中间包干式料的发展及参考配方和施工工艺

随着世界钢铁生产技术的巨大发展，形成了中间包冶金工艺，中间包从连铸系统中单纯的钢水过渡盛器转变为具有多种精炼功能的精炼装置，中间包精炼技术也成为洁净钢生产中的重要技术之一。中间包作为连铸生产中的重要的热工设备，不仅起着均匀钢水温度的作用，而且是钢包与结晶器之间的缓冲器，对连铸钢坯的质量、成本及连铸生产的顺利进行具有举足轻重的重要作用。

中间包工作衬与钢液直接接触，因此必须具备以下要求：1)具有良好的抗渣侵蚀性和抗渣渗透性，2)具有良好的高温性能，较高的耐火度和一定的高温强度，在高温工作条件下应具有良好的化学稳定性，且不与钢液产生二次氧化和污染;3)需要具有良好的抗热震性和体积稳定性;4)具有较低的导热系数，较好的保温性能。且中间包工作衬的材料需要施工简便、能快速烘烤或者无需烘烤能直接投入使用，在拆除时与永久层易脱离，减少对中间包永久衬的损坏等等。

中间包干式料是不加水和液体结合剂依靠振动成型的方法制作而成的不定形耐火材料(中间包工作衬)，制作而成干式料致密、均匀，低温加热后生成脱模强度。以中间包干式料制作中间包工作衬因其具有施工方便、烘烤时间短、抗渣性能好、保温效果好、能量消耗低、施工设备简单等优点而使得其在各大钢厂得到广泛应用。

目前，中间包干式料中应用最广泛且效果较好的低温结合剂是热塑性酚醛树脂，其是以镁砂为主原料，添加含钙材料，以及各种助烧剂、高温改性剂而开发的一种耐火材料;但是固体酚醛树脂在干式料烘烤使用过程中产生的残碳和氢会给钢水增碳和增氢，进而影响钢坯质量;同时固体酚醛树脂在高温作用会产生大量的有害刺激性气体，对现场施工工人和环境造成一定程度的危害，不符合洁净、绿色环保的高质量钢坯的生产要求;而且酚醛树脂的市场价格较高，使中间包的生产成本大幅增加。

为了克服上述问题，人们相继开发了非酚醛树脂结合的中间包干式料，即采用糖类或偏硅酸盐等无机物作为结合剂，虽然减少了有害气体的释放，但使用寿命偏低，一般在20～30小时，同时糖类在高温下会炭化并膨胀，使生产的品种钢气孔多，且粘合效果不理想，翻包率低。

由此可见，如何解决中间包干式料使用寿命短、成本高、污染严重、翻包率低及配合生产的钢铁多杂质、降低生产成本、如何合理利用废旧耐材等是当前行业内迫切需要解决的技术问题。（本文所述配方均为公开的专利文件，配方内容仅供参考。）

配方一：一种环保型中间包干式料

本发明一种采用废旧镁砖的环保型中间包干式料及其制备方法，以期解决中间包干式料使用寿命短、成本高、污染严重、翻包率低及在钢铁生产中多杂质、多气孔遗留等问题，为此本发明创新原料的选择及配比，设计了一种“长寿化”、“洁净化”、高翻包率的环境友好型中间包干式料。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种环保型中间包干式料，由如下重量份的原料组成：废镁旧砖20～35份、煅烧镁橄榄石20～35份、广西白泥2～5份、电熔镁铝尖晶石2～8份、中档镁砂20～30份、环保结合剂4～6份。

所述废镁旧砖中mgo含量≥92%，粒度为0～5mm。煅烧镁橄榄石中mgo含量≥48%，是由天然镁橄榄石经1100℃以上高温煅烧制成。广西白泥中SiO₂含量为45.3～51.6%，Al₂O₃含量≥34%，Fe₂O₃含量为0.65～2.20%，K₂O+Na₂O含量≥1.5%。电熔镁铝尖晶石过200目筛，Al₂O₃含量为69～71%，SiO₂含量为22～27%。中档镁砂过200目筛，MgO含量≥95%。环保结合剂为在高温高压下络合而成，熔融温度为200～300℃的络合镁铝胶结合剂。

上述环保型中间包干式料的制备方法，包括如下步骤：

(1)拣选：拣选尺寸、体积、密度达不到GB/T2275-2007标准的废镁旧砖;

(2)破碎、筛分、细磨：将废旧镁砖进行粗破，粗破后的颗粒进行细破、碾压和筛分，筛分粒度为0～5mm;

(3)混炼：按上述配比将各原料内充分混炼5～10分钟;

(4)干燥：将混合物干燥，干燥后即得松散、干状、均匀的中间包干式料。

具体实施方式

实施例1：一种环保型中间包干式料，由如下重量份的原料组成：

废镁旧砖：粒度为0～5mm、MgO含量≥92%的废镁旧砖35份;

煅烧镁橄榄石：天然的镁橄榄石经1100℃以上的高温煅烧而形成MgO含量≥48%的橄榄石35份;

广西白泥的成分规格：主要化学成分为SiO₂含量为45.3～51.6%，Al₂O₃含量≥34%，Fe₂O₃含量为0.65～2.20%，K₂O+Na₂O含量≤1.5%的广西白泥2份;

电熔镁铝尖晶石：其中Al₂O₃含量为69～71%，SiO₂含量为22～27%，且过200目筛的电熔镁铝尖晶石8份;

中档镁砂：MgO含量≥95%、过200目筛的中档镁砂20份;

环保结合剂：络合镁铝胶结合剂/铝酸镁溶胶结合剂4.5份，络合镁铝胶结合剂是在高温高压下络合而制成，其熔融温度200～300℃。

中间包干式料是一种应用普遍的中间包工作衬用耐火材料;砌筑好的中间包在使用前通常要求快速烘烤到950～1100℃，以实现提高中间包内耐火衬温度，去除其中水分，减少中间包内钢水温降和热损耗等目的;烘烤时间过短，烘烤效果达不到使用要求;烘烤时间过长，易导致装配的水口、塞棒等功能元件性能恶化;中间包干式料层厚通常在50～100mm，为达到良好的烘烤效果，烘烤时间一般要求在2～4h左右;因此，实现中间包快速烘干对连铸生产效率、生产成本等方面具有十分重要的意义。

目前的中间包干式料主要以不同等级、不同粒级的镁砂为主要原料;根据结合方式的不同，可分为碳结合、无机盐结合和氧化物微粉结合等几种;其中，碳结合镁质干式料因其良好的耐高温和抗侵蚀性能而应用普遍;在这类镁碳质耐火材料中，以结合剂和镁砂细粉为主要组成的基质部分致密性和结合强度较差，一旦作为结合相的碳质材料因氧化等原因损失后，基质料中的镁砂细粉在较低的温度下难以有效烧结，容易导致镁砂细粉在熔池的冲刷作用下脱落，影响耐火材料使用寿命。为解决这个问题，配方二提供的是一种快速烘烤型中间包干式料，能有效的解决中间包干式料快速烘烤的关键问题。

配方二：一种快速烘烤型中间包干式料

本配方的快速烘烤型中间包干式料的原料组分按重量百分比烧结镁砂颗粒占61～66%，烧结镁砂细粉占17～24%，金属铁粉占5～10%，碳质结合剂占4～5%，添加剂占2～3%;所述的碳质结合剂选用酚醛树脂和/或工业蔗糖;所述的添加剂为氧化铝粉、硅粉和/或B 4C粉末。

所述的烧结镁砂颗粒为烧结镁砂中粒度≤3mm且>200目的部分;所述的烧结镁砂细粉为烧结镁砂中粒度≤200目的部分。

上述的烧结镁砂颗粒和烧结镁砂细粉中MgO的重量百分比≥90%。

上述的金属铁粉中Fe重量百分比≥95%，粒度≤180目。

上述的添加剂的重量纯度≥98%，粒度≤200目。

本发明的快速烘烤型中间包干式料的制备方法按以下步骤进行：

(1)将烧结镁砂细粉、金属铁粉、碳质结合剂和添加剂在混砂机内预混20～25分钟，获得预混粉料;

(2)向预混粉料中加入烧结镁砂颗粒，然后在混砂机内混合15～20分钟，制成快速烘烤型中间包干式料。

上述的中间包干式料经振动施工成型后，再在900～1000℃烘烤1.0～2.0h，制成厚度50～100mm的中间包工作衬，其体积密度为2.64～2.80g/cm 3，显气孔率为20.8～22.6%。

上述中间包工作衬的使用寿命为24～36小时。

为实现快速烘烤，镁质中间包干式料在烘烤火焰温度一定条件下，料层密实度越好、导热能力越强，则从接触火焰的料层表面到内部温度梯度越小，越有利于提高料层内部温度，加快烘烤速率。

配方三：一种抗钢渣渗透性较好的低成本中间包干式料

所述干式料制法，包括如下步骤：

⑴将烧结镁砂或电熔皮砂加工成三种粒度规格：3.2～1mm、≤1mm和200目;

⑵将石英砂、酚醛树脂、改性酚醛树脂、七水硫酸镁、硼酸称量后加入混合机中混 合20～30分钟，混好的料称为混合粉，备用;

⑶将镁砂和混合粉加入强制搅拌机混合5～10分钟，制成产品。

配方四：一种不粘结中间包干式料

所述的碎烧结镁砂含重量百分比MgO:85～90%，SiO₂:4～8%，Fe₂O₃:1.5～4%， 体积密度:2.8～3.0g/cm³。碎烧结镁砂是生产烧结镁砂生产过程中产生的粒度小于 3mm的镁砂，根据国家标准规定这部分烧结镁砂属于不合格品，长期以来 没有得到很好的利用。和正常烧结镁砂相比，碎烧结镁砂杂质高，体积密度低， 但价格是正常烧结镁砂的三分之一左右。

所述的含碳材料为冶金焦粉、废电极和碎石油焦中的一种或任意两种复合， 含碳材料不限于以上三种;其中冶金焦粉是冶金焦生产过程中产生的粒度小于 5mm的部分，重量百分比固定碳含量≥85%，这部分焦碳不能用于高炉冶炼，价格低廉;废电极重量百分比碳含量≥95%，废电极由电炉炼钢、电熔镁砂生产以 及电熔刚玉生产过程中产生;碎石油焦重量百分比固定碳含量≥85%，灰分小于 1%;碎石油焦是由炼油厂工艺波动引起的石油焦粉化、部分石油焦在运输和存 储过程中被破碎以及石油焦进入煅烧炉前的预破碎产生的，数量多、价格低于优 质煤和冶金焦炭。

所述的复合结合剂由重量百分比20～40%的糊精和重量百分比60～80%的 固体树脂粉组成。

此种不粘结中间包干式料的制备方法步骤如下：

a.将碎烧结镁砂经3mm和1mm筛筛分后，制成粒度为1～3mm和0.088～ 1mm的颗粒，其中≤0.088mm的颗粒≤10%，用磨粉设备研磨成≤0.088mm的细 粉;将含碳材料加工成0～0.15mm的细粉;

b.按照一种不粘结中间包干式料的组分及重量百分比含量进行称量配料，加 入到混炼机中混合8～10min;

c.物料混合均匀后，得到不粘结中间包干式料成品，将经检验合格的成品进 行装袋、包装。

关于中间包干式料的施工工艺

中间包干式料采用振动成型、加热固化的施工工艺。当永久层温度符合施工条件时，可以进行施工操作。首先安装下冲击板和座砖，并用捣打料捣实，然后将干式料倒入包底，注意保证包底厚度，并要求平整;包底施工完毕，安装包胎，并调整包胎与永久层的距离;将干式料倒入中间包内，添满到中间包上沿，开动振动电机振动3～5min,再加料，振动，直到振动料添满到包沿。施工时不要将包装袋、塑料内衬袋等杂物带入中间包内。

点燃胎具上的烘烤烧嘴进行小火烘烤，烘烤温度200～250℃左右，时间1～1.5h,以保证与包胎接触的粉料硬化，具有一定的强度。开启冷却风机进行风冷，当包胎的温度降到100℃以下时，可以进行脱模。脱模时应注意不要破坏干式料施工体。脱模后检查工作层表面是否有剥落、坍塌和裂纹等缺陷，然后进行冲击垫、挡坝等预制件和浸入式水口的安装，要求安装保证精度且牢固。安装完毕后在冲击垫、挡坝周围均匀倒入干式料。整个施工完毕后，安装好塞棒即可上线使用。