[发明专利]一种用于钢包的耐火材料衬体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于钢包的耐火材料衬体及其制备方法，所述耐火材料衬体包括工作衬和永久衬，工作衬位于永久衬内侧，所述工作衬采用重质六铝酸钙材料，用于耐高温；所述永久衬采用中重质或轻质六铝酸钙材料，用于保温和隔热。所述工作衬和永久衬均可以采用现场浇注、预制件或耐火砖的方法制成。本发明提供的用于钢包的耐火材料衬体，能够解决钢包耐火材料对钢水的夹杂和影响问题，在使用过程中不会向钢水引入任何夹杂，同时能够捕捉钢中夹杂、净化钢水品质。

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种用于钢包的耐火材料衬体及其制备方法。

背景技术

钢包是钢铁冶金过程中非常重要的热工设备，主要起着盛接、运输、精炼和浇注钢水的作用。由于钢包特殊的工作环境，需要对钢包进行耐火材料衬体设计。钢包耐火材料衬体一般分为工作衬、安全衬和保温衬三个部分。工作衬一般为抵抗熔渣和钢水侵蚀性较好的铝镁碳砖、镁碳砖以及刚玉-尖晶石浇注料(预制件)、刚玉质铝镁浇注料(预制件)等。安全衬通常采用粘土砖、中重质的普通低水泥浇注料、中重质的铝镁重质浇注料以及莫来石砖和浇注料等，品种较多。保温衬，早期为轻质粘土砖、轻质高铝砖，目前主要是纤维板、纳米板等。

当前钢包耐火材料衬体的三层结构设计，主要是出于两种目的：其一，降低钢水通过筒体耐火材料的散热损失，设置隔热保温层；其二，确保钢包的使用安全，设置了安全衬，也就是永久衬。尽管如此，但是，由于近些年钢包冶炼功能的提升和使用条件的苛刻，还是出现了一些漏钢事故，这对钢厂的影响是非常严重的。

就目前而言，钢包结构和材料方面主要存在以下几个问题：

一、对钢材品质影响而言，铝镁碳转、镁碳砖不但往钢水中增碳、形成夹杂等，同时也导致钢水热量散失等。而刚玉-尖晶石浇注料、刚玉系的铝镁浇注料等，虽然不会向钢水中增碳，但是却可以向钢中形成夹杂等。因此，就工作衬而言，降低钢水夹杂、同时起到净化钢水效果的功能性耐火材料将是非常重要的发展方向，也是解决目前钢包工作衬材料的最为有效的方式。

二、轻质隔热材料中，尤其是纳米板和纤维板，尽管隔热性能较好，但是温度稍高些就会发生析晶、强度降低或粉化等，造成结构破坏，由此将使工作衬和安全衬的支撑力降低，导致红包或漏钢，这也是目前钢厂中出现事故最多的因素之一。

三、重质永久衬(安全衬)材料的安全性相对较好，能够抵抗高温熔渣和钢水的侵蚀，确保钢包的安全，但是导热率相对较高，热散失较大；而中重质材料，尽管隔热保温性能较好，但是在工作衬损毁情况下，无法抵抗高温熔渣的侵蚀，很容易导致漏钢等事故。由此，兼具高安全性和隔热性能的永久衬就成为钢包耐火材料衬体的重要发展方向。

六铝酸钙是CaO-Al₂O₃系中Al₂O₃含量最高的铝酸钙相，其理论密度为3.79g/cm³，熔点高于1875℃，热膨胀系数为8.0×10^-6℃^-1；在还原气氛(CO)中的稳定性高；在碱性环境中的化学稳定性好；对熔融金属和熔渣(钢铁和有色金属)的润湿性低；它的热膨胀系数与Al₂O₃相近，可以和氧化铝以任何比例配合使用。

六铝酸钙为具有磁铅石结构材料，具有片层结构；片层结构之间的导热率很低，这也是六铝酸钙材料最主要的特点和优势，尽管具有较高的致密度，但是热导率却很低；这种性能对于钢包的安全和隔热性能是非常重要的。