钢包内衬无缝化可降低单位耐材消耗量50%|内衬|消耗量|砖衬|钢包|钢水

镁碳砖(Mg O-C)作为钢包耐材内衬已经使用多年。在20世纪80年代，日本开发出一种含有预制尖晶石的镁铝尖晶石浇注料不定形内衬用于钢包中。在20世纪90年代，在基质中添加了细氧化镁和活性氧化铝的第二代内衬中形成了原位尖晶石组成。

不同的尖晶石浇注料用于不同的钢包区域。在钢包底部特别是透气砖和墙砖，其高温高压下的体积稳定性是最为重要的。在高速炼制钢水的过程中以及吹入低温搅拌气体等的时候，其高抗腐蚀性和抗热震性也很重要。含预制尖晶石的浇注料已经成为此项应用的标准，并提供了最优的性能。

钢包侧墙的要求各不相同。由于运输、存放和处理后每个钢包壳都有一些变形，因内衬不是绝对刚性，其中一个优势就是通过应力松弛来避免应力峰值导致生成裂纹。向尖晶石形成的浇注料中加入硅粉形成液相，会导致浇注料软化(RUL曲线中的急剧下降)以至于释放掉热应力。由原位尖晶石形成而导致的体积膨胀可在表面闭合接缝。因此，有尖晶石形成的浇注料为钢包侧墙带来了一些优势，本文认为含有尖晶石和形成尖晶石的组合是最佳方案。本文对钢包不定形内衬以及创新性安装技术进行了快速回顾。

钢包用不定形内衬的优势

在钢包底部和侧墙利用不定形内衬替换镁碳砖为炼钢工艺带来了很多优势，主要如下:

(1)钢包使用时间延长;

(2)钢包操作总数降低20%;

(3)相比含有毒致癌物质(酚醛树脂、煤焦油沥青等)的MgO-C砖，浇注料没有任何有害材料;

(4)降低钢铁生产的单位成本;

(5)在更好的操作环境下生产超低碳钢，因为钢包耐火材料中没有增碳;

(6)耐火材料的单位消耗量降低超过50%。

相比其他不定形内衬来说，最后一项优势最为重要。

从技术上使得耐火材料的单位消耗量降低50%以上，这是基于无缝内衬的概念。当钢包内衬使用镁碳砖并当达到砖的使用寿命时，将被一套新的MgO-C砖整套替换。然而，对于不定形内衬来说，情况则完全不同。在第1次安装时，浇注料的用量与砖相同。后续在底部和侧墙更换衬里时，如果用的是砖衬则需全部更换，如使用不定形耐火材料只需更换与钢水接触的部分内衬(约40%～60%)，未受损的内衬将保持原位。直到钢包操作结束前和钢包全部内衬包括必须的安全工作层完全更新之前，可通过使用不定形内衬节省耐火材料。图1示出了典型的不定形内衬的修补过程。

图1 不定形内衬的修补过程

不定形内衬设计方案

图2示出了由某公司开发的钢包内衬的设计。底部内衬为预制的尖晶石低水泥浇注料，侧墙为由尖晶石形成的超低水泥浇注料。渣线内衬保持原来的设计。值得注意的是，由于生产的特征，渣线占据了侧墙60%的高度。

图2 某公司开发的不定形钢包内衬的设计

内衬安装

4.1 设备和工具

需要一些工具和设备来安装内衬和框架(见图3和图4)，如用来清理内衬的可拆除机器、桨叶式搅拌机、干燥和预热设备等。相比砖衬，钢包不定形内衬的安装过程非常快。浇注料以干燥形式运输。利用压缩空气锤、液压锤或其他特殊工具将原内衬浇注料上残留的熔融物清除干净。

图3 钢包内框架的安装

图4 钢包内框架的固定

4.2 混合和浇注工艺

工艺开始时，利用搅拌机将浇注料干燥混合，混合时间控制在1 min内，然后加水再混合3～4 min。值得注意的是，仅在试样混合的最后时间里达到低水泥浇注料(LCC)和超低水泥浇注料(ULCC)的必要黏稠度。从“太干”状态过渡到“液体稠度”是突然发生的。因此，操作者必须耐心混合等待完成这个阶段，而不要为了达到合适的黏稠度尝试缩短混合时间，导致加入过量的水。图5示出浇注料在搅拌器中的混合过程。对于钢包底部来说，先固定钢包砖，再进行浇注。

图5 浇注料混合过程

当浇注振动式内衬时有必要使用振动器。高频内部振动器在底部内衬处应用，而对于侧墙来说振动悬挂在框架上。浇注自流型浇注料时不需要振动。图6示出了钢包底部内衬的浇注过程，图7示出了侧墙预制衬里的应用。

图6 钢包底部内衬的浇注过程

图7 侧墙工作内衬

4.3 脱模

在室温下对浇注内衬进行养护，浇注后8～12 h内进行脱模。此后安装渣线内衬。然而，通常热处理前内衬在空气温度下保持24 h。图8示出了脱模后钢包和渣线内衬的安装。

图8 脱模后钢包和渣线内衬

4.4 干燥和预热

第1次安装后钢包内衬的干燥和预热曲线示于图9。

图9 钢包不定形内衬的干燥和预热曲线

内衬应用

不定形内衬相比砖衬优势明显，如耐火砖不可避免的接缝问题。因此，通常不定形内衬比砖衬有更好的性能。图10示出了经26次加热后的钢包内衬上没有损伤，在35次加热后更换渣线内衬的时候也不需要修补，但在相似的条件下砖衬则需要全部更换。