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连铸中间包用干式料的发展概况

摘要从连铸中间包干式料的材质、结合剂和抗渗透剂等三个方面阐述了干式料的研究进展。目前主流的干式料材质为镁质，并逐渐向镁钙质和镁硅质干式料发展。干式料在使用过程中加入低中温结合剂，使其在浇钢时烧结致密。在干式料中加入抗渗透剂来改善干式料的抗渣性能，也是中间包干式料的研究方向。
关键词中间包，干式料，材质，结合剂，抗渗透剂

自从连铸工艺诞生以来，中间包就发挥着不可替代的作用，而工作衬是保护其正常安全运行的基础。连铸中间包工作衬的发展可以分为四个阶段[1]：无工作衬阶段、绝热板阶段、涂抹料或喷涂料阶段和干式料阶段。干式料作为第四代连铸中间包工作衬材料，兼有绝热板和喷涂料的优点，具有施工方便、升温速度快、长寿和脱包容易等优点，自20世纪90年代开始应用以来，引起广泛关注。干式料的材质、低中温结合剂和高温抗渗透剂是影响其现场使用性能的关键。

1中间包工作衬耐火材料的基本要求
中间包工作衬与钢液直接接触，必须具备以下要求[2]：
1)具有良好的抗渣侵蚀性和抗渣渗透性。
2)具有良好的高温性能，即具有较高的耐火度和一定的高温强度；在高温条件下应具有良好的化学稳定性，不会对钢液产生二次氧化和污染；还应具有一定的冶金功能，与钢液中的夹杂物反应，吸收钢液中的N、S、P以及非金属氧化物夹杂。
3）具有良好的抗热震性和体积稳定性，与钢水接触时不炸裂，使中间包具有良好的整体性。
4）具有较小的体积密度，较低的导热系数，较好的保温性能，有助于减少中间包的热损失，保持中间包钢液温度的稳定。
5）施工设备简单，施工方便。良好的烘烤适应性，可以快速烘烤或无需烘烤而直接投入使用，增加中间包的利用率，延长中间包的使用周期，减少备用包的数量。
6）容易与永久层脱离，减少脱离时对中间包永久衬的损坏，延长中间包的使用寿命。

2中间包干式料的材质
根据中间包工作衬耐火材料的基本要求以及耐火氧化物及其化合物中金属元素在钢液中的浓度与钢液中平衡氧含量的关系图[3]，ZrO2、CaO、MgO、MgO·A12O3、2CaO·SiO2、2MgO·SiO2、白云石等都是较为理想的中间包工作衬材料，其对应的金属元素在钢液中的浓度低，产生的氧化物夹杂少，不会造成对钢液的二次氧化。从冶金学的角度来看[2]，MgO-CaO质耐火材料对钢水有良好的冶金作用，能降低钢液中的P、S以及非金属夹杂物，但由于CaO会随着反应的进行而逐渐消耗，在耐火材料中形成孔隙，对材料的抗侵蚀性不利。同时，MgO-CaO质耐火材料和CaO质耐火材料的烧结性差，材料的中温强度较低，若采用烧结剂又会降低耐火材料在高温下的抗渣侵蚀性。
目前，中间包工作衬的材质仍以镁质为主。然而，随着镁砂资源的日益枯竭和镁砂价格的迅速攀升，国内外都在寻求能够替代镁砂的新材料。
镁橄榄石是一种MgO-SiO2系耐火材料，其化学式为2（Mg,Fe）O·SiO2。其中，MgO的质量分数约为45%～50%，SiO2的质量分数约为40%，Fe2O3的质量分数约为7%，还含有少量的CaO、Al2O3等杂质。由于橄榄石的耐火度较高，被广泛地应用于电炉出钢口填料、混铁车和盛钢桶内衬等。目前，世界上橄榄石的年产量约500万吨以上，其中，挪威占80%，瑞典、奥地利、意大利、西班牙、独联体国家、巴基斯坦、日本以及中国都有较大的橄榄石矿。我国的橄榄石矿分布较广，河南西峡、湖北宜昌、陕西商南、内蒙以及辽东等地均有出产。
由于国外的镁砂资源相比国内紧缺，早在20世纪80年代时起就开始研发含橄榄石工作衬。而中国的镁砂资源相对较为丰富，开采成本较低，加上镁质耐火材料的优良特性，使得国内长期以来一直以镁砂为中间包工作衬的主要材质。然而，随着中国钢铁行业的迅速发展以及世界炼钢重心向中国的转移，镁砂资源的短缺使得国内外逐渐开始大规模开发橄榄石以替代镁砂。
CRobert等人[4]使用生橄榄石为原料直接替代镁砂，获得了一种高质量的中间包工作衬耐火材料。该配方中，生橄榄石的质量分数高达50%以上。生橄榄石是一种很好的中间包内衬用天然原料。由于无需预烧，能够设计生产成本低、效益好的产品。目前，为适应不同钢厂的工艺条件，已经研发了天然镁橄榄石含量（w）从20％到50％的系列产品。晶型转变的热力学分析表明，低共熔点的钙镁橄榄石含量取决于CaO含量，而纯橄榄石总是增加SiO2含量，不会增加CaO含量。另外，纯橄榄石不用预烧，在干燥和加热过程中容易脱水，这被认为是纯橄榄石用作中间包工作衬材料的一个优势。用50％的纯橄榄石取代镁砂，可降低20%的成本。
宋世锋[5]等根据中间包工作衬的使用条件和使用要求，采用生产能耗低的镁橄榄石替代部分镁砂用于中间包工作衬中，通过对橄榄石种类、添加量、添加方式、原材料颗粒级配以及结合体系的研究，成功研制出了橄榄石含量（w