中间包衬耐火材料对钢水清洁度的影响

铸钢坯的内部夹杂是严重的质量问题，它破坏了钢的连续性，直接影响钢的使用性能及使用范围。不论是微观夹杂还是宏观夹杂，都对钢的性能产生严重的危害。夹杂不同，来源也不同，其形成过程也非常复杂。但宏观夹杂主要来源于中间包衬层、二次氧化、覆盖剂等。所以在冶炼过程中，如何减少中间包带入的夹杂，如何防止钢水污染，提高钢坯质量，成为研究的重要课题。本工作初步探讨了中间包所用耐火材料对钢水清洁度的影响。

中间包衬耐火材料对钢水清洁度的影响

1、试验过程

中间包衬耐火材料在浇注过程中与钢液长时间接触，发生的作用有机械冲刷、化学侵蚀及生成低熔点化合物等，任何一种作用的最终结果均是对钢水造成污染。本研究是在14t中间包衬层的涂料内添加示踪剂，通过对钢坯内示踪剂的分析，判断衬层侵蚀后被带进钢坯内的量，从而得出由此形成的夹杂物占总夹杂物的含量。

1.1试验参数

(1)中间包容量:14t。

(2)铸机:R6.5/12-1200一台;R5.7/6.5/8.5/12/17/33-1500一台。

(3)生产钢种:A36、Q235、SS400、BC等。

(4)单炉钢产量42.5t;平均每炉浇注时间21.5min。

1.2中间包内衬材料及施工

中间包内衬采用镁钙质涂料。其理化指标如下:w(MgO)≥85%，w(CaO)≥2.2%;体积密度≤2.2g·cm-3，常温耐压强度≥2.3MPa，耐火度≥1790℃。

将镁钙质涂料先干混2～3min，再加水湿混3～5min，然后人工涂抹到中间包内壁上，衬层厚度为40mm。自然干燥12min后，烘烤24～30h，并在最高温度保温3～4h。

1.3试验方法

在干混中间包涂料时，每批料内中均配加8%的ZrO2作为示踪剂，其他按正常操作。使用1个包役后，利用扫描电镜-能谱仪对中间包残衬层的不同层带进行检测分析，得出ZrO2的含量，以判定示踪剂的侵蚀情况及在各层中的存在状态。

2、结果与分析

2.1中间包残衬的显微结构

(1)原始层

耐火材料未受到破坏，矿物相晶粒完整，主要矿相为镁橄榄石和尖晶石。不同矿物间分界明显，较多示踪剂元素以小粒状独立存在(见图1)。

白色—示踪元素;灰色—耐火材料;黑色—孔洞

图1中间包残衬原始层显微照片(反光，50×)

(2)过渡层

耐火材料受到破坏，矿物晶粒破损，不同矿物之间界限不明显，大粒矿物变小，边缘浑圆。示踪元素晶粒很小，多数溶于耐火材料之中(见图2)。

白色、灰色—耐火材料;黑色—孔洞

图2中间包残衬过渡层显微照片(反光，50×)

(3)反应层

有大小不等的金属铁粒存在，金属铁粒包裹在耐火材料之间。耐火材料无完整形状，矿物混为一体。边缘层较致密，内部较疏松。大颗粒耐火材料大多不存在，留下孔洞，见不到示踪元素。矿物相中示踪元素也不存在(见图3)。

白色—金属铁;灰色—耐火材料;黑色—孔洞

图3中间包残衬反应层的显微照片(反光，50×)

2.2镁钙质涂抹料的侵蚀

由中间包残衬层不同层带的扫描电镜-能谱分析结果(见表1)可以看出，原始层和过渡层中均有示踪元素存在，而反应层中示踪元素不存在。这说明:原始层中耐火材料没有发生质的变化，示踪剂保存完

表1中间包残衬层不同层带的组成(EDAX分析)%

整，各颗粒以原始状态存在;过渡层中有部分耐火材料参与了反应，示踪剂及大颗粒已破坏，各矿物之间的界限不明显;而反应层矿物中的铁含量明显增加，大多是耐火材料与渣反应的生成物。由此判定，中间包镁钙质涂料在其过渡层就与Fe及渣反应，其生成物是低熔点化合物，对钢水是一种污染。

由于中间包衬层通过冲刷或侵蚀进入结晶器的时间较短，因此其示踪剂变化量可以说明涂料侵蚀后进入钢坯内的量，即对钢水清洁度的影响。所以本试验对中间包内示踪剂ZrO2的含量变化进行了跟踪分析。为确保示踪剂的变化，在开浇3炉后取样。取样时间为:开浇2min时取一渣样，测定ZrO2含量为0.0509%;开浇21min时取第二个渣样，测定ZrO2含量为0.1630%。在这19min的浇注过程中，钢水对中间包涂料侵蚀量的理论计算值为:

[35kg×(0.163-0.0509)%]/8%=0.49g=490g

式中:35kg为20kg的炭化稻壳和5kg×3的引流剂的含量;8%为示踪剂ZrO2在中间包涂料中的含量。

照这样计算，钢水对中间包涂料每分钟的侵蚀量为490/19=25.8g。

同时，试验中还发现，中间包衬层耐火材料不同层带中Al2O3含量不同，说明镁钙质耐火材料可吸附夹杂物，提高钢水清洁度。此冶金功能有待进一步试验与研究。

3、结论

(1)中间包内设置挡渣墙、坝及稳流器对保证夹杂物上浮有明显的效果，在其他控制条件基本相同的情况下，70μm左右大小的夹杂物上浮的机率比自然浇铸状态下高10%～20%，平均为13.8%。

(2)由中间包镁钙质涂料衬层带入到钢坯内的夹杂量为每分钟25.8g。

(3)中间包镁钙质耐火材料在其过渡层的变化中就对钢水的清洁度造成影响。

(4)提高中间包所用耐火材料的抗侵蚀性，可减少对钢水的污染。