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鋼包是煉鋼廠重要的熱工設備，主要由包殼、耐火材料內襯和SN機構組成。冶金技術不斷發展，冶煉溫度提高和連鑄比增加，鋼水在鋼包中停留時間延長。鋼包內襯使用狀況直接影響煉鋼的案例生產和物流順暢，因此找耐火材料網認為在確保安全使用的前提下追求鋼包壽命的不斷提高，降低耐火材料噸鋼消耗和成本，提高熱周轉率是耐火材料行業需要重點考慮的事情。

鋼包內襯耐材組合設計

鋼包內襯又可以分為工作層和永久層，視包底和包壁蝕損機理的差異而采用不同的材質體系和施工方式。

選用永久層材料時，要考慮保溫和抗鋼水滲透兩方面的因素，高鋁澆注料做永久層，其高溫強度大，熱穩定性好，抗鋼水滲透能力較強，保溫性適中。為增強其保溫性能，在高鋁澆注料和鋼殼之間砌筑一層18mm莫來石輕質磚，鋼包周轉過程中外殼溫度在220~400℃之間。這樣既降低了漏鋼的概率，同時鋼水在整個精煉、澆注過程中熱損失小，有利于低溫出鋼、降低能耗。

包底工作層各部位的耐火材料有不同的損毀機理。包底承受鋼水沖擊和較大靜壓力，需要高荷軟、低蠕變和熱穩定性好的耐火材料，選用剛玉澆注料。為提高抗沖刷性能，在沖擊區放置大的預制塊;為方便拆修和預留一定膨脹縫，在透氣座磚和水口座磚周圍砌筑鎂碳磚。

包壁工作層在精煉時受鋼水吸碳作用和翻滾沖刷以及爐渣侵蝕，該部位耐火材料應有良好的耐沖刷、抗侵蝕、抗氧化的性能，并且要求熱膨脹率低，以保持包壁無裂縫，選用剛玉澆注料(整體澆注鋼包)或預制塊(磚砌鋼包)。渣線部位砌筑鎂碳磚渣線部位受爐渣侵蝕和電弧的灼燒脫碳，要求耐火材料有較強的抗氧化、抗侵蝕能力。

鋼包內襯的損毀機理

1、永久層損毀

以寶鋼鋼包為例，寶鋼鋼包永久層使用壽命一般在600~800爐次，即四個大修周期。

大修時發現包壁永久層有許多縱橫交錯的裂縫，并隨著大修次數的增加裂縫加寬加深，有時涌入工作層的冷鋼也會滲入到永久層裂縫內，影響鋼包使用安全。裂紋的產生常見原因包括：低強度的纖維板受擠壓后體積收縮給永久層膨脹創造了條件;永久層澆注料使用過程中本身具有一定收縮性，包壁永久層澆注厚度偏薄且厚度不均;鋼包包殼發生高溫形變，中修更換渣線鎂碳磚拆磚時的機械振動也會加速永久層裂紋的發展。

2、工作層損毀

精煉處理時需要在鋼包中進行脫硫、脫氧、脫碳、脫氣、合金成分微調、去除非金屬雜質、夾雜物變性處理、鋼水溫度控制等操作。不同的精煉方式鋼包工作層的損毀程序也不盡相同。主要損毀形式如下：

渣線：侵蝕(主要原因)、剝落、沖刷、水化(次要原因)

包壁：侵蝕(主要原因)、沖刷、水化(次要原因 )

包底：沖刷(主要原因)、侵蝕、水化(次要原因)

水口系統：沖刷(主要原因)、剝落、侵蝕(次要原因)

吹氬系統：剝落(主要原因)、沖刷(次要原因)

1)侵蝕

對于鋼包工作層內襯的侵蝕主要有兩種:化學侵蝕和氧化侵蝕。

化學侵蝕：氧化鐵或渣中的酸性物質(如二氧化硅)與耐火材料內襯發生反應，氧化鐵、二氧化硅、氧化鈣、氧化鎂之間均有化學反應，這些反應使鋼包內襯變為熔渣導致耐火材料的損毀。

FeO+MgO=FeOMgO

SiO2+2MgO=2MgOSiO2

CaO+SiO2+MgO=CaOMgOSiO2

氧化反應：氧化侵蝕是鋼包耐火內襯的一種特殊形式，一般指耐火磚中的碳與氧化鐵或空氣中的氧氣發生反應而造成的侵蝕。渣中的氧化鐵與磚熱面層的石墨或者樹脂發生反應，氧氣又對磚襯表面的石墨或碳結合劑進行侵蝕，這兩種情況下，就造成耐火磚的內部結構疏松、強度降低，并最終導致耐火磚襯被熔渣或鋼水沖蝕。這種侵蝕現象在鋼包內耐火材料的所有部位都有發生，以渣線部位最為嚴重。

FeO+C=Fe+CO

O2+2C=2CO

2)沖刷

沖刷是由于鋼水或熔渣流過耐火材料表面所產生的物理磨損或者沖刷內襯。對于采用偏心底出鋼使用的鋼包，鋼水對包底鋼水沖擊區、水口滑板和高于包底的透氣磚等部位影響較大。LF和CAS處理的鋼包，由于鋼包底吹氬工藝的強攪拌作用，加劇鋼水對鋼包包壁局部部位的沖刷作用。

3)剝落

剝落是由于耐火材料襯受急冷急熱導致耐火材料襯產生應力而造成的。當應力超過耐火材料的強度時，就導致耐材內部產生裂紋。隨著這些裂紋的擴展、相交并貫通，耐材的碎片將會部分或完全剝落，水口座磚和透氣座磚上經常會發生這種現象。

4)水化

鋼包工作襯在砌筑中采用火泥濕砌工藝，永久襯采用澆注料打結，在烘烤前和烘烤中水分或水蒸氣與鎂碳磚中的MgO發生反應而水化。水化的耐火材料耐鋼渣和鋼水滲透性很差，物理和化學性能減弱，并且會加快鋼包內襯的侵蝕速度。

MgO+H2O=Mg(OH)2

通過以上對鋼包內襯損毀機理的分析，我們不難發現鋼包工作層各部位的耐火材料損毀的機理不同，因此需要對鋼包內襯進行全過程的管理，從材料的選擇、砌筑施工、烘烤、運行以及發現問題后的檢測、維修等。當鋼包使用到一定次數需要維修時，仔細檢測內襯各部位的殘余厚度、分析損毀情況，結合包役使用中的數據進行認真分析，即可掌握鋼包內襯各部位耐火材料的損毀規律。

2.1 鐵水包包底抗侵蝕性差

耐材侵蝕分為物理侵蝕和化學侵蝕，物理侵蝕是指耐材受到沖擊和其他機械作用的侵蝕； 而化學侵蝕是指耐材在高溫載荷的作用下，其溫度場及應力場的變化對耐材的侵蝕。鋼水包包底主要是物理侵蝕。鋼水包在使用過程中，包底工作層抗侵蝕性、抗沖擊性較差，在高溫鋼水沖擊與侵蝕下，出現較大面積的耐材脫落現象，脫層厚度為100 mm～150 mm.脫層部位多集中于鋼水沖擊位置(如圖2所示) ，給鋼水包安全使用帶來極大隱患。

2.2 鋼水包透氣磚與包齡不同步

狹縫式透氣磚因供氣可調范圍大，抗侵蝕性能好等優點，被廣泛應用為煉鋼工序的底吹元件。但是，底吹透氣磚性能的優劣直接影響鋼包底吹效果及使用情況，鋼包在線全程底吹過程中，時常有底吹不開、透氣量小、透氣性差的現象發生，導致鋼包被迫下線，影響鋼包包齡，造成透氣磚與鋼包壽命不同步。

2.3 鋼包下線停用不及時

由于沒有專門用于測量包底的設備，包況(包底、包壁、透氣磚、水口座磚) 的侵蝕全部由熱修滑板工憑經驗和空包重量(帶包蓋) 進行判斷。由于熱修工之間的水平存在差異，每個鋼包的狀況也不盡相同，且鋼包在熱態下，熱修工處于鋼包的炙烤之中，也不易觀察，時常導致判斷失誤，從而出現鋼包停用時間過早或過晚的現象。鋼包停用過早，影響鋼包壽命； 鋼包停用過晚，會存在鋼包事故隱患。

3 改進措施

3.1 鋼水包包底修砌工藝的改進

改進前，澆注料包包底沖擊區采用澆注料(高鋁料) 振搗或澆注后比包底高出 100 mm，呈坡狀形態。在使用過程中，由于長期受到鋼水的沖刷、侵蝕，非常容易在沖擊區部位出現凹坑，造成包底薄，埋下事故隱患。

改進后，采用包底沖擊區部位預埋機壓預制沖擊塊的修砌形式，代替原有坡狀高鋁料，預制塊成分為鎂碳質，沖壓強度為1700 N。施工方案： 在包底澆注完300 mm 的澆注料后，將預制沖擊塊固定好后，鑲嵌在包底沖擊區，然后再澆注300 mm 厚的澆注料，周邊用振動棒振實。施工完畢后，沖擊區預制塊高出包底 150 mm。

3.2 對透氣磚的改進

針對透氣磚透氣性差、使用壽命與鋼包包底不同步的情況，主要采取以下措施： ( 1) 增加透氣磚狹縫數量，由原來的 20 條增加到 36 條； ( 2) 將透氣磚狹縫的寬度由 0.13 mm 增大到 0.20 mm; ( 3) 將原有透氣磚磚芯的材質由剛玉質改為鉻剛玉質。

通過改進透氣磚狹縫和材質工藝，提高透氣磚透氣性和使用壽命，經過與透氣磚廠家共同研究，制定出透氣磚磚芯理化指標作為定期檢驗的依據，具體理化指標見表 4。

3.3 澆注料包停用不及時的改善

增加測量尺對包底、透氣磚厚度的測量，減少憑經驗判斷的誤差。針對澆注料包停用不及時的現象，設立一個合理測量包底的設備( 擋火板和測量標尺) ，以減少甚至杜絕鋼包停用過早或過晚的現象，消除對生產的影響，使鋼包的停用做到安全、合理，達到鋼包停用的最佳狀態。測量尺增加前、后鋼包的包況檢查方式如圖 4 所示。

技術方案： 對包齡≥70 爐的或者有特殊情況的澆注料包，必須組織當班人員對包底和兩個透氣磚的最低點進行最少一次的測量。測量前，必須用大氧管將包底和兩個透氣磚處粘附的廢鋼渣吹掃干凈(禁止點火) ，吹掃透氣磚的同時接好氮氣反吹。

參照標準： 包底≥300 mm，透氣磚≥250 mm，包壁≥130 mm，帶包蓋( 無包沿) ≥46.5 t。

測量尺尺寸： 測量包底按照 2 700 mm 長度設計，測量透氣磚按照 2 750 mm 長度設計。

4 改進效果

(1) 通過采取在包底鑲嵌沖擊塊的措施，使得澆注料鋼包在使用過程中耐鋼水沖刷、侵蝕程度加大，沖擊區出現凹坑現象減緩。

(2) 透氣磚耐侵蝕程度有了很大提高，并且透氣量達到轉爐底吹要求，使用壽命能夠達到與包齡同步。

(3)通過對使用測量設備前、后下線鋼包的殘厚測量數據進行對比，可以看出： 使用測量設備后，下線鋼包的殘厚更加符合澆注料包的下線標準要求(包底厚度280±20 mm，透氣磚厚度160±20 mm)，有效降低了鋼包停用過早或過晚的出現頻率，消除了對生產的影響，使得鋼包停用更為安全、合理，達到一個最佳的經濟包齡，并且通過對拆包后殘厚數據的測量發現，利用測量尺測量的數據與規定殘厚數據更加吻合。

(4) 澆注料鋼包整體包齡從原有平均80爐左右的較低水平提高到現在的平均100爐以上的較高水平，最高包齡達到了125 爐。

爐外精煉是近年來發展起來的一種新的冶金工藝。所謂爐外精煉就是把一般熔煉爐中要完成的脫氣、排除雜質、調整成分和溫度等項精煉任務，幾乎全部地或部分地移至爐外進行。鋼水爐外精煉又稱二次煉鋼，因鋼水多數在鋼包內進行精煉，所以也叫鋼包冶金。

在爐外精煉過程中，鋼包、透氣磚和噴槍這三個部位用耐火材料的工況環境非常惡劣，對耐火材料的沖刷或者侵蝕嚴重。因此，在耐火材料的選材上尤為重要。

1、鋼包內襯耐火材料

傳統上，鋼包是煉鋼爐與鑄錠之間的儲運容器，可是爐外精煉就是在鋼包中進一步精煉。因此鋼包內襯的使用條件大大惡化，鋼液溫度升高，在鋼包中停留時間延長，鋼液和熔渣對耐火材料的沖刷、侵蝕等更加嚴重，以往的耐火材料不能滿足爐外精煉的需要，為此，我國開發了多種鋼包內襯耐火材料，滿足鋼廠需要。主要有以下幾種：

(1)鋁鎂碳磚

1990年寶鋼300t鋼包試用鋁鎂碳磚后，迅速推廣到許多鋼廠，成為我國大中型鋼包內襯的主要耐火材料。當時寶鋼300t鋼包壁使用鋁鎂碳磚，渣線使用鎂碳磚，出鋼溫度1660～1670℃，在鋼包內對鋼液進行RH真空脫氣，KIP和CAS法爐外精煉處理，鋁鎂碳磚表面僅粘有薄的熔渣層，抗侵蝕性好，無爐渣滲透，無熱震損毀現象，侵蝕均勻，平均使用壽命80次，最高126次。鋁鎂碳磚系由高鋁熟料+鎂砂+石墨+抗氧化劑+酚醛樹脂結合劑的混合料成型的不燒耐火制品，工藝比較簡單，成本不高，容易被用戶接受。

(2)鋁鎂尖晶石澆注料

20世紀90年代中期，為了適應爐外精煉，一些大、中型鋼包內襯采用高檔鋁鎂尖晶石澆注料，其原料是電熔剛玉、燒結剛玉、高純電熔鎂砂、高純鋁鎂尖晶石等，用純鋁酸鈣水泥、高純SiO2、Al2O3微粉結合的澆注料。寶鋼300t鋼包使用到2000年，平均壽命為258次；首鋼90tLF精煉鋼包壽命達138次，侵蝕率0.62mm/次；本鋼使用的預制件壽命為118次，最高達126次。

(3)鎂鈣質耐火材料

太鋼以普通白云石為原料，中溫瀝青結合的白云石搗打料，在70t鋼包上使用，平均壽命76次，最高112次；洛耐院曾以合成鎂鈣砂和電熔鎂砂為原料，以固體無機鹽和無機鹽溶液為結合劑，開發的不燒鎂鈣磚，在40t的LF-VD精煉包上使用，壽命40次以上，鋼中的氧含量從12.2×10-6下降到11.13×10-6;21世紀初，首鋼以合成鎂鈣砂、電熔鎂砂、高純石墨為原料，以無水樹脂為結合劑，開發出不燒鎂鈣碳磚，在225t鋼包非渣線部位(渣線部位為鎂碳磚)使用，平均壽命116.8次，與原鋁鎂碳磚相比，在包壁減薄20mm的情況下，平均壽命提高35.57次，且鋼中的氧含量和非金屬夾雜物都降低。還有些鋼廠在SKF和LF-VD等多種鋼包渣線部位用鎂鈣碳磚，也取得良好的使用效果。

(4)降低精煉鋼包耐火材料消耗

我國精煉鋼包達70%以上，鋼包用耐火材料消耗占鋼鐵冶金耐火材料總消耗的30%以上，隨著精煉比例增加，鋼包用耐火材料單耗在增加。我國耐火材料消耗量一般認為在20kg/t鋼，而國外先進國家在6～8kg/t鋼，降低鋼包耐火材料消耗，起著降低成本、節能減排的重要作用。

田守信等人在精煉比例100%的60tLF鋼包上做降低耐火材料消耗的研究：渣線采用再生料66%的鎂碳磚，熔池采用再生料88%的鋁鎂碳磚。

降低單耗的措施是：根據鋼包操作條件設計鎂碳磚；提高渣中鈣含量，降低侵蝕速率，包的前期渣有較高FeO含量，使磚中碳易被氧化，要提高鎂碳磚的抗氧化性，采用提高螢石渣粘度添加劑。為了降低成本，選用用后鎂碳磚；改善操作條件，采用出鋼留渣操作，通過改善泡沫渣等方法，減少爐渣FeO含量，鋼包壽命提高20%;不用SiC脫氧劑，改用碳含量15%(w)的鎂鈣碳質鋼包改質劑，渣線鎂碳磚壽命提高15%;改善維護制度，用厚40mm的二級高鋁磚對熔池貼補，壽命提高45%以上。這樣一來，鋼包壽命由40～50次，提高到88次，再扣除使用再生料，噸鋼耐火材料資源性消耗由9.3kg下降到1.4kg，下降85%。

2、吹氬透氣磚

鋼包底吹氬工藝在爐外精煉中廣泛應用，透氣磚是這一工藝的關鍵功能耐火材料。目前鋼包底透氣磚成為限制鋼包壽命提高的瓶頸因素。透氣磚的使用過程為間歇式重復使用。影響透氣磚使用壽命的諸多因素中，熱剝落和氧氣清洗是導致透氣磚損毀的重要原因。透氣磚的材質主要是鉻剛玉質和剛玉-尖晶石質，通常采用澆注成型，高溫燒成工藝。由于鉻剛玉在高溫燒成過程中形成六價鉻，污染環境，逐漸被剛玉-尖晶石質取代。為了提高透氣磚使用壽命，優化配料組成，改變水泥加入量來調整澆注料中基質CaO含量，使基質中形成較多CA6，提高抗熱震性及強化結構作用，調整尖晶石粒度及加入量，添加適量ZrO2或鋯剛玉，優化燒成溫度等措施，優化透氣磚的性能。

還有的是非氧化物(Si3N4;Sialon)結合的剛玉質透氣磚，現場使用表明：抗熱震優異，與鋼液不潤濕等特點，在使用過程中吹通率高，吹氧清洗容易，蝕損率低，使用壽命明星提高。

3、噴槍用耐火材料

通過噴槍向鋼液中噴吹粉狀處理劑，對鋼液進行精煉處理。如SL法的粉狀精煉劑CaSi，用氬氣通過插入鋼包深處的噴槍吹入鋼液中，經過氣體攪拌，精煉劑與鋼液充分混合與反應。噴射冶金噴槍耐火材料使用條件苛刻，鋼液溫度高，爐渣侵蝕和熱震損毀嚴重。洛耐院研制的整體噴槍結構，渣線部位采用剛玉質澆注料，渣線以上和以下采用Al2O3含量70%～80%的澆注料，在40tSL噴射冶金裝置中使用，噴槍的使用壽命15～19次，總噴吹時間95min。寶鋼的噴槍采用Al2O3含量不低于99%的電熔剛玉，添加耐熱鋼纖維增強的耐火澆注料，使用壽命10～20次，總吹煉時間100min/支，最高188min/支。