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耐火材料行业知识

中间包内衬用半轻质莫来石浇注料

钢水在中间包中的热量损失主要有三种形式:中间包上部表面散热、包内衬蓄热、通过内衬向包外壳传导散热。通过优化中间包内衬浇注料性能指标,开发长寿命半轻质莫来石浇注料,以实现中间包安全、稳定、长寿、节能运行的目的。
半轻质莫来石浇注料性能特点
中间包永久衬浇注料Al₂O₃含量适宜,可确保其具有良好的抗渣性和抗热震性。原料中杂质氧化铁含量低,且高价铁与低价铁在温降时具有较大的体积膨胀效应,因此,氧化铁含量的高低及杂质分布是否均匀,都会影响材料的抗热震性;半轻质浇注料只有较低的导热系数,才能确保整体浇注料具有良好的保温性能。
中间包永久衬使用Al₂O₃含量为60%~65%的浇注料,其主要物相组成是莫来石,具有良好的抗热震性。
半轻质莫来石原料
中间包永久衬浇注料使用两种粒度的莫来石原料,莫来石颗粒呈淡黄色,棱角分明,多数颗粒呈片状。
2.1物理性能
5~3mm颗粒的显气孔率较8~5mm颗粒的略低,体积密度略高。这与小颗粒通常沿较大空隙破裂,从而可以消除部分缺陷有关。
2.2化学分析
两种粒度的轻质莫来石的化学组成基本一致,主要组成为Al₂O₃和SiO₂,TiO₂是天然原料矾土引入,其余杂质含量总和较低,R₂O含0.08%。
就抗渣性而言,对于Al₂O₃-SiO₂系原料,Al₂O₃含量越高,膨胀越大,抗热震性就越差;对于烧结莫来石而言,铁含量越低,抗热震性就越好。所以,为了确保具有良好的抗热震性,需要控制浇注料中Al₂O₃含量,不宜超过65%。
2.3物相分析
两种粒度莫来石颗粒的物相组成基本一致,主要物相为莫来石、刚玉和石英,以及少量的TiO₂。
2.4显微结构分析
半轻质莫来石内部具有较多的20~60μm的气孔,其形状不规则,在晶粒内部具有大量的1~10μm的闭合气孔。莫来石单晶尺寸为1~3μm,呈颗粒状。
中间包永久衬采用半轻质莫来石浇注料,在使用时显示出良好的性能。
3.1中间包热平衡模拟计算结果
通过中间包热平衡模拟计算各界面温度,评估中间包各种材料使用的安全性。模拟计算时设定的钢板厚度30mm,隔热板5mm,轻质砖30mm,浇注料185mm,涂料厚度40mm,工作衬与钢水界面温度1550℃。达到热平衡后各界面温度模拟计算结果显示:涂料与浇注料界面温度为1430℃;浇注料与轻质砖界面温度为956℃;轻质砖与隔热板界面温度为737℃;隔热板与钢壳界面温度为202℃。
模拟计算结果表明:各种材料均在安全使用范围内。
对砖砌中间包和试验中间包(采用半轻质莫来石浇注料)进行了热平衡后传热模拟计算,结果显示:砖砌中间包达到热平衡后钢壳温度为298.2℃,通过中间包钢壳热损失为6749.8W/m²;试验中间包达到热平衡后钢壳温度为201.6℃,通过中间包钢壳热损失为3237.5W/m²。
3.2中间包保温效果评估
对中间包钢壳温度进行检测,结果列于表4。由表4可见,带有隔热衬和莫来石浇注料永久衬的试验中间包与砖砌中间包相比,同一炉次浇铸后期,钢壳温度前者要比后者低得多,具有明显的保温隔热效果,热损失减少。按中间包浇铸6炉计,试验中间包与砖砌中间包比较,浇铸第1炉和第6炉钢壳温度平均值分别降低17℃和83℃,并且随着连浇炉数的增加,试验中间包钢壳温降更加明显。
结论
(1)中间包内衬采用半轻质莫来石浇注料,可确保其具有良好的抗渣性、抗热震性和较低的热导率,从而提高中间包的使用寿命。
(2)采用半轻质莫来石浇注料的中间包与砖砌中间包相比,前者热损失少,具有明显的保温隔热效果,有利于浇钢过程中钢温的稳定,从而提高钢坯质量。


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