中间包镁质干式涂料烘烤剥落问题的分析

分析多次发生中间包工作衬在烘烤时和使用中大面积坍塌和局部剥落的原因，介绍实施模拟烘烤试验，并提出中间包烘烤优化措施。

01问题提出

中间包工作衬的长寿命与对钢液污染的降低成为钢铁工业实现节能降耗和可持续发展战略的关键一环。镁质耐火材料对碱性熔渣具有较好的抗侵蚀性，镁质干式涂料因其具有使用寿命长，不污染钢液的特点，广泛应用于大中型中间包工作衬。随着连铸中间包水口快速更换技术的推广应用，镁质中间包干式工作衬表现出良好的使用效果和应用前景，其应用日益广泛。近年来柳钢多次发生中间包在烘烤和使用中大面积坍塌和局部剥落的现象，本文对柳钢在用的镁质干式涂料进行试验分析，以探讨产生损毁的原因和解决方法。

02试验及其结果

2.1方法与试验

试验的干式涂料包括此次出现损毁、坍塌事故的供方在内的3家供应商产品，下文依次称为试样1(事故材料)、试样2、试样3。各供方镁质干式涂料的理化性能和原料配方基本一致(见表1)，试样1的碳含量和酌减量相对较高，说明该材料的低温结合剂挥发分较多，其物理性能也低于试样2和试样3。

将3种干式涂料在40mm×40mm×160mm模具中捣打成型，然后将模具放入烘箱内以250℃的温度烘烤4h，冷却后脱模。模拟干式涂料在小火、中火、大火的环境中烘烤后的状态，将试样分别在400℃的温度下保温8h，900℃、1000℃、1100℃下在高温试验炉保温3h，测试热处理后试样的耐压强度。

2.2试验结果

干式涂料在250℃的温度下烘烤4h后，试样产生较高的强度，但是在400℃下保温8h的3组试样的样块均出现不同程度的损坏，样块粉化松散，无任何强度。1000℃下保温3h的3组样块可以保持原有的形状，但强度仅0.1~0.2MPa;1100℃温度下保温3h的试样才具有一定的强度。

03分析与讨论

3.1镁质干式涂料的结合原理

干式涂料的主要原料是镁砂，镁砂需要很高的温度才能烧结，因此需要结合剂以保证其低温和中温强度。目前干式涂料最常用的低温结合剂是酚醛树脂，酚醛树脂为热固性结合剂，随着温度的升高会形成网络状碳结构并逐渐分解，当温度达到400℃以上时分解速度迅速加快，达到900℃时几乎全部分解。因此必须加入烧结剂，目前干式涂料常用的烧结剂为硼酸或硼酸盐，这2种烧结剂均会在800℃时形成熔融的玻璃态硼酸盐，起到结合镁砂颗粒的作用。

3.2强度变化原因分析

干式涂料在250℃烘烤后，树脂会固化使散状料形成一个整体，但是若烘烤时间过长，会导致树脂完全分解。在事故包上取的干式涂料试样检测其w(C)为0.1%，未使用的同种干式料检测其w(C)为2.9%。事故包小火烘烤的时间为11h，温度约为400℃，总烘烤时间比模拟试验保温时间更长。试验结果表明，长时间的低温烘烤，会使干式涂料中的树脂完全氧化分解，导致干式涂料试样无法保持原有强度而被破坏。

随着烘烤温度的逐渐升高，干式涂料中的烧结剂开始参与反应出现液相，促进镁砂相互结合，形成一个较为致密的整体。900℃时3组试样均无强度，表明中温结合剂未开始反应;1000℃时试样才开始初步烧结，但强度很低，仅0.1～0.2MPa;当温度上升到1100℃时，烧结反应较充分，试样达到较为理想的强度(见表1)。为保证中间包干式涂料使用效果，中间包烘烤温度需要达到1100℃以上，至少不能低于1000℃。图1是3种试样在经过不同热处理温度后的强度变化趋势。

中问包在线烘烤时会发生永久层和工作衬分离的情况，严重时工作衬完全变形并向内侧倾斜，无法正常使用。检测事故包干式涂料发现，其1100℃保温3h加热永久线变化在-0.6%~-0.3%内，1500℃保温3h加热永久线变化在-2.7%~-2.5%内。事故包干式涂料在中高温时体积收缩过大导致工作衬变形并与永久层分离。在镁质干式涂料中，影响中高温线变化的主要因素是镁砂的品质和结合剂的种类，要预防永久层与工作衬分离的问题，必须选用较高档次的电熔镁砂和合适的结合剂。

04结语

(1) 中间包在线烘烤时，需要以中火和大火烘烤，最终烘烤温度不能低于1000℃，最好达到1100℃，图2根据干式涂料性能特点制定的烘烤曲线。

(2) 目前柳钢在用干式涂料抗氧化能力较差，主结合剂需要使用高残碳率的酚醛树脂，适当加入金属铝粉和金属硅粉作为抗氧化剂。

(3)干式涂料中温强度较低，建议选用硼酸或者硼砂之类的烧结剂，降低烧结温度，便于现场烘烤。

(4)选用较高档次的电熔镁砂和合适的结合剂做为镁质干式涂料的原料，可预防永久层与工作衬分离的问题。