中間包修砌質(zhì)量的工藝優(yōu)化與應(yīng)用

張文祥 王子然 劉善喜 武曉陽

河鋼股份有限公司唐山分公司 河北唐山 063000

干式料作為連鑄中間包第四代工作襯材料，兼有絕熱板和噴涂料的優(yōu)點，具有施工方便，升溫速度快，長壽和脫包容易等優(yōu)點，自20世紀90年代開始在國內(nèi)外越來越多地應(yīng)用于連鑄中間包工作襯［1－5］。唐鋼長材事業(yè)部1＃、2＃連鑄機為6流小方坯連鑄機，中間包為“T”型結(jié)構(gòu)，均使用干式料修砌，澆鑄斷面為165 mm×165 mm，拉速為2．5～4．2 m·min－1，要求工作拉速穩(wěn)定在4．0 m·min－1。中間包的主體結(jié)構(gòu)由殼體、永久層、工作層、沖擊杯、上水口、下水口等組成，除殼體外均為一次性消耗型耐火材料，每次使用前需要對中間包耐火材料進行重新修砌。自2021年3月11日投產(chǎn)以后，由于生產(chǎn)工藝不完善以及連鑄中間包冷修操作等因素，影響了1＃、2＃連鑄機中間包修砌質(zhì)量及壽命的提高［6－7］。為了進一步提高中間包修砌質(zhì)量，從2021年開始，通過技術(shù)攻關(guān)，使得中間包修砌質(zhì)量有了大幅度的提高，鋼鐵材料消耗、能源消耗以及耐火材料、輔材消耗明顯降低。當前，中間包修砌合格率為92．5%。2021年3—7月份共修砌中間包280個，其中包壁疏松的有12個，包壁裂紋的有7個，上水口形狀不符合要求的有2個。

1 中間包修砌質(zhì)量的影響因素

1．1 包壁疏松

中間包包壁疏松主要體現(xiàn)在中間包包壁與包底接觸的位置。包壁疏松表現(xiàn)為兩種形式：一種是從包壁位置縱向延伸，形成不規(guī)則面；另一種是細長狀粉末掉落，形成“狹縫狀”。疏松有兩種原因：一是結(jié)合劑揮發(fā)，造成整體結(jié)合強度下降，尤其是最外部的；二是含有樹脂的細粉沒有將顆粒包裹住，最終造成容易掉渣。將硼玻璃粉與酚醛樹脂混合應(yīng)用于鎂質(zhì)干式料，可以較好地提高干式料的低溫烘烤強度和中溫強度［8］。

針對現(xiàn)場情況，發(fā)現(xiàn)造成中間包修砌質(zhì)量低的原因有：1）中間包布料不合理。當前中間包黏結(jié)劑配比偏低，且修砌時存在扎堆集中布料的現(xiàn)象，導(dǎo)致干式料中的大顆粒鎂砂易發(fā)生偏析。2）包胎振動時間長。當前中間包包胎使用4臺電機，為了增加渣線位置的密實度，振動時間為15 min。雖然增加了中間包干式料的體積密度，但是下部干式料骨料與粉料容易出現(xiàn)分離，干式料之間容易出現(xiàn)“架橋”現(xiàn)象，引起包壁疏松。3）中間包下部烘烤溫度低。燒嘴火焰打不到底，包胎上部溫度較高，下部溫度相對較低，導(dǎo)致即將硬化的干式料反應(yīng)溫度不夠，強度較低，最終中間包干式料下部僅形成一層料殼，而內(nèi)部卻還比較疏松。

1．2 包壁裂紋

位于中間包包頭位置的包壁出現(xiàn)橫紋。該位置的干式料厚度110 mm，裂紋深度40 mm。主要原因為：當前脫模劑涂抹次數(shù)為1次，厚度僅為0．1～0．2 mm，且涂抹不均勻，造成干式料與包胎黏連，起胎后使得干式料產(chǎn)生裂紋。胎模在提起過程中產(chǎn)生了應(yīng)力集中，這又造成表面裂紋。

1．3 上水口形狀不符合要求

當前的修包操作規(guī)程只要求水口內(nèi)不能混有雜物。操作時，工人僅用廢舊的編織袋塞在水口內(nèi)，沒有統(tǒng)一的標準，更沒有合理的模具，造成了水口內(nèi)時常殘留雜物，而且上水口形狀也不規(guī)則。

2 改進方案

2．1 優(yōu)化干式料組成、規(guī)范布料

連鑄中間包發(fā)揮著不可替代的作用，而中間包工作層是保護中間包正常安全運行的基礎(chǔ)。目前，中間包材質(zhì)均為鎂質(zhì)干式料，布料時需保證均勻性，而工作層布料的均勻性是耐火材料抗侵蝕的基礎(chǔ)。所以，從操作入手，提出以下優(yōu)化方案：1）根據(jù)陳昌平等［9］的研究，提高脫模后工作層強度以滿足施工要求，降低高溫?zé)蟮膹姸纫詽M足下線后殘襯解體的需要。將干式料中的樹脂加入量（w）控制在1%～3%；2）中間包包頭三側(cè)和中間包小面必須同時布料，嚴禁扎堆填料；3）袋裝物料最多碼放兩層，且需先布完上面第一層再布第二層，禁止在同一位置1次鋪兩袋料；若有違反或發(fā)現(xiàn)物料中有異物等情況，此中間包報廢，重新布料。

2．2 振動及烘烤工藝優(yōu)化

優(yōu)化中間包振動工藝，振動時間由15 min降低到8 min，同時加大風(fēng)鎬力度，保證渣線質(zhì)量；提高干式料內(nèi)部的各種應(yīng)力平衡作用，保證干式料的完整性和致密性，提高中間包起胎后質(zhì)量。之前烘烤時間均約2 h，干式料上沿變色1／2后停火，立即打冷風(fēng)，這導(dǎo)致即將硬化的干式料反應(yīng)溫度不夠，強度較低，干式料下部僅形成一層料殼，而內(nèi)部還比較疏松。更換燒嘴，將烤包時間由原來的2 h延長到3．5 h，再打冷風(fēng)。此后，下部干式料強度明顯提升，沒有出現(xiàn)因強度不夠掉料的情況。

2．3 脫模劑使用優(yōu)化

包胎使用的脫模劑涂抹厚度薄，造成工作層與包胎黏結(jié)，導(dǎo)致中間包起胎時工作層橫向產(chǎn)生裂紋。后續(xù)將脫模劑加水量（w）由15%降到10%，提高脫模劑的涂抹厚度＞0．5 mm，脫模劑由涂抹1次增加到2～3次，且涂抹均勻，由此可以避免產(chǎn)生起胎裂紋。

2．4 泡沫塞的設(shè)計及應(yīng)用

為減少水口內(nèi)的殘留雜物，設(shè)計修砌中間包專用水口泡沫塞。使用普通泡沫材料，設(shè)計了高145 mm，上底面112 mm，下底面180 mm，與水口座磚內(nèi)腔形狀相吻合的圓臺狀泡沫塞，以防止修砌過程中干式料流入水口內(nèi)，確保水口入口形狀成為規(guī)則的喇叭狀。隨著中間包烘烤時溫度上升，干式料產(chǎn)生了一定強度，水口入口形狀固定，泡沫塞不再起作用。依靠干式料增加其水口周圍抗沖刷和抗侵蝕能力，減少因水口周圍雜物造成的鋼渣堵眼現(xiàn)象，避免因堵眼造成連鑄機堵流的惡性事故。使用中間包專用水口泡沫塞后，鋼渣堵眼現(xiàn)象由原來的每月2次降低到0．2次，保證了連鑄高效連續(xù)生產(chǎn)。

3 應(yīng)用效果

從優(yōu)化中間包干式料組成，規(guī)范布料操作，優(yōu)化振動及烘烤工藝，脫模劑合理使用及設(shè)計中間包專用水口泡沫塞幾方面著手提高中間包修砌質(zhì)量。目前，連鑄中間包修砌合格率由92．5%提高到99．6%，提高了中間包的使用安全性，提高了工作層干式料抗剝落性和抗?jié)B透性，改善了干式料布料的均勻性，提高了干式料致密性。工作層侵蝕情況得到明顯改善，工作層大面侵蝕由原20 h侵蝕30 mm降低到目前24 h侵蝕25 mm，大大提高了中間包的使用壽命，滿足了生產(chǎn)要求。對改進后的中間包進行檢查發(fā)現(xiàn)：中間包下部干式料強度明顯提升，沒有出現(xiàn)因強度不夠疏松掉料的現(xiàn)象，已經(jīng)解決了包壁疏松、裂紋等問題。

4 結(jié)論

（1）干式料組成與布料操作對中間包工作層致密性、均勻性有影響；規(guī)范布料操作可減少中間包干式料疏松、偏析現(xiàn)象。

（2）優(yōu)化工藝，中間包振動時間由15 min降低到8 min，烘烤時間由原來的2 h延長到3．5 h，提高了鎂質(zhì)干式料在使用過程中的強度。

（3）通過設(shè)計修砌中間包專用水口泡沫塞，保證了中間包上水口使用效果，解決了因水口形狀不規(guī)則造成的鋼渣堵眼等問題。