摘    要：以96-97烧结镁砂为主原料，分别采用酚醛树脂粉和碱性复合盐作低温结合剂制成镁质干式料。采用热分析比较了两种结合类型干式料在常温至1200℃区间的质量变化特点，并进一步采用ANSYS比较了两种干式料工作衬/永久衬的界面温度不同加载条件下的变化规律，结果发现：随着烘烤温度升高和时间延长，界面温度始终超过600℃以上，有利于友好型干式料内部挥发物的充分排出，工业试验实现了钢液首炉增氢控制在0.5 ppm的目标效果。

中间包干式料具有施工烘烤简便、烘烤时间短、周转快、使用寿命长、用后易翻包等优点，已在各大钢厂得到了广泛的应用[1]。传统树脂结合干式料使用时会产生甲醛、酚等刺激性气体，污染环境；还会释放出CO2、CO、CH4、H2及H2O等气体，对钢水形成增碳和增氢效应。钢水中氢含量过高会导致缩孔、白点、裂纹等不同类型气泡的形成；溶于钢中未析出的氢会严重降低钢的强度极限、断面收缩率、延伸率和冲击韧性。引起钢液增氢的原因有多种因素，如长水口套管密封不严，漏入空气导致水分增加；另加入的废钢、合金或渣料等也可能引起增氢等[2,3,4]。钢液增氢的主要现象之一为中间包首炉或前两炉引起的增氢状况严重，大多认为是中间包炉衬中含水量高，烘烤过程难以完全去除水造成的。据不完全统计：国外中间包干式料的增氢幅度一般在0.8-1.4 ppm，涂抹料更高些约在1-1.5 ppm；国内情况与之类似，首炉增氢情况明显，个别浇次最高增氢幅度可能超过1.5 ppm甚至2.0 ppm以上。此外，干式料由于受到季节性环境因素如镁质原料吸潮水化等也会影响到钢水的质量。总之，中间包干式料在使用过程中受原料、烘烤工艺、季节因素等多因素影响会对钢液造成增氢，影响到钢种的产品质量，需引起足够的重视。

本文从干式料用低温结合剂着手，分别对比了传统酚醛树脂结合和新型复合碱性盐结合的两种干式料的热性能差异，采用ANSYS模拟分析了两种结合类型干式的热性能随温度的变化规律，并同期跟踪了两种干式料对40 t中间包前两炉钢液增氢控制的影响差异。通过本研究工作，尝试从耐火材料角度为降低中间包工作衬料对钢液[H]含量的影响，提高钢液尤其品种钢产品质量提供一种解决办法。

1 试验

1.1 试验原料

本试验采用96-97烧结镁砂作为主原料，混合料由5-3 mm、3-1 mm、1-0 mm和200目等不同粒度的镁砂以及少量添加剂组成，外加5%的酚醛树脂、碱性复合盐F1或F2分别作为结合剂，按照一定的颗粒级配制成干式料(复合盐结合干式料分别标记为“F1”和“F2”)。所用的主要原料及其化学组成见表1。

表1 主要原料的化学组成  

1.2 测试和分析

按照相应颗粒级配混合2公斤左右的干式料，随机抽取150 g混合料进行测试分析。采用热重分析仪TG-01P进行检测，升温速率10℃/min，由室温25～30℃升至最高温度1200℃。采用ANSYS模拟计算在线烘烤时不同加载温度/时间下40 t中间包工作衬与永久衬的界面温度随时间的变化趋势。

2 结果与讨论

2.1 热重分析

三种干式料热重分析结果见图1。由图1-(a)可以看出：传统树脂结合干式料因酚醛树脂中含有不同碳、氢、氧比例组成的挥发份物质，温度升高，干式料重量不断下降；当温度处于655℃左右时，其挥发速率达到最大；此后随着温度升高，重量继续减少，且该趋势一直延续至试验结束。

图1-(b)和图1-(c)为两种友好型干式料F1和F2的热重测试结果。结果发现：干式料F1在低于400℃区间范围内，材料重量下降明显(最大挥发速率介于240～260℃之间，主要是复合盐1逸出结晶水和部分有机物所致)，超过400℃后逐渐变缓，当温度大约超过650℃后材料重量基本不再发生变化。干式料F2的最大挥发速率接近380℃；当温度大约超过680℃后材料重量不再发生明显变化。

三种干式料相比，质量稳定后干式料F2的重量损失量最小，约为0.9%;F1次之约为2.8%，树脂型干式料最大接近3.5%且有明显继续增大倾向(见图1-d)，由此说明：树脂结合型干式料在烘烤至1 200℃时，体系还未达到平衡态，有极大概率造成材料使用时向钢液供氢，影响钢的品种质量。而另外两种非树脂结合干式料在温度超过600～700℃后很快达到稳定态，极大降低了中间包干式料向钢液增氢的可能性。

图1 三种镁质干式料的热重分析结果  

2.2 在线烘烤分析

干式料中间包在正式上线前需进行在线烘烤，此过程直接影响到干式料的有机气体挥发物排放情况。由于此时需配合三大件含碳材料一起加热，所以该工序烘烤温度不易过高，时间不宜太久，其最高烘烤温度一般不超过1 300℃。

为了论证该烘烤条件下中间包干式料的烧失性变化情况，确保材料内部挥发份能够尽可能排出，以40t中间包工作衬与永久衬界面处的温度为分析对象，友好型干式料F2为试验模拟材料，讨论了不同热处理条件下工作衬/永久衬界面温度的变化特点和规律。首先，进行了不同烘烤温度条件下的对比，其结果见表2和图2。可以看出：干式料工作衬/永久衬的界面处温度达到600℃大约需90-97 min左右；且随着时间的延长，界面温度会继续上升。根据前面的热分析结果，超过600℃后能够更加充分保障材料内所有挥发物的排出。其次，进行了不同加载速率(烘烤温度1 200℃)条件下界面温度随时间变化的模拟计算，设定烘烤装置可在0H-2H内达到设定温度，其模拟计算结果见表3和图3。以1H加载速率为例(表示1H以内工作衬处温度由常温升至1 200℃)，当进行至59.9 min时，界面处温度即达到600℃；当烘烤时间进行至2.5H时，此时温度达到956℃以上，可见：友好型干式料F2在当前条件下由热面至界面区域内均可获得足够温度和时间进行烘烤，有效保障了材料内部有机物的充分排放，利于干式料高温使用时对钢液的增氢控制。

表2 不同烘烤温度下界面处温度的变化  

表3 不同加载速率下(1 200℃)界面处温度的变化 

图2 不同烘烤温度下界面温度随时间的变化   

图3不同加载速率下界面温度随时间的变化   

3 工业应用效果

将友好型干式料和树脂结合干式料同期进行了增氢控制工业应用试验对比。其脱模烘烤时发现(见图4)：友好型干式料几乎闻不到明显气味，看不到冒烟现象；树脂结合干式料烘烤过程中看到明显烟雾缭绕现象，产生了刺激性气味。

将两种结合体系干式料在连铸平台上烘烤3H(最高烘烤温度介于1 250～1 280℃)后同期上线使用，友好型干式料前两炉增氢数据分别为0.44 ppm和0.18 ppm；树脂型干式料则分别为0.78 ppm和0.18 ppm，首炉增氢降低幅度达到43%，满足了品种钢增氢控制在0.5 ppm的质量技术要求。

图4 干式料烘烤脱模结束时工况 

4 结论

(1)与传统树脂干式料相比，友好型干式料在较低温度下可实现快速排尽体系内挥发物达到质量平衡态。

(2)通过模拟计算发现：不同加载条件下友好型干式料与永久衬界面处温度在100 min内达到600℃，随着烘烤温度提高和烘烤时间延长，界面处温度越高，保障了所有区域内干式料充分排出体系内的挥发物，降低了干式料向钢液增氢的可能性。

(3)工业应用试验进一步论证了友好型干式料的使用效果，实现了钢液首炉增氢控制在0.5 ppm目标。

来源：中国知网