摘    要：主要研究一种配合高炉数连浇的护墙板作用、稳流器作用和挡渣墙作用的复合体(中间包用整体冲击桶),置于中间包冲击区内壁,以阻碍钢水对冲击区内壁的冲刷、侵蚀等,使之达到与其它部位寿命同步的目的。方案：1)通过调整产品结构,原中间包由护墙板、挡渣墙、稳流器3部分组成,现调整为由3部分组成为一体的整体冲击桶。制作安装方便、节能降耗、并提高产品使用性能；2)调整产品组分,原镁质产品调整为铝镁质产品,使用寿命提高2倍。本试验主要采用60%的板状刚玉、12%～20%的电熔镁砂及12%～22%的电熔白刚玉细粉为主要原料；0～3%的硅微粉和0～5%的活性α-氧化铝超微粉为结合剂；外加少量减水剂。试验通过引入电熔镁砂细粉、高效复合结合剂,氮氧化硅回收粉、低温防爆纤维,以减少浇注料的加水量、改善浇注料的流动性、提高浇注料的物理性能、改善浇注料的抗渣渗透性和抗侵蚀性能及稳定的防爆效果。

目前在连铸中间包内主要以设置挡渣墙，稳流器、护墙板等进行保护。但随着中间包干式料工作衬的推广应用，连浇炉数和拉速不断提高，中间包内冲击区部位因钢水漩流、冲刷作用，内壁受到了强烈冲刷，导致包体整体使用寿命降低，与其它部位不同步，成为限制中间包寿命的最薄弱部位[1,2,3,4,5,6,7]。本试验主要研究一种配合高炉数连浇的护墙板作用、稳流器作用和挡渣墙作用的复合体（中间包用整体冲击桶）进行保护，以减轻钢水对中间包冲击区内壁的冲刷，达到与其它部位寿命同步的目的。

1 试验

1.1 原料及试样制备

以板状刚玉、电熔镁砂、电熔白刚玉为主要原料，硅微粉、活性α-氧化铝超微粉为结合剂，外加少量减水剂。研究引入电熔镁砂细粉、高效复合结合剂、氮氧化硅回收粉及防爆纤维对试验结果的影响。主要原料理化指标见表1。

表1 原料的理化组成  

按照表2配料方案，干混合3min，加入适量的水均匀搅拌3min，浇注成尺寸为160mm×40mm×40mm和中心带有圆孔(上底直径是30mm，下底直径25mm，高为35mm)的尺寸为70mm×70mm×70mm坩埚。室温下养护24h脱模，经110℃烘干24h后，分别在1500℃保温3h和1600℃保温3h热处理后，随炉冷却至室温，按YB/T5201.1试验方法分别检测烘干和热处理后试样的物理性能。另外再浇注成尺寸为50mm×50mm×50mm的样块，按YB/T4117试验方法检测浇注料的抗爆裂性能。浇注料配料方案见表2。

表2 浇注料配料方案（w) 

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2 试验结果与讨论

2.1 对物理性能的影响

不同温度热处理后试样的体积密度、常温耐压强度、常温抗折强度、加热永久线变化如图1所示。

图1 不同温度热处理后试样的体积密度、常温耐压强度、常温抗折强度和加热永久线变化 

由图1可知：

(1)1#～5#试样，随着电熔镁砂微粉加入量的增加，试样的体积密度逐渐变小，耐压强度、抗折强度常温时呈上升，高温时逐渐下降。主要是由于氧化铝水化后与镁砂表面的氢氧化镁（水化产物）生成一种滑石状的化合物[(Mg4Al2)(OH)2(CO3)(H2O)6]，该化合物与镁砂表面的Mg(OH)2形成羟基结合，提高结合强度。因此随着97电熔镁砂微粉加入量的增加，浇注料中Mg(OH)2和[(Mg4Al2)(OH)2(CO3)(H2O)6]生成的数量就多，使之填充在浇注料的空隙中，增强基质结合强度，从而提高浇注料的强度。随温度的升高，试样高温膨胀量不断提高，这是由于在高温下基质中MgA l2O4大量生成产生急剧膨胀，当膨胀量较大时导致浇注料结构变得疏松，导致强度下降。实验表明：当镁砂微粉加入量为6%时，各项物理指标为最佳。

(2)6#～8#试样，随着高效复合结合剂加入量的增加，浇注料的加水量减少、流动性明显改善、试样常温强度也明显提高。这是由于高效复合结合剂是一种特殊的凝胶结合分散体系，其主要特点是胶体颗粒或高聚物分子互相联结，形成空间网状结构，在网状结构的孔隙中充满了液体，可以把大量溶剂机械地包裹在聚集体内部，使浇注料加水量减少，流动性提高。并且它的结合强度来自凝胶，凝胶不含化学结合水，干燥过程简单快速，避免材料坯体破坏。另外因为胶体粘性较好，在低温下胶体结合材料的透气性较好有利于水份的排除，使试样干燥强度快速提高。实验表明：当高效复合结合剂加入量为4%时，各项物理指标为最佳。

(3)9#～11#试样，随着氮氧化硅回收粉加入量的增加，浇注料的体积密度、常温强度逐步下降，这是由于随着氮氧化硅回收粉加入量的增加，氧化镁量随之减少，形成的氢氧化镁减少，故强度下降。由于氮化硅粉体积密度远低于镁砂细粉，因此浇注料体积密度亦随之减小，显气孔率提高。高温强度呈先上升后下降的趋势，说明氮化硅的加入对浇注料的高温烧结具有阻碍作用，高温时氮化硅钝化氧化，妨碍了烧结，使强度逐渐下降。实验表明：当氮氧化硅回收粉加入量为4%时，各项物理指标为最佳。

2.2 氮氧化硅回收粉对浇注料抗渣性能的影响

本试验选用的氮氧化硅回收粉主晶相为氮氧化硅、β-Si3N4、α-Si3N4，还有一定的单质硅和少量的碳化硅，为光电硅管材料的废弃材料。由于氮化硅、氮化硅铁、碳化硅等非氧化物具有热膨胀系数小，热震稳定性好，以及不被熔渣渗透和抗烧蚀性能等优点，故将非氧化物（氮氧化硅回收粉）引入本试验浇注料中，有望明显改善浇注料的抗渣渗透性和抗侵蚀性能。优选7#和10#配方进行对比试验，由图2明显可见10#配方试样渣渗透层少，侵蚀表面整齐光洁，侵蚀深度明显低于7#试样。这是由于高温时氧化硅钝化氧化，妨碍了烧结并阻止熔渣对试样的渗透及侵蚀。氮氧化硅在耐火材料中的成功运用，不仅提高了耐火材料的使用性能也有利于光电行业的环保清洁。

图2 引入氮氧化硅回收粉对试样抗渣性能的影响   

2.3 低温防爆纤维加入量对浇注料抗爆裂性能影响

铝镁体系浇注料由于其致密度很高，因此在现场烘烤时经常会出现浇注体炸裂现象。在浇注料中一般会选用金属铝粉为防爆剂，金属铝粉反应较快，发气速度快，能够较快的形成排气孔让水蒸气能够顺畅的排出，但是其加入量和粒度不是很好控制，加入量过多或环境温度太高时，金属铝粉开始产生氢气的时间变快，其发气速度、发气量随之变大，浇注体会急剧鼓胀开裂，这样就会影响浇注料的物理性能，使得浇注料强度急剧下降，抗侵蚀、抗冲击性能大大降低，从而降低浇注料的使用寿命。为此考虑选用200～400℃的低温防爆纤维，以保证有足够的通气孔顺畅排气，从而减小发气对浇注料造成的破坏。通过表3实验数据分析可知，随着低温防爆纤维加入量的增加，抗爆裂性能明显改善。这是由于纤维防爆剂是通过在浇注体内相互连接造成网状，在热处理后实现贯通气孔通道，使水蒸气和水份沿通道，以较小阻力迁移而不破坏浇注体的实体结构，且纤维造孔特性是适合几何渗透模型的空间分布，自形消失造孔，从而使浇注体抗爆裂性能明显提高。当加入量为0.05%～0.15%时，浇注体中通孔提高幅度有限，试样还是会出现不同程度的爆裂、裂纹现象。当加入量为0.2%～0.25%时，试样抗爆裂性得以解决。但考虑到防爆纤维加入量的增加，会造成浇注体物理性能下降，因此应合理控制其加入量。实验表明：当防爆纤维加入量为0.2%时，既可以保证稳定的防爆效果，也不大幅度降低浇注料的强度等物理性能。

表3 低温防爆纤维加入量对浇注料爆裂性能的影响  

2.4 现场使用

优选7#和10#配方于现场使用，各2个中包，总连浇时间34h。由图3明显可见7#配方样渣线处侵蚀严重，且包体转角处有不同程度的剥落。而10#配方样渣线处几乎没有明显的侵蚀，表面整齐光洁，使用性能明显优于7#配方样，满足钢厂高连浇需求。

图3 现场使用效果对比  

3 结论

(1）随着镁砂微粉加入量的增加，浇注料的常温强度提高，试样高温膨胀量提高，导致高温强度下降。实验证明：当镁砂微粉加入量为6%时，浇注料物理指标为最佳。

(2）随着高效复合结合剂加入量的增加，浇注料的加水量减少、流动性明显改善、试样常温强度也明显提高。实验证明：当高效复合结合剂加入量为4%时，浇注料物理指标为最佳。

(3）随着氮氧化硅回收粉加入量的增加，浇注料体积密度、常温强度逐步下降，高温强度呈先上升后下降的趋势，说明氮化硅的加入对浇注料的高温烧结具有阻碍作用，高温时氮化硅钝化氧化,妨碍了烧结，使强度逐渐下降。实验证明：当氮氧化硅回收粉加入量为4%时，浇注料物理指标为最佳，且明显改善浇注料的抗渣渗透性及抗侵蚀性能。

(4）随着低温防爆纤维加入量的增加，浇注体抗爆裂性能明显改善。当加入量为0.05%～0.15%时，浇注体中通孔提高幅度有限，试样还是会出现不同程度的爆裂、裂纹现象。当加入量为0.2&～0.25%时，试样抗爆裂性得以解决。但考虑到防爆纤维加入量的增加，会造成浇注体物理性能下降。因此当防爆纤维加入量为0.2%时，既可以保证稳定的防爆效果，也不大幅度降低浇注料的强度等物理性能。

来源：中国知网