鋼包是煉鋼工序中極其重要的冶金設(shè)備，其作用不僅是傳統(tǒng)意義上承接鋼水的盛鋼桶，更是爐外精煉工藝的核心載體。鋼包包襯耐材的選擇不僅關(guān)系到鋼包的壽命和成本，更直接影響鋼水的產(chǎn)量和潔凈度。本文主要分析介紹柳鋼近 20年來(lái)鋼包包襯用耐火材料的應(yīng)用情況。 鋼包耐火材料應(yīng)用歷程 

柳鋼煉鋼廠現(xiàn)有 3 種鋼包，按投產(chǎn)順序依次是 120 t 鋼包、150 t 鋼包和新 150 t 鋼包，其中新 150 t 鋼包是由原 40 t 鋼包改造而來(lái)的。 40 t 鋼包 

最初包襯全部采用鋁鎂機(jī)制磚，包底磚厚度300 mm，包壁厚度 120 mm。由于鋁鎂機(jī)制磚熱震穩(wěn)定性和高溫強(qiáng)度差等缺點(diǎn)，40 t 鋼包包底壽命僅 40 爐左右，無(wú)法與包身磚同步。后來(lái)，包底采用鎂碳磚，包壁、渣線采用鋁鎂機(jī)制磚，整體壽命達(dá)到 100 爐以上。 120 t 鋼包 

投產(chǎn)初期包襯全部采用鋁鎂質(zhì)機(jī)制磚，包底磚厚度 300 mm，包壁磚厚度 160 mm。前期，在鋼包直上澆鑄時(shí)其壽命可達(dá) 90 爐，應(yīng)用精煉工藝后隨著精煉比的不斷提高，鋼包壽命明顯下降。主要原因是，LF 精煉爐電極將渣線附近鋼液和熔渣加熱升溫，鋁鎂磚在高溫下快速熔損;另外，精煉會(huì)延長(zhǎng)鋼水在鋼包中的停留時(shí)間，也加速了鋁鎂磚的侵蝕。2009 年開(kāi)始，120 t 鋼包開(kāi)始使用全鎂碳磚，鎂碳磚具有優(yōu)秀的抗渣性和高溫穩(wěn)定性，在高精煉比的冶煉環(huán)境下其壽命能達(dá)到 110 爐以上。 

150 t 轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)生產(chǎn)的汽車板用冷軋板等鋼種，對(duì)鋼水含碳量和潔凈度有嚴(yán)格的要求，因此從投產(chǎn)初期 150 t 鋼包就采用包底、包壁鋁鎂機(jī)制磚、渣線鎂碳磚的工藝路線。同時(shí)，考慮到CAS 爐工藝，透氣磚設(shè)置在包底偏中央的部位，正好處于鋼水沖擊區(qū)，鋼水對(duì)透氣磚的沖擊嚴(yán)重;并且，由于鋁鎂機(jī)制磚高溫性能差，造成包底工作襯和透氣磚斷裂情況嚴(yán)重，鋼包壽命僅70 爐左右，無(wú)法滿足生產(chǎn)節(jié)奏需要。后來(lái)，包底也采用鎂碳磚，包底斷磚現(xiàn)象和熔損過(guò)快問(wèn)題有所改善。 性能分析 

2011 年前，柳鋼鋼包所使用的鋁鎂質(zhì)機(jī)制磚主要原料是高鋁礬土和燒結(jié)鎂砂細(xì)粉，結(jié)合劑采用水玻璃。結(jié)合劑影響鋁鎂磚高溫性能，具體表現(xiàn)為抗侵蝕能力差、熱態(tài)強(qiáng)度低、基質(zhì)易受熔渣侵蝕剝落，總體壽命低。2012年后，鋁鎂質(zhì)機(jī)制磚開(kāi)始以木質(zhì)素磺酸鹽為結(jié)合劑，并提高了高鋁礬土檔次，添加部分尖晶石粉。新的鋁鎂磚高溫性能明顯改善，荷重軟化溫度提高了50℃，侵蝕剝落現(xiàn)象明顯改善。到2013年后，進(jìn)一步提升了鋁鎂機(jī)制磚性能，主要是加入了部分Al2O3微粉和電熔鎂砂細(xì)粉，使鋁鎂磚基質(zhì)在使用過(guò)程中的尖晶石化更充分更致密，這一措施有利于提高包壁抗鋼水沖刷能力，明顯降低了包壁鋁鎂磚侵蝕速率。

無(wú)碳包襯材料的應(yīng)用 

在經(jīng)過(guò)一系列技術(shù)優(yōu)化后，柳鋼鋼包用耐火材料基本定型，即包底和渣線采用C質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%的鎂碳磚，包壁采用木質(zhì)素磺酸鹽結(jié)合的鋁鎂機(jī)制磚，永久層為鋁鎂質(zhì)澆注料。這種材質(zhì)的鋼包能基本滿足當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)爐和連鑄的生產(chǎn)節(jié)奏，每使用20～30爐更換1次三磚和渣線磚，整個(gè)包役過(guò)程中更換1～2次。隨著柳鋼品種鋼的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)調(diào)整，鋼包爐外精煉比例越來(lái)越高，低碳、超低碳汽車板對(duì)包襯含碳量的嚴(yán)格要求，傳統(tǒng)包襯已無(wú)法滿足生產(chǎn)需要，于是無(wú)碳包襯應(yīng)運(yùn)而生。 柳鋼從2015年開(kāi)始在150t鋼包上試驗(yàn)剛玉尖晶石質(zhì)無(wú)碳材料，2016年在全廠推廣。升級(jí)后的鋼包包底和包壁為剛玉尖晶石磚，渣線采用C質(zhì)量分?jǐn)?shù)14%的改進(jìn)型鎂碳磚。 剛玉尖晶石磚 

剛玉尖晶石磚是在耐火材料原料生產(chǎn)技術(shù)跨越式發(fā)展的背景下研制的，是鋁鎂機(jī)制磚的全面升級(jí)產(chǎn)品。其主要原料是電熔剛玉、燒結(jié)剛玉、電熔鎂砂細(xì)粉、Al2O3微粉、鋁鎂尖晶石微粉、純鋁酸鈣水泥和添加劑，具有高溫穩(wěn)定性好、抗侵蝕能力強(qiáng)、基質(zhì)強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。 剛玉尖晶石磚有機(jī)壓磚和預(yù)制塊2種形式，前者以木質(zhì)素磺酸鹽為結(jié)合劑，后者以水泥或鋁凝膠為結(jié)合劑。預(yù)制塊砌筑的鋼包實(shí)際使用效果更好，機(jī)制磚在包壁上部容易剝落，在包底沖擊區(qū)容易斷磚。其主要原因是機(jī)制磚細(xì)粉和骨料被壓磚機(jī)強(qiáng)行壓合在一起，使用過(guò)程中隨著尖晶石反應(yīng)體積膨脹，會(huì)導(dǎo)致基質(zhì)部分產(chǎn)生裂紋而疏松，此外機(jī)制磚骨料臨界尺寸相對(duì)于預(yù)制塊較小，包底磚熱端和冷端存在溫度差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力很容易使厚度300mm的磚體折斷。預(yù)制塊熱態(tài)強(qiáng)度要高于機(jī)制磚，因此預(yù)制塊砌筑的包底不容易出現(xiàn)斷層。 鋁鎂機(jī)制磚的主物相是剛玉、方鎂石和莫來(lái)石，剛玉尖晶石機(jī)制磚的主物相是剛玉、方鎂石、尖晶石和α-Al2O3微粉，剛玉尖晶石預(yù)制塊的主要物相是剛玉、尖晶石、α-Al2O3和鋁酸三鈣。

剛玉尖晶石預(yù)制塊有2種結(jié)合劑體系：一種是純鋁酸鈣水泥和富鋁尖晶石微粉，另一種是ρ-Al2O3凝膠、電熔鎂砂細(xì)粉和SiO2微粉的凝膠結(jié)合體系。水泥-尖晶石體系的預(yù)制塊具有熱態(tài)強(qiáng)度高，體積膨脹小、抗沖刷能力強(qiáng)的特點(diǎn)，適合用在包底工作層部位。凝膠-鎂砂細(xì)粉體系的預(yù)制塊因原位生成鎂鋁尖晶石的原因抗渣性能和熱震性能好，適用于包壁熔池工作襯部位。從2018年開(kāi)始，柳鋼淘汰了剛玉尖晶石機(jī)制磚，包底和包壁全部使用預(yù)制塊，工作襯熔損速度有效降低。 高性能渣線鎂碳磚 

柳鋼的LF精煉比例高達(dá)60%以上，部分鋼種液渣堿度低、粘度低、渣層薄，這些工藝特點(diǎn)給渣線工作層帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)。2015年前的渣線材料為普通鎂碳磚，主要原料是普通電熔鎂砂、抗氧化劑、鱗片石墨、酚醛樹(shù)脂，其抗侵蝕性和抗氧化性不強(qiáng)，熔損速度很快。針對(duì)柳鋼精煉工藝特點(diǎn)，從2016年開(kāi)始對(duì)鎂碳磚配方進(jìn)行大幅調(diào)整。使用98電熔鎂砂作為骨料和細(xì)粉，提高鎂碳磚抗侵蝕能力;采用部分改性石墨代替鱗片石墨并引入納米碳源，顯著地提高了鎂碳磚的抗熱震性和力學(xué)性能;渣線鎂碳磚的整體性能大幅提高。 近年來(lái)鋼包渣線磚理化性能的變化情況，從2012年開(kāi)始對(duì)鎂碳磚配方進(jìn)行了3次調(diào)整，提高了鎂砂檔次，改進(jìn)了石墨的性能，降低高溫抗折強(qiáng)度以提高抗侵蝕能力。

永久層材料的優(yōu)化 

2016年前，柳鋼鋼包使用的永久層材料是傳統(tǒng)的鋁鎂質(zhì)澆注料，其中氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%～70%，氧化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%～10%。該材料具有成本低，中溫體積穩(wěn)定性較好的優(yōu)點(diǎn)，但長(zhǎng)期在中低溫環(huán)境下使用強(qiáng)度衰減(以下稱熱衰減)嚴(yán)重，高溫體積穩(wěn)定性差的問(wèn)題比較明顯。此外，鋁鎂質(zhì)澆注料為重質(zhì)材料，體積密度高、導(dǎo)熱系數(shù)大，不利于鋼包輕量化發(fā)展和保溫性的提升。 2017年開(kāi)始，在鋼包上使用高鋁質(zhì)澆注料，其體積密度在2.453～2.55g/cm3，既保證了永久層的安全性也兼顧了保溫性。由于120t轉(zhuǎn)爐冶煉系統(tǒng)行車吊運(yùn)能力有限，需要設(shè)計(jì)更加輕量化的鋼包永久層材料，最終采用了莫來(lái)石質(zhì)澆注料，其體積密度在2.0～2.1g/cm3。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，2種新的永久層材料在中高溫強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性、抗侵蝕性方面均明顯優(yōu)于鋁鎂質(zhì)澆注料。

總結(jié) 

鋼包耐火材料的發(fā)展總趨勢(shì)是降低消耗、提高潔凈度。降低消耗不僅指降低鋼包噸鋼耐材成本，更是要求降低噸鋼耐材消耗，目的是減少耐火材料對(duì)鋼水的污染。提高潔凈度一方面是采用抗熔損的工作襯材料，另一方面是選擇無(wú)碳材料、鈣質(zhì)材料等對(duì)鋼水無(wú)污染的耐材品種，以達(dá)到生產(chǎn)高檔次潔凈鋼的要求。柳鋼鋼包耐火材料下一階段的發(fā)展方向主要是以下幾個(gè)方面：(1)永久層推廣高強(qiáng)輕質(zhì)材料，提高鋼包保溫性;(2)工作襯推廣整澆方案，提高使用壽命;(3)建立鋼包在線監(jiān)控信息化平臺(tái)，通過(guò)實(shí)施安全監(jiān)控提高運(yùn)行安全性。