自从连铸工艺诞生以来，中间包就发挥着不可替代的作用，而中间包工作衬是保护中间包正常安全运行的基础。连铸中间包工作衬的发展可以分为4个阶段: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。干式料作为连铸中间包第4代工作衬材料，兼有绝热板和喷涂料的优点，具有施工方便、开温速度快、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。

01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，必须满足以下要求：

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，较低的热导率，较好的保温性能，有助于減少中间包的热损失，保持中间包钢液温度的稳定。

5) 施工设备简单，施工方便;具有良好的烘烤适应性，可以快速烘烤或无需烘烤而直接投入使用，增加中间包利用率，延长中间包使用周期，減少备用包数量。

6) 容易与永久层脱离，減少脱离时对中间包永久衬的损坏，延长中间包的使用寿命。

02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，ZrO2、CaO、MgO、 MgO • Al2O3、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。从冶金学角度来看，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铬的迅速攀开，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(MgO) =45% ~ 50%， SiO2) = 40%，(Fe2O3 ) = 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在500万t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。

由于国外镁砂资源比较紧缺，因此，国外早在20 世纪80年代起就开始研发含橄榄石的中间包工作衬。而中国的镁砂资源相对较为丰富，并且开采成本 较低，加上镁质耐火材料的优良特性，因此，我国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，我国镁砂资源也变得短缺，使得国内逐渐开始大规模开发橄榄石以替代镁砂。

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从20%到50%的系列产品。低共熔点的钙镁橄榄石含量取决于CaO含量，而纯橄榄石只增加SiO2含量而不增加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。

03结合剂的选择

干式工作衬对结合剂的要求是：在低中温烘烤时，可以通过结合剂的固化、炭化以及形成难熔的碳化物，使内衬达到较高的强度和密度;在高温使用时，可以通过结合剂的化学反应，使工作衬具有符合使用要求的强度和密度。结合剂有低温结合剂、中温结合剂等，其中低温结合剂主要起定形作用。

目前，中间包干式振动料应用最广泛且效果较好的低温结合剂是热塑性酚醛树脂，其最佳添加量在4%左右。在使用过程中，随着中间包温度的升高，酚醛树脂逐渐固化，固化后的树脂在200 ~800℃分解，释放出CO2、CO、CH4、H2及H2O等气体，同时留下固定碳，形成碳网络结构。但是，酚醛树脂残留的固定碳会给钢水带来增碳问题，而且在固化、炭化过程中产生具有刺激性气味的烟气，对现场施工工人和坏境造成一定程度的危害1:73 ;此外，目前酚醛树脂的市场价铬也较高，使干式振动料的生产成本大幅增加。

中间包用环保型干式振动料采用环保型无机结合剂或含有少量有机结合剂的复合结合剂，不仅生产成本低，而且坏境污染小。目前的环保型结合剂有硅酸钠、葡萄糖、硼酸盐、硫酸盐以及有机金属复合物，其中，硅酸钠通常和酯类添加剂复合使用，而葡萄糖则和酸类添加剂复合使用。有机金属复合物结合剂可获得较好的结合性能，以其作为结合剂的干式料对钢水的增碳量和增氢量非常低，现已在工业应用方面取得成功。

有研究指出，以葡萄糖结合的干式料具有很多喷涂料所没有的优点：所需设备价铬较低，操作比较简单;施工环境友好，污染小，浪费少;施工用时较短，包壳周转较快;碳氢含量较低，有利于洁净钢生产;永久衬寿命较长。

中温结合剂是为了保证浇钢前中间包干式衬中温(1100℃左右)烘烤后的强度。如果烘烤后衬体的强度太低，钢水的沖击有可能会导致工作衬垮塌。硼砂、氟化钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、硅微粉和铁氧化物是常用的中温结合剂。

关于中温结合剂在干式料中的使用，也有不同的观点，他们认为前面提到的中温结合剂在高温使用状态下对材料的耐用性不利。因此，在保证料层具有足够强度的基础上，强熔剂类物质的加入量越少越好。通过加入Al粉等，他们在模拟中间包烘烤试验中发现，不加中温增强剂的试验料没有出现剥落、裂纹和塌落等现象;在多家钢厂的实际使用过程中，大量減少硼砂用量的干式料也没有出现预想的问题。

04抗渗透剂的选用

镁质材料具有较好的抗高铁和高碱性熔渣侵蚀的性能，具有使用寿命长，不污染钢液的特点，已逐渐在中间包工作衬中应用，具有良好的使用效果和应用前景，但抗熔渣渗透性较差是其致命缺陷。

在熔渣渗透过程中，熔渣对干式料产生化学侵蚀，同时干式料对渗入的熔渣产生化学过滤作用，改变了熔渣的黏度和熔点，使其在工作衬热面形成附渣层和致密反应层，阻止熔渣对工作衬的进一步渗透。随着侵蚀的进行，因工作衬热面形成致密层，熔渣对镁质干式料的侵蚀主要表现为熔蚀作用。抗渗透剂在高温下能够填充气孔，提高干式料在高温下的致密程度，阻止熔渣在干式料基质中的渗透，从而提高中间包工作衬的使用寿命。

目前常用的抗渗透别有铝粉、活性氧化铝微粉、特级高铝粉、镁铝尖晶石粉、氧化铬粉、铬铁矿粉和镁铬尖晶石粉等。

铝粉的熔点为660℃,且极易氧化生成氧化铝，并产生很大的体积膨胀，生成的氧化铝体积大约是原来铝粉的2.5倍。生成的氧化铝与镁砂相互固溶，并且也有一定的体积膨胀。这两方面的体积膨胀在某种程度上可以起到填充气孔的作用。另外，金属铝粉也是常用的抗氧化剂，在干式料中可以提高树脂的残炭量，提高工作衬的耐用性。

05结语

中间包干式料由主流的镁质向镁硅质干式料发展，同时，由更加环保的葡萄糖等代替树脂做低温结合剂，改善了干式料的施工环境。另外，中温结合剂和抗渗透剂的使用提高了中间包干式料的安全性和抗渗透性能，延长了中间包干式料的使用寿命。