鋼包又稱為盛鋼桶、鋼水罐、大包等,是儲存、運輸和處理鋼水的容器,是承擔精煉任務的重要設備。鋼包主要有兩個作用:第一是承接鋼水;第二是爐外精煉。隨著二次精煉的多樣化,耐火材料的消耗比較高,使用壽命也變短。上世紀70年代末,為了減少資源消耗、降低勞動強度而在襯砌鋼包襯裡逐漸採用澆注耐火材料的辦法。
不定形耐火材料基本上在所有工業領域的熱工設備及窯爐中得到或多或少的使用。在最近幾十年,鋼包用耐火材料經歷了從以定形向不定型再到澆注料方向的迅速發展。
鋼包內襯耐火材料一般分為四部分:保溫層耐火材料、永久層耐火材料、工作層耐火材料、功能耐火材料。
保溫層耐火材料是起保溫作用的,一般都是輕質隔熱材料,如:輕質粘土磚、矽酸鋁質纖維板、輕質塗抹料、輕質多孔澆注料、納米反射隔熱板等。
永久層耐火材料又稱為安全層耐火材料,主要是起保險作用,防止工作層耐火材料損毀後漏穿的鋼水燒壞金屬殼,保證使用的安全性。永久層耐火材料主要材質為:高鋁磚、鋁鎂澆注料、高鋁澆注料等。
工作層耐火材料與鋼包中的鋼渣與鋼水直接接觸,它必須能夠經受得住鋼渣高溫侵蝕與鋼水衝刷。鋼包使用壽命的長短是由鋼水對工作層耐火材料機械衝刷以及此層工藝水平所決定的。工作層耐火材料經歷了粘土磚、高鋁磚、蠟石磚、無碳、低碳、特種耐火材料等不同階段。
鋼包用不定形耐火材料一直是國內外耐火材料行業長期關注的焦點,隨著耐火材料的發展,國內外鋼包用耐火材料也經歷了不同的發展時期。國外開始時鋼包襯磚多以高鋁磚為主;上世紀七、八十年代,以中、低檔的鋁鎂碳(Al-Mg-C)磚應用為主最近幾十年,為了減少耐火材料的消耗和降低成本,採取了很多措施,並取得了良好效果。例如上世紀90年代之前,普通的日本鋼包採用價格比較低的鋯英石磚,蠟石磚及SiO2含量為85%的高矽酸質磚等;20世紀90年代後期,日本某些鋼包己經用整體澆注的方法進行施工,迄今為止這種方法的使用率約佔95%。如今,日本主要使用耐火材料是尖晶石澆注料,這種耐火材料具有很好的的抗渣侵蝕性和抗渣滲透性。
國外某公司所建設的某種連鑄機的生產線,開始吋鋼包僅有6爐的使用壽命,經過不斷的試驗與改進,現在地使用壽命可以達到160爐,使用費用也相應的減少了約40%。
國內鋼包用耐火材料在建國後到改革開放前,以矽酸鋁質產品應用為主;從20世紀80年代起,國內逐漸研製出了鎂鈣(碳)質和鋁鎂(碳)質等多個不同種類地鋼包用耐火材料。而鋁鎂(碳)質耐火材料無論是規格還是品種均佔大多數,成為我國主要鋼包用耐火材料。從20世紀90年代初期開始,我國陸續開展了對剛玉-尖晶石澆注料以及礬土-尖晶石澆注料的研究和應用工作,取得了良好效果。國內鋼包用耐火材料的主要類別和品種見表1。
表1 我國鋼包用耐火材料類別和品種
作為鋼包內襯材料的鋁鎂系耐火澆注料,其必須具有優的抗結構剝落及耐侵蝕等方面的性能。但由於其必須長期的在1600℃以上的環境中使用,其工作面附近會因過燒結及鋼渣的滲透等作用而出現玻璃化的現象,這導致其耐用性仍很難獲得足夠保證。在配料的過程中參入一定量的氧化鎂細粉可以有效的改善鋁鎂尖晶石澆注料的部分性能,鎂砂中的氧化鎂和材料中的氧化鋁在高溫下會生成原位尖晶石,從而強化材料內部地組織結構,對改善抗渣性能、抑制熔渣滲透起到很好的使用效果,從而使鋼包應用壽命得到大幅度的延長。由於高溫下Al2O3和MgO發生反應而生成原位尖晶石,使試樣變得疏鬆,同時內部擁有細微結,所以此種鋼包具有更好的耐用性。
隨著合成鎂鋁尖晶石材料、含碳耐火材料的開發應用和低水泥、超低水泥、無水泥耐火澆注料技術的發展進步,許多煉鋼用的容器上己經開始應用新一代基於氧化鋁/氧化鎂/石墨烯耐火材料,其中在鋼包上的應用是最多的。