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中间包用耐火浇注料预制件损毁原因及应用改进

发布日期： 2019-11-19 15:35:41 阅读量（1137）作者：

中间包的主要功能是稳定钢水流场，控制钢水的流动状态，有利于非金属夹杂物上浮，提高钢水的纯净度，对钢水进行分流，均匀钢水的温度，在多炉连浇时起到承上启下的作用，而镁质预制件作为中间包设备的重要组成部分也越来越受到重视。目前，随着攀钢生产能力的不断增加和对产品质量要求的逐渐提高，攀钢于2002年，在原1号和2号板坯连铸工艺的基础上又相继建成并投产了1号及2号方坯连铸。方坯中间包用的部分预制件在外形设计上比板坯的要大很多，这样用原配方生产的预制件就存在不易脱模和烘烤后产生裂纹的问题。另外，攀钢为适应市场的变化，经常变换连铸钢种。方枉连铸中间包的连续浇钢总时间比板坯普遍要长一些，且方坯钢水的平均温度比板坯钢水的平均温度要高约50〜80℃，这就对连铸中间包用预制件有了更高的要求。因此，我们立足现状，根据预制件在生产中存在的问题和具体的使用情况加以改进，研制了适应攀钢工艺要求的中间包用镁质预制件浇注料。

1、预制件的使用情况及损毁原因

1.1使用情况

现在，攀钢连铸用的预制件主要有板坯挡渣墙、冲击板方坯挡渣墙、冲中击槽及挡渣坝。板坯连铸中间包预制件的使用是上下挡渣墙各两块、冲击板一块，采用错位对称安装，冲击板安装在中间;方坯连铸中间包预制件的使用是左右挡渣墙各一块裆渣坝四块片击槽一块，挡渣墙采用V字形安装，冲击槽装在挡渣墙前面，挡渣坝左右对称安装。板坯中间包的大致使用寿命是10〜12次，每次约38min，钢水的温度一般在1450〜1500℃;方坯中间包的大致使用寿命是17〜18次，每次约35min，钢水的温度一般在1500〜1600中间包钢液约40t，钢液高度约1000mm。

1.2损毁原因

通过对预制件使用后的残存体进行观察，发现其渣线比较明显，预制件在钢水流过部位侵蚀和损毁比较严重，方坯用挡渣墙的几个流钢水孔之间的部分被全部侵蚀，且被完全冲刷掉，冲击板被钢水冲击处有明显的冲刷和剥落痕迹。经过对预制件损毁现象的分析，可得出产生这些现象的主要原因有以下几点：a、使用时钢渣的侵蚀和参与热应力的相互作用，产生裂纹乃至剥落;b、使用时的高温条件使预制件发生物相转变并伴随有体积膨胀导致其产生微小裂纹，钢渣中的低熔物随裂纹侵入产生剥落变形;c、钢液本身的压力和钢水流动时冲刷导致预制件被侵蚀剥落乃至损毁。

2、试验过程

2.1原料

根据预制件使用条件及损毁原因，浇注料选用优质中档镁砂、硅灰和特种结合剂为主要原料，其化学组成见表1所示。

2.2实验

骨料粒級配采用中挡镁砂8〜5mm，28%，5〜3mm，22%，3〜0mm，50%;镁砂粉料细度为<0.088的大于98%。将各种原料按1〜12号试验中的配比配制好后，加入适量的水，于撹拌机内充分搅拌，使之具有良好的流动性，然后在振动台上浇注成50mmx50mmX50mm的试样。24h后脱模，然后自然养护24h，再经110℃，24h干燥后测定其常温指标，中温强度在1000℃，3h烧成后测定，高温强度和线变化在1500℃，3h后烧成后测定。

3、结果与讨论

3.1硅灰加入量对浇注料性能的影响

硅灰是生产金属硅或硅铁合金时回收的副产品，不团聚，中空球状，活性好;具有良好的触变性和一定的凝聚性，使用时要加入一定量的分散剂。硅灰遇水后产生凝聚结合，形成羟基，经自然养护和干燥脱水后形成硅氧烷网状结构，从而发生硬化。在浇注料中加入一定数量的硅灰，对于降低加水量、降低浇注料气孔率教高其中温强度贡献很大。随着硅灰加入量的增加，浇注料流动性增强、气孔率降低、常温耐压强度增大，1500℃X3h烧后强度增加。由于硅灰粒度较细，充填到浇注料较大颗粒之间的间隙中，使大量的填隙水被释放出来形成游离水，从而使浇注料的流动性得到改善，气孔率降低，常温强度增加。但其加入量过量时，由于其表面活性大，易形成絮凝结构，使浆体的屈服力和粘度上升，表现为对浇注料流动性的改善幅度不大，甚至使浇注料流动性变差。同时，由于硅灰的主要成分是SiO2，且杂质含量较多，当其加入量过高时易降低浇注料的高温性能。通过1〜3号试验物理指标看出，硅灰的加入量为5%是最为合适，但还要考虑一个季节性因素，夏季的加入量应该比冬季少约1.5%。

3.2金属硅加入量对浇注料性能的影响

与SiO2系统耐火材料属碱性耐火材料，其优点是耐火度高、荷重软化温度高，碱性渣和铁渣有很好的抵抗性;缺点是抗热震性差和中温强度低。攀钢中间包的烘烤温度是1050〜1100℃，时间是1.5〜2h。这个温度刚好是镁质耐火材料强度最低的时候，且烘烤时间短，故要求预制件的中温强度要能在中间包烘烤过程中快速提高。中温强度降低的主要原因是在约400℃时浇注料初期形成并结晶的氢氧化镁开始分解，随着温度的升高，氢氧化镁分解加剧，组织结构疏松，强度继续下降。由2号4号3号及6号的实验结果看出，加入金属硅细粉能使浇注料的中温强度快速提高，其加入量达2a%浇注料就有了理想的中稳强度。这主要是当达到相当的温度时金属硅能与浇注料中很快生成新的物相，并伴随有体积膨胀和强度增加。

3.3特种结合剂及纯铝酸盐水泥对浇注料性能的影响

考虑到方坯用档渣墙及冲击板侵蚀比较严重和体积偏大的特殊情况，我们决定开发针对方坯使用条件下的预制件浇注料。目的是減少预制件烘烤后的裂纹，提高其使用时的抗侵蚀能力和抗冲刷能力。从7〜12号的实验结果看出，特种结合剂的加入量在2e%效果最理想，2号特种结合的效果明显优于1号特种结合剂。纯铝酸盐水泥的加入量对浇注料提高初期强度和改善中高温强度都有一定的效果，一般加入b%就可以了。特种结合剂在预制件中的反应机理是：结合剂中的Fe2O3首先熔化，促进物料的烧结，以此同时，也进行着Fe2O3在MgO中的不断溶解，当物系处于平衡时，形成熔有Fe2O3的方镁石富氏体，并減少液相量，提高出现液相的温度。其次是Cr2O3在高温下能与多种氧化物形成高熔点化合物或固熔体，同时也能促进方镁石对FeO的吸收，形成固熔体，增加了熔渣的黏度，减少了熔渣侵蚀和渗透通道，预制件的变质层变薄，故能提高预制件的抗侵蚀和渗透能力，也提高了预制件的抗剥落性及抗冲刷性。

4、镁质预制件的生产控制

对4号、5号及6号实验配方进行小规模实验后，结合使用条件、使用后预制件的损毁情况和生产成本，我们最终采用4号实验配比进行规模生产板坯中间包预制件;对8号、10号、11号及12号实验配方进行小规模实验后，结合使用条件、使用后预制件的损毁情况和生产成本，我最终采用8号和10号实验配比进行规模生产方坯中间包预制件;8号实验配方主要用来生产方坯挡渣坝和冲击板，10号配方用来生产方坯挡渣坝。主要生产工艺为：镁砂细颗粒料+镁砂细粉+(防爆剂、分散剂及促凝剂等)镁砂粗颗粒+其他添加剂加水湿混出料振动成型脱模烘烤。该浇注料的凝结机理是硅灰和镁砂细粉水化共同作用的结果，与硅灰的凝聚结合为主，镁砂的水合结合为辅。

针对生产过程存在混料不均，存在有干料现象不易脱模和烘烤后预制件开裂等主要问题，因此在生产过程中要严格控制好配料、加料顺序、成型时振动效果和烘烤时的升温制度。为了能使预制件能早点脱模和減少烘烤后的开裂现象，我们应严格控制好硅灰的活性及细度，并加入适量的金属铝粉。镁砂细粉遇水后，能形成结晶的氢氧化镁。硅灰所形成网络结构，能抑制镁砂的水化。因为硅灰的颗粒细小，在表面暴露的大量未键合的氧离子被镁砂颗粒表面上的镁离子吸附而形成镁氧硅链，减少了OH-1基团，故镁砂细粉水化受到一定限制。在烘烤过程中，減少了排水量，降低了组织结构的开裂，同时镁砂颗粒被镁氧硅链互相连接起来，也能促进浇注料的强度。金属铝粉遇水后剧烈反应，产生气体，提高料温，加速凝结，形成空隙，加速浇注料的凝结，降低烘烤时的开裂几率。

5、结论

⑴在浇注料中添加金属硅或带有铁粉和氧化铬粉的结合剂时，能大大促进方镁石的烧结，提高其中温强度。

(2)通过有针对性的对预制件浇注料用各种原料的加入量进行调整，加入合适的结合剂和一定量的外加剂，可以生产出满足攀钢连铸工艺要求的中间包预制件浇注料。

(3)用合适的生产配比生产大体积预制件，其烘拷后的开裂几率大大降低。

用研制的浇注料生产的中间包预制件，其抗剥落性航热震稳定性及抗冲刷性得到较大的改善，保证了生产需要，并降低了生产成本。

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