1、我国钢包用耐火材料的发展及应用发布日期：10/11/2009 浏览次数：3781 前 言钢包（盛钢桶）担负着载运钢水和进行炉外精炼的双重任务，随着炼钢技术的发展，我国的钢包用耐火材料也得到了很好的发展。特别是自 20世纪 80年代以来，我国的耐火材料科研机构、生产企业和使用厂家，密切配合，结合我国的国情，不断开发出新型的钢包用耐火材料，使我国的钢包用耐火材料以较快的速度向前发展，满足了我国炼钢工业快速发展的需要。2 钢包用耐火材料20世纪 5070 年代，我国的钢包包衬主要使用的是硅酸铝质耐火材料，包括各种粘土砖和高铝砖等。从 80年代起，我国陆续开发出了铝镁（碳）质、镁碳质和镁钙（碳）质等多
2、个系列的新型钢包用耐火材料。其中铝镁（碳）质耐火材料品种多、规格全，是我国主要的钢包用耐火材料。我国钢包用耐火材料的类别和品种见表 1。表 1 我国钢包用耐火材料类别和品种类 别 品 种硅酸铝质 粘土砖、高铝砖、高铝捣打料、蜡石砖铝镁（碳）质 铝镁捣打料、铝镁浇注料、铝镁不烧砖、铝镁尖晶石浇注料、铝镁碳砖、铝镁尖晶石碳砖、高档铝镁不烧砖、高档铝镁（尖晶石）浇注料镁碳质 镁碳砖、低碳镁碳砖镁钙（碳）质 白云石捣打料、不烧镁钙砖、不烧镁钙碳砖锆质 锆质砖2.1 硅酸铝质钢包耐火材料2.1.1 粘土砖 粘土砖是我国最早使用的钢包耐火材料，20 世纪 5060 年代，我国钢包使用的耐火材料主要是各种粘
3、土砖，由于使用费用低，直到 80年代还有一些钢厂的钢包仍使用粘土砖。某钢厂钢包用粘土砖的理化指标为：Al 2O3 44.10%，SiO 2 52.10%，Fe 2O3 1.72%，显气孔率 16%18%，常温耐压强度 54.996.0MPa。粘土质钢包衬砖的使用寿命因各钢厂的使用条件不同而异，部分钢厂粘土质钢包衬砖的使用寿命见表 2。表 2 粘土质钢包衬砖使用寿命钢厂 钢包类别 钢包容量/ t 使用寿命/次武钢 平炉钢包 270 810太钢 转炉钢包 50 20上钢一厂 转炉钢包 30 15首钢 转炉钢包 30 25大冶钢厂 电炉钢包 25 18尽管现在我国的钢包已经不再使用粘土砖，但粘土砖对
4、我国建国初期炼钢工业的恢复和以后的发展做出了重大贡献。2.1.2 高铝砖 随着炼钢技术的不断发展和钢产量及质量的不断提高，粘土质钢包衬砖因使用寿命短，自 20世纪 60年代末，我国有些钢厂的钢包开始使用各种高铝质衬砖，使钢包寿命大幅度提高。武钢平炉用 270t钢包从 1968年开始使用二等高铝砖 1，到 1970年包龄达到 25.7次，是粘土质衬砖的 2.5倍。1974 年包龄达到31.5次 2。武钢二炼钢转炉用 70t钢包从 1980年开始使用 Al2O3含量大于 72%的高铝砖 3，包龄为 34次，最高达到 50次。宝钢 300t钢包从 1986年 6月起 4，全包壁使用某耐火材料厂生产的
5、一等高铝砖，平均包龄 50次左右。连铸机投产后，钢包使用条件恶化，包衬使用寿命减短。宝钢与某些耐火材料生产企业合作，开发出了使用性能优良的微膨胀高铝砖，1992 年 4月正式使用 A厂生产的产品，平均使用寿命为 81.5次，最高寿命达到 100次 5。使用 B厂的产品平均使用寿命为 78.6次，最高达到 122次（连铸比55.73%） 6。太钢 70t钢包使用高铝质衬砖，使用寿命为 64.3次。总之，我国钢包使用高铝质衬砖后，使钢包的使用寿命显著提高，保证了炼钢生产的顺利进行，促进了炼钢工业的进一步发展。我国部分钢厂钢包用高铝砖的理化指标见表 3。表 3 钢包用高铝砖理化指标化学成分/%序号A
6、l2O3 SiO2 Fe2O3 TiO2显气孔率/%常温耐压强度/MPa体积密度/g.cm-3真比重1 74.50 17.45 1.89 78.8 2 80.33 12.42 1.70 3.20 25 54.4 2.64 3 82.63 10.88 1.98 3.70 20 110 3.642.1.3 高铝质捣打料 20 世纪 70年代末，我国有些钢厂的钢包内衬使用高铝捣打料 79 ，取得了良好的使用效果。高铝捣打料是以优质高铝矾土熟料为原料（骨料和细粉），以工业磷酸做结合剂，经过配料、混料而配制成的一种可塑性良好的不定形耐火材料。采用整体捣打技术，制成整体式包衬，获得了较长的使用寿命。我国部
7、分钢厂钢包高铝整体捣打包衬的使用寿命见表 4。表 4 高铝整体捣打包衬使用寿命钢 厂 钢包类别 钢包容量/t 平均寿命/次 最高寿命/次上钢一厂 转炉钢包 15 144.6 206重钢 转炉钢包 75重钢 平炉钢包 50 56.8 67鞍钢 平炉钢包 100 50 大冶钢厂 电炉钢包 25 67.7 812.1.4 蜡石砖 蜡石砖是以叶蜡石为主要原料生产的一种烧成制品。20 世纪 70年代初，福建某耐火材料厂生产的蜡石钢包砖在马钢、鞍钢、上钢三厂、三明钢厂等钢铁企业不同类型的钢包上进行了试用。结果表明，蜡石砖的使用性能优于当时使用的粘土砖和三等高铝砖。在马钢 15t钢包上使用，寿命达到 66次
8、 10。武钢二炼钢厂 70t钢包也试用过该厂生产的 SiO2含量 72%的蜡石砖，但效果不太理想，使用寿命仅 14次 3。宝钢 300t钢包在 1985年 9月至 1988年间曾使用过日本进口的蜡石砖，平均寿命 38次 4。某厂生产的钢包用蜡石砖的理化指标为：SiO 2 78.95%，Al 2O3 18.85%19.51%，Fe 2O3 0.44%0.52%，显气孔率 14%18%，常温耐压强度 32.962.9MPa。由于多方面的原因，蜡石砖在我国钢包上没有得到推广应用。2.2 铝镁（碳）质钢包耐火材料从 20世纪 80年代起，我国的炼钢工业步入了快速发展阶段，连铸和炉外精炼等现代炼钢技术的
9、推广应用以及洁净钢产量的增加，使钢包耐火材料的使用条件更加恶劣。钢水温度的升高，钢水在钢包内停留时间的延长，钢水和熔渣对钢包耐火材料的冲刷以及熔渣对钢包耐火材料的化学侵蚀等都更加严重，以往的钢包耐火材料已不能满足现代炼钢生产的需要。为此，我国陆续开发了多种铝镁（碳）质钢包用耐火材料。铝镁（碳）质耐火材料在使用过程中，Al 2O3和 MgO在高温下反应生成镁铝尖晶石这种高温性能优异的矿物，使耐火材料的耐侵蚀性能和抗剥落性能显著提高。因而，铝镁（碳）质钢包耐火材料的使用可大幅度提高钢包的使用寿命。2.2.1 铝镁整体捣打料 20 世纪 80年代初，洛耐所、鞍山焦耐院和鞍钢等单位合作，共同开发出了铝
10、镁质钢包整体捣打料。该捣打料是以特级高铝矾土熟料做骨料、以特级高铝矾土熟料粉和烧结镁砂粉的混合粉做基质、以液体水玻璃做结合剂配制成的一种可塑性良好的不定形耐火材料。在鞍钢三炼钢 200t钢包上使用，寿命比粘土砖提高 57 倍 11，平均寿命 85.15次，最高达到 108次，吨钢耐材消耗2.7kg。1982 年 6月，该捣打料通过了原冶金部鉴定。之后，全国许多炼钢厂的钢包相继使用这种铝镁质钢包整体捣打料，均取得了良好的使用效果。2.2.2 铝镁浇注料 继铝镁捣打料之后，我国又开发了以优质高铝矾土熟料和烧结镁砂为原料，以液体水玻璃做结合剂的铝镁浇注料。该浇注料“六五”期间首先在小型钢包上推广应用
11、，取得了良好的使用效果。如河北某钢厂 10t 和 14t钢包使用水玻璃结合的铝镁浇注料，平均一次包龄为 109.7次 12，是粘土砖包衬的 8倍多。黑龙江某钢厂 15t和 13t钢包，使用铝镁浇注料，一次包龄为 53次，而粘土质衬砖包龄仅为 610 次。“七五”期间，钢包整体, , 浇注内衬技术被列为原冶金部重点新技术推广项目在全国推广。到 1987年第三季度，我国 30t以下转炉用中、小型钢包（45t 以下容量），大多数采用了整体浇注包衬。整体浇注包衬寿命多在 4060 次，部分小型钢包可达 90次 13。耐材消耗和包衬成本大幅度下降，取得了明显的经济效益。某钢厂钢包用水玻璃结合铝镁浇注料的
12、理化指标为 Al2O3 75.20%，MgO 9.47%，SiO 2 10.25%，体积密度（11024h）2.672.73g./cm 3，常温抗折强度（11024h）14.9MPa。2.2.3 铝镁不烧砖 除铝镁捣打料、铝镁浇注料之外，我国还开发了水玻璃结合的铝镁不烧砖，在钢包上使用，寿命比传统的硅酸铝质钢包砖长。本钢 160t钢包使用铝镁不烧砖，平均寿命 40.56次 14，比使用三等高铝砖（寿命 18.5次）提高 1倍多。天津三炼钢厂 20t钢包使用铝镁不烧砖平均寿命 38.8次，最高达到 55次，是粘土质衬砖使用寿命（9 次）的 4倍多。某厂生产的水玻璃结合铝镁不烧砖的理化指标为：Al
13、 2O3 68.46%74.07%，MgO 7.65%12.32%，SiO 2 9.02%13.37 %，Fe 2O3 1.12%1.83%， 体积密度 2.482.86g/cm 3，显气孔率 16%23%，常温耐压强度 55.6123MPa。2.2.4 铝镁尖晶石浇注料 20 世纪 90年代初，随着我国矾土基合成铝镁尖晶石这种耐火原料投入工业化生产，我国的多家耐火材料科研机构和生产企业相继开发出了多种使用性能不同的钢包用矾土基铝镁尖晶石浇注料。由于这类浇注料中配入了一定比例的预合成镁铝尖晶石，使浇注料的抗侵蚀性能和抗剥落性能大大提高，其使用性能优于水玻璃结合的铝镁浇注料。在各类钢包上使用取得
14、了良好的使用效果。洛耐院和河南某耐火材料厂共同开发的矾土基铝镁尖晶石浇注料经太钢 70t（DH 真空喷枪吹氩）钢包、合钢 30t连铸钢包（连铸比不小于 94%）试用，平均寿命分别达 71次和 114次，比水玻璃结合的铝镁浇注料分别提高 13 倍 15。杭州某钢厂 25t连铸（连铸比大于 70%）钢包使用铝镁尖晶石浇注料，平均包龄 77次，比水玻璃结合铝镁浇注料提高 1.2倍。江西新钢一炼钢厂 28t钢包使用铝镁尖晶石浇注料，平均寿命 79次，比水玻璃结合的铝镁浇注料提高了 1.6倍。矾土基铝镁尖晶石浇注料是以优质高铝矾土熟料做骨料，以优质高铝矾土熟料粉、合成镁铝尖晶石粉和烧结镁砂粉做基质，结合
15、剂有：聚磷酸盐、SiO2 微粉、Al2O3 微粉、纯铝酸钙水泥等。某厂生产的矾土基铝镁尖晶石浇注料的理化指标为：Al 2O3 68.84%，MgO 14.63%，SiO 2 11.27%，Fe 2O3 1.74%，体积密度（11024h） 2.73g/cm 3，常温耐压强度 42.88MPa，常温抗折强度 55.1MPa。2.2.5 铝镁碳砖 20 世纪 90年代，是我国连铸技术快速发展时期，高效连铸技术成为其发展的重心。为了提高连铸钢包使用寿命，适应高效连铸技术发展的需要，我国又开发了钢包用铝镁碳砖，用于各类连铸钢包，使钢包使用寿命大幅度提高。洛耐院、宝钢和焦作某耐火材料厂合作开发的铝镁碳钢
16、包砖在宝钢 300t连铸钢包上使用，包龄从使用一等高铝砖的 20多次，提高到 80次以上，最高达到 126次 16。鞍钢三炼钢 200t全连铸并进行炉外精炼的钢包，使用铝镁碳砖，平均寿命 64次，最高达到 73次。 1993年钢包用优质铝镁碳砖的推广使用在我国全面展开，全国许多炼钢厂，根据本企业的实际情况，陆续使用铝镁碳钢包衬砖，使钢包的寿命显著提高，如攀钢 160t钢包使用铝镁碳衬砖后，平均寿命提高到 90次，最高达到 115次。铝镁碳砖是以特级高铝矾土熟料，电熔镁砂或烧结镁砂和石墨为原料，以液体酚醛树脂做结合剂制成的不烧制品。我国部分厂家生产的钢包用铝镁碳砖理化指标见表 5。表 5 钢包用
17、铝镁碳砖理化指标化学成分/%序号Ai2O3 MgO C体积密度/g.cm3显气孔率/%常温耐压强度/MPa1 63.72 12.46 7.5 2.89 5.5 43.42 62.5 16.1 8.5 2.95 6.7 49.63 68.18 11.4 9.07 2.92 5.3 72.04 70.5 12.5 8.0 3.01 7.0 60.02.2.6 铝镁尖晶石碳砖 在开发出铝镁碳砖的基础上，我国又开发了钢包用铝镁尖晶石碳砖。铝镁尖晶石碳砖是在砖料中加入了一定比例的预合成镁铝尖晶石，其使用性能优于同档次的铝镁碳砖。焦作某耐火材料厂与宝钢合作开发的铝镁尖晶石碳砖在宝钢 300t连铸钢包上使用
18、 17，平均使用寿命 105次，最高达到 200次。建筑研究总院开发的铝镁尖晶石碳砖在鞍钢 200t全连铸并进行炉外精炼的钢包上使用，平均寿命为 73.3 次，最高达到 82次 18。首钢与新乡某耐火材料厂合作开发的铝镁尖晶石碳砖在首钢二炼钢 90t 钢包上使用 19，寿命由原来使用铝镁碳砖的 20次提高到 40次，最高达到 51次。铝镁尖晶石碳砖的开发和使用，使我国连铸钢包的使用寿命又得到进一步的提高。部分厂家生产的铝镁尖晶石碳砖的理化指标见表6。表 6 铝镁尖晶石碳砖理化指标化学成分/%序号Al2O3 MgO C体积密度/g.cm3 显气孔率/% 常温耐压强度/MPa1 59.97 16.
19、57 6.67 2.69 1.24 46.82 66.3 11.7 8.5 2.93 9.3 35.83 69.8 9.78 9.12 3.00 7.6 46.22.2.7 高档铝镁不烧砖 含碳钢包衬砖在使用过程中会造成钢水增碳，对冶炼洁净钢、低碳钢和超低碳钢非常不利。为了满足洁净钢、低碳钢和超低碳钢冶炼的需要，开发了高档铝镁不烧砖（无碳不烧砖）。高档铝镁不烧砖与 20世纪 80年代初开发的水玻璃结合的铝镁不烧砖相比，是一次质的飞跃。除采用高纯度原料（刚玉、高纯电熔镁砂和高纯铝镁尖晶石等）外，结合剂也采用了高性能的复合结合剂。高档铝镁不烧砖在钢包上使用取得了良好的效果，使用寿命达到甚至超过了含
20、碳钢包衬砖，同时减少了钢水增碳。如河南某耐火材料公司开发的铝镁不烧砖，在某钢厂 100t钢包和 LF精炼钢包上使用，寿命是铝镁碳砖的 1.5倍。鞍钢 200t钢包采用铝镁不烧砖一次包龄在 110次以上，最高达到 128次。170t 连铸钢包使用寿命达到 119次，超过了铝镁碳砖。宝钢 300t 连铸钢包从 1998年 6月停止使用铝镁碳砖，开始使用高档铝镁不烧砖。2.2.8 高档铝镁（尖晶石）浇注料 20 世纪 90年代中期，我国开发了高档铝镁浇注料，用于大、中型钢包。高档铝镁（尖晶石）浇注料所用原料有刚玉（电熔刚玉、烧结刚玉等）、高纯电熔镁砂、高纯铝镁尖晶石（电熔和烧结）等。结合剂有纯铝酸钙
21、水泥、Al2O3 微粉、高纯 SiO2微粉等。宝钢 300t钢包从 1996年 12月开始试用我国多家耐火材料厂开发的高档铝镁浇注料，到 2000年平均使用寿命为 258次 4。首钢三炼钢厂与新乡某耐火公司开发的高档铝镁尖晶石浇注料，在首钢三炼钢厂 90tLF精炼钢包上使用，寿命为 138次 20，侵蚀速率 0.62mm/次。鞍钢三炼钢厂 200t连铸钢包使用高档铝镁（尖晶石）浇注料，使用寿命 150次。还有的钢厂使用浇注料预制块，也取得了很好的效果。如本钢钢包使用铝镁碳砖的寿命为 65次，改用高档铝镁尖晶预制块后，平均使用寿命提高到 118次，最高达到 126次。到 2000年，本钢有 90
22、%的钢包采用高档铝镁浇注料预制块包衬。某钢厂大型钢包用高档铝镁（尖晶石）浇注料理化指标见表 7。表 7 钢包用高档铝镁（尖晶石）浇注料理化指标化学成分/% 体积密度/g.cm3 显气孔率/% 常温耐压强度/MPa 常温抗折强度/MPa序号Al2O3 MgO SiO2 （1） （2） （1） （2） （1） （2） （1） （2）1 93.21 4.51 0.55 3.18 3.15 14 18 58.8 62.5 6.8 5.92 94.35 2.61 0.16 3.05 2.97 17 21 42.8 39.2 8.7 7.22.3 镁碳质钢包耐火材料2.3.1 镁碳砖 镁碳砖具有优异的耐侵
23、蚀性能和抗剥落性能。镁碳砖在钢包上主要用于渣线部位，而非渣线部位使用其他耐火材料（浇注料、不烧砖等），这样既可获得较高的使用寿命，又可降低耐火材料费用。某钢厂钢包渣线用镁碳砖的理化指标为 MgO 77.4%，C 16.75%，显气孔率 3.1%，体积密度 2.90g/cm 3，常温耐压强度 38.6MPa。1981 年 9月武钢二炼钢厂率先在 70t钢包渣线使用镁碳砖，使用寿命 50次，因非渣线部位高铝砖损坏严重而停用。宝钢 300t钢包渣线从 1989年 7月开始使用 MT-14A镁碳砖，渣线寿命保持在 100次以上。某钢厂 90tLF精炼钢包渣线使用碳含量 16%左右的镁碳砖，渣线寿命为
24、95次。也有的钢厂的钢包采用全镁碳砖包衬，如某钢厂电炉用 60tLF-VD精炼钢包，全镁碳砖包衬，平均寿命 47次，最高达到 57次。2.3.2 低碳镁碳砖 钢包渣线使用镁碳砖存在着钢水增碳问题，近几年来，有些钢厂和耐火材料生产厂家合作，开发了低碳钢包渣线镁碳砖。宝钢 300t钢包渣线试用过碳含量小于 7%和小于 5%的低碳镁碳砖，使用寿命可达 110次左右，与普通镁碳砖相当，可基本满足 300t钢包的使用要求。鞍钢钢包的渣线也使用了碳含量在 5%以下的低碳包衬砖，使用效果良好。2.4 镁钙（碳）质钢包用耐火材料镁钙质耐火材料具有良好的高温稳定性和抗高碱度渣的性能，特别是其中的游离 CaO具有
25、净化钢水的作用，因此，镁钙质耐火材料是理想的钢包用耐火材料之一。随着洁净钢产量的不断增加，镁钙质耐火材料的应用将不断扩大。2.4.1 白云石捣打料 20 世纪 80年代初，太钢以普通烧结白云石为原料、以中温沥青做结合剂制成的白云石捣打料，在 70t钢包上使用21，取得了良好的使用效果，平均寿命 76次，最高达到 112次。2.4.2 不烧镁钙砖 20 世纪 90年代初，洛耐院以合成镁钙砂和电熔镁砂为原料，以固体无机盐和无机盐溶液为结合剂，开发出了钢包用不烧镁钙砖 22，在上海某钢厂 40tLF-VD精炼钢包上使用，寿命在 40次以上，并且钢中的氧含量从 12.210-6下降到 11.1310-
26、6。1992 年该产品通过了原冶金部鉴定，之后在长城特钢厂等钢厂的精炼钢包上使用。近几年，某耐火材料公司开发出了无水树脂结合的不烧镁钙砖，在某钢铁公司 100tLF精炼钢包上使用，寿命 8085 次，侵蚀速率1.281.37mm/次。2006 年 7-8月间，山东镁矿与某耐火材料厂合作，研制出了不烧镁钙砖，在某钢厂 90tLF精炼钢包（精炼率 100%）包壁非渣线部位使用，寿命达到 60次以上。因包底透气砖严重蚀损而停用，不烧镁钙砖残砖厚度在 130mm左右，尚可继续使用，预计正常包龄可达80100 次。2.4.3 不烧镁钙碳砖 本世纪初首钢二炼钢厂与某耐火材料公司合作，以合成镁钙砂、电熔镁砂
27、和高纯石墨为原料，以无水树脂做结合剂，开发出了不烧镁钙碳砖 23，用于首钢二炼钢厂 225t钢包非渣线部位（渣线用镁碳砖），平均使用寿命为 116.8次，与原用铝镁碳砖相比，在包壁减薄 20mm的情况下，平均寿命提高了 37.57次。且钢中的氧含量和非金属夹杂都有所降低。我国还有一些钢厂在 SKF和 LF-VD等多种精炼钢包的渣线部位使用镁钙碳砖，取得了良好的效果。某些耐火材料厂生产的钢包用不烧镁钙（碳）砖的理化指标见表 8。表 8 钢包用不烧镁钙（碳）砖理化指标化学成分/%序号Al2O3 MgO C体积密度/g.cm3显气孔率/%常温耐压强度/MPa1 7585 1015 2.92 8.72
28、 78.82 55.96 30.18 7.02 2.96 2.92 523 58.64 33.13 2.55 3.05 6 822.5 锆质砖1985 年 9月至 1989年间，宝钢 300t钢包使用过日本进口的锆质钢包衬砖，平均使用寿命 90次 4。在此期间，无锡某耐火材料材料厂用国产原料也研制出了锆质钢包衬砖，在宝钢 300t钢包上试用，寿命达到 88次，因包底滑板机构出现故障而停用。国产锆质钢包砖的理化指标：ZrO2 60.80%，Al2O3 1.76%，Fe2O3 0.60%，体积密度 3.53g/cm 3，显气孔率 19%，常温耐压强度 62.9MPa。3 结 语综上所述，自 20世纪 50年代以来，随着我国炼钢技术的不断发展，我国的钢包用耐火材料也在不断地向前发展，新的产品品种不断增加，产品质量不断提高，使用效果越来越好，满足了我国炼钢工业不断发展的需要。根据我国炼钢工业发展的趋势，建议今后开发钢包用耐火材料应从以下几方面开展工作。（1）开发使用寿命更长的钢包用耐火材料，满足高效连铸和炉外精炼的需要。（2）开发耐侵蚀性和抗剥落性更优的低碳、无碳和镁钙系列钢包用耐火材料，以满足冶炼洁净钢、低碳钢和超低碳钢的需要。（3）开发节能型钢包用耐火材料，如不定型耐火材料和不烧砖。（4）开发资源节约型和环境友好型钢包用耐火材料。（5）开展对各种用后残余钢包耐火材料再利用的研究。
