水面就会产生旋涡把渣子卷入结晶器，使钢中夹杂物增加，以致使产品报废。临界液面高度可通过水模型试验观察来决定。根据中间包容量不同，钢液面下降临界高度一般为200~300mm。下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲中包内钢水流动特点一般用流动速度、流动轨迹和紊流强度来描述流体流动特征。中间包流动特点：（1）钢包注流相当于一个“喷射泵”的作用，把周围空气卷入到中间包钢液中而破裂为很小的气泡，形成附加环流，加重了钢水的二次氧化；（2）钢包注流进入中间包的冲击区，是一个高度紊流的区域，容易造成卷渣；（3）形成旋涡。浇注末期，中间包液面降到临界高度时，在水口上方形成旋涡，把渣子卷入结晶器，同时，中间包注流不稳定，搅动了结晶器钢液的流动；（4）表面波形成。在开浇、换钢包和浇注末期中间包钢液面不稳定时，容易产生表面波而导致把渣子卷入钢水内部。下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲防止中包内钢水流不稳定的措施中间包内钢水流动产生的不稳定状态，会使二次氧化加剧；把渣子卷入钢水内部，严重影响钢的清洁度，为此，应设法减轻由流动带来的害处，采用以下措施：（1）使用大容量、深熔池的中间包；（2）钢包到中间包使用长水口，既可保护钢流不受二次氧化，也可减轻钢流冲击区的紊流，防止了卷渣；（3）设置挡渣墙和坝来控制流动轨迹，防止冲击区紊流的扩散；（4）连浇换钢包时，应设法不使液面波动过大。下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲中包内吹氩措施中间包吹氩的作用是：（1）增加氩气搅拌促进夹杂物上浮；（2）形成液面保护层；（3）改善钢水流动状况。在中间包底安装透气砖，或在工作层和永久层之间嵌入多孔的管状气体分配器，或在挡渣墙上安多孔砖进行吹氩，使氩气泡均匀从底部上浮，促进夹杂物排除。试验结果表明：可消除浇注初期钢水增氢，钢中氧化物夹杂有所降低，减轻了镀锡板上Al2O3夹杂引起缺陷。下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲中包内钢水成份微调技术通常钢包钢水成分微调技术均可应用于中间包，在中间包加入易氧化元素（如钛、铝、钙）或微量元素（如硼），钢水与污染源（如渣、包衬、空气）接触时间较短，有利于提高元素的回收率。由于中间包熔池浅，钢水停留时间有限，为确保元素能充分吸收，广泛应用喂线法。在中间包内喂入硅钙线或硅钙钡的包芯线，其目的是把高熔点的串簇状的Al2O3改为低熔点的球形铝酸钙（如12CaO·7Al2O3），以改善钢水流动性，防止氧化铝堵塞水口。此法在小方坯连铸中间包得到了应用。为增加包芯线穿越钢水的停留时间，采用螺旋式喂线技术，螺旋直径为250mm，螺距为100mm，用一台辊式开卷机将包芯线送入导管进入中间包，喂线速度可达20～30m/min。下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲陶瓷泡沫过滤器陶瓷泡沫过滤器是一种微孔结构材料，具有很高的疏松度（82~90％），每1cm3过滤器有10000cm2的过滤表面。为了有效的过滤夹杂物，过滤器材质要求是：（1）在与钢水长时间接触过程中，过滤器能承受热应力和机械应力的作用；（2）能抵抗钢水和渣子的侵蚀而不发生化学作用；（3）既能有效去除夹杂物，又没有过大的防碍钢水流通的阻力。目前制作过滤器的材料有：莫来石（A3S2）、氧化铝（99％Al2O3）、稳定氧化锆（ZrO2+MgO）、氧化钙等。下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲陶瓷泡沫过滤器工作原理传统去除夹杂物方法是：利用钢水密度（7.0g/cm3）与夹杂物密度（－3.5g/cm3）之间的差别，使夹杂物上浮被渣子吸收。这种方法对于去除大颗粒夹杂物是有效的，但对于小颗粒夹杂（小于50µm），由于上浮速度太慢，无多大效果。过滤器不同于夹杂物上浮分离法，它是一种机械的分流方法。当钢水通过多孔的过滤器时，强制性的使夹杂物沉淀、滞留、截住在多孔的介质表面，而液体则自由流过，净化了钢液。陶瓷泡沫过滤器是一个多孔的结构（类似泡沫塑料），网眼孔径大于夹杂物直径，钢水通过网眼时，夹杂物被捕捉的过程是：夹杂物输送到网眼表面；网眼捕获夹杂物；高温下夹杂物烧结在表面上，最终会使网眼堵塞，过滤器失效。下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲二、中间包永久层用耐火材料中间包砌筑结构一般分为三层，即保温层、永久衬和工作衬。其保温层一般以硅酸铝纤维毡或硅钙板砌筑，然后砌筑永久衬。永久衬最初采用粘土砖、烧成或不烧高铝砖等耐火砖砌筑。砖砌永久衬使用寿命短，工人劳动强度大，成本高。随不定形耐火材料技术进步，中间包永久衬逐渐由砖砌发展到可塑料、捣打料捣打施工和耐火浇注料浇灌施工，目前普遍采用水玻璃结合铝镁浇注料、低水泥高铝浇注料、无水泥高铝尖晶石浇注料以及自流浇注料等材料砌筑。中、小型中间包永久衬厚度一般在100~120mm左右，大型中间包永久衬厚度在150~200mm左右。濮耐公司一般使用自流浇注料来浇注永久层，其流动性好，不需振动或轻微振动即可施工，特别适用于薄壁部位施工。下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲中间包永久层用浇注料理化指标指标与牌号PN-AHSPN-AH10PN-SF1PN-SF2化学成份（％），Al2O3≥50605060体积密度(g/cm3),≥110℃×16h2.402.552.302.451350℃×3h2.352.502.252.40抗折强度(MPa),≥110℃×16h6010661350℃×3h801299耐压强度(MPa),≥110℃×16h106030301350℃×3h12805060线变化率(％)110℃×16h±0.1±0.1±0.2±0.21350℃×3h±0.5±0.5±0.5±0.5安全使用温度，℃1600165016001600施工加水量，％5.8±0.55.0±0.57～97～9下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲三、中包永久层浇注施工方法①为保证中间包永久衬整体使用效果，需在包壳上焊接锚固件，锚固件形状优选“Y”形，长度大约为永久衬厚度的2/3，然后在包壳上贴一层硅酸铝纤维毡、硅钙板或贴砌一层轻质粘土砖作保温层，正式施工前需在保温层表面贴一层塑料薄膜或牛皮纸，以防止其吸水和渗浆，影响保温效果，否则需在耐火纤维板上洒适量水，来防止耐火纤维吸水，影响浇注质量。②施工用胎模应清理干净，组装严密，胎模外均匀涂刷一层黄油或废机油。③采用强制式搅拌机，使用前必须清理干净。准备好称量水用具。④用水温在15～35℃的清洁自来水作混练用水，不得使用污水、海水或含有杂质的水，若冬季施工可适当提高温度。A施工准备下页上页首页濮耐技术中心培训教材PRCO题纲A.每次搅拌量以不超过搅拌机公称容量的20％为宜。B.往搅拌机里倒料时，发现有雨淋或受潮结块现象的料，不得使用。有碎内衬袋、扎口绳等杂物混入应将其拣出。防止纤维办掉块进入浇注料中。C.干料搅拌1～2分钟后加水，加水必须称量或用标定容器加水。D.搅拌时先加规定水量的90%混1～2分钟，余下的水量视情况进行调整。需要继续加水的，再搅拌1～2分钟后即可出料供浇注使用。含水量判断方法可采用一种简便的“手捏成团”进行试验，即取搅拌料用手捏成一个紧密的球团，将球团抛高约30cm，然后用手接住，如果球团变形而未碎，表示含水量正好；如果球团变形并从手缝中流出，则表示含水量过多；如果球团开裂、散落，则表示含水量太少。由于含水量（水灰比）的大