摘    要：中间包是钢水连铸工艺中的重要生产设备，包龄高低、寿命长短直接影响着连铸坯的收得率以及生产组织的连续性和稳定性。延长连铸中间包的使用寿命，既可缩短中间包更换的操作时间、减少烤包用煤气的消耗和现场工人砌筑施工的劳动强度，还有利于减少连铸铸坯的重接废品、提高铸坯合格率，以及可有效的降低中间包单包用耐火材料吨钢消耗，提高钢水纯净度。通过对一机一流和二机二流板坯连铸中间包用耐火材料进行工艺调整和优化，并经过多次工业现场应用实践结果表明，经过调整和优化的各中间包用耐火材料产品均能够满足连铸生产工艺的提寿使用要求，有助于实现降本增效的目标。

1 引言

钢铁工业是国民经济的重要基础产业，在国民经济发展过程中具有十分重要的战略地位。随着国际产业的转移和我国国民经济的快速发展，我国钢铁工业取得了令人瞩目的进步，特别是连铸工艺的不断优化和发展，为钢铁工业领域的发展起到了重要的推动作用。

中间包是连铸生产工艺过程的主要设备之一，具有稳流、分流的作用，对连铸操作顺行和保证钢水质量都起到十分重要的作用。中间包的稳定浇注有利于延长钢水在中间包内的停留时间，有利于均匀钢水的温度和成分[1]。

目前，国内的连铸生产工艺已经取得了长足的进步，特别是方坯连铸，中间包连浇使用寿命持续提高，但是，如何进一步提高板坯连铸中间包包龄，并达到与方坯中间包的同等水平，仍然是行业内努力的方向。

2 技术措施

2.1 加强渣线干式料

渣线干式料是制约连铸中间包寿命提升的最重要因素之一。在现场工艺条件、砌筑形式一定的情况下，中间包用耐火材料寿命主要取决于中间包工作衬钢水的化学侵蚀、高温熔损和机械冲刷[2]，因此，提高渣线部位干式料的抗渣侵蚀和耐冲刷能力就成为调整渣线干式料的主要任务。

对连铸现场在用覆盖剂的中间包渣进行取样分析，并与之前所应用的另一个厂家的覆盖剂在实验室留存的渣样做化学成份对比，找到了影响干式料侵蚀速率的重点因素，同时在实验室进行了复核试验验证。复核试验以前、后两个厂家的覆盖剂中间包渣样为基础，进行6种不同方案干式料的坩埚耐侵蚀试验。

试验方案以烧结镁砂和电熔镁砂等为主原料，其最大临界粒度选择为5mm，上述原料的合计加量为质量总数的90%～95%，粉状热固酚醛树脂加量为质量总数的3%～5%，其他粉料加量为质量总数的1%～3%，其余外加剂加量为质量总数的0.2%～1.0%。

试验时按100mm×100mm×100mm模具成型坩埚，进行250℃×3h烘烤后，冷却放置并脱模，然后分别加入一定量的中间包渣样并进行高温煅烧。中间包渣样的化学检测成分具体情况见表1所示。  

表1 中间包渣样化学成分检测结果  

实验室对试验坩埚在经过1550℃×3h高温煅烧并冷却后进行切割，测试了切割样的侵蚀深度以判断不同方案的干式料的耐侵蚀能力，结果发现，4号方案的综合耐侵蚀性能最好，具体情况可见图1所示。

图1 不同方案的渣线干式料试验坩埚侵蚀结果对比   

实验室试验结果发现，4号方案的渣线干式料试验坩埚切割后不仅横切面平滑齐整，而且只有很浅的渗透层，侧面最深处仅为3mm，底部最深处仅为2mm，具有良好的抗渗透和耐侵蚀性能。同时，为了提高渣线干式料在长时间应用下的耐熔渣和钢水等的侵蚀与冲刷能力，降低侵蚀速率，生产时针对不同连铸中间包现场的工艺情况需要，提高了主原料所用镁砂的档次，具体调整后的渣线干式料理化指标情况如表2所示。

表2 改进型渣线干式振动料理化指标  

2.2 加装冲击区护板

中间包冲击区部位由于受到钢水的静压力和冲击力作用，与其它部位相比工作环境更恶劣，特别是在工作衬结构厚度不变和使用寿命要求更高的情况下，容易在渣线部位产生钢水穿包事故，在中间包现场提寿的过程中存在较大安全隐患，因此，针对中间包冲击区部位冲刷侵蚀严重的情况，在设计工作衬时，采用护板与干式料的复合结构，将护板贴装在干式料的内部，在不改变中间包当前工作容量的基础上，通过护板提高抗注流翻转冲刷能力，增加中间包工作衬的整体使用寿命。

结合连铸工艺具体情况，冲击区护板的厚度全部设计为50mm，其余设计尺寸按冲击区形状确定。护板的制作主要采用镁质浇注料进行一体浇注成型，材料以烧结镁砂和电熔镁砂为主原料，其最大临界粒度选择为8mm，采用超微粉技术进行结合，并添加一定比例的熔融石英和尖晶石粉，使材料在抗折强度、耐压强度得到有效提高的同时，还显著增强了抗渗透能力[3]，现场组合安装后使用，对冲击区工作层可起到良好的保护作用。

2.3 改进挡渣墙和挡坝材质与结构

中间包挡渣墙的主要作用是为了改变包内钢水的运动轨迹，从而达到如下功能：降低钢水的流动速率，减轻钢水对包内耐火材料的冲刷；延长钢水在包内的停留时间，使钢水中的夹杂物有足够的时间充分碰撞、聚集、上浮，以净化钢水；均匀分配钢水以基本相同的时间到达各流水口，使各流的温度保持一致，减少拉漏和结塞现象；改变包内的流场分布，使钢水流体动力状态达到最佳；减少滞留区增加层流区[4]。

挡渣墙的改进主要以材质调整为主，原设计结构不做改变。挡渣墙材质的设计选择分别为渣线部位采用铝镁质、本体部位采用高铝质，生产制作工艺设计为采用两种浇注料进行复合浇注一体成型。渣线部位材料方案以铝镁质原料为主原料，依据安德烈森紧密堆积理论，选取q=0.27，原料最大粒径选择为Dmax=15mm，骨料主要采用高氧化铝原料，加量为质量总数的70%～75%，电熔镁铝尖晶石粉或电熔镁砂粉加量为质量总数的8%～12%，并与复合微粉技术相结合，同时外加不锈钢纤维为质量总数的0.6%～0.8%，另外，通过合理使用新型分散剂大幅降低预制件成型时所必须的加水量，使得浇注料在成型所需最低加水量的情况下能够获得最高的流动度，使其能够达到最紧密堆积，具有较高的体积密度和常温强度、较低的显气孔率，以及优异的抗渣侵蚀和抗渗透性能。本体部位材料方案以高氧化铝原料为主原料，在渣线部位材料方案基础上取消电熔镁铝尖晶石粉或电熔镁砂粉的加入。

与镁质或镁硅质材料方案相比，改进型挡渣墙材料方案无论是抗折、耐压强度还是抗冲刷和耐渗透性能均得到大幅度提升。

中间包挡坝的主要作用在于改善钢水的流动场，有利于促使钢中的夹杂物上浮，提高钢水的内部质量。针对中间包挡坝的使用要求，为避免提寿应用中出现不耐冲刷、断裂、漂浮等问题，对原镁质或镁硅质材料方案进行了调整，主要以上述挡渣墙本体部位铝质浇注料方案为基础，并结合各连铸实际生产工艺情况做相应的调整。

此外，针对二机二流板坯中间包挡坝的应用情况，对流钢孔的结构进行了调整，原整体结构不做改变，调整后的流钢孔情况如图2所示。

图2 挡坝流钢孔调整前后结构对比示意（左—调整前，右—调整后） 

挡渣墙和挡坝改进前后的具体材料方案理化指标对比结果如表3所示。

表3 铝镁质、铝质、镁质、镁硅质等材料方案理化指标  

2.4 优化稳流器的底部结构设计

中间包稳流器的主要作用是避免高温钢水直接冲击中间包包底，均衡钢水在中间包内的停留时间，保证中间包液面的稳定性，有效延长包内材料的使用寿命。

针对目前中间包稳流器的应用现状，在不改变当前稳流器整体设计结构的情况下，将原底部单层预制件浇注结构改为复合结构，即在稳流器底部冲击区中心部位浇注料内埋入一块或多块铝镁碳质冲击板。采用上述技术措施制作的改进型稳流器可大幅提高底部的抗冲刷性能，具体复合结构情况可见图3所示。

图3 稳流器底部复合结构示意  

2.5 调整塞棒和水口的材质与设计

板坯连铸中间包主要采用塞棒和水口相配合的控流方式，随着连浇炉数的增加，塞棒在使用中易出现的问题主要是渣线抗侵蚀能力差，棒头不耐冲刷、易形成尖头的形状，尖部因强度低被钢水冲击刷掉，导致整个塞棒变短不能继续有效控流，制约了连浇寿命的提高。

针对板坯连铸工艺需要，分别对塞棒的渣线结构和棒头材质进行了技术调整，主要是：（1）在塞棒渣线部位外层增加20～30mm厚度的Zr O2-C环，以增强抗侵蚀性能；（2）塞棒棒头采用镁铝碳质，原料主要选用电熔镁铝尖晶石和大结晶电熔镁砂，在提高氧化镁含量的同时适当的降低碳含量，降低钢水与棒头材料发生反应的几率，以增加抗冲刷性和耐侵蚀性能，调整后的塞棒实例可见图4。

同时，对水口进行了一系列技术措施的调整，主要是：（1）使用复合双层锆质结构，采用氧化镁稳定的氧化锆质碗部（Zr O2≥94%），提高水口抗冲刷性和抗侵蚀性；（2）对水口滑板面材料方案进行优化，提高耐磨性能，以满足多次更换浸入式水口的要求；（3）将上水口由平滑外形改进为带凹槽外形，有效解决了水口座砖间的夹钢问题。

3 应用结果

图4 调整后的塞棒情况   

中间包用耐火材料长寿技术改进完成后，分别在一机一流、二机二流大板坯连铸现场进行了多次长寿命连浇试验应用，均达到了预期的效果。

一机一流板坯连铸现场组织进行了150h连浇试验应用，实际最高连浇时长达到了156h25min，钢种为45号、50号高碳钢混浇，共浇注钢水240包，浇铸断面为280mm×1800mm，平均拉速为0.75m/min，过钢量为27664t，铸坯总长度达7009m。试验包连浇过程期间安排人员全程测温无异常，统计下线和翻包后的测量数据结果可知，改进后的材料均能满足该现场150h连浇使用寿命的要求，特别是冲击区护板和挡渣墙的渣线部位，平均侵蚀仅30～35mm，按侵蚀速率计算，仍可继续进行使用。

二机二流板坯连铸现场组织进行了50h连浇试验应用，实际最高连浇时长达到了50h30min，钢种为Q355B，共浇注钢水86包，浇铸断面为200mm×1600mm，平均拉速为0.95～1.0m/min，总过钢量为14789t。试验包全程使用无异常，且未做降液面处理，统计下线和翻包后测量数据结果发现，改进后的材料均能够满足现场50h连浇使用寿命的需要。

4 结语

工业应用实践结果表明，通过对板坯中间包用耐火材料进行长寿技术的调整改进，能够有效的提高耐火材料的整体抗侵蚀和抗渗透性能，使一机一流板坯中间包的使用寿命提高至150h和二机二流板坯中间包的使用寿命提高至50h以上成为现实，缩短了与方坯连铸中间包最高使用寿命的差距，有利于降低吨钢耐火材料的成本消耗，有利于提高连铸生产的作业效率，有利于保障钢材的成品质量，对钢铁行业的碳减排具有非同一般的意义。（来源：中国知网）

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