中間包連續(xù)澆鑄工藝用耐火材料,它能省掉初軋工序,從鋼水到鑄成鋼坯可提高金屬收得率達(dá)12~15%,能降低生產(chǎn)成本約為10%,節(jié)約基建投資30~40%。1970年世界連鑄比為10%,1977年發(fā)展到19%;日本1972年連鑄比為17%,1981年達(dá)到70.7%。世界上芬蘭連鑄比最高,約為90%。今后,連續(xù)澆鑄工藝將不斷發(fā)展,預(yù)計(jì)1990年世界連鈁比可達(dá)到40%以上。
連續(xù)澆鑄工藝及其使用的耐火材料,如上圖所示。該系統(tǒng)主要包括長(zhǎng)時(shí)間貯存鋼水并供給中間包的盛鋼桶用耐火材料,接收盛鋼桶的鋼水并連續(xù)穩(wěn)定地澆入結(jié)晶器的中間包用耐火材料,以及與之配套使用的塞棒或滑動(dòng)水口系統(tǒng),還有下水口、長(zhǎng)水口。和浸入式水口等。連鑄用耐火材料的技術(shù)要求如下:1)能耐1600~1650℃以上的高溫;2)熱震穩(wěn)定性好;3)高溫抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度優(yōu)良;4)熱膨脹和重?zé)€變化小;5)具有良好的抗渣蝕和抗鋼水沖擊的能力。此外,還要求施工與維修方便,成本低。
連鑄用盛鋼桶與普通盛鋼桶相比,鋼水溫度高,停留時(shí)間長(zhǎng),有時(shí)還進(jìn)行吹氬處理。因此,桶襯材質(zhì)應(yīng)根據(jù)這些要求進(jìn)行選擇。
中間包也稱為中間盛鋼桶或鋼水分配槽,是連鑄系統(tǒng)中使用耐火材料最多的熱工設(shè)備。它的形狀和大小是由流出的鋼水流位置和流股數(shù)量決定的。多流連鑄機(jī)通常采用長(zhǎng)條形中間包,矩形中間包僅適用于單流連鑄機(jī)。下圖為中間包構(gòu)造示意圖。
中間包容量的大小是由連鑄速度決定的,一般應(yīng)略大些,以便更換盛鋼桶時(shí)能繼續(xù)澆鑄。同時(shí),要有足夠的靜壓頭,以保證鋼水穩(wěn)定流出,減少湍流和使非金屬夾雜物上浮。因此,中間包墻與底是傾斜的,有時(shí)也設(shè)置擋渣墻或隔墻。
中間包用耐火材料主要有半硅磚、蠟石磚、粘土磚、高鋁磚、鋯英石磚、鎂鉻磚和不定形附火材料等,具體選用時(shí)應(yīng)根據(jù)本國(guó)資源和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件來(lái)決定。
美國(guó)中間包通常采用粘土磚、燒成或不燒高鋁磚和堿性磚作內(nèi)襯,采用高鋁質(zhì)耐火可塑料或耐火澆注料作包蓋板及包襯,其性能和使用部位,列于下表。
中間包包底工作層受鋼水沖擊部位最易損壞,美國(guó)試用了特制大塊的焦油浸漬高強(qiáng)度鎂磚、致密高鋁磚和鋁鉻磚等,后兩種磚使用效果較好。這兩種磚的1480℃高溫抗折強(qiáng)度分別為100~ 115和125~185公斤/厘米;為了防止包殼過(guò)熱和保持鋼水溫度,一般多爐鋼澆鑄時(shí),中間包均采用輕質(zhì)粘土磚或輕質(zhì)高鋁磚等輕質(zhì)材料作隔熱層。
美國(guó)賓西法尼亞州東部某廠35噸中間包磚砌內(nèi)襯時(shí),使用壽命為28爐次;采用鋁鉻質(zhì)耐火可塑料搗打內(nèi)襯,平均使用壽命為95~100爐次,即可澆鑄1.9~2.0萬(wàn)噸鋼。
美國(guó)鋼鐵公司各廠連鑄用中間包的使用情況如下:單爐連鑄時(shí),因頻繁間歇操作和清流的影響,雖經(jīng)修補(bǔ),壽命僅為17~20爐次。多爐長(zhǎng)時(shí)間連鑄時(shí),中間包不經(jīng)修補(bǔ),內(nèi)襯使用壽命為20~30爐次。這兩種情況的耐火材料單耗分別為2.68~3.13和1.78~2.68公斤/噸鋼;多爐短時(shí)間連鑄時(shí),中間包可進(jìn)行修補(bǔ),使用壽命為50~60爐次,耐火材料單耗為0.89~1.25公斤/噸鋼。如果停澆時(shí),對(duì)中間包內(nèi)襯進(jìn)行多次維修,則壽命可達(dá)100~200爐次,耐火材料單耗一般為0.98~1.43公斤/噸鋼。
日本中間包一般采用蠟石磚和粘土磚作內(nèi)襯,受鋼水沖擊的包底部位用鋯英石磚和高鋁磚砌筑;澆鑄不銹鋼時(shí),通常采用鋯英石磚和高鋁磚作中間包內(nèi)襯;最近,中間包內(nèi)襯采用鋯質(zhì)和高鋁質(zhì)耐火澆注料澆灌,工作面襯以鎂質(zhì)板。中間包蓋板一般采用粘土質(zhì)或高鋁質(zhì)耐火澆注料作內(nèi)襯,同時(shí)加隔熱層,總厚度100毫米。有時(shí)也用鎂鉻磚砌筑中間包蓋。下表為日本中間包用面火材料的性能。硅質(zhì)和鎂質(zhì)絕熱板,1500℃燒后抗折強(qiáng)度分別為7~10和8~15公斤/厘米,350℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.2~0.3和0.3~0.4千卡/米·時(shí)·℃。
日本中間包的使用壽命,因磚的品種、內(nèi)襯厚度、鋼種和澆鑄時(shí)間等條件的不同而異,一般為15~30爐次。
蘇聯(lián)切列波維茨鋼鐵廠中間包用普通盛鋼桶磚砌筑時(shí),平均壽命為4.0~4.2爐次;后來(lái)改用硅質(zhì)耐火澆注料筑造整體包襯,其配合比為:硅石料97.5~98.0%,電爐精煉期爐渣2.0~2.5%,外加比重為1.10~1.15的水玻璃20~25%。澆注時(shí),為了防止永久襯吸水,涂上1~2毫米厚的涂料,涂料由一份石墨和兩份紙漿廢液組成。該中間包內(nèi)襯的平均使用壽命為6.5爐次,最高為10爐次。
波蘭中間包用磷酸藍(lán)晶石耐火搗打料作內(nèi)襯,西班牙采用硅線石磚砌筑,英國(guó)中間包則普遍用Al2O3,含量為42%的粘土磚作內(nèi)襯,使用情況均比較好。
為了提高中間包內(nèi)襯的使用壽命,降低耐火材料消耗,便于清除內(nèi)襯上的殘?jiān)蜌堜?,許多國(guó)家采用耐火涂抹料或噴涂料作其保護(hù)層,獲得了較好的效果。
中間包用耐火涂抹料或噴涂料應(yīng)具有良好的施工性能,與原工作襯粘結(jié)牢固,預(yù)熱時(shí)不剝離、不龜裂,耐渣蝕和抗鋼水滲透的能力好。過(guò)去曾試用過(guò)硅酸鋁質(zhì)耐火涂抹料,但效果不好,較少使用;目前,各國(guó)中間包內(nèi)襯普遍采用磷酸和磷酸鹽鎂質(zhì)或鎂鉻質(zhì)耐火涂抹料作保護(hù)層,使用效果較好。
上表為日本中間包用涂抹料和噴涂料的性能。涂抹料A是未加纖維的,B到E加入纖維量逐漸增多,C~E材料在加熱過(guò)程中,熱應(yīng)力小于10公斤/厘米以下,使用時(shí)不脫落、不炸裂和不凸脹,壽命較長(zhǎng)。
施工前,將中間包內(nèi)襯上的殘?jiān)蜌堜撉宄蓛?,同時(shí)混練耐火涂抹料;施工時(shí),先涂抹包壁,再涂抹包底,厚度一般為10~25毫米;涂抹后,應(yīng)清理包內(nèi)雜物和殘料,自然養(yǎng)護(hù)2~4小時(shí),即可進(jìn)行烘烤。烘烤的升溫速度為35~60℃/分,達(dá)到1200~1300℃,便可使用。
日本中間包內(nèi)襯采用鎂質(zhì)或鎂鉻質(zhì)耐火涂抹料作保護(hù)層后,一般使用壽命為3爐次,最高為8爐次。同時(shí),磚襯壽命顯著提高,普遍達(dá)到20~50爐次,經(jīng)過(guò)維修后:壽命為90~100爐次,最高為200多爐次。
美國(guó)和西德中間包內(nèi)襯也采用涂抹料保護(hù)層,同樣獲得了較好的使用效果。涂抹料為聚磷酸鹽結(jié)合的鎂鉻質(zhì)和鎂質(zhì)材料。生產(chǎn)實(shí)踐證明,中間包內(nèi)襯保護(hù)層起到了工作襯的作用,而且清除殘?jiān)蜌堜摌O為方便,但容易增加非金屬夾雜。
最近,日本和西德在中間包工作襯上采用鎂質(zhì)或鎂鉻質(zhì)絕熱板,引人注目。日本絕熱板性能,見(jiàn)表5-12,西德則用纖維絕熱板。使用該類板的優(yōu)點(diǎn)是能縮短預(yù)熱時(shí)間,鋼水溫度降低少,即出鋼溫度可降低10~50℃;能保護(hù)包襯,延長(zhǎng)使用壽命:清除包襯上的殘?jiān)蜌堜撊菀?,提高了周轉(zhuǎn)率;節(jié)約能源,降低成本。但是,不耐鋼水沖擊,施工技術(shù)尚需改進(jìn)。