纯净化、低消耗催生下的新型无碳钢包浇注料研究试验

近年来，随着炉外精炼以及洁净钢技术的快速发展，钢包使用要求越来越高，内部耐材如果不随之升级优化会导致包龄大幅下降，经济效益较低。虽然使用铝镁碳衬砖钢包寿命明显提高，但存在碳易氧化、导热率大、污染钢水等不足。纯净化、低消耗是耐火材料的发展趋势。

无碳浇注料具有优良的使用性能，降低了材料中的氧含量及避免了碳对钢水造成的污染，有利于提高钢的质量浇注料中的骨料在组织结构中主要起骨架作用，决定着浇注料在高温环境下的服役性能，因此，耐火浇注料的骨料组成至关重要。本文研究了浇注料骨料的逐级优化对其性能的影响及其实际使用效果。

1.1 原料

选用88铝矾土熟料(35～5、5～3、3～1、1～0 mm)为骨料，以96电熔镁砂(0.074 mm)、白刚玉细粉、α氧化铝微粉、硅微粉等为基质料，以铝酸盐水泥为主要结合剂，另外加入高效减水剂和有机纤维配制无碳钢包浇注料A1。调整浇注料A1中骨料成分，采用88铝矾土熟料(35～5、5～3 mm)，白刚玉(3～1、1～0mm)为骨料，基质料同A1配置浇注料A2。再次优化A2，调整A2中骨料成分，采用特制钢包预制块(35～5、5～3 mm)，白刚玉(3～1、1～0 mm)为骨料，基质料同A1配置浇注料A3。主要原料的化学组成见表1。

1.2 试验方法

将配好的料加入到试验搅拌机中，加水搅拌均匀后，将混好的湿料在振幅为0.85 mm，频率为50 Hz的振动台上浇注成型为160 mm×40 mm×40 mm的试样，自然养护24 h，脱模。把试样放入烘箱中于110℃保温24 h烘干。

1.3 性能测试

检测试样经24 h小时自然养护后经110℃×24 h干燥后的体积密度、显气孔率、抗折强度、耐压强度，以及1 600℃×3 h条件下焙烧后的抗折强度和耐压强度。检测标准如下：YB/T 5200—1993耐火浇注料显气孔率和体积密度试验方法;YB/T 5201—1993耐火浇注料常温抗折强度和耐压强度试验方法。

检测经110℃×24 h干燥后的160 mm×40 mm×40 mm条状试样热震性能。检测标准如下：YB/T2206.2—1998耐火浇注料热震性能试验方法。

2.1 骨料优化对浇注料致密度的影响

骨料优化对浇注料的显气孔率和体积密度的影响如表2所示。由图可知，随着浇注料骨料调整优化，试样的显气孔率逐渐降低，体积密度逐渐增大。主要原因在于，相对于矾土熟料，刚玉以及优化后的钢包预制块显气孔率更低，体积密度要高。

2.2 骨料优化对浇注料抗折、耐压强度的影响

如图1所示，试样在110℃烘后，浇注料A1、A2、A3的抗折强度分别为7.1、9.9、13.5 MPa，耐压强度分别为58.1、86.3、98.6 MPa。随着骨料逐渐升级，抗折强度与耐压强度都逐渐增大，这主要因为骨料升级带来的体积密度以及显气孔率的变动改善了材料的力学性能，致密度增加导致力学性能增强。在1600℃热处理后，如图2所示，浇注料A1、A2、A3的抗折强度分别为15.8、19.3、24.6 MPa，耐压强度分别为86.1、89.3、124.6 MPa，与110℃处理后浇注料性能变化趋势基本保持一致。随着温度的升高，浇注料内部发生原位反应生成尖晶石，从而提高了骨料与基质之间的界面结合强度。

2.3 骨料优化对浇注料热震性能的影响

浇注料A1的热震次数在25次左右,浇注料A2、A3的热震次数均可达到30次以上，骨料组织结构以及内部杂质成分所形成的玻璃相对热震稳定性影响较大。以矾土熟料为骨料的浇注料A1，骨料杂质含量较多，吸收热震所产生应力的能力较弱，热震结束后表面有部分剥落。浇注料A2以部分白刚玉为骨料，热震后材料中形成的裂纹较少，热震稳定性提高。浇注料A3预制块骨料中含白刚玉以及板状刚玉，板状刚玉的层状结构可以提高产品的热震稳定性，故浇注料A3热震稳定性进一步增强。

3.1 使用环境

实验所研制浇注料在山西建龙炼钢一厂的110 t不精炼钢包上进行了实际测验。现场钢包作业条件：钢包容量110 t，钢种为普碳钢，连铸比100%，出钢温度1 600～1 650℃，钢包周转率为每天12炉，钢水滞留时间40～50 min,平均吹氩时间5～8 min。

3.2 应用效果

在钢包使用中，通常渣线位置受钢渣侵蚀和钢水冲涮频繁，此处浇注料受侵蚀情况较为为严重，裂纹和剥落是常见的包壁浇注料损坏途径。

浇注料A1试验钢包在使用中出现了不规则裂纹，使用到中后期包壁浇注料龟裂明显，透气砖对应包壁位置侵蚀比较快，部分位置有浇注料剥落情况，钢包整体使用寿命较短。

浇注料A2试验钢包在使用中出现了轻微裂纹，没有剥落现象，透气砖对应包壁位置侵蚀快，平均使用寿命达到了150炉，钢包寿命相对A1提高11%。

浇注料A3试验钢包在周转过程中，包壁浇注料的表面光滑侵蚀均匀，平均使用寿命达到了185炉，钢包寿命相对A1提高37%，钢包寿命相对A2提高23%，极大的提高了钢包在线周转能力，降低了吨钢耐材消耗，节约了资源和成本。

(1)随着骨料逐级优化升级，钢包浇注料体积密度逐渐增加，显气孔率逐渐降低，低温及高温力学性能都有较大提升。

(2)骨料优化改进后的钢包浇注料具有良好的热震性能和抗侵蚀性能。(3)优化后的无碳浇注料实际测验效果较好，能够满足使用方的要求，不仅节省耐材，绿色环保，也促进了低碳钢的生产。