連鑄中間包包蓋應用現狀及毀機理分析

1常用連鑄中間包裝包層的介紹及破壞機的分析1.1采用全鑄鋼件制造中間包包蓋采用全鑄造結構形狀的中間包包蓋。由于涂層是一種全鑄造材料，當工作時在高溫熱輻射下產生非常不均勻的熱量，因此很容易產生較大的熱應力和熱應力差。尤其是由于頻繁的快速冷卻和快速冷卻等快速冷卻作用，鑄造鋼件容易反復形成變形，容易產生較大的不均勻冷卻性能，導致板蓋嚴重變形和傾斜。因此,在此工況條件下,采用全鑄鋼件來制造中間包包蓋,一般使用幾個澆次后,蓋板除表面劇烈氧化、粘鋼外,更主要的是蓋板整體嚴重變形、翹曲,這樣便削弱了包蓋的保溫效果,且影響塞棒上下操作運動。采用全鑄鋼件的中間包包蓋其使用壽命較短,不僅備件消耗量大,更重要的是影響了澆鋼的正常操作。采用高硅耐熱球墨鑄鐵等制造的全鑄鐵中間包包蓋,由于鑄鐵件脆性大,僅往往使用一次后蓋板就產生裂紋,隨即整個包蓋蓋板斷裂。因此全鑄鐵也不適合作中間包包蓋的材質使用。1.2包蓋金屬邊緣的燒蝕和變形隨著耐火材料技術水平的發展,尤其是澆注料技術的突飛猛進,很多鋼廠現在都采用了這種金屬邊框-耐火澆注料復合結構的中間包包蓋形式。此種包蓋其蓋板上部為鋼板焊接件或鑄鋼件制作成的金屬殼體,蓋板下部采用耐火澆注料整體打結而成。由于各個廠家制造水平、使用水平的不同,中包包蓋使用壽命差別也較大,其使用壽命一般在幾個澆次至十幾個澆次左右。金屬邊框-耐火澆注料復合結構的中間包包蓋主要損毀形式有:(1)包蓋金屬邊框燒蝕;(2)包蓋金屬邊框彎曲變形;(3)耐火澆注料覆蓋層剝落。其中,包蓋金屬邊框燒蝕與包蓋邊框彎曲是包蓋破損的最主要形式,并是伴生出現的。包蓋耐火澆注料覆蓋層的剝落往往是以邊框局部剝落為起點而不斷擴展,最終發展為包蓋大面積的剝落。包蓋耐火澆注料覆蓋層的大面積剝落不僅導致包蓋保溫性能下降而影響其保溫防護功能,同時掉塊也會導致堵塞澆鑄水口而影響連鑄坯的開澆。包蓋金屬邊框的燒蝕是一個高溫化學腐蝕與熔融的漸變過程。在中間包包蓋實際使用過程中,由于包蓋變形易造成包蓋邊沿與中間包本體上沿接觸處密封不嚴,此外,塞棒、水口、燒嘴孔洞等處若密封不嚴,均會導致在中間包烘烤與澆鑄使用時這些部位冒火、串氣。高溫燃燒的火焰與高溫廢氣直接沖刷包蓋金屬邊框表面,同時,鋼水高溫輻射使包蓋工作面溫度迅速上升,造成外露的金屬邊框表面出現嚴重的高溫氧化,氧化鐵皮的剝落與金屬和氧化鐵皮的高溫熔蝕,造成金屬邊框不斷燒蝕包蓋邊框彎曲變形的形成也是一個漸變的過程。由熱應力變形理論可知,包蓋受熱不均勻產生的熱應力是包蓋變形的最主要因素。在中包烘烤與澆鑄作業時,由于包蓋邊沿、塞棒及水口等孔洞處密封不嚴,高溫火焰與高溫廢氣的不均勻沖刷,致使包蓋受熱不均勻而產生熱應力變形。此外,包蓋在熱狀態下的裝卸作業也是包蓋變形的一個重要因素。在熱裝卸作業過程中,包蓋工作面的受力狀態為拉應力,而背面為受壓狀態。由于包蓋耐火澆注料覆蓋層抗拉應力能力較低,同時金屬邊框在高溫下力學性能下降嚴重,易造成高溫裝卸作業時出現包蓋外凸現象,強化了耐火澆注料的剝落,且隨著耐火澆注料剝落狀況的加劇,包蓋整體溫度不斷提高,高溫裝卸作業引起的包蓋變形會越來越嚴重。金屬邊框燒蝕與包蓋變形之間存在著相互影響、相互促進的關系。一方面包蓋金屬邊框的燒蝕加劇了中間包烘烤與澆鑄時包蓋溫度分布的不均勻性、削弱了包蓋金屬框架承載能力,致使包蓋熱應力增大、裝卸時包蓋受力狀況惡化,促進了包蓋變形的發展;另一方面是包蓋的變形破壞了包蓋的密封性能,加劇了火焰對包蓋金屬邊框的直接沖刷與燒蝕程度。因而,燒蝕與變形總是伴生出現的。中間包包蓋耐火澆注料覆蓋層的剝落,一是由于中間包包蓋經常處于急冷急熱過程中產生的熱應力破壞造成的;二是由于中間包濺渣形成的渣蝕引起的結構剝落造成的;三是與包蓋的變形也有相互促進的關系。2用于多功能長壽命連鑄中心包裝裝包的應用方法多功能、長壽命連鑄中間包包蓋主要技術方案包括以下幾個方面:2.1組合梁的形成多功能、長壽命連鑄中間包包蓋鋼結構主要包括弧形主筋板、矩形副筋板、頂板、邊板、V型錨固件等部件。四周邊板焊接在一起形成邊框;弧形主筋板和矩形副筋板焊接成“井”字形構成組合梁,梁的兩端和邊框焊接在一起;頂板上表面和組合梁焊接在一起;頂板下表面安裝耐火纖維模塊或耐火纖維硬質板,頂板上、下表面焊接有V型錨固件。此種金屬邊框結構具有結構合理、整體強度高、重量輕、耐高溫、抗熱變形能力強、維修率低、使用壽命長且安全可靠等性能特點。2.2中間包包蓋鋼結構多功能、長壽命連鑄中間包包蓋,其工作層主要是硅酸鋁鋯質耐火纖維組件。纖維組件采用焊接錨固方式直接安裝在中間包包蓋鋼結構的頂板下表面。在包蓋塞棒孔、烘烤孔、水口孔、觀察孔等孔洞處則采用鋼纖維莫來石澆注料制作而成通孔結構形式。由于陶瓷纖維具有良好的保溫隔熱性能,因而可以有效地降低中間包包蓋鋼結構的工作溫度,降低包蓋鋼結構變形的趨勢。鋼纖維莫來石澆注料則具有強度高、抗渣性能好,能經受住頻繁的急冷急熱作用和強烈的渣蝕作用,且粘渣后清理容易。2.3間包包蓋保溫技術在中包蓋邊沿及中間包本體上沿放置一層或兩層耐火纖維針刺毯密封條,可以起到隔熱、保溫、密封等作用。中間包本體和中間包包蓋之間采用高鋁纖維針刺毯密封保溫技術,不僅可以減少鋼水澆鑄時的溫降,提高連鑄坯的質量,而且由于高鋁針刺毯具有容重小,隔熱保溫性能好,操作簡便,烘烤時不炸裂、無異味等優點,還可以提高中間包的烘烤質量,節約能源。此外,采用高鋁針刺毯密封保溫技術,還能夠對中間包包蓋鋼結構起到很好的保護作用,延長中間包包蓋的使用壽命。2.4中包蓋發蓋技術方案在塞棒、水口、燒嘴、觀察孔等孔洞處蓋上專用的硬質耐火纖維保溫板,可以減少這些孔洞處在中包烘烤及澆鋼作業時冒火等現象的發生,能夠減少包蓋金屬邊框高溫下的燒蝕及降低其工作溫度,從而減少其變形。同時也能避免從這些孔洞中落入雜物到中包內,造成開澆時噴濺。按上述技術方案設計制作而成的多功能、長壽命連鑄中間包包蓋,相對于傳統意義上的中包蓋(如全鑄鋼或全鑄鐵中包蓋,以及鋼結構-澆注料形式的中包蓋),新型中包蓋取得了較好的使用效果。新型中包蓋具有如下特點:(1)中包蓋結構設計合理、整體強度高、重量輕、耐高溫、抗熱變形能力強、使用壽命長(新型中包蓋其使用壽命大于500爐次,全鑄鋼或全鑄鐵結構的包蓋平均使用壽命約200爐次,鋼結構-澆注料形式的包蓋平均使用壽命約300爐次)。(2)中包隔熱保溫性能好、節約能源,改善了現場操作環境(中包蓋上表面溫度<200°C)。(3)中包密封性能好,可有效降低鋼水中的[O],[N]等雜質含量。(4)中包蓋使用時安全可靠,不會開裂、剝落、