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中间包干式料塌包问题分析及解决途径

时间:2021-03-13 09:48 作者:郑州荣盛点击:

中间包工作层是保护中间包正常使用的基础,连铸中间包工作层的发展可以分为4个阶段:无工作层阶段、绝热板阶段、涂抹料或喷涂料阶段、干式料阶段。
 
中间包干式工作衬与涂抹料相比,具有施工方便、热效率高、中间包周转快、使用寿命长、残衬解体性好和能耗低等优点,在连铸中间包冶金工业中得到广泛应用。镁质材料具有较好的抗高铁和高碱性熔渣的侵蚀性能,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。但方镁石热膨胀系数大并随温度升高而增加,这对在线烘烤制度要求比较高,在烘烤制度不完善的情况下,容易发生大面积坍塌和局部剥落的现象,导致干式料坍塌的主要原因是中温强度低、热态膨胀大、透气性差。
 
1、塌包问题分析
 
1.1塌包现象
 
中间包干式料工作层在烘烤及使用过程中经常出现塌包的现象,如图1所示,图1左为中间包在线上烘烤100min后大长面工作层大面积塌料现象,图1右为浇钢初期塌料。
中间包干式料坍塌现象
图1 中间包干式料坍塌现象
 
1.2塌包原因分析
 
1.2.1施工原因
 
在中间包干式料工作层脱模时,若操作不当发生磕碰或者脱模剂涂抹不均匀导致干式料产生裂纹,这些过程形成的缺陷会在工作层烘烤过程中形成薄弱之处,严重时就会导致烘烤塌包。
 
烘烤后准备浇钢的中间包工作层,通常仅在加热面一侧形成氧化脱碳层,强度很弱,背面为强度很高的碳化层。而在塌包的断片中断片分为三层:碳化层被夹在中间,背面一侧也因氧化形成了脱碳层,出现两个脱碳层。原因主要是:干式料施工性能不好,或者是新永久衬施工,在烘烤过程中与永久衬结合性能不好,打结完好后,与永久衬形成离鼓现象;现场操作施工水平欠佳,中间包周转紧张存在热包施工(永久衬温度超过100℃),烧嘴布置不均匀或者烘烤时间长导致的部分位置工作衬全部硬化,这些都会导致工作衬离鼓,在线烘烤过程中形成上述所说的夹心层,进而导致塌包。
分层示意图
分层示意图
 
 
1.2.2线上烘烤制度不完善
中间包干式料工作衬烘烤过程中,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℃时分解,释放出气体同时留下固定炭,即树脂被碳化,形成碳网络结构,这种气体量虽没有涂料产生的水汽量大,但如果升温速度快导致结合剂分解过快,会造成大量气体聚集膨胀,再加上干式料工作衬体密大,振动比较密实,严重时会导致工作层烘烤塌包。
 
因此,选择裂解速度比较平缓、残碳量高的结合剂,分解的气体尽可能的少,对降低塌包风险有一定的作用。从防爆性能方面考虑,与浇注料相同的道理,引入一些可以导通气道的纤维,或者轻振降低干式料的体密,让裂解产生的气体快速排出,缓解内部应力。
 
1.2.3干式料中温强度较低
中间包干式料工作层在低温烘烤脱模后需要吊至浇注位继续烘烤,加热至1100℃以上才能投入使用。镁砂烧结温度高,750~1100℃时是没有烧结的,这时干式料工作层的结合强度处于较低的阶段,干式料工作层的中温强度低是导致烘烤时塌包的重要原因。
 
1.2.4干式料热态线膨胀较大
受热胀冷缩因素的影响,加上镁砂本身热膨胀性的影响,干式料在线烘烤到1100℃时产生的膨胀,应力集中释放会产生离鼓,在薄弱处形成裂缝,导致开浇后钻钢或塌包。
 
2 烘烤塌包解决措施
 
2.1优化施工,减少离鼓
 
(1)施工前用测温枪测量永久衬温度,在永久衬温度低于100℃时开始施工(酚醛树脂软化点103~106℃);
(2)低温烘烤时在干式料变色厚度达到总厚度的1/3时即可关火,避免烘烤时间过长导致工作层离鼓;
(3)脱模时用天车将胎膜吊起防至指定位置,脱模时注意用力均匀,不得将干式料衬体破坏产生裂纹。
 
2.2优化干式料方案,加强中温强度
 
选用镁质干式捣打料的促烧结剂时,黏土可中温形成液相促进烧结,但由于其由多种矿物组成无固定熔点,也会引起坯体体积较大收缩,通过添加硼酸、玻璃粉,干式料的中温强度明显提高,主要是因为其熔点偏低,其促进了材料的中温烧结。
 
在脆性的干式料中引入有机纤维,纤维高温下熔融,产生微气孔,利于树脂分解的气体排出,增强衬体的透气性。但是纤维加入量不宜过多,否则对抗渣性能不利。
 
2.3调整干式料配方,减少热态线膨胀
 
在500℃以下范围内以酚醛树脂分解为主,超过800℃时由原料及促烧剂带来的线膨胀率差异将开始变得明显,高温下电熔镁砂较重烧镁砂线膨胀大,重烧镁砂中气孔、杂质较多,高温下能够吸收部分膨胀,而电熔镁砂晶粒较大,杂质少,气孔小,高温下直接结合,线膨胀较大。
通过优化颗粒配比及烧结剂的选择也可以一定程度上降低干式料的热太膨胀。
 
2.4永久衬倾斜度和烘烤制度
 
根据酚醛树脂的分解特性及干式料中温强度低的特点,适当延长烘烤时低温烘烤的时间,快速越过中温烘烤阶段,尽快使干式料工作层达到烧结状态,降低大火快速烘烤。
 
针对倾斜度较小的中间包壳,特别是工作层厚度较薄、包壳较深、窄且长的中间包,在设计永久衬胎膜和工作层胎膜时要考虑适当加大倾斜度,那么干式料发生坍塌的概率会大大降低。
 
针对新永久衬表面光滑不易干式料附着,考虑将其表面处理成麻面,也有利于降低干式料坍塌风险。

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