中间包耐火材料：技术挑战与解决方案

日期：2025-07-15 浏览：65

中间包耐火材料：技术挑战与解决方案

在连铸工艺中，中间包不仅是钢水过渡的“中转站”，更是决定铸坯质量和生产效率的关键节点。面对1510°C至1570°C的极端高温、钢水夹杂物的侵蚀以及频繁的热循环，中间包耐火材料的选择与设计直接影响使用寿命和工艺稳定性。如何在高性能与成本控制间找到平衡？本文将从中间包的结构需求出发，剖析耐火材料的应用逻辑，探索其技术演进路径，并为工程师和品控人员提供实用洞见。

中间包的角色与结构需求

中间包的核心使命在于稳定钢水温度、促进夹杂物上浮，并在钢包更换或短暂断供时确保连铸的连续性。其容量通常为钢包的15%至30%，每台连铸机配备7至12个中间包，常见形态包括T形和船形（见图20-25）。

图20-25 中间包结构

中间包的耐火材料体系可分为三层：永久衬、侵蚀衬和隔热衬。每层的设计都需应对特定的热力学和化学侵蚀挑战。例如，永久衬需承受长期热冲击，侵蚀衬则直接面对钢水的冲刷和化学反应。冲击区和挡渣堰等功能部件更是高损耗区域，对材料的抗侵蚀性和机械强度提出更高要求。如何针对不同区域优化材料选择？以下逐一拆解。

耐火材料的选择与性能分析

永久衬：耐久性的基石

永久衬作为中间包的“骨架”，需在200至1000次（国外甚至超过1000次）的使用周期中保持结构完整。当前，氧化铝含量在60%至80%的低水泥或超低水泥浇注料成为主流。这类材料通过优化颗粒级配和结合剂体系，显著提升了抗热震性和耐高温性能。然而，实际应用中，永久衬的微观裂纹扩展仍是一大痛点，尤其在频繁启停的工况下。

检测洞见：永久衬失效的根本原因往往隐藏在其微观结构中。例如，氧化铝晶粒边界处的应力集中可能引发裂纹萌生。通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析，可精准识别材料的老化机理。这正是专业检测服务的价值所在。

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侵蚀衬：抗腐蚀的先锋

侵蚀衬直接接触钢水，需在高温下抵御化学侵蚀和机械冲刷。镁质涂料、绝热板和干式捣打料是常见选择。镁质材料因其优异的抗碱性侵蚀能力，逐渐取代传统高铝材料，尤其在特钢生产中。侵蚀衬的设计目标是实现“一次连浇、轻松翻包”，这要求材料在2至10小时（特钢）或20至70小时（普碳钢）的使用周期内保持稳定。

技术思考：为何镁质材料表现更优？其关键在于MgO与钢水中CaO、SiO₂等成分的反应生成高熔点相，减缓了侵蚀速率。然而，镁质涂料的施工一致性和结合强度仍需优化。如果您在实际生产中遇到涂层剥落或局部过早失效的问题，我们非常乐意与您探讨解决方案。

功能部件：精准应对局部挑战

中间包的功能部件，如冲击区、挡渣堰和水口，需针对特定工况定制材料：

冲击区：高铝浇注料预制块或高铝砖因其高强度和抗冲刷性被广泛应用。近年来，镁质预制块和镁炭砖因更优的抗侵蚀性开始崭露头角。
挡渣堰：传统高铝预制件逐渐被镁质预制件取代，新型挡渣桶和气幕挡墙进一步提升了夹杂物分离效率。
水口与塞棒：定径水口多采用锆质材料，部分设计已将座砖与水口复合为一体；上水口以铝炭或烧成莫来石为主；塞棒和滑板则以铝炭或铝锆炭为主，确保高温下的化学稳定性和机械性能。

这些部件的失效往往源于热应力集中或材料界面反应。例如，锆质水口的热膨胀系数与座砖不匹配可能导致开裂。针对此类问题，精准的热膨胀系数测试和界面分析显得尤为重要。