中間包鎂質干式料工作襯橫裂原因分析及改進措施

崔曉璐

（唐山鋼鐵集團有限責任公司）

0 引言

中間包是煉鋼生產過程中銜接煉鋼和連鑄的重要中間設備，具有儲存鋼液、分配鋼液、保證連澆、減壓穩流、促進非金屬夾雜物上浮去除、均勻鋼水成分和溫度等多種冶金功能[1]。中間包的正常工作直接影響到連鑄過程的順行及鑄坯的最終質量。但由于中間包工作條件的特殊性，不僅有高溫熔融金屬的不斷沖刷，還經歷了溫度的驟降，這對中間包的壽命造成了極大的影響[2]。

金安林等人[3]針對紅鋼方坯連鑄中間包存在的渣子不易排出等造成的一系列問題，采用一種新的排渣方法和裝置取得了滿意的效果。唐大才[4]等人對鋼包和中間包的保溫能力和保溫材料的優化進行了分析。郭用紅[5]對酒鋼不銹鋼生產的耐火材料進行了調查，指出只有緊跟國內外先進水平才能取得競爭優勢。

唐山不銹鋼公司現有三臺單機單流連鑄機，配置液面自動控制系統、結晶器專家系統、質量專家系統、切割優化模型等，可滿足高強汽車鋼、超低碳深沖鋼與高端MR鋼的生產能力。目前唐鋼不銹鋼公司中間包工作襯采用鎂質干式料，正常情況下完全可以滿足其工作需要，但由于修砌過程中不確定因素的影響，會導致其工作襯發生橫裂，影響正常生產。根據唐鋼不銹鋼公司的中間包橫裂現象，對鎂質干式料內襯的橫裂產生的原因進行了分析，并對施工方法提出了改進措施，基本解決了中間包橫裂的現象。

1 存在問題

中間包在冶金工序中除具有有效配置鋼水、穩定注流和保護連澆的作用外還可以作為鋼水精煉容器；實現冶金作用，可以有效防止鋼水二次氧化、防止卷渣、促進夾雜上浮和精確控制鋼水過熱度等[6]。因此，在現場準確、快速分析中間包出現的問題是確保鋼水連澆的重要保障之一。

在目前唐鋼不銹鋼的生產條件下，在連鑄生產中中間包的平均使用壽命為11 h或17爐。由于受唐鋼不銹鋼隔離劑的影響、干式料成分的差異、烘烤溫度過高和干式料之間的結合方式的影響，唐鋼不銹鋼的中間包的無碳包和普通包均出現不同程度的橫裂縫問題，如圖1所示。

圖1 中間包橫裂紋

從圖1可以看出，無碳包中間包的裂縫多出現在渣線和包壁結合處，裂縫明顯，寬度約3 mm，長度為400～1 200 mm；普通包中間包在渣線和包壁結合處有一處長約1 200 mm的橫裂紋。

2 原因分析

2.1 隔離劑的影響

目前，唐鋼不銹鋼公司中間包在干式料烘烤成型后脫模時使用機油、機油 + 石墨等作為隔離劑。在現場施工過程中發現，干式料在低溫烘烤脫模時，表層與包胎都會發生一定程度的粘連。當表層所受粘結的拉力大于干式料之間的黏合力時，工作層即被拉脫，造成干式料表層開裂。因此，選擇合適的隔離劑施工，可減少工作層與包胎之間的粘連，能顯著減少中間包干式料表層裂紋的產生。分析發現，現有隔離劑干燥時間較長，料漿穩定性不好，填料易下沉；工人涂刷過程中容易涂刷不均勻。

2.2 不同干式料成分的差異

唐鋼不銹鋼公司中間包所用干式料為渣線料和包壁料。兩種干式料骨料采用不同品級的燒結鎂砂或電熔鎂砂。在低溫烘烤時，工作層干式料收縮，氣孔率明顯增大，體積密度降低，耐壓強度減小[1]。兩種干式料在經熱處理后發生不同程度的收縮，從而對中間包內襯造成不同程度的影響。

2.3 烘烤溫度過高

影響中間包干式料坍塌和剝落的因素，除了干式料本身，現場施工狀況也是一項關鍵因素。常規要求中間包灌料需要在翻包后自然冷卻3～4 h，在120 ℃以下進行灌注施工，在此溫度下干式料不發生固化現象，保持流動性。而在實際施工時，由于冷卻速度慢，在進行灌料時中間包的溫度仍在150 ℃，過高的溫度容易導致里層或接觸層產生不均勻硬化反應，產生內裂紋，而在烘烤過程中裂紋擴展到表層[2]。

2.4 不同干式料間的結合方式

目前，唐鋼不銹鋼公司中間包兩種干式料采用平行結合方式，結合部位容易產生應力或質量缺陷。中間包渣線干式料與包壁干式料是兩種不同材質的干式料，兩種干式料有機結合劑的熱分解速率不同，強度散失的快慢和最終碳化殘余強度也有所區別。若沒有考慮到兩種干式料應力的釋放不同，則會增大裂紋產生的概率。此外，不同干式料接觸面積過小也會增大出現裂紋的可能性[3]。

3 改進措施

針對唐山不銹鋼現場部分中間包出現不同程度的橫縫問題，特提出施工解決措施，以穩定現場中間包施工質量，保證現場生產安全。具體施工措施如下：

（1）嚴格檢查目前中間包包胎的變形程度、火嘴的烘烤情況、電機的振動效果，并制定出每個班組在施工前檢查包胎的制度。

（2）暫停使用此前的脫模劑，改用脫模效果更佳的石墨乳（廢機油+石墨）。

（3）施工準備階段時，使用測溫槍測量中間包永久襯和包胎表面，保證其溫度在100 ℃以下，并將包胎表面的雜物清理干凈，均勻涂上2～3 mm石墨乳。

（4）在倒入干式料后、電機振動前，使用撬棍深插至干式料工作襯中，深度在500 mm左右，進行左右或前后晃動，使包壁料和渣線料結合得更加密實。

（5）近期現場煤氣檢修后使用效果更佳，須將此前線下烘烤120 min進行縮短，具體以靠近包胎處干式料顏色變化1/3（或靠近包胎處干式料已固化厚度的1/3）為準，方可停火，嚴禁過度烘烤造成干式料表層強度下降的情況發生。

（6）中間包干式料烘烤停火后，自然冷卻3 h以上，待包胎溫度在100 ℃以下，包胎與干式料間隙在1～2 mm時，才可脫包胎；另外，盡量延長冷卻時間，可將烘烤縮短的時間加在干式料冷卻上，這樣即不影響施工進度，又保證了施工質量。

（7）中間包進行脫胎時，要保證包胎垂直緩慢起吊，防止包胎歪斜對工作襯施加外力而導致出現橫縫的情況發生。

4 使用效果

采取上述措施后，新的中間包施工及操作方法在唐鋼不銹鋼公司進行使用。調整前后中間包橫裂數目的對比見表1，澆注時間和澆注爐數的對比如圖2～圖3所示。

表1 調整前后中間包橫裂數目的對比

圖2 各鋼種中間包澆注時間對比

從表1、圖2和圖3可以看出，H340LA-3、MRT-2.5和FL590X鋼種的中間包橫裂數目由2條減為0.01條； MRT-2.5、Q235B-1和FL590X鋼種的中間包澆鋼時間由原來的5.017 h、7.983 h和6.683 h分別增加到17.75 h、16.78 h和17.63 h； SPHC1、FL590X和S400B-3鋼種的澆鋼爐數分別由15爐、9爐和15爐提升到26爐、26爐和26爐。綜上所述，唐鋼不銹鋼廠中間包橫裂情況明顯減少，已經可以較好適應鋼水的連續澆注。

5 結論

通過對中間包施工方案的改進，有效降低了中間包低溫烘烤后橫裂出現的概率，使鎂質干式料內襯起到了很好的使用效果，減少了工人勞動強度，滿足鋼鐵生產的需求。

圖3 各鋼種中間包澆鋼爐數對比