连铸中间包耐火材料的技术突破与未来方向

引子：为何中间包耐火材料成为连铸技术升级的关键？

在钢材市场的激烈竞争中，洁净钢与特殊钢的需求持续攀升，而高效、低成本的连铸工艺成为钢企的核心竞争力。试想，一条高拉速的连铸生产线，如果中间包耐火材料频繁失效，不仅会造成钢水污染，还可能导致停产损失。如何在高拉速、长寿命、洁净钢生产的多重压力下，开发出兼具抗侵蚀、抗热震、不结瘤的耐火材料？这正是中国连铸技术升级的“卡脖子”问题。

本文将从连铸中间包耐火材料的性能需求出发，剖析当前的技术挑战，探讨关键突破路径，并展望未来的发展方向，为研发工程师与品控经理提供实操洞见。

连铸技术升级的三大驱动力

中国连铸技术近年来突飞猛进，拉速不断提升，薄板坯与带钢的近终形连铸比例显著增加。兰钢、邯钢、珠钢等企业已率先布局薄板坯连铸，更多钢厂也在加速规划。背后的驱动因素主要有三点：

1. 洁净钢与特殊钢的市场需求：高品质钢材对钢水洁净度的要求近乎苛刻，中间包作为钢水“最后一道防线”，必须确保不引入杂质。
2. 成本与效率的双重压力：在建筑钢材为主的长流程生产中，钢水供应充足，延长中间包寿命直接降低耐火材料更换成本，提升成材率。
3. 近终形连铸的工艺革新：薄板坯连铸对耐火材料的抗热震性与抗侵蚀性提出更高要求，传统材料已难以胜任。

这些驱动力共同指向一个核心问题：如何通过耐火材料的创新，满足高拉速、长寿命、洁净钢生产的复合需求？

中间包耐火材料的三大技术挑战

中间包耐火材料主要包括定径水口、工作衬与永久衬，每一部分都面临独特的技术难题。

1. 定径水口的耐久性瓶颈

定径水口直接接触高温钢水，需承受剧烈的热冲击与侵蚀。以小方坯连铸为例，国际先进定径水口采用氧化锆含量高达94%的材料，体积密度达5.3 g/cm³，使用寿命可超过30小时。而国内在高纯氧化锆材料制备上仍有差距，部分企业依赖快速更换技术来弥补寿命短板。这不禁让人思考：快速更换与材料升级，哪条路径更具长期竞争力？

2. 工作衬的洁净度与寿命平衡

中间包工作衬的演变反映了洁净钢生产的严苛要求。传统硅质绝热板已逐步被碱性涂料取代，尤其是镁钙质涂料，因其低污染特性更适合洁净钢生产。目前，高密度镁质浇铸板寿命可达50小时以上，密度达2.7 g/cm³的镁质涂料也表现出色。更有企业创新推出干式捣打振动料，结合固体树脂或无机结合剂，成功实现77.5小时连浇、147炉次的惊人记录。

然而，干式料的施工复杂性与性能局限引发争议。相比之下，高密度镁质涂料与浇铸板在密度与施工便捷性上更具优势。值得注意的是，湿式镁钙质涂料中CaO多以CaCO₃或消石灰形式加入，需1000°C以上高温分解，这对烘烤工艺与寿命优化构成挑战。如何在材料成分与工艺设计间找到最佳平衡点？

3. 永久衬的抗渣渗透与热震难题

永久衬作为中间包的“安全卫士”，需兼顾保温与长期稳定性。传统黏土砖寿命仅200炉次左右，安全性不足。当前，含Al₂O₃ 60%~75%的铝硅系浇注料成为主流，超低水泥自流浇注料因施工便捷逐渐流行，维护得当可达1500炉次。

然而，永久衬的失效机制复杂，主要包括：

• 抗热震性不足：温度波动导致裂纹，钢渣渗入后形成镶嵌，增加翻包难度。
• 抗渣渗透性差：渣渗透促进烧结，温度变化下引发结构剥落。
• 高温性能不佳：低温烧结导致靠近工作衬的烧结层剥落。
• 强侵蚀性渣的破坏：工作衬被侵蚀后，渣进一步破坏永久衬。

针对这些问题，宝钢研发的含Al₂O₃约70%的铝硅系浇注料表现出色，在35吨中间包上使用639次后表面仍光滑，预计维护得当可达1000次以上，远超传统浇注料的200~300次。

关键洞见：解决抗渣渗透、抗热震与抗侵蚀的“三抗”问题是延长永久衬寿命的核心。

突破路径：材料与工艺的协同创新

基于上述挑战，以下三条路径为中间包耐火材料的突破提供了方向：

1. 高性能材料的开发：

   • 定径水口：提升氧化锆纯度与致密度，探索新型复合材料以增强抗热震性。
   • 工作衬：优化镁钙质材料的CaO来源，开发低温分解的结合剂，降低烘烤能耗。
   • 永久衬：提高Al₂O₃含量并优化微观结构，增强抗渣渗透性。

2. 工艺优化的协同推进：

   • 推广快速更换技术，降低对单一水口寿命的依赖。
   • 改进干式捣打振动料的施工工艺，简化模具加热流程。
   • 开发智能化烘烤系统，精准控制温度，延长材料寿命。

3. 失效分析与质量控制： 耐火材料的性能验证与失效分析是确保其稳定性的关键。例如，永久衬的抗渣渗透性测试需要模拟真实工况，检测裂纹扩展与渣渗透深度。这类复杂测试对实验室的设备与技术要求极高。

   精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），专业的权威第三方检测机构，专业检测耐火材料抗渣渗透与抗热震性能，央企背景，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636

未来展望：智能化与可持续性的双轮驱动

展望未来，连铸中间包耐火材料的发展将围绕智能化与可持续性展开。智能化监控系统可实时检测耐火材料的侵蚀状态，预测寿命并优化更换周期；可持续性则要求开发低碳、耐久的环保材料，减少烘烤能耗与废弃物排放。

例如，基于AI的耐火材料性能预测模型已在部分钢厂试点，通过分析历史数据与实时工况，精准评估材料寿命。这种技术若与高性能镁钙质材料结合，或将彻底改变中间包的设计逻辑。

核心观点：耐火材料的未来，不仅在于材料本身的性能突破，更在于与智能工艺的深度融合，共同推动连铸技术向高效、绿色迈进。

结语：从技术突破到品质保障

中间包耐火材料的每一次进步，都在为中国连铸技术的全球竞争力添砖加瓦。然而，材料性能的稳定性和失效机制的精准分析，离不开专业的检测支持。如果您在耐火材料开发或应用中面临抗侵蚀性不足或寿命预测的难题，我们非常乐意与您探讨解决方案。

精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），专业的权威第三方检测机构，专业检测耐火材料性能与失效分析，央企背景，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636