高技术钢包耐火浇注料是随着连铸、炉外精炼和治炼高级钢技术的迅速推广而开发的,采用优质高纯耐火原材料、用低水泥系列浇注料技术配制的。该料具有优良的抗渣熔渣渗透的能力,成为国内外大中型的包内衬材料的主流,并满足其苛刻使用条件的技术要化。
在国外,日本用电熔别玉和电熔镁砂及少量的硅微粉等材料为主、用铝酸盐水泥CA-70或CA-80作结合剂配制成铝镁质耐火浇注样,在连铸钢包上使用,包龄约为300次;欧美等国家用家用电熔刚玉和高纯铝镁尖晶石等材料为主、用铝酸盐水泥作结合剂配制成铝尖晶石质耐火浇注料,在大型精炼钢包上使用,其寿命也在200次以上:在国内,铝镁质和铝尖晶石质耐火浇注料均可正常生产,在宝钢300转炉精炼钢包上使用,平均寿命为262次。同时,吸取这两种浇注料的优点,用电熔刚玉、铝镁尖晶石和电熔镁砂等材料为主,用铝酸盐水泥作结合剂配制成铝镁尖晶石质耐火浇注料,也获得了良好的使用效果。应当指出,近年来用超微粉作结合剂配制成钢包耐火浇注料发展迅速,在100及以下的钢包上使用,其包龄可达到100次左右。该料无水泥的不利影响,可较长时间贮存。
高技术钢包耐火浇注料与传统的水玻璃和低水泥铝镁质和铝镁尖晶石质耐火浇注料相比,具有均衡的抗渣侵蚀性和抗渣渗透性、良好的抗热震性或抗剥落性、足够高的强度和高温下微膨胀的体积稳定性。因此,在高技术耐火浇注料配比设计、特别是基质组成设计时,必须注意以下几点:
(1)在使用中反应生成物应为高温相物质,以提高料的抗渣侵蚀性;
(2)在使用温度下有一定的高黏度液相量,以缓冲热应力和防止渣渗透;
(3)高温下反应生成物的膨胀,抵消浇注料的收缩后仍有一定的微膨胀,以提高其结构剥落性;
(4)严格控制料中的SiO,含量,并使MgO含量适宜,即接近铝镁尖晶石的理论组成,以提高料的使用性能。
高技术钢包耐火浇注料的基质组成材料为刚玉粉、电熔镁砂粉、高纯铝镁尖晶石粉、Cr203粉,a-AL2O3和SiO2超微粉等,铝酸盐水泥CA-70或CA-80和外加剂等。按照基质配料上合理选择材料品种和用量,精心进行颗粒级配,科学组合材料配方,就能开发成功高科技钢包耐火浇注料。其品种有低水泥结合铝镁尖晶石质、铝镁质和铝尖品石质耐火浇注料,超微粉结合铝镁尖品石质和镁质耐火浇注料、含铬耐火浇注料等。
高技术钢包耐火浇注料的耐火骨料有板状刚玉、致密刚玉、白刚玉、矾土基刚玉、特级矾土熟料、电熔的高纯镁砂和铝镁尖晶石等。为了提高耐火浇注料的抗热震性即抗剥落性,耐火骨料临界粒径有增大的趋势,有时选择为30m,较常用的为25mm,耐火骨料颗粒级配一般为连续的,其级配为:25-10m占28%-23%;10-5mm,28%-24%;5-3mm占16%-12%;3-1mm占16-12%和1-0mm占22%~17%,有时也采用间断级配,一般去掉15~10mn或10~5mmn的大部分耐大骨料。
耐火粉料即基质料的颗粒级配(%)为:0.088-0.074mm占38%-43%;0.074mm-5um占18-23%和小于5um占26%-35%。高技术钢包耐火浇注料的骨粉料之质量比为67-72:28~33。应当指出,耐火骨料和耐火粉料的颗拉级配,骨粉料之比,应根据实验确定,以便生产出致密化和高性能的钢包耐火浇注料。
钢包耐火浇注料的损毁机理主要是高温熔渣侵蚀和渗透所致。
(1)渣线部位以熔损为主,侧壁部位因渣的渗透而导致龟裂和热剥落。
(1)渣线部位以熔损为主,侧壁部位因渣的渗透而导致龟裂和热剥落。
(2)熔损速度与熔渣温度、黏度及和料的反应进程有关。钢水和熔渣的温度高、在包内滞留时间长、熔渣黏度低和基质料材质差,则包衬损毁亦大;
(3)熔渣渗透主要通过耐火浇注料的气孔渗透、液相渗透和在固相中的扩散,从而使料表面的组成和结构发生质的变化,形成溶解程度较高的变质层,易产生剥落而加快了浇注料的损毁。
(4)耐火浇注料的化学组成相同或不同品种的钢包浇注料,因其组织结构和性能的不同,损毁速度亦不同能连续作业,致使包衬温度降低甚至冷包,也易发生包衬结构剥落,降低钢包使用寿命。
钢包耐火浇注料中富含AL2O3,在熔渣向其内部渗透过程中,熔渣或水泥中的大量CaO与AL2O3反应生成高熔点的柱状CA6和少量的CA2,同时Al2O3与基质中的MgO反应生成铝镁尖晶石,并均伴有体积膨胀,当抵消浇注料的收缩后仍呈微影胀时,可堵塞气孔,能抑制熔渣的进一步渗透,随着CA等矿物的生成,消耗了渣中的大量CaO),使熔渣黏度增大,渗透能力降低;随着MA的生成,基质中含有较多的富铝尖晶石,可捕捉熔渣中的FeO、MnO,即占领阳离子空穴并置换部分MgO而形成复合尖晶石固溶体,能提高料的抗渣性能。在耐火浇注料和熔渣中,均含有一定量的SiO2,在中高温使用条件下,易与基质料中MgO等矿物反应而形成低熔物,并渗透到浇注料的内部。应当指出,熔渣中富含SiO),将使渣变得较黏稠,降低渣的渗透能力;在浇注料中有少量的SO2,能促进共结晶长大,使气孔率降低,并形成较致密的阻挡层,抵抗熔渣的渗透。但是,SO2含量过多,形成的低熔物也多,致使耐火骨料滑移、基质破坏,熔损加快,抗渣性也随之降低。因此,为了减少低熔物的生成和提高材料的抗渗透性,在浇注料配合比设计时,应严格控制SiO2含量。