中间包冶金与耐火材料

中间包冶金与耐火材料

丰文祥1, 2陈伟庆1赵继增2

1 北京科技大学冶金与生态学院，北京100083

2 北京利尔高温材料股份有限公司，北京102211

摘要中间包冶金是继钢包冶金之后一项重要的炉外精炼工艺，有其特殊的工艺特点和要求。本文从去除钢液非金属夹杂物的角度分析了中间包钢液夹杂物的来源、去除机理及中间包冶金技术，重点阐述了中间包用耐火材料在中间包冶金中的作用。

关键词炉外精炼，连铸，中间包，夹杂物，耐火材料

Tundish metallurgy and refractories

Feng Wenxiang1,2 Chen Wenqing1 Zhao Jizeng2

1）Metallurgy and Ecology Engineering School, Science and Technolgy University Beijing

2）Beijing Lirr High Temperature Materials Compnay, Limited

Abstract Tundish metallurgy is an important secondary refining technology after steel ladle metallurgy, and has its unique technological requirement and characteristics. Focused on the inclusions in steel, this paper has analysized inclusion sources and removal mechanism in tundish, and based on which, tundish metallurgy technology has been introduced. The contribution of refractories for tundish metallurgy has been highlightedly expatiated.

Key words Secondary refining, continuous casting, tundish, inclusion, refractory

1 引言

近些年来，随着冶金技术的发展和对钢洁净度要求的不断提高，中间包作为连铸工艺中钢液凝固之前所经过的最后一个耐火材料容器，不再单纯作为钢液的储存器和分配器使用，而是作为冶金反应容器的一部分，继续承担着特殊的炉外精炼重要任务，中间包冶金的重要意义逐渐被人们认识并得到了快速发展[1,2]。

中间包冶金自20世纪80年代初被加拿大麦克林（A.McLean）教授提出以来[3]，许多研究成果已经转化为实际应用的技术措施，如中间包结构设计、钢液流动控制技术、保护浇注、恒温浇注、吹氩清洗、离心流动技术、电磁搅拌等，通过对钢液在中间包内的流动方式产生影响，除了均匀钢水的温度和成分外，还可延长钢液在中间包内停留时间和改变流动路径，促进夹杂物上浮去除，达到降低夹杂物含量、提高钢液洁净度的冶金效果。

本文分析了中间包钢液夹杂物的来源和去除机理，介绍了中间包冶金技术的新进展及耐火材料在中间包冶金工艺中的作用。

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 丰文祥，工程师，硕士，北京利尔高温材料股份有限公司，E-mail：fengwenxiang2007@

2 中间包钢水夹杂物的来源

如同所有炼钢过程一样，中间包钢水中的非金属夹杂物包括氧化物、硫化物、硫氧化合物、硅酸盐化合物及氮化物等，这些夹杂物的来源有外来的和内生的两类，内生夹杂物包括炼钢过程中未来得及排除的脱氧产物，以及部分因钢水温度降低而析出的夹杂物；外来夹杂物主要是钢水和外界（炉渣及耐火材料）之间偶然的化学和机械作用的产物，包括在炼钢过程中从炉料夹带的不洁物，炉衬因受侵蚀而脱落的耐火材料，炉渣卷渣，以及浇钢过程中因钢水吸氧而产生的二次氧化产物等。

2.1 内生夹杂物

内生夹杂物贯穿炼钢全过程，内生夹杂物的类型和组成取决于冶炼的脱氧制度和钢的成分，内生夹杂物通常与钢水化学成分、温度达成化学平衡，他们是自然发生的，因而只能降低，而不能完全消除。

中间包中的内生夹杂物主要是一些比重比较大的脱氧、脱硫产物在钢包中没有及时排除，同时，随着钢液温度降低，硫、氧、氮等杂质元素的溶解度相应下降，这些脱溶的夹杂元素与金属化合生成非金属夹杂物在中间包中沉淀。

2.2 外来夹杂物

相对于内生夹杂，外来夹杂物数量较少但尺寸大，成分复杂并呈多相结构，与内生小夹杂物均匀弥散分布不同，外来夹杂物在钢中零星分布，此类夹杂尺寸往往比较大，对钢性能的危害也更大。

外来夹杂物总是与实际操作相关，而且其来源主要就是二次氧化、卷渣和炉衬耐火材料侵蚀。

（1）二次氧化产生的外来夹杂物

空气作为二次氧化的共同来源，在连铸过程中空气以下列方式进入钢液：（1）在钢包到中间包的钢水注入处强烈的湍流造成钢水表面吸入空气，（2）中间包流动的钢液表面形成的氧化薄膜重新卷入钢液后形成的外来夹杂物。在这类二次氧化过程中，脱氧元素如Al、Ca和Si等优先氧化，氧化产物发展成为非金属夹杂物，粒度通常比脱氧夹杂物大1～2个数量级。

二次氧化产物另一来源是炉渣以及包衬耐火材料中的SiO2、FeO和MnO。钢液靠近炉渣或包衬界面时钢液中的夹杂物通过以下反应而形成夹杂物并得到长大，由此生成的氧化铝夹杂尺寸较大且含有各种成分。

SiO2 + [Al] → [Si] + Al2O3（1）

FeO + [Al] → [Fe] + Al2O3（2）

MnO + [Al] → [Mn] + Al2O3 （3）

这种现象以下列方式进一步影响外来夹杂物的形成：上述反应侵蚀包衬耐火材料表面并导致其表面凹凸不平，从而改变包衬壁面附近的钢水流场，加速包衬的破损；包衬破损产生的大型外来夹杂物以及卷入的炉渣可以捕捉小夹杂物，也可以作为异相形核核心产生新的析出物，这就使得外来夹杂物的成分变得复杂起来。

（2）卷渣造成的外来夹杂物

任何冶炼上或钢水传递上的操作，尤其是在钢水从一种容器到另一种容器时，都会引起