【钢铁】钢包内衬耐火材料的损毁原因分析
钢包是炼钢厂重要的热工设备，主要由包壳、耐火材料内衬和SN机构组成。冶金技术不断发展，冶炼温度提高和连铸比增加，钢水在钢包中停留时间延长。钢包内衬使用状况直接影响炼钢的案例生产和物流顺畅，因此找耐火材料网认为在确保安全使用的前提下追求钢包寿命的不断提高，降低耐火材料吨钢消耗和成本，提高热周转率是耐火材料行业需要重点考虑的事情。
钢包内衬耐材组合设计
钢包内衬又可以分为工作层和永久层，视包底和包壁蚀损机理的差异而采用不同的材质体系和施工方式。
选用永久层材料时，要考虑保温和抗钢水渗透两方面的因素，高铝浇注料做永久层，其高温强度大，热稳定性好，抗钢水渗透能力较强，保温性适中。为增强其保温性能，在高铝浇注料和钢壳之间砌筑一层18mm莫来石轻质砖，钢包周转过程中外壳温度在220~400℃之间。这样既降低了漏钢的概率，同时钢水在整个精炼、浇注过程中热损失小，有利于低温出钢、降低能耗。
包底工作层各部位的耐火材料有不同的损毁机理。包底承受钢水冲击和较大静压力，需要高荷软、低蠕变和热稳定性好的耐火材料，选用刚玉浇注料。为提高抗冲刷性能，在冲击区放置大的预制块;为方便拆修和预留一定膨胀缝，在透气座砖和水口座砖周围砌筑镁碳砖。
包壁工作层在精炼时受钢水吸碳作用和翻滚冲刷以及炉渣侵蚀，该部位耐火材料应有良好的耐冲刷、抗侵蚀、抗氧化的性能，并且要求热膨胀率低，以保持包壁无裂缝，选用刚玉浇注料(整体浇注钢包)或预制块(砖砌钢包)。渣线部位砌筑镁碳砖渣线部位受炉渣侵蚀和电弧的灼烧脱碳，要求耐火材料有较强的抗氧化、抗侵蚀能力。
钢包内衬的损毁机理
1、永久层损毁
以宝钢钢包为例，宝钢钢包永久层使用寿命一般在600~800炉次，即四个大修周期。
大修时发现包壁永久层有许多纵横交错的裂缝，并随着大修次数的增加裂缝加宽加深，有时涌入工作层的冷钢也会渗入到永久层裂缝内，影响钢包使用安全。裂纹的产生常见原因包括：低强度的纤维板受挤压后体积收缩给永久层膨胀创造了条件；永久层浇注料使用过程中本身具有一定收缩性，包壁永久层浇注厚度偏薄且厚度不均；钢包包壳发生高温形变，中修更换渣线镁碳砖拆砖时的机械振动也会加速永久层裂纹的发展。
2、工作层损毁
精炼处理时需要在钢包中进行脱硫、脱氧、脱碳、脱气、合金成分微调、去除非金属杂质、夹杂物变性处理、钢水温度控制等操作。不同的精炼方式钢包工作层的损毁程序也不尽相同。主要损毁形式如下：
渣线：侵蚀（主要原因）、剥落、冲刷、水化（次要原因）
包壁：侵蚀（主要原因）、冲刷、水化（次要原因 ）
包底：冲刷（主要原因）、侵蚀、水化（次要原因）
水口系统：冲刷（主要原因）、剥落、侵蚀（次要原因）
吹氩系统：剥落（主要原因）、冲刷（次要原因）
1)侵蚀
对于钢包工作层内衬的侵蚀主要有两种:化学侵蚀和氧化侵蚀。
化学侵蚀：氧化铁或渣中的酸性物质(如二氧化硅)与耐火材料内衬发生反应，氧化铁、二氧化硅、氧化钙、氧化镁之间均有化学反应，这些反应使钢包内衬变为熔渣导致耐火材料的损毁。
FeO+MgO=FeOMgO
SiO2+2MgO=2MgOSiO2
CaO+SiO2+MgO=CaOMgOSiO2
氧化反应：氧化侵蚀是钢包耐火内衬的一种特殊形式，一般指耐火砖中的碳与氧化铁或空气中的氧气发生反应而造成的侵蚀。渣中的氧化铁与砖热面层的石墨或者树脂发生反应，氧气又对砖衬表面的石墨或碳结合剂进行侵蚀，这两种情况下，就造成耐火砖的内部结构疏松、强度降低，并最终导致耐火砖衬被熔渣或钢水冲蚀。这种侵蚀现象在钢包内耐火材料的所有部位都有发生，以渣线部位最为严重。
FeO+C=Fe+CO
O2+2C=2CO
2)冲刷
冲刷是由于钢水或熔渣流过耐火材料表面所产生的物理磨损或者冲刷内衬。对于采用偏心底出钢使用的钢包，钢水对包底钢水冲击区、水口滑板和高于包底的透气砖等部位影响较大。LF和CAS处理的钢包，由于钢包底吹氩工艺的强搅拌作用，加剧钢水对钢包包壁局部部位的冲刷作用。
3)剥落
剥落是由于耐火材料衬受急冷急热导致耐火材料衬产生应力而造成的。当应力超过耐火材料的强度时，就导致耐材内部产生裂纹。随着这些裂纹的扩展、相交并贯通，耐材的碎片将会部分或完全剥落，水口座砖和透气座砖上经常会发生这种现象。
4)水化
钢包工作衬在砌筑中采用火泥湿砌工艺，永久衬采用浇注料打结，在烘烤前和烘烤中水分或水蒸气与镁碳砖中的MgO发生反应而水化。水化的耐火材料耐钢渣和钢水渗透性很差，物理和化学性能减弱，并且会加快钢包内衬的侵蚀速度。
MgO+H2O=Mg(OH)2
通过以上对钢包内衬损毁机理的分析，我们不难发现钢包工作层各部位的耐火材料损毁的机理不同，因此需要对钢包内衬进行全过程的管理，从材料的选择、砌筑施工、烘烤、运行以及发现问题后的检测、维修等。当钢包使用到一定次数需要维修时，仔细检测内衬各部位的残余厚度、分析损毁情况 ，结合包役使用中的数据进行认真分析，即可掌握钢包内衬各部位耐火材料的损毁规律。
宝钢股份炼钢厂
每日一问
►耐火材料制品
▐ 材料的抗水化性指的是什么？
抗水化性是碱性耐火材料在大气中抵抗水化的能力。碱性耐火材料中的CaO、MgO,特别是CaO，在大气中极易吸潮水化，生成氢氧化钙，使耐火材料制品变的疏松易破坏。