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        中間包干式料塌包問題分析及解決途徑

        時間:2021-03-13 09:48 作者:鄭州榮盛點擊:

        中間包工作層是保護中間包正常使用的基礎,連鑄中間包工作層的發展可以分為4個階段:無工作層階段、絕熱板階段、涂抹料或噴涂料階段、干式料階段。
         
        中間包干式工作襯與涂抹料相比,具有施工方便、熱效率高、中間包周轉快、使用壽命長、殘襯解體性好和能耗低等優點,在連鑄中間包冶金工業中得到廣泛應用。鎂質材料具有較好的抗高鐵和高堿性熔渣的侵蝕性能,具有使用壽命長、不污染鋼液的特點,已逐漸在中間包工作襯中應用,具有良好的使用效果和應用前景。但方鎂石熱膨脹系數大并隨溫度升高而增加,這對在線烘烤制度要求比較高,在烘烤制度不完善的情況下,容易發生大面積坍塌和局部剝落的現象,導致干式料坍塌的主要原因是中溫強度低、熱態膨脹大、透氣性差。
         
        1、塌包問題分析
         
        1.1塌包現象
         
        中間包干式料工作層在烘烤及使用過程中經常出現塌包的現象,如圖1所示,圖1左為中間包在線上烘烤100min后大長面工作層大面積塌料現象,圖1右為澆鋼初期塌料。
        中間包干式料坍塌現象
        圖1 中間包干式料坍塌現象
         
        1.2塌包原因分析
         
        1.2.1施工原因
         
        在中間包干式料工作層脫模時,若操作不當發生磕碰或者脫模劑涂抹不均勻導致干式料產生裂紋,這些過程形成的缺陷會在工作層烘烤過程中形成薄弱之處,嚴重時就會導致烘烤塌包。
         
        烘烤后準備澆鋼的中間包工作層,通常僅在加熱面一側形成氧化脫碳層,強度很弱,背面為強度很高的碳化層。而在塌包的斷片中斷片分為三層:碳化層被夾在中間,背面一側也因氧化形成了脫碳層,出現兩個脫碳層。原因主要是:干式料施工性能不好,或者是新襯施工,在烘烤過程中與襯結合性能不好,打結完好后,與襯形成離鼓現象;現場操作施工水平欠佳,中間包周轉緊張存在熱包施工(襯溫度超過100℃),燒嘴布置不均勻或者烘烤時間長導致的部分位置工作襯全部硬化,這些都會導致工作襯離鼓,在線烘烤過程中形成上述所說的夾心層,進而導致塌包。
        分層示意圖
        分層示意圖
         
         
        1.2.2線上烘烤制度不完善
        中間包干式料工作襯烘烤過程中,隨著中間包溫度的升高,酚醛樹脂逐漸固化,固化后的樹脂在200℃~800℃時分解,釋放出氣體同時留下固定炭,即樹脂被碳化,形成碳網絡結構,這種氣體量雖沒有涂料產生的水汽量大,但如果升溫速度快導致結合劑分解過快,會造成大量氣體聚集膨脹,再加上干式料工作襯體密大,振動比較密實,嚴重時會導致工作層烘烤塌包。
         
        因此,選擇裂解速度比較平緩、殘碳量高的結合劑,分解的氣體盡可能的少,對降低塌包風險有一定的作用。從防爆性能方面考慮,與澆注料相同的道理,引入一些可以導通氣道的纖維,或者輕振降低干式料的體密,讓裂解產生的氣體快速排出,緩解內部應力。
         
        1.2.3干式料中溫強度較低
        中間包干式料工作層在低溫烘烤脫模后需要吊至澆注位繼續烘烤,加熱至1100℃以上才能投入使用。鎂砂燒結溫度高,750~1100℃時是沒有燒結的,這時干式料工作層的結合強度處于較低的階段,干式料工作層的中溫強度低是導致烘烤時塌包的重要原因。
         
        1.2.4干式料熱態線膨脹較大
        受熱脹冷縮因素的影響,加上鎂砂本身熱膨脹性的影響,干式料在線烘烤到1100℃時產生的膨脹,應力集中釋放會產生離鼓,在薄弱處形成裂縫,導致開澆后鉆鋼或塌包。
         
        2 烘烤塌包解決措施
         
        2.1優化施工,減少離鼓
         
        (1)施工前用測溫槍測量襯溫度,在襯溫度低于100℃時開始施工(酚醛樹脂軟化點103~106℃);
        (2)低溫烘烤時在干式料變色厚度達到總厚度的1/3時即可關火,避免烘烤時間過長導致工作層離鼓;
        (3)脫模時用天車將胎膜吊起防至指定位置,脫模時注意用力均勻,不得將干式料襯體破壞產生裂紋。
         
        2.2優化干式料方案,加強中溫強度
         
        選用鎂質干式搗打料的促燒結劑時,黏土可中溫形成液相促進燒結,但由于其由多種礦物組成無固定熔點,也會引起坯體體積較大收縮,通過添加硼酸、玻璃粉,干式料的中溫強度明顯提高,主要是因為其熔點偏低,其促進了材料的中溫燒結。
         
        在脆性的干式料中引入有機纖維,纖維高溫下熔融,產生微氣孔,利于樹脂分解的氣體排出,增強襯體的透氣性。但是纖維加入量不宜過多,否則對抗渣性能不利。
         
        2.3調整干式料配方,減少熱態線膨脹
         
        在500℃以下范圍內以酚醛樹脂分解為主,超過800℃時由原料及促燒劑帶來的線膨脹率差異將開始變得明顯,高溫下電熔鎂砂較重燒鎂砂線膨脹大,重燒鎂砂中氣孔、雜質較多,高溫下能夠吸收部分膨脹,而電熔鎂砂晶粒較大,雜質少,氣孔小,高溫下直接結合,線膨脹較大。
        通過優化顆粒配比及燒結劑的選擇也可以一定程度上降低干式料的熱太膨脹。
         
        2.4襯傾斜度和烘烤制度
         
        根據酚醛樹脂的分解特性及干式料中溫強度低的特點,適當延長烘烤時低溫烘烤的時間,快速越過中溫烘烤階段,盡快使干式料工作層達到燒結狀態,降低大火快速烘烤。
         
        針對傾斜度較小的中間包殼,特別是工作層厚度較薄、包殼較深、窄且長的中間包,在設計襯胎膜和工作層胎膜時要考慮適當加大傾斜度,那么干式料發生坍塌的概率會大大降低。
         
        針對新襯表面光滑不易干式料附著,考慮將其表面處理成麻面,也有利于降低干式料坍塌風險。

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