刚玉-尖晶石钢包料的研究与应用

杨守成，谢大勇

（中冶武汉冶金建筑研究院有限公司，湖北武汉430081）

刚玉-尖晶石钢包料的研究与应用

杨守成，谢大勇

（中冶武汉冶金建筑研究院有限公司，湖北武汉430081）

随着优质洁净钢、品种钢等炉外精炼技术的发展，对精炼包材料的要求也随之提高，尤其是传统材料在抗渣侵蚀及渗透方面的欠缺，采用低碳刚玉、镁砂和富铝尖晶石为主要原料，优化组合各种原料、外加剂和结合剂，通过对尖晶石粒度的控制、SiO2微粉加人量的对比，结合剂的选择以及抗渣结果进行对比研究，得出新研制出的刚玉-尖晶石钢包料具有热膨胀率小、抗热剥落性好、高温强度高以及良好的抗渣和钢水的侵蚀性和渗透性。此钢包料可调配，分别用在包底、包壁及渣线部位，结构稳定，剥落深度小，剥落速度慢，磨损速度也比传统的浇注料减小30%之多。在成钢80 t精炼包底和包壁上使用，取得了较好的使用效果。

精炼包；刚玉-尖晶石；钢包料；杭渣侵蚀

随着对优质洁净钢、品种钢需求的增加，炉外精炼技术也得到了快速的发展。炉外精炼法，是通过强化热力学和动力学条件使钢液在短时间内得到高度净化和均匀，从而达到精炼的目的。由于精炼高温长时间搅拌、强碱性熔渣的作用，以及钢包运转的间隔性，使得钢包内衬作业条件变得十分苛刻［1］。为此，针对成钢80 t精炼钢包的作业条件，通过调整富铝尖晶石及镁砂的粒度组成和添加量，优化浇注料的基质组成，开发出了具有优良抗渣侵蚀性和抗剥落性的富铝尖晶石钢包浇注料，并在成钢80 t精炼包底、包壁上使用，取得了较好的使用效果。

1　试验

1.1原料及配方

试验采用低碳刚玉、镁砂和富铝尖晶石为主要原料，因材料要求具有优良的抗渣侵蚀性、抗渣渗透性和抗剥落性，所以采用超微粉和钢包专用水泥结合。为满足所需材料的各种理化性能指标，保证其使用效果，确定原料最佳的临界粒度为8 mm。试验用各种原料及化学组成见表1，试验用不同钢厂精炼渣化学成分见表2，试样的配料组成见表3。

表1　主要原料的化学组成（w/%）

表2　不同钢厂精炼渣化学成分（w/%）

表3　试样的配料组成（w/%）

1.2试样制备和性能测试

按设计的试验配方配料6 kg，搅拌均匀后浇注成160 mm×40 mm×40 mm的试样6块，剩余的料浇注成70 mm×70 mm×70 mm的柑埚试块，室温下自然养护24 h，脱模后继续于室温下养护24 h，放人电热干燥箱中，以正常速度升温至110℃保温24 h。前6块试样在硅钥棒电阻炉中于1 500℃保温3 h锻烧，冷却后按相关标准检测其体积密度、烧后线变化率、抗折强度、耐压强度；后一块采用静态柑埚法进行抗渣侵蚀试验，分别装30 g的精炼渣，经1 600℃×3 h高温处理后，观察其切面渣对耐火材料的侵蚀及渗透情况。

2　结果与分析

2.1尖晶石粒度对刚玉-尖晶石钢包料性能的影响

通过对同一组方中各尖晶石粒度加人量的改变，试样在不同温度处理后的性能指标见表4。

由试验结果可以看出：

（1）随着配料中尖晶石颗粒含量的增加，试样的烧后耐压强度呈先升高后降低趋势，而烘后耐压强度变化不明显；烧后收缩逐渐减少，试样横截面的裂纹细小。

表4　尖晶石粒度对刚玉-尖晶石钢包料性能的影响

（2）实验结果发现，加人尖晶石骨料后，试样的抗侵蚀性变好，并随着尖晶石加人量的增加，抗侵蚀性进一步得到改善，而且尖晶石骨料的颗粒越小，抗侵蚀性越好，当尖晶石的颗粒尺寸小于1 mm，且达到某添加量时，它的抗侵蚀性达到最好。这是由于尖晶石颗粒和细粉在基质中均匀分布，使结构更加致密所致。此时材料的抗渗透性也最佳，这主要是因为渣和刚玉-尖晶石材料接触，Al2O3颗粒和CaO、尖晶石和渣中的FeO、MnO形成固溶体，使渣的粘度变大，熔点升高，阻止了渣的渗透［2］。

（3）由抗渣结果可知，对于高碱度渣，尖晶石颗粒加人量较多的试样抗侵蚀性较好；对于低碱度渣，尖晶石细粉加人量较多的试样抗侵蚀性和抗渗透性均较好。

2.2SiO2微粉对刚玉-尖晶石钢包料性能的影响

早期一般认为SiO2微粉加人到浇注料中，能通过高温在其表面形成一个致密层，达到增加抗渣的目的。而后有研究则认为SiO2含量为0～2.0%的浇注料，发现SiO2微粉的加人不能抑制渣侵蚀，但增加了结构的耐剥落性。SiO2微粉加人量＞0.5%导致重烧线变化是负值。还有研究发现SiO2微粉加人量为0.5%的浇注料，其高温抗折强度急剧下降，而荷重软化点却基本上稳定；高温抗折强度从没加硅微粉的14 MPa减小到加人量为0.5%时的2 MPa。在荷重软化点的试验中，在0.2 MPa荷载下加热到1 660℃的热膨胀对于没加硅微粉的浇注料是正值，而对于加人0.5%硅微粉的浇注料则是负值。而且Al2O3-尖晶石浇注料的高温抗折强度随着温度从1 300℃上升到1 500℃而不断增加，而且比高铝浇注料的还要高得多［3］。但在我们所研究的刚玉-尖晶石体系的钢包料中，其SiO2微粉的加人量在此基础上则要更加严格控制，否则其烘后、烧后性能指标会变化很大。SiO2微粉对刚玉-尖晶石钢包料物理性能的影响见图1、图2。

图1　SiO2微粉加入量对钢包料强度的影响图

图2　SiO2微粉加入量对钢包料线变化的影响图

由试验结果可以看出：

（1）刚玉-尖晶石钢包料常温抗折强度和常温耐压强度的峰值出现在SiO2微粉加人量＜0.5%处。

（2）刚玉-尖晶石钢包料在1 500℃×3 h的烧后线变化随着SiO2微粉加人量的增大，先增加后减小。而烧后耐压强度的峰值则在SiO2微粉加人量0.5%处。

2.3结合剂的选择对刚玉-尖晶石钢包料的影响

为了尽可能的减少钢水中的杂质含量，提高钢水的洁净度，我们对结合剂的选择尤为慎重，通过CA-80、CA-70、ρ-Al2O3、ρ-Al2O3改性、钢包专用水泥、复合结合剂的对比，选择性能最好，最经济、实用的结合剂。结合剂对刚玉-尖晶石钢包料物理性能的影响见图3、图4。

由试验结果可以看出：

（1）普通的CA-80、CA-70水泥结合剂，虽然强度等各方面的指标都很好，但其在1 500℃高温烧后的线变化太大，主要因为材料中的钙含量过高，高温形成的CA6，导致材料的气孔率增大，线变化率增大，试样断面有明显疏松感，尤其影响其抗渣性能。

（2）常规的ρ-Al2O3、ρ-Al2O3改性结合剂，使得浇注料的基质更纯净，避免了中温下CAS2（钙斜长石）、C2AS（钙黄长石）和S（方石英）的生成而造成高温性能的降低［5］。虽然常规和改性后的ρ-Al2O3结合的试样表面和断面都很致密，且烧结良好，但强度较低，尤其是常温强度很低，这对于现场浇注施工、脱模等工序很不利。

图3　结合剂对钢包料强度的影响图

图4　结合剂对钢包料线变化的影响图

（3）复合结合剂和钢包专用水泥相比较，其各种性能指标都很理想，尤其是复合结合剂的抗渣侵蚀性和抗渣渗透性都优于钢包专用水泥，但对于厂家既经济、实惠，又在质量上相对稳定，且能保证长期供货的条件下，我们最终选择了钢包专用水泥。

2.4新研制刚玉-尖晶石钢包料的抗渣性能研究

本次研发的刚玉-尖晶石钢包料的热膨胀率小，抗热剥落性好，高温强度高，并且通过添加超细尖晶石粉，极大地改善了钢包料的抗侵蚀和抗渗透性，又通过配人部分尖晶石颗粒使得刚玉-尖晶石钢包料的抗渣性能进一步的提高。

新研制的刚玉-尖晶石浇注料在钢包上使用，结构稳定，剥落深度小，剥落速度慢，磨损速度也比传统的浇注料减小30%之多［6］。本次研发新产品的主要性能指标见表7。

对于新研发的刚玉-尖晶石钢包料，我们采用静态柑埚法于1 600℃×3 h进行抗渣侵蚀试验，分别用武钢精炼渣、成钢精炼渣和浦项精炼渣，样块切面抗渣侵蚀结果如图5所示。

由图5同一材质，不同精炼渣的侵蚀、渗透结果可知，我们新研制的刚玉-尖晶石钢包料对于不同碱度渣，均体现出良好抗侵蚀性和抗渗透性。

表7　刚玉尖晶石浇注料主要理化性能指标

图5　精炼渣抗渣侵蚀结果图

为此，韩国浦项就我们新研制的样品，自行做渣和钢水的侵蚀检测对比，新研制的钢包料渣和钢水侵蚀结果如图6所示，浦项公司钢包料渣和钢水侵蚀结果如图7所示。

由图6、图7渣侵和钢水侵蚀结果可知，新开发的刚玉-尖晶石钢包料的抗渣侵蚀与渗透均好于浦项料，且样块致密均匀，烧结裂纹和应变裂纹很少且很细小，有绝对的应用优势。

3　应用

我们新研发的刚玉-尖晶石钢包料热膨胀率小，抗热剥落性好，高温强度高，具有良好的抗渣、钢水的侵蚀性和渗透性。此钢包料可调配，分别用在包底、包壁及渣结部位，结构稳定，剥落深度小，剥落速度慢，磨损速度也比传统的浇注料减小30%之多。在成钢80 t精炼包底、包壁上使用，取得了较好的使用效果。在浦项等公司试用中，均满足客户的使用要求，并得到一致好评。

图6　新研制钢包料渣、钢水侵蚀结果图

图7　浦项公司钢包料渣、钢水侵蚀结果图

［1］张启东，潘洪涛，余西平，等.LF精炼钢包用铝尖晶石浇注料的研制与应用［J］.耐火材料，2001，35（6）：340-341.

［2］韩斌，王会先，赵世杰，等.尖晶石粒度对高纯刚玉-尖晶石浇注料性能的影响［J］.耐火材料，2002，36（4）：187-189.

［3］刘亚茹.二氧化硅微粉对氧化铝-尖晶石浇注料性能的影响［J］.国外耐火材料，2003，28（3）：37-40.

［4］马军强，周磊，陈路兵，等.钢包包底用刚玉-尖晶石-方镁石浇注料的研制与应用［J］.耐火材料，2003，34（5）：272-273，278.

［5］唐赣，陈小红.p-Al2O3微粉在高纯铝镁浇注料中的应用［J］.江西冶金，2003，23（3）：17-19.

［6］李光辉.Al2O3-尖晶石浇注料抗侵蚀性的改进［J］.耐火材料，2002（2）：73.

Research and Application of Corundum-Spinel Refractory Material for Ladle

YANG Shoucheng，XIE Dayong
（Wuhan Metallurgical Construction Research Institute Co.，Ltd，MCC Group，Wuhan 430081，China）

With the progress of the external refining technology of clean steel and steel grades and so on，higher requirements are put forward to the refining ladle，especially the traditional materials is not satisfied with the resistance to penetration and erosion of slag.The low carbon corundum，magnesia，high alumina spinel are used as main raw materials，to optimize additive and binding agent，control the size of spinel and the quantity of SiO2micro powder added to develop a kind of corundum-spinel steel ladle material which have a low thermal expansion，high strength at high temperature，good resistance to thermal shock and to corrosion and penetration of slag and liquid steel.It can be widely used in bottom，wall and slag line of refining ladle through formula adjustment.And the practice has proved that the material is stable in structure，little and slow peel off，rate of wear less 30%than traditional material.It has a good using effect when the materials are used in bottom and wall of refining ladle in Cheng Steel Plant.

refining ladle；corundum-spinel；steel ladle material；corrosion resistance of slag

TQ175

A

1001-6988（2016）03-0069-04

2016-03-08

杨守成（1980—），男，工程师，主要从事耐火材料生产相关工作.