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中間包鎂質干式涂料烘烤剝落問題的分析

發布日期: 2019-10-08 10:05:16    閱讀量(131)    作者:文震

摘要:分析多次發生中間包工作襯在烘烤時和使用中大面積坍塌和局部剝落的原因,介紹實施模擬烘烤試驗,并提出中間包烘烤優化措施。

1問題提出

中間包工作襯的長壽命與對鋼液污染的降低成為鋼鐵工業實現節能降耗和可持續發展戰略的關鍵一環。鎂質耐火材料對堿性熔渣具有較好的抗侵蝕性,鎂質干式涂料因其具有使用壽命長,不污染鋼液的特點,廣泛應用于大中型中間包工作襯。隨著連鑄中間包水口快速更換技術的推廣應用,鎂質中間包干式工作襯表現出良好的使用效果和應用前景,其應用日益廣泛。近年來柳鋼多次發生中間包在烘烤和使用中大面積坍塌和局部剝落的現象,本文對柳鋼在用的鎂質干式涂料進行試驗分析,以探討產生損毀的原因和解決方法。

2試驗及其結果

2.1方法與試驗

試驗的干式涂料包括此次出現損毀、坍塌事故的供方在內的3家供應商產品,下文依次稱為試樣1(事故材料)、試樣2、試樣3。各供方鎂質干式涂料的理化性能和原料配方基本一致(見表1),試樣1的碳含量和酌減量相對較高,說明該材料的低溫結合劑揮發分較多,其物理性能也低于試樣2和試樣3

3種干式涂料在40mm×40mm×160mm模具中搗打成型,然后將模具放入烘箱內以250的溫度烘烤4h,冷卻后脫模。模擬干式涂料在小火、中火、大火的環境中烘烤后的狀態,將試樣分別在400℃的溫度下保溫8h900℃1000℃1100下在高溫試驗爐保溫3h,測試熱處理后試樣的耐壓強度。

2.2試驗結果

干式涂料在250℃的溫度下烘烤4h后,試樣產生較高的強度,但是在400℃下保溫8h3組試樣的樣塊均出現不同程度的損壞,樣塊粉化松散,無任何強度。1000℃下保溫3h3組樣塊可以保持原有的形狀,但強度僅0.1~0.2MPa;1100℃溫度下保溫3h的試樣才具有一定的強度(見表2)

1各供方鎂質干式涂料的理化性能

 

2干式涂料在不同溫度下的耐壓強度


3分析與討論

3.1鎂質干式涂料的結合原理

干式涂料的主要原料是鎂砂,鎂砂需要很高的溫度才能燒結,因此需要結合劑以保證其低溫和中溫強度。目前干式涂料最常用的低溫結合劑是酚醛樹脂,酚醛樹脂為熱固性結合劑,隨著溫度的升高會形成網絡狀碳結構并逐漸分解,當溫度達到400℃以上時分解速度迅速加快,達到900℃時幾乎全部分解。因此必須加燒結劑,目前干式涂料常用的燒結劑為硼酸或硼酸鹽,這2種燒結劑均會在800℃時形成熔融的玻璃態硼酸鹽,起到結合鎂砂顆粒的作用。

3.2強度變化原因分析

干式涂料在250℃烘烤后,樹脂會固化使散狀料形成一個整體,但是若烘烤時間過長,會導致樹脂完全分解。在事故包上取的干式涂料試樣檢測其w(C)0.1%,未使用的同種干式料檢測其w(C)2.9%。事故包小火烘烤的時間為11h,溫度約為400℃,總烘烤時間比模擬試驗保溫時間更長。試驗結果表明,長時間的低溫烘烤,會使干式涂料中的樹脂完全氧化分解,導致干式涂料試樣無法保持原有強度而被破壞。

隨著烘烤溫度的逐漸升高,干式涂料中的燒結劑開始參與反應出現液相,促進鎂砂相互結合,形成一個較為致密的整體。900℃3組試樣均無強度,表明中溫結合劑未開始反應;1000℃時試樣才開始初步燒結,但強度很低,僅0.10.2MPa;當溫度上升到1100時,燒結反應較充分,試樣達到較為理想的強度(見表1)。為保證中間包干式涂料使用效果,中間包烘烤溫度需要達到1100以上,至少不能低于1000℃。圖13種試樣在經過不同熱處理溫度后的強度變化趨勢。

中問包在線烘烤時會發生永久層和工作襯分離的情況,嚴重時工作襯完全變形并向內側傾斜,無法正常使用。檢測事故包干式涂料發現,其1100℃保溫3h加熱永久線變化在-0.6%~-0.3%內,1500℃保溫3h加熱永久線變化在-2.7%~-2.5%內。事故包干式涂料在中高溫時體積收縮過大導致工作襯變形并與永久層分離。在鎂質干式涂料中,影響中高溫線變化的主要因素是鎂砂的品質和結合劑的種類,要預防永久層與工作襯分離的問題,必須選用較高檔次的電熔鎂砂和合適的結合劑。

4結語

(1) 中間包在線烘烤時,需要以中火和大火烘烤,最終烘烤溫度不能低于1000℃,最好達到1100℃,圖2根據干式涂料性能特點制定的烘烤曲線。

 

1各試樣在不同熱處理溫度后的強度變化趨勢

(2) 目前柳鋼在用干式涂料抗氧化能力較差,主結合劑需要使用高殘碳率的酚醛樹脂,適當加入金屬鋁粉和金屬硅粉作為抗氧化劑。

 

2干式涂料的烘烤曲線

(3)干式涂料中溫強度較低,建議選用硼酸或者硼砂之類的燒結劑,降低燒結溫度,便于現場烘烤。

(4)選用較高檔次的電熔鎂砂和合適的結合劑做為鎂質干式涂料的原料,可預防永久層與工作襯分離的問題。

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