影响连铸中间包寿命的因素及改进措施探讨

干式料作为连铸中间包第四代工作衬材料，兼有绝热板和喷涂料的优点，具有施工方便，升温速度快，长寿和脱包容易等优点，自20世纪90年代开始在国内外越来越多地应用于连铸中间包工作衬。某钢厂长材事业部1#、2#连铸机为6流小方坯连铸机，中间包为“T”型结构，均使用干式料修砌，浇铸断面为 165 mm×165 mm, 拉速为 2.5～4.2 m·min-1,要求工作拉速稳定在4.0 m·min-1。中间包的主体结构由壳体、永久层、工作层、冲击杯、上水口、下水口等组成，除壳体外均为一次性消耗型耐火材料，每次使用前需要对中间包耐火材料进行重新修砌。自2021年3月11日投产以后，由于生产工艺不完善以及连铸中间包冷修操作等因素，影响了1#、2#连铸机中间包修砌质量及寿命的提高。为了进一步提高中间包修砌质量，从2021年开始，通过技术攻关，使得中间包修砌质量有了大幅度的提高，钢铁材料消耗、能源消耗以及耐火材料、辅材消耗明显降低。当前，中间包修砌合格率为92.5%。2021年3—7月份共修砌中间包280个，其中包壁疏松的有12个，包壁裂纹的有7个，上水口形状不符合要求的有2个。

1中间包修砌质量的影响因素

1.1 包壁疏松

中间包包壁疏松主要体现在中间包包壁与包底接触的位置。包壁疏松表现为两种形式：一种是从包壁位置纵向延伸，形成不规则面;另一种是细长状粉末掉落，形成“狭缝状”。疏松有两种原因：一是结合剂挥发，造成整体结合强度下降，尤其是最外部的;二是含有树脂的细粉没有将颗粒包裹住，最终造成容易掉渣。将硼玻璃粉与酚醛树脂混合应用于镁质干式料，可以较好地提高干式料的低温烘烤强度和中温强度。

针对现场情况，发现造成中间包修砌质量低的原因有：1)中间包布料不合理。当前中间包黏结剂配比偏低，且修砌时存在扎堆集中布料的现象，导致干式料中的大颗粒镁砂易发生偏析。2)包胎振动时间长。当前中间包包胎使用4台电机，为了增加渣线位置的密实度，振动时间为15 min。虽然增加了中间包干式料的体积密度，但是下部干式料骨料与粉料容易出现分离，干式料之间容易出现“架桥”现象，引起包壁疏松。3)中间包下部烘烤温度低。烧嘴火焰打不到底，包胎上部温度较高，下部温度相对较低，导致即将硬化的干式料反应温度不够，强度较低，最终中间包干式料下部仅形成一层料壳，而内部却还比较疏松。

1.2 包壁裂纹

位于中间包包头位置的包壁出现横纹。该位置的干式料厚度110 mm, 裂纹深度40 mm。主要原因为：当前脱模剂涂抹次数为1次，厚度仅为0.1～0.2 mm, 且涂抹不均匀，造成干式料与包胎黏连，起胎后使得干式料产生裂纹。胎模在提起过程中产生了应力集中，这又造成表面裂纹。

1.3 上水口形状不符合要求

当前的修包操作规程只要求水口内不能混有杂物。操作时，工人仅用废旧的编织袋塞在水口内，没有统一的标准，更没有合理的模具，造成了水口内时常残留杂物，而且上水口形状也不规则。

2 改进方案

2.1 优化干式料组成、规范布料

连铸中间包发挥着不可替代的作用，而中间包工作层是保护中间包正常安全运行的基础。目前，中间包材质均为镁质干式料，布料时需保证均匀性，而工作层布料的均匀性是耐火材料抗侵蚀的基础。所以，从操作入手，提出以下优化方案：1)根据陈昌平等的研究，提高脱模后工作层强度以满足施工要求，降低高温烧后的强度以满足下线后残衬解体的需要。将干式料中的树脂加入量(w)控制在1%～3%;2)中间包包头三侧和中间包小面必须同时布料，严禁扎堆填料;3)袋装物料最多码放两层，且需先布完上面第一层再布第二层，禁止在同一位置1次铺两袋料;若有违反或发现物料中有异物等情况，此中间包报废，重新布料。

2.2 振动及烘烤工艺优化

优化中间包振动工艺，振动时间由15 min降低到8 min, 同时加大风镐力度，保证渣线质量;提高干式料内部的各种应力平衡作用，保证干式料的完整性和致密性，提高中间包起胎后质量。之前烘烤时间均约2 h, 干式料上沿变色1/2后停火，立即打冷风，这导致即将硬化的干式料反应温度不够，强度较低，干式料下部仅形成一层料壳，而内部还比较疏松。更换烧嘴，将烤包时间由原来的2 h延长到3.5 h, 再打冷风。此后，下部干式料强度明显提升，没有出现因强度不够掉料的情况。

2.3 脱模剂使用优化

包胎使用的脱模剂涂抹厚度薄，造成工作层与包胎黏结，导致中间包起胎时工作层横向产生裂纹。后续将脱模剂加水量(w)由15%降到10%,提高脱模剂的涂抹厚度>0.5 mm, 脱模剂由涂抹1次增加到2～3次，且涂抹均匀，由此可以避免产生起胎裂纹。

2.4 泡沫塞的设计及应用

为减少水口内的残留杂物，设计修砌中间包专用水口泡沫塞。使用普通泡沫材料，设计了高145 mm, 上底面ϕ112 mm, 下底面ϕ180 mm, 与水口座砖内腔形状相吻合的圆台状泡沫塞，以防止修砌过程中干式料流入水口内，确保水口入口形状成为规则的喇叭状。随着中间包烘烤时温度上升，干式料产生了一定强度，水口入口形状固定，泡沫塞不再起作用。依靠干式料增加其水口周围抗冲刷和抗侵蚀能力，减少因水口周围杂物造成的钢渣堵眼现象，避免因堵眼造成连铸机堵流的恶性事故。使用中间包专用水口泡沫塞后，钢渣堵眼现象由原来的每月2次降低到0.2次，保证了连铸高效连续生产。

3 应用效果

从优化中间包干式料组成，规范布料操作，优化振动及烘烤工艺，脱模剂合理使用及设计中间包专用水口泡沫塞几方面着手提高中间包修砌质量。目前，连铸中间包修砌合格率由92.5%提高到99.6%,提高了中间包的使用安全性，提高了工作层干式料抗剥落性和抗渗透性，改善了干式料布料的均匀性，提高了干式料致密性。工作层侵蚀情况得到明显改善，工作层大面侵蚀由原 20 h侵蚀 30 mm降低到目前 24 h 侵蚀 25 mm, 大大提高了中间包的使用寿命，满足了生产要求。对改进后的中间包进行检查发现：中间包下部干式料强度明显提升，没有出现因强度不够疏松掉料的现象，已经解决了包壁疏松、裂纹等问题。

4 结论

(1)干式料组成与布料操作对中间包工作层致密性、均匀性有影响;规范布料操作可减少中间包干式料疏松、偏析现象。

(2) 优化工艺，中间包振动时间由15min降低到8min, 烘烤时间由原来的2 h延长到3.5 h, 提高了镁质干式料在使用过程中的强度。

(3)通过设计修砌中间包专用水口泡沫塞，保证了中间包上水口使用效果，解决了因水口形状不规则造成的钢渣堵眼等问题。