连铸中间包挡渣墙的发展状况及损毁因素分析
发布日期： 2020-03-30 15:07:26 阅读量（686） 作者：张红
直到上世纪80年代中期，中间包一直被认为是作为钢包和结晶器之间的一个缓冲容器，仅仅被用来将钢水均匀分配到结晶器中。实际上中间包可以作为一种连续的反应容器，因此，中间包内工作层的品质好坏，对于钢水的质量起着决定性的作用，它必须对前期处理的钢水质量给予保证，否则会对钢水产生污染，从而影响结晶器中的热传递情况，并导致连铸钢坯表面凹凸不平，有时可能表面会出现裂纹。另一方面，中间包还可以作为钢水的一个精炼容器，将钢包中所用到的一些精炼措施移植到中间包内进行，这样就可以简化并可降低对结晶器的要求。与此同时为了防止对钢水再次污染，主要的方法是在中间包内加设控流装置，如中间包稳流器、挡墙、挡堰、定径水口以及钢液过滤器。控流装置的引入，能增加钢液在中间包内的停留时间。中间包在使用过程中是静态的，工作内衬不仅要具备耐钢水冲刷和熔渣侵蚀的功能，而且还要有一定的保温作用，同时不能对钢水产生再污染。中间包的永久层要具备保温并具有一定的强度保证在特殊情况下不漏钢水，现在中间包的永久层寿命已经可以达到1500炉，基本能够满足连铸生产的要求。
由于各个钢厂的连铸设备的生产能力、冶炼的钢种和钢坯形状决定了所使用中间包的种类以及大小，小的只有几吨的容量，大的甚至到上百吨的钢水容量，而且中间包结构也是不完全一样的，有的需要设置挡渣墙，有的几乎不用挡渣设备。不管中间包乘钢容量的大小，中间包的使用环境几乎是一样的。中间包内钢水温度基本在1500℃~1600℃之间，不同钢种有不同的温度，中间包内钢水的温度决定着钢水的凝固点，不能低于这个点，因此中间包要装入比凝固点高数十摄氏度的钢水，通过加入保护渣可以防止钢水表面氧化，同时可以减少散热，保护渣在较高的钢水温度加热下可以在钢液表面形成氧化物保护层，一直保持这种形态直至浇铸终止。因此，中间包工作层必须要经受1500-1580℃钢水长时间的浸泡、冲刷及熔渣等侵蚀作用。
1、挡渣墙的发展状况
改革开放以来，国家经济的高速发展，对钢材的需求也日益加大，然而最近几年由于产能过剩，钢厂基本都处于亏损的状态。为了节约降耗和保护环境，不仅需要改进炼钢工艺，而且对耐火材料的要求也越来越高，炼出品质好的钢材离不开耐火材料的配合。钢中的夹杂和有害的成分会对钢材的性能产生非常不利的影响，降低钢材的品质，从而难以达到市场的要求。虽然通过对冶炼技术的不断创新是钢中夹杂含量有所下降，但是在浇钢水的过程中，钢水势必要和耐火材料接触。纯洁干净的钢水可能又会被重新污染，影响产品的质量。耐火材料对钢水的污染主要来自两个方面，首先是耐火材料受到钢水的冲刷侵蚀后进入到钢水里，其次是有些耐火材料可能会氧化钢水，基于此钢铁的冶炼对耐火材料提出了更高的要求。进入21世纪以来，洁净钢冶炼的要求，使中间包冶炼技术越来越受到冶金工作者的青睐，因此在中间包内设置挡渣墙、过滤器等技术，已得到广泛应用。由于设置挡渣墙操作简单，效果明显，深受广大钢铁企业的欢迎。
在连铸中间包内设置挡渣墙，可以达到以下目的：
(1)延长钢水停留在中间包内的时间，以净化钢液;
(2)均匀分配钢水统一到达各流水口，使各流的温度保持一致，减少拉漏和结塞现象;
(3)使钢液流体动力状态达到最佳;
(4)减少滞流区，增加层流区。
传统的挡渣堰一般使用高铝质或者铝硅质，但里面含有的Al2O3会给钢水带来二次污染，不能满足冶炼洁净钢的要求。目前大部分钢种的冶炼都是在中间包内设置镁质挡渣墙，因为镁质耐火材料具有成本低廉、耐火度较高、抗渣侵蚀能力强等优点，是最有前途的耐火材料之一被广泛应用于冶炼洁净钢，但是镁质耐火材料中的方镁石热膨胀系数较大，导致镁质耐火材料的热震稳定性较差，难以抵抗循环的热冲击作用。提高烧成制品的抗热震稳定性可以通过复相改性来实现，同样对提高不定形耐火材料的抗热震性也是有效的，所以在镁质耐火材料中加入其它物相以提高材料的热震稳定性。其中毛雪松[2]研究了熔融石英和ρ-Al2O3对镁质挡渣墙性能的影响，添加熔融石英颗粒大大提高了镁质浇注料的热震稳定性，同时随着熔融石英加入量的增加抗高碱度渣渣渗透能力逐渐增强，抗渣侵蚀能力逐渐减弱。同时采用ρ-Al2O3作结合剂取代部分SiO2微粉来降低基质中硅含量，从而提高其高温使用性能。
严培忠等人设计研究了在其渣线和钢水区分别采用铝镁质和镁质浇注料制成复合型挡渣墙，因此对原挡渣墙用镁质浇注料的施工性能进行了改善，并选择合适的振动成型工艺将其与铝镁质浇注料复合在一起制作了复合型挡渣墙试样。
沙钢的张晓丽等人通过中间包内挡渣堰上设置一个向上斜孔，研制了能满足沙钢连铸工艺要求的镁质挡渣堰。
无锡市宝宜耐火材料公司的江泓等人研发的通过二氧化硅微粉结合的镁质挡渣堰提高了镁质挡渣堰的使用寿命。
沈阳建筑大学的王飞等人结合中间包挡渣堰的使用要求，以氧化钛为添加剂硅微粉结合的镁质浇注料进行试验性研究，提高了镁质浇注料的抗渣渗透能力以及抗剥落能力。
鞍钢的于艳忠等为了解决挡渣墙在高温下使用发生断裂、侵蚀而损坏的问题，通过引入SiC改善镁质挡渣墙的高温体积稳定性和抗侵蚀性，从而提高其高温下的使用性能。
2、挡渣墙的损毁
由于挡渣墙是以预制件安装到中间包上的，因此在模具中浇注成型经过24小时养护后脱模，如果脱模强度过低会造成挡渣墙的损坏。挡渣墙在吊装过程中假如强度过低会造成一定的机械损坏，影响挡渣墙高温下的正常使用。浇钢水之前需要进行烘包，温度为1000℃左右，如果挡渣墙热震稳定性较差，由于热冲击使材料内部出现裂纹，导致结构破坏，从而影响高温下持续使用。
中间包的使用温度一般在1550℃，高温下持续使用，挡渣墙的损毁主要形式有龟裂、钢液的冲刷和渣的侵蚀渗透与挡渣墙中的耐火材料反应造成熔损，并降低其高温强度，造成大面积剥落;在使用过程中，持续的高温下材料发生物相转变，物相转变会产生体积膨胀导致在材料内形成微小裂纹;渣中的液相通过裂纹进入材料内部不断侵蚀溶解材料，导致剥落变形;同时钢水的不断冲刷所产生的热应力导致预制件出现裂纹，并最终导致损毁。综上，挡渣墙的损毁主要是由剥落引起的。根据武钢现场取回来的挡渣墙使用后的分析可以看出，渣的侵蚀渗透较为严重，并伴随剥落龟裂，因此可以认为渣渗透是引起剥落的主要原因。
由于渣的侵蚀渗透等造成的影响，同时因为中间包内熔渣的熔点较低，基本呈液相，液相有很强的侵蚀溶解性，因此对中间包连续使用是非常不利的，特别是渣线部位熔损比较严重。对于长寿命中间包挡渣墙，提高渣线部位的抗渣侵蚀性能尤其重要。
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