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第七章 中间包用耐火材料


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中 间包用耐火 材 料
技术中心 陈勇

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一、中包基础知识 二、中包

永久层用耐火材料 三、中包永久层浇注施工方法 四、中包涂料 五、中包干式料 六、挡渣墙系列耐火材料 七、中包覆盖剂 八、结晶器保护渣
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中间包外形示意图

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中间包用耐火材料汇总
l l l l l l l l l l 绝热层(纤维) 永久层(浇注料) 工作衬(涂料、干式料) 挡渣板系列(镁铝质、尖晶石质、镁质等) 冲击板(镁铝质、尖晶石质等) 中包覆盖剂、结晶器保护渣 包盖(纤维、浇注料) 水口座砖、镁质填缝料 三大件产品(长水口、塞棒、浸入式水口等) 其它(定径水口、中包上水口、中包滑板、透气上水口、 等)
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连铸系统流程图

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中间包剖面示意图

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钢包浇铸现场

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使用中的中间包

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一、中间包基础知识
中间包是一个耐火材料容器,首先接受从钢包浇下来的钢 水,然后再由中间包水口分配到各个结晶器中去。其作用是: (1)降低钢水静压力,保持中间包稳定的钢水液面,平稳地把钢 水注入结晶器; (2)促使钢水中的夹杂物进一步上浮,以净化钢液; (3)分流钢水。对多流连铸机,通过中间包将钢水分配到各个结 晶器; (4)贮存钢水。在多炉连浇更换钢包时不减拉速,为多炉连浇创 造条件。 可见,中间包的作用主要是减压、稳流、去夹杂、贮存和 分流钢水。
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中间包的冶金功能
① 净化功能。为生产高纯净度的钢,在中间包采用挡墙加坝、吹氩、陶 瓷过滤器等措施,可大幅度降低钢中非金属夹杂物含量,且在生产上 已取得了明显的效果。 ② 调温功能。为使浇注过程中中间包前、中、后期钢水温度小于5℃, 接近液相线温度浇注,扩大铸坯等轴晶区,减少中心偏析,可采取向 中间包加小块废钢、喷吹铁粉等措施以调节钢水温度。 ③ 成分微调。由中间包塞杆中心孔向结晶器喂入铝、钛、硼等包芯线, 实现钢中微合金成分的微调,既提高了易氧化元素的收得率,又可避 免水口堵塞。 ④ 精炼功能。在中间包钢水表面加入双层渣吸收钢中上浮的夹杂物,或 者在中间包喂钙线改变Al2O3夹杂形态,防止水口堵塞。 ⑤ 加热功能。在中间包采用感应加热和等离子加热等措施,准确控制钢 水浇注温度在3~+5℃。
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钢水在中间包内的理论停留时间
国内钢包注流进入中间包到流入结晶器路程中,钢水在中间包所经历 的时间。它的定义是:t =V/Q 式中t-钢水在中间包的停留时间,min; V-中间包钢水容积或钢水重量,m3或t; Q-中间包钢水流量,t /min。 如 中 间 包 钢 水 重 量 为 15 吨 , 浇 注 板 坯 200×1200mm , 拉 速 V 为 1.5m/min,则钢水流量Q: Q=0.2×1.2×1.5×7.0= 2.52 t /min 所以 t =15 /2.52 = 6min 也就是说钢水在中间包停留时间为6min。如果在中间包内钢水很快 的从水口流到结晶器内,则夹杂物就来不及上浮。总的原则是:在中间包 内钢水停留时间越长,则夹杂物就有充分时间上浮,钢水就越干净。为增 加钢水停留时间,有效的办法就是采用大容量、深熔池的中间包。60年代 中间包容量一般为6吨,现在最大为80吨。应根据钢包容量,尽可能把中 间包容量选大一些,采用大容量,深熔池中间包是当前发展的趋势。
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中包容量增大的原因
(1)延长钢水在中间包内的停留时间,有利于夹杂物上浮; (2)换钢包时不减拉速,保持中间包浇注稳定,防止液面低 于临界值产生旋涡,卷入渣子到结晶器; (3)整个浇注过程中,钢液面稳定,有利于操作顺行; (4)中间包容量增大有利于减少金属损失,降低操作费用。 所以,用大型中间包浇注比小中间包有明显优点,更能 生产清洁钢,产品表面和内部质量好,避免了小中间包钢 水不稳定状态时产生的缺陷。

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中包液面临界高度
从生活经验可知,在一个容器中放满水后,水从底 部孔流出,当液面降到一定高度后,在出水孔上方产生 了旋涡。这种现象在中间包也同样存在。临界高度有两 种情况:一是开浇前中间包钢水充满到多高而开浇;二 是到浇注末期钢液面降到多高时停止浇注。两者都存在 一个临界高度,如果低于临界高度,钢水面就会产生旋 涡把渣子卷入结晶器,使钢中夹杂物增加,以致使产品 报废。 临界液面高度可通过水模型试验观察来决定。根据 中间包容量不同,钢液面下降临界高度一般为 200~300mm。
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中包内钢水流动特点
一般用流动速度、流动轨迹和紊流强度来描述流体流动特征。 中间包流动特点: (1)钢包注流相当于一个“喷射泵”的作用,把周围空气卷入 到中间包钢液中而破裂为很小的气泡,形成附加环流,加重了 钢水的二次氧化; (2)钢包注流进入中间包的冲击区,是一个高度紊流的区域, 容易造成卷渣; (3)形成旋涡。浇注末期,中间包液面降到临界高度时,在水 口上方形成旋涡,把渣子卷入结晶器,同时,中间包注流不稳 定,搅动了结晶器钢液的流动; (4)表面波形成。在开浇、换钢包和浇注末期中间包钢液面不 稳定时,容易产生表面波而导致把渣子卷入钢水内部。
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防止中包内钢水流不稳定的措施
中间包内钢水流动产生的不稳定状态,会使二次氧化加 剧;把渣子卷入钢水内部,严重影响钢的清洁度,为此, 应设法减轻由流动带来的害处,采用以下措施: (1)使用大容量、深熔池的中间包; (2)钢包到中间包使用长水口,既可保护钢流不受二次氧 化,也可减轻钢流冲击区的紊流,防止了卷渣; (3)设置挡渣墙和坝来控制流动轨迹,防止冲击区紊流的 扩散; (4)连浇换钢包时,应设法不使液面波动过大。
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中包内吹氩措施
中间包吹氩的作用是: (1)增加氩气搅拌促进夹杂物上浮; (2)形成液面保护层; (3)改善钢水流动状况。 在中间包底安装透气砖,或在工作层和永久层 之间嵌入多孔的管状气体分配器,或在挡渣墙上安 多孔砖进行吹氩,使氩气泡均匀从底部上浮,促进 夹杂物排除。试验结果表明:可消除浇注初期钢水 增氢,钢中氧化物夹杂有所降低,减轻了镀锡板上 Al2O3夹杂引起缺陷。

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中包内钢水成份微调技术
通常钢包钢水成分微调技术均可应用于中间包,在中间 包加入易氧化元素(如钛、铝、钙)或微量元素(如硼), 钢水与污染源(如渣、包衬、空气)接触时间较短,有利于 提高元素的回收率。由于中间包熔池浅,钢水停留时间有限, 为确保元素能充分吸收,广泛应用喂线法。在中间包内喂入 硅钙线或硅钙钡的包芯线,其目的是把高熔点的串簇状的 Al2O3 改为低熔点的球形铝酸钙(如12CaO·7Al2O3 ),以改善 钢水流动性,防止氧化铝堵塞水口。此法在小方坯连铸中间 包得到了应用。为增加包芯线穿越钢水的停留时间,采用螺 旋式喂线技术,螺旋直径为250mm,螺距为100mm,用一台 辊式开卷机将包芯线送入导管进入中间包,喂线速度可达 20~30m/min。
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陶瓷泡沫过滤器
陶瓷泡沫过滤器是一种微孔结构材料, 具有很高的疏松度(82~90%),每1cm3过 滤器有10000cm2 的过滤表面。为了有效的 过滤夹杂物,过滤器材质要求是: (1)在与钢水长时间接触过程中,过滤器 能承受热应力和机械应力的作用; (2)能抵抗钢水和渣子的侵蚀而不发生化 学作用; (3)既能有效去除夹杂物,又没有过大的 防碍钢水流通的阻力。 目前制作过滤器的材料有:莫来石 (A3S2 )、氧化铝(99%Al2O3 )、稳定氧 化锆(ZrO2+MgO)、氧化钙等。
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陶瓷泡沫过滤器工作原理
传统去除夹杂物方法是:利用钢水密度(7.0g/cm3 )与夹杂物密 度(-3.5g/cm3)之间的差别,使夹杂物上浮被渣子吸收。这种方法对 于去除大颗粒夹杂物是有效的,但对于小颗粒夹杂(小于50 ?m),由 于上浮速度太慢,无多大效果。过滤器不同于夹杂物上浮分离法,它 是一种机械的分流方法。当钢水通过多孔的过滤器时,强制性的使夹 杂物沉淀、滞留、截住在多孔的介质表面,而液体则自由流过,净化 了钢液。 陶瓷泡沫过滤器是一个多孔的结构(类似泡沫塑料),网眼孔径 大于夹杂物直径,钢水通过网眼时,夹杂物被捕捉的过程是: 夹杂物输送到网眼表面; 网眼捕获夹杂物; 高温下夹杂物烧结在表面上,最终会使网眼堵塞,过滤器失效。

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二、中间包永久层用耐火材料
中间包砌筑结构一般分为三层,即保温层、永久衬和工作衬。 其保温层一般以硅酸铝纤维毡或硅钙板砌筑,然后砌筑永久衬。 永久衬最初采用粘土砖、烧成或不烧高铝砖等耐火砖砌筑。 砖砌永久衬使用寿命短,工人劳动强度大,成本高。随不定形耐 火材料技术进步,中间包永久衬逐渐由砖砌发展到可塑料、捣打 料捣打施工和耐火浇注料浇灌施工,目前普遍采用水玻璃结合铝 镁浇注料、低水泥高铝浇注料、无水泥高铝尖晶石浇注料以及自 流浇注料等材料砌筑。中、小型中间包永久衬厚度一般在 100~120mm左右,大型中间包永久衬厚度在150~200mm左右。 濮耐公司一般使用自流浇注料来浇注永久层,其流动性好, 不需振动或轻微振动即可施工,特别适用于薄壁部位施工。
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中间包永久层用浇注料理化指标
指标与牌号 化学成份(%), Al2O3 ≥ 体积密度 (g/cm3),≥ 抗折强度 (MPa),≥ 耐压强度 (MPa),≥ 线变化率(%) 110℃×16h 1350℃×3h 110℃×16h 1350℃×3h 110℃×16h 1350℃×3h 110℃×16h 1350℃×3h

PN-AHS 50 2.40 2.35 60 80 10 12 ±0.1 ±0.5 1600 5.8±0.5
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PN-AH10 60 2.55 2.50 10 12 60 80 ±0.1 ±0.5 1650 5.0±0.5

PN-SF1 50 2.30 2.25 6 9 30 50 ±0.2 ±0.5 1600 7~9

PN-SF2 60 2.45 2.40 6 9 30 60 ±0.2 ±0.5 1600 7~9

安全使用温度, ℃ 施工加水量 , % 首页 题纲 上页

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三、中包永久层浇注施工方法
A 施工准备
① 为保证中间包永久衬整体使用效果,需在包壳上焊接锚固件,锚 固件形状优选“Y”形,长度大约为永久衬厚度的2/3,然后在包 壳上贴一层硅酸铝纤维毡、硅钙板或贴砌一层轻质粘土砖作保温 层,正式施工前需在保温层表面贴一层塑料薄膜或牛皮纸,以防 止其吸水和渗浆,影响保温效果,否则需在耐火纤维板上洒适量 水,来防止耐火纤维吸水,影响浇注质量。 ② 施工用胎模应清理干净,组装严密,胎模外均匀涂刷一层黄油或 废机油。 ③ 采用强制式搅拌机,使用前必须清理干净。准备好称量水用具。 ④ 用水温在15~35℃的清洁自来水作混练用水,不得使用污水、海 水或含有杂质的水,若冬季施工可适当提高温度。
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B 施工方法
A. 每次搅拌量以不超过搅拌机公称容量的20%为宜。 B. 往搅拌机里倒料时,发现有雨淋或受潮结块现象的料,不得使用。 有碎内衬袋、扎口绳等杂物混入应将其拣出。防止纤维办掉块进 入浇注料中。 C. 干料搅拌1~2分钟后加水,加水必须称量或用标定容器加水。 D. 搅拌时先加规定水量的90%混1~2分钟,余下的水量视情况进行 调整。需要继续加水的,再搅拌1~2分钟后即可出料供浇注使用。 含水量判断方法可采用一种简便的“手捏成团”进行试验,即取 搅拌料用手捏成一个紧密的球团,将球团抛高约30cm,然后用手 接住,如果球团变形而未碎,表示含水量正好;如果球团变形并 从手缝中流出,则表示含水量过多;如果球团开裂、散落,则表 示含水量太少。由于含水量(水灰比)的大小,直接影响浇注体 的质量,因此在满足要求的条件下,以尽量减少用水量为宜。
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施工方法
E. 先浇注中间包底,待其凝固后具有强度时再放上模具,校 准胎模位置和衬体厚度均匀一致,并将胎模与包壳用钢棒 焊接牢固,防止在振料过程中胎模发生位移,使永久衬衬 体薄厚不均,影响使用效果。 F. 将搅拌好的泥料四方对称加料,浇注施工时振动棒插点要 均匀,连续移动,待料面泛浆后缓慢拔出振动棒,以防形 成空洞;对于自流浇注料原则上不需振动,但稍加振动或 捣打效果会更好。 G. 搅拌好的泥料,夏季应在20分钟内用完,冬季应在30分钟 内用完。 H. 初凝的泥料应废弃,不得再加水或放入新料中搅拌使用。
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施工方法

浇注料名称 自流浇注料 牌号PN加水量wt% SF1 SF2 7~8
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低水泥浇注料 AH10/AH10-X AHS/AHS-S 5~6

快干浇注料 SP4、SP5 5~6

快干自流浇注料 SP7、SP8 5~6

SF3 5~6
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C 养护和烘烤
采用自然养护,其环境温度最好在15~35℃之间,养护期间 不需要向浇注体洒水。;自然养护24小时后即可脱模。对于快干 浇注料或快干自流浇注料只需养护12~16小时即可脱模;脱模后 经一天以上自然干燥后进行烘烤。 烘烤制度如下: 小火 (室温~300℃ ) 烘烤一天 中火 (300℃~600℃) 烘烤一天 大火 (600℃―― 1000℃以上 ) 烘烤一天 烘烤办法:小火烘烤时,只点燃1支烧嘴,要求烧嘴所在包盖, 随时间延长将烧嘴向中间包底逐渐下移;中火烘烤时,可开两支 烧嘴,并注意火势大小,禁止将中间包永久衬烘爆;当温度超过 600℃时,可点燃全部烧嘴,快速烘烤直至达到所需温度。
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D 施工注意事项①
(1)耐火浇注料应存放在干燥的仓库内,应采取防潮、防雨雪措施; 保质期一般为6个月,超过保质期的材料应放弃不用。如果使用过 期的浇注料,将会降低使用效果。 (2〕施工所用的搅拌机具必须是耐火材料专用的强制式搅拌机,禁 止使用建筑用搅拌混凝土机具;对超过200Kg以上的浇注料禁止在 地面人工混料,该种情况易造成混料不均,颗粒偏析,加水量高, 强度低,使用效果差。 (3〕加水时必须采用水桶或标定容器,加水量应严格控制在我厂所 要求的范围内;禁止使用水管直接加水,该种情况易使浇注料偏 稀,浇注体在烘烤后,气孔率偏高,导致浇注体强度不能达到预 期目标,使用效果大打折扣。
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D 施工注意事项②
(4〕养护期间,禁止向浇注体洒水,易产生表面裂纹,影响使用效 果;浇注体视其产生足够强度后方能脱模,否则,易产生蹋落事 故。 (5〕烘烤时应严格按我厂所提供材料的烘烤制度进行烘烤,若开始 烘烤时便采用过大的火,浇注体内水分蒸发过快,产生强大的蒸 气压大于浇注体表面抗张强度,轻者产生裂纹,重者将产生大块 崩落。当出现此种情况时,应将崩落处用风镐清理出足够大的沟 槽,然后坐上胎模用浇注料修补,具体施工方法与上述相同。 (6〕若以碱性涂料作工作衬,因涂料质量波动或其它原因造成造成 不易翻包时,禁止使用天车吊包往地面剧烈摔包。频繁剧烈摔包 将导致永久衬开裂,甚至会有某一处衬体产生脱落,影响使用寿 命;因裂纹形成易产生孔洞,容易造成穿钢事故。
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完整的中间包永久层

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四、中包涂料 A 中间包工作衬用耐材有: u硅质、镁质绝热板 u镁质、镁钙质中间包涂料、
无磷涂料

u中间包干式料
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镁质绝热板砌筑的中间包

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B

涂料替代绝热板的原因

a) 涂料使用寿命长,一般可达到10小时以上,而硅质绝热板一般只 能使用5~6小时,可满足连铸多炉连浇的需要; b) 镁质涂料其化学组成能满足各钢种的冶金浇铸条件,可防止钢水 增氢、增碳和形成夹杂物,有利于净化钢水; c) 涂料易涂抹,可采用机器喷涂,省工省力,工人劳动强度低,便 于翻包; d) 涂料长寿命化,使中间包残留的钢水降低;铸坯切头切尾减少, 为钢厂创造可观的经济效益; e) 涂料长寿命化,使炼钢炉冶炼速度加快,钢产量提高,间接为钢 厂创造效益; f) 涂料易保存,而绝热板在运输和安装时容易破损。
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无磷涂料
目前国内无论是镁质还是镁钙质涂料其结合剂均 采用磷酸盐结合,按照中间包的操作条件计算,将使 钢液中磷的重量百分比含量增加0.001%~0.002%, 根本无法满足生产高档不锈钢产品的需要,镁质无磷 涂料就适应这一需要而产生。
MgO 化学成份 110℃×16h SiO2 体积密度(g/cm3) 线变化率(%) 抗折强度(MPa) 耐压强度(Mpa) 体积密度(g/cm3) 1500 ℃×3h 线变化率(%) 抗折强度(MPa) 耐压强度(MPa) >80% >4% 1.8~2.0 <0.2 >1.5 >5 1.9~2.1 <-3.5 >3 >10

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濮耐公司镁(钙)质涂料理化指标
指标与牌号 化学成份 %,≥ 体积密度 g/cm3,≥ 耐压强度 MPa,≥ 线变化率 MPa,≥ MgO CaO 110℃×16h 110℃×16h 1500℃×16h 1500℃×16h 中间包涂料 PN-GS 80 1.8±0.2 4 6
-2.0±0.5

无磷涂料 PN-GSC 65 10 1.8±0.3 5 8
-2.0±0.5

PN-GS20 80 2.1±0.2 5 8
-2.0±0.5

PN-WP1 80 1.9±0.2 4 8
-2.2±0.55

施工加水量(%)

27±3

20±3

18±3

20±3

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C

涂料烧结翻包困难原因探讨

(1)与永久层耐火材料发生反应烧结。永久层耐材若是水玻璃结合浇注料, 在连续高温长时间工作下,水玻璃析出与镁质涂料中的成分发生反应,进 而烧结在一起,随着时间延长,烧结层很厚。 (2)烘烤温度达不到要求导致涂料吸热烧结。由于在浇钢前,涂料没有烘烤 到1000℃以上,且在浇铸前,因调试塞棒、中包移动等因素导致中包温度 降低,当钢水进入中包时,涂料吸热过多有可能导致其烧结严重。 (3)中间包覆盖剂渗入涂料的气孔中,并和涂料发生反应烧结。当使用碱性 涂料作工作衬时,其中包覆盖剂也应为高碱度渣,若是低碱度、偏酸性的 渣子,则在更换钢包时随着液面的上升、下降使包壁涂料遭到大面积侵蚀 和渣渗透,而渣渗透后和涂料发生反应烧结,使涂料在高温下的热导率提 高,钢水的热量更多地传递给涂料致使涂料烧结层加厚;在长时间浇钢的 情况下使涂料全部烧结,并且与永久衬烧结在一起,造成翻包困难。对于 翻包后中包局部永久衬表面呈一片一片的黑印,和此因素有关。
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使用完毕准备翻包的中包

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待翻包的中包

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D

中包涂料施工方法

(一) 施工准备
① 涂抹前清理干净中间包内的灰尘及其杂物,并清除包壁上粘附的残渣、 残钢,永久衬有损坏的部位应修复好。 ② 中间包需烘烤至60~80℃,以利于涂抹。连续使用的热包可不作烘烤处 理,但必须待其温度降至60~80℃左右时方可涂抹。 ③ 宜采用强制式搅拌机,使用前必须清理干净。 ④ 准备好称量水用具及涂抹工具。 ⑤ 将安放中间包水口座砖的周围清理干净,将水口座砖安放好;将水口外 表面涂以火泥并将其座在水口座砖内,用一铁片或圆筒将水口座砖盖住, 以防涂料进入水口内。 ⑥ 在冲击区位置铺一层涂抹料,将专用冲击板砌好。 ⑦ 将挡渣墙和坝吊入中间包内,在指定位置安装牢靠。
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(二) 施工方法
a) b) c) d) e) f) g) 每次搅拌量以不超过搅拌机公称容量的20%为宜。 用水温在15~35℃的清洁自来水作混练用水。 往搅拌机里倒料时,发现有雨淋或受潮结块现象的料不得使用。有碎内衬袋、 扎口绳等杂物应将其拣出。 干料搅拌2~3分钟后加水,用水桶或标定容器加入规定水量的90%,搅拌5分钟 后,视情况再加水(或不加水)调整至适宜涂抹程度。 涂抹准备:将搅拌好的料置于中间包内进行涂抹施工。 座砖周围填缝:将涂抹料或其它膨胀料填充在每个水口座砖周围,然后用钢钎 或涂抹工具将其捣固密实。 包壁涂抹:涂抹时,应首先涂抹包壁。先在中间包永久衬上均匀涂上一薄层, 确认涂料初步凝固并能够挂住下一层涂料时,方能涂抹,直至达到需要的厚度。 渣线部位所用涂料适当涂厚一些。包壁参考厚度:渣线部位50~60mm,其它部 位30~40mm。 包底涂抹:待包壁涂抹完毕后,开始涂抹包底,涂抹时由中间包两头向中间逐 渐涂抹,要求涂抹厚度一次性达到要求。冲击区部位所用冲击板上方需涂抹一 定厚度的涂料。全部涂抹完毕后,施工人员从冲击区位置离开。
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h)

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涂料涂抹施工照片

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(三) 养护和烘烤
涂抹料施工完毕后,在环境温度15~35℃范围内自然干燥 2~8小时进行烘烤;在环境温度低于上述温度范围时,自 然干燥时间需适当延长,最好能够创造条件使环境温度提 高。 濮耐公司生产的涂抹料在经过足够的自然干燥时间后适于 快速烘烤。但小火烘烤阶段,必须严格控制其火势,以防 形成大火烘烤造成涂料崩塌。具体烘烤要求如下: 小火(室温~500) 中火(500~800) 大火(800~1000以上)
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烘烤2小时; 烘烤2小时; 烘烤2小时。

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(四) 施工注意事项
① 镁质碱性涂抹料应储存在干燥的仓库内或现场。对于受潮结块 的涂抹料不得使用。由于碎内衬袋、扎口绳等杂物的混入,在 烘烤后易形成孔洞,在使用中容易造成穿钢事故。 中间包永久衬其温度应严格控制在60-80℃范围内,才能充分 发挥涂料涂抹性能。如果温度过低或中间包呈凉包状态,涂抹 料凝固缓慢,再次涂抹易产生蹋落现象,而且影响施工速度; 如果永久衬温度过高(如大于100℃以上),新涂抹的涂料中水 分会快速蒸发,所产生的蒸气压将向外排斥涂料,导致涂料不 能很好地粘附在永久衬上。 对于新打结的中间包永久衬,在烘烤完毕后其表面光滑,不易 涂抹。但使用1次或若干次后永久衬表面会变得粗糙而易于涂料 涂抹。 当中间包永久衬出现局部或大面积破损时,应当用快干型浇注 料将其修补好,并经快速烘烤后方可投入使用。
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(四)施工注意事项
⑤ 涂抹料在烘烤时,要严格按照我厂所提供的烘烤曲线进行。采用 小火烘烤时,一定要控制住火焰大小,切不可将烧嘴开得过大, 否则容易将涂抹料烤崩;涂抹料涂得较厚时(包壁厚度>60mm), 应当适当延长烘烤时间,使涂抹料烘透,否则在承接钢水后易产 生蹋落事故。 以碱性涂抹料作工作衬时,中间包覆盖剂宜采用高碱度渣,不得 使用偏酸性或酸性很大的覆盖剂。如果覆盖剂碱度偏低,将导致 工作衬渣线侵蚀严重,并随中间包钢水液面的波动其受侵蚀面积 将扩大,此时涂抹料与永久衬烧结在一起,不利于翻包。 在未采用长水口保护浇注的情况下,钢包注流极易产生散流或偏 流,该散流穿透冲击区侧面的工作衬和永久衬,在该部位易产生 穿钢事故。出现该种情况时,应采用护板(以浇注法成型的预制 件)充当工作衬砌在冲击区侧面,以抵挡散流冲击,从而避免穿 钢事故的出现。
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E
① ② ③ ④ ⑤

机喷涂料施工要点

准备工作同前面涂抹料一样,中包的温度应当控制在200℃左右 时方可开始喷涂,若是新永久衬则需烘烤到该温度; 安装好座砖并盖住后喷涂包壁,一般分三层进行,第一层为 5mm左右,第二层可达到20mm左右,第三层达到需要的厚度; 厚度检测可用φ2mm钢针做成探针,插到永久层表面并检查厚 度,对厚度不够的地方要补喷; 包壁喷完后喷包底,最后安装冲击板、挡渣板、水口、塞棒等; 安装完毕,盖上包盖,让涂料自然干燥。

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中间包涂料喷涂机

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印度jindal用中间包涂料喷涂机

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喷涂施工照片

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喷涂施工照片

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喷涂好的中包照片

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五、中包干式料
如前所诉,中包负责钢水从钢包到结晶器之间的分配 和整流,并在炼钢工艺的最后阶段起着精炼炉的作用。在 浇钢过程中,特别是钢水的再加热和气体搅拌以及喂丝等 新技术的成功应用,中间包渣线等关键部位的侵蚀更加严 重。可以说中间包涂料渣线部位的侵蚀已成为制约中间包 使用寿命提高的关键因素。在1510-1580℃钢水温度和300800min甚至更长时间的浸泡下,中包涂料被冲蚀到钢水中, 由于来不及排除而往往形成夹杂物存在于钢液中,影响钢 水的洁净度,而且由于钢水温度的提高和多炉连浇时间的 延长,熔渣侵入涂料中形成烧结层并与永久层烧结,使中 间包使用后的翻包和清渣工作变得越来越难。 针对该现状, 近几年出现了干式料以适应钢厂的需要。
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A 中包干式料概述
干式料是不加水或液体结合剂而用振动法成型的不定形耐 火材料。在振动作用下,材料可形成致密而均匀的整体, 加热时靠热固性结合剂或陶瓷烧结剂使其产生强度。干式 振动料是由耐火骨料、粉料、烧结剂和外加剂组成的。其 特点为:此种材料在振动力作用下易于流动,其中粉料即 使在很小的振动力作用下也能填充颗粒堆积间的极小孔隙, 获得具有较高充填密度的致密体。使用中靠加热形成一层 具有一定强度的使用工作面。而非工作面仍有部分未烧结 呈原致密堆积结构。这种结构有助于减少由于膨胀或收缩 而产生的应力;有助于阻碍裂纹的扩散与延伸;有助于阻 止金属熔体的侵入,且便于拆包清理。这种材料用振动方 法在施工现场施工,施工简便、施工期短、无需养护和烘 烤,可直接快速升温使工作层烧结投入使用。
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B

干式料的特点

u 快速施工,采用合适的施工方法可以在几分钟内完成作业,大大降低了 工人的劳动强度,减少了人为因素带来的安全隐患。 u 干法成型,无需长时间烘烤即可投入使用,降低了能耗,大大的加快了 中间包的周转速度。 u 良好的抗侵蚀性能,提高了内衬寿命,满足了长时间浇钢的需求,大大 降低了炼钢成本。 u 依靠酚醛树脂作结合剂来获得脱模强度,减少了磷的污染,净化钢水, 可满足冶炼不同钢种的要求,但树脂结合的干式料容易增碳。 u 在各个温度条件下有合理的线变化,容易翻包。 u 与使用涂料相比,中间包干法施工克服了手工涂抹的缺点,尤其是在使 用寿命上的大幅度提高满足了钢铁行业连续化操作的要求,近几年来得 到了快速的应用,已经呈现出全面取代中间包涂料的趋势。
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C 中包干式料施工方法
(一)施工准备
① 首先清理干净胎模,并在其四周刷上一层用机油或水 搅拌均匀的石墨粉,然后让胎模自然风干。在胎模上 按要求位置装上能正常工作的振动电机,安装后要仔 细检查是否牢固,防止在使用中各紧固件松动; ② 等中间包温度降低到50℃以下方可施工,永久层必须 清理干净,不能粘附有残余涂料或粉尘,不得向中间 包内洒水; ③ 准备好需要使用的涂料。

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(二)施工方法
① 首先装上中间包水口座砖,保证其上平面在同一平面 上,然后向包底均匀倒入干式料,在水口座砖周围捣 打严实。一层层捣打或者采用平板振动将包底材料捣 实,材料施工高度要求略高于水口座砖上表面,这样 有利于胎模与包底材料充分接触; ② 包底施工完毕,将胎模坐入中间包内,坐模时要保证 胎模两侧与永久层的间隙厚度相同; ③ 沿侧壁不同位置均匀倒入干式料,一边倒一边用振动 棒沿胎模四周拖动,使干式料充分排气,减少胎模振 动过程中材料的偏析; ④ 一层一层施工,直至干式料填充整个间隙,并让干式 料高度高于永久层高度;
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(二)施工方法
⑤ 开动胎模内的振动电机,振动时间在5~10秒,然后 用辅助手动振动电机沿着中间包振动一圈; ⑥ 加入干式料填充因振动而留下的空隙,并将顶部干式 料充分压实或捣实; ⑦ 点燃胎模内的烧嘴进行加热,胎模温度控制在200~ 300℃之间,加热时间1~2小时; ⑧ 待胎模冷却后,用行车将胎模拔起,拔模时要防止将 工作衬包沿损坏; ⑨ 使用前,直接用大火烘烤1小时左右,达到1000℃以 上时即可使用。
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六、挡渣墙系列耐火材料
中间包容量与中间包钢水流量求出的钢水停留时间称为理论停留 时间。然而实际生产中,中间包内钢水流动是不均匀的,有的地方快, 有的地方慢,尤其是中间包底部区域存在有不活跃的钢水停滞区,夹杂 物上浮困难。钢水在中间包的实际平均停留时间要比理论的平均停留时 间要短些。为了充分有效的利用中间包容积,促进夹杂物上浮,采取的 措施是在中间包加挡墙和坝,其目的是: u 消除中间包底部区域的死区; u 改善钢水流动的轨迹,使流动沿钢渣界面流动,缩短夹杂物上浮距离, 有利于渣子吸收; u 将钢包注流冲击所引起的强烈涡流限制在局部区域,防止紊流扩散引起 表面波而把渣子卷入钢水内部。 试验指出:中间包使用挡渣墙和坝以后,提高了钢清洁度水平。 不用挡渣墙板坯表面铝酸盐夹杂为2.9%,加挡渣墙为2.1%,使用挡渣 墙和坝,板坯表面夹杂由2.1%减到0.3%。
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冲击槽对钢水流速的影响

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镁质挡渣墙的优点
挡渣墙在材质上主要有镁质、高铝质和尖晶石质。其 中,镁质挡渣墙的优点如下: u 具有良好的抗热震性; u 在工作温度下具有最佳的热态强度; u 浸泡在钢水中,PO2含量低时强度高; u 带入到钢水中氧含量少,比高铝质挡渣墙减少80%; u 吸收夹杂物中的Al2O3,在挡渣墙表面形成尖晶石; u 成本较低。

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中间包冲击板和挡渣板

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挡渣板及冲击板理化指标
牌号 PN-T33 PN-T39 PN-SK4 PN-SK8 PN-SK6
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化学成分 %,≥ MgO+Al2O3

体 积 密 度 耐 压 强 度 抗 折 强 度 线变化率 g/cm3,≥ MPa,≥ MPa,≥ % 110℃×3h 110℃×3h 110℃×3h 110℃×3h

80 80 82 88 90
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2.9 2.9 3.0 2.9 3.0

60 60 80 80 50

8 10 10 10 7

±0.1 ±0.1 ±0.1 ±0.1 ±0.1

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水口座砖及镁质填缝料理化指标
理化指标 化学成分 % MgO+Al2O3 110℃×16h 1500℃×3h 110℃×16h 耐压强度MPa 1500℃×3h >60 >10 PN-T33 >80 >2.8 >2.75 >40 PN-RM2 >88 >2.60 >2.54 >28

体积密度 g/cm3

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七、中包覆盖剂
中间包覆盖剂的功能是:(1)绝热保温防止散热; (2)吸收上浮的夹杂物(如Al2O3 、钙铝酸盐);(3)隔 绝空气,防止空气中的氧进入钢水,杜绝二次氧化。 在中间包加碳化稻壳,可完成上述第1和第3两个作用, 而稻壳灰不能在钢液面形成液渣层,故不能完成第2个作用。 然而,对于产品质量要求严格的钢种,必须降低钢中非金 属夹杂物含量,尤其是Al2O3 夹杂,以防止产品出现裂纹和 黑线等缺陷。为此中间包衬采用碱性耐火材料(镁质绝热 板或镁质涂层),中间包采用双层覆盖渣,即钢水面上熔 融保护渣子发挥吸收Al2O3 等夹杂的作用,再加稻壳灰起绝 热保温作用。
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八、结晶器保护渣
中间在浇注过程中,要向结晶器钢水面上不断添加粉末状或颗粒状渣 料,称为保护渣。保护渣的作用有以下几方面: (1)绝热保温防止散热; (2)隔开空气,防止空气中的氧进入钢水发生二次氧化,影响钢的质量; (3)吸收溶解从钢水中上浮到钢渣界面的夹杂物,净化钢水; (4)在结晶器壁与凝固壳之间有一层渣膜起润滑作用,减少拉坯阻力,防 止凝壳与铜板的粘结; (5)充填坯壳与结晶器之间的气隙,改善结晶器传热。 一种好的保护渣,应能全面发挥以上五个方面作用,以达到提高铸坯 表面质量,保证连铸顺行的目的。
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保护渣对连铸坯质量的影响
A铸坯表面纵裂纹:纵裂纹是来源于结晶器弯月面区初生坯壳厚度的不均匀性。 钢水面上液渣不能均匀流入分布到铸坯四周,导致凝固壳厚薄不均,在坯壳较 薄之处容易产生应力集中,当应力超过凝壳的高温强度时就产生了裂纹。 研究指出,结晶器钢液面上的液渣层保持5~15mm,可以显著减少板坯表面纵 裂纹。纵裂还与渣子粘度(η)、熔化速度(t)和拉速(v)有关。η∕t比值 愈大,纵裂指数愈小。如渣子温度1300℃,η∕t=1,纵裂指数为6,η∕t=2, 纵裂指数为0。有人认为:对连铸板坯η·v控制在2~3.5。方坯η·v控制在5,可 使渣膜均匀,传热稳定,润滑良好,可显著减少裂纹。 B夹渣:铸坯夹渣可分为表面夹渣和皮下夹渣。夹渣尺寸大小不等。由几毫米到 十几毫米,夹渣在表面深浅也不一样。夹渣严重危害产品表面质量,因此在热 加工之前必须予以清除。结晶器坯壳卷入渣子,是夹渣的重要来源。如坯壳表 面形成了渣斑,此处导热性差、凝壳薄,形成了一个高温“热点”,是造成出 结晶器坯壳漏钢原因之一。铸坯表面夹杂物组成主要是钙长石和钙黄长石,这 两个化合物中Al2O3均大于20%,它们熔点分别为1550℃和1590℃,容易使渣子 结团。在结晶器液面波动太大,浸入式水口插入太浅,液面翻动会把渣子卷入。
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大方坯、矩形坯连铸保护渣预熔型中空颗粒系列 连铸结晶器保护渣

适 用 钢 种 : 普 碳 、 优 碳 、 低 合 金 。 适 用 断 面 : 180mm 、 200mm 、 240mm 、 300mm 、 280×320mm 、 319×410mm 适用拉速:0.6—1.5m/min

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A 保护渣熔化模式
粉渣层-烧结层-液渣层 添加到结晶器高温钢液(1500℃左右)面上低熔点的渣粉,靠钢液提 供热量,在钢液面上形成了一定厚度的液渣覆盖层(约10~15mm), 钢水向粉渣层传热减慢,在液渣层上的粉渣受热作用,渣粉之间互相烧 结在一起形成所谓烧结层(900~600℃),在烧结层上粉渣接受从钢水 传递的热量更少,温度低(小于500℃),故保持为粉状,均匀覆盖在 钢水面上,防止了钢水散热,阻止了空气中的氧进入钢水。 在拉坯过程中,由于结晶器上下振动和凝固坯壳向下运动的作用,钢 液面的液渣层不断通过钢水与铜壁的界面而挤入坯壳与铜壁之间,在铜 壁表面形成一层液体渣膜,这层液体渣膜在结晶器壁与坯壳表面起润滑 作用,就象马达轴转动时加了润滑油一样。同时,渣膜充填了坯壳与铜 壁之间的气隙,减少了热阻,改善了结晶器的传热。 着拉坯的进行,钢液面上的液渣不断消耗掉,而烧结层下降到钢液面熔 化成液渣层,粉渣层变成烧结层,再往结晶器添加新的渣粉,使其保持 为三层结构,如此循环,保护渣粉不断消耗。
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B 影响保护渣吸收钢水中夹杂物的因素
浸入式水口注流在结晶器内引起钢水对流运动,上浮到结晶器钢渣界 面上的夹杂物,由于结晶器液面的波动,可能会被卷入到凝固壳,造成 铸坯皮下夹杂或表面夹渣,影响表面质量。因此,希望上浮到钢渣界面 的夹杂物很快就被液渣层吸收、溶解。 要使上浮到钢渣界面的夹杂物,迅速转移到液渣中去,这个过程决定于: (1)钢渣界面接触面积; (2)液体渣的粘度; (3)渣子溶解夹杂物的能力。 也就是说,渣子流动性越好,钢渣接触面积越大,夹杂物就越易进入渣中。 只要夹杂物一进入渣中,渣子能迅速吸收溶解。而渣子溶解夹杂物的能 力主要决定于渣子化学成分,也就是CaO和SiO2 的含量,以及渣中原始 Al2O3的含量。
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B 影响保护渣吸收钢水中夹杂物的因素
试验表明,碱度增加,渣子溶解Al2O3夹杂物能力增大,当碱度大于1.1 时,则溶解Al2O3 能力下降;渣中原始Al2O3 含量大于10%,则渣子溶解 Al2O3 迅速下降。因此配制保护渣时,应使渣子CaO%与SiO2%之比在 0.9~1.0,原始的Al2O3含量尽可能低,一般应小于10%。 对于结晶器钢水面上液渣层对Al2O3 夹杂溶解能力,有研究指出:当 CaO%/SiO2%=0.9~1.0时,渣中Al2O3 含量大于20%,就有高熔点的化合 物析出,使渣子熔点升高,粘度增大,也就不能再吸收上浮的夹杂物。 然而,在浇注过程中,结晶器保护渣不断消耗,也不断吸收上浮夹杂 物,而使渣子被Al2O3 富集。为了保持渣子具有良好的吸收Al2O3 能力, 而又不改变渣子性能,可采取以下措施: (1)配制渣粉时,选择合适原料,应尽可能降低原始渣中的Al2O3含量; (2)适当增加渣粉消耗,冲稀渣中Al2O3含量; (3)浇注过程中随渣中Al2O3富集,可采用结晶器换渣操作。
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C 结晶器液渣层厚度的作用及其测定方法
保护渣要达到良好的使用效果,必须有合乎实际需要的液 渣层厚度。液渣层过厚或过薄都会使板坯产生表面纵裂纹。 根 据 理 论 计 算 指 出 , 拉 速 小 于 1m/min , 液 渣 层 厚 度 为 5~7mm,拉速大于1m/min,液渣层厚度为7~15mm。这与生 产实践所测的临界液渣层厚度是一致的。 在生产中测定液渣层厚度的方法:把一根钢丝和一根铜丝 (或铝丝)绑在一起,插入结晶器渣层中,由于液渣层比 铜的熔点高,所以铜丝熔化,量出铜丝熔化的长度即为液 渣层厚度。由于板坯结晶器断面各点钢水温度是不一样的 (如浸入式水口区域和结晶器边部),液渣层厚度也不相 同,因此可测定不同位置的液渣层厚度。
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D 保护渣用主要原料
u 基础渣料:含CaO、SiO2 、Al2O3 基本渣料。有水泥、水泥 熟料、硅灰石、长石、石英、电厂烟道灰、高炉渣、电 炉白渣等。按CaO-SiO2 -Al2O3 三元相图,这三种化合物 成分范围是:CaO10~38%,SiO240~60%,Al2O3 小于10%。 熔点高于1300℃以上。 u 助熔剂辅助材料:有烧碱、萤石、重晶石、冰晶石、硼 砂、碳酸锂等。加入量的多少视其渣子熔点而定。 u 熔速调节剂:有天然石墨、碳黑、灯黑等。加入量为5~7 %。

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E 连铸保护渣的主要类型
① 生产工艺流程为配料、破碎、球磨、混合。保护渣有四种类型: 粉状保护渣:是多种粉状物料的机械混合物。在长途运输过程中, 由于受到长时间的震动,使不同比重的物料偏析,渣料均匀状态受 到破坏,影响使用效果的稳定性。同时,向结晶器添加渣粉时,粉 尘飞扬,污染了环境。 颗粒保护渣:为了克服污染环境的缺点,在粉状渣中配加适量的粘 结剂,做成似小米粒的颗粒保护渣。制作工艺复杂,成本有所增加。 预熔型保护渣:将各种造渣料混均后放入预熔炉熔化成一体,冷却 后破碎磨细,并添加适当熔速调节剂,就得到预熔型保护渣。预热 保护渣还可进一步加工成颗粒保护渣。预热保护渣制作工艺复杂, 成本较高。但优点是提高保护渣成渣的均匀性。 发热型保护渣:在渣粉中加入发热剂(如铝粉),使其氧化放出热 量,很快形成液渣层。但这种渣成渣速度不易控制,成本较高,故 应用较少。
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② ③



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① ② ③

化学成分:各牌号的保护渣,应分析化学成分,各氧化物的含量应在所规定的 范围内,这是最起码的指标。 熔化温度:将渣粉制成?3×5mm的试样,在专门仪器上把试样加热到圆柱体变 为半球形放电温度,定义达到半球点的温度叫熔化温度。 粘度:它表示渣粉熔化成液体的流动性能。而渣子流动性对熔渣吸收夹杂物和 坯壳的润滑效果有重要影响。通常是用扭摆粘度计或旋转粘度计测定1300℃渣 子的粘度,来比较不同渣子的流动性。 熔化速度:熔化速度是衡量渣子熔化过程的快慢,关系到结晶器钢液面上能否 形成稳定的三层结构和需要的液渣层厚度。熔速可用标准试样在规定温度(如 1300℃或1400℃)下完全熔化成液体所需的时间来表示。也可用一定的保护渣 粉,加热到规定温度,在单位面积和时间内形成液渣量来表示。 铺展性:它表示粉渣加到钢液面上的覆盖能力和覆盖的均匀性。可以用一定容 积内的保护渣粉,从规定高度下流到平板上铺散的面积来衡量。 水分:保护渣粉容易受潮。吸附水分量超过规定要求(如0.5%),渣粉会结 团,危及使用效果。
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F 连铸保护渣的主要理化性能



⑤ ⑥

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G

连铸保护渣使用时应控制内容

(1)渣粉外观,用手捏渣粉成团,说明渣子含水分过多,不能使用。 (2)加入结晶器钢液面的状况:一般要求渣子表面呈灰色(表面温度约400℃)而 不是红色(表面温度约800℃),逸出火苗不要太高,约20mm。 (3)结晶器四周渣圈的情况:靠近钢水弯月面处,保护渣的温度约 1200~1300℃, 随结晶器振动,此糊状层愈粘愈厚形成了所谓渣圈。渣圈严重时会妨碍液渣向 弯月面渗漏到铜壁与坯壳之间,成为纵裂纹的起因。因此及时用铁棒清除渣圈。 液渣层薄,钢液面波动大,渣子隔热性能不良有利于渣圈。 (4)渣层的厚度:用铜丝或铁丝测定结晶器不同位置液渣层厚度,保持在 10~15mm左右,说明渣子有良好的熔化性能。 (5)保护渣粉的消耗量:可以用浇注单位重量钢水所消耗的渣量(kg/t)或单位铸 坯表面积所消耗的渣量(kg/m2)来表示。渣子消耗量决定于铸坯断面、拉速、 振动等因素。一般是:0.5~0.7kg/t或0.3~0.4%kg/m2。 (6)检查铸坯表面质量:如铸坯表面有纵裂、夹渣等缺陷,这说明要改进保护渣 质量。
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