超轻质镁质中间包涂料的研制与应用

摘 要    研究了涂料密度、纤维种类、结合剂及增塑剂等因素对涂料导热性能和施工性能的影响。结果表明：1）向涂料里添加耐火纤维，适当减少磷酸盐结合剂加入量及降低涂料的体积密度，能显著降低涂料的热导率；2）选用合适的复合增塑剂和结合剂，能显著降低涂料的施工性能，做到既可以手工涂料也可以机器喷涂，既可以低温施工，也可以高温施工；3）研制的超轻质涂料的热导率≤0.3W^.（m ^.K）^-1，体积密度≤1.14g.cm^-3，使用寿命达到10h以上，对中间包保温和稳定连铸起到良好的作用。

关键词 中间包涂料  镁质耐火材料  轻质材料  热导率  施工性能

　　在钢水供应十分充足的建筑钢等品种的生产中，特别是在水口能在线快速更换的条件下，希望中间包的使用寿命越长越好。通过使用高性能的镁质预制件、镁质涂料及镁铝铬质涂料等，可使中间包工作层的使用寿命达到50h以上。但是用高抗侵蚀性的工作层材料时，其热导率也往往很高，因此，中间包的保温是一个重要的问题。另外，伴随着中间包冶金技术的发展，优质钢和特殊钢的比例增加，受浇注钢的品种变化和浇铸同一种钢的产量的限制，导致对中间包的使用寿命的要求不高，而满足浇铸钢的质量为第一要求。在这种情况下，希望中间包耐火材料衬能净化钢水和具有良好的保温效果，针对以上情况，研制了超轻质中间包涂料。

1 原料

　　所用原料有：MgO含量（质量分数，下同）≥92%、灼减≤0.3%、粒度为1-0mm的烧结镁砂，MgO含量≥94%、灼减≤0.5%、粒度≤0.088mm的中档烧结镁砂，工业一级品三聚磷酸钠，粒度＜0.045mm的钠基硼润土，广西泥，废旧报纸粉碎而成的纸纤维（长度以4-7mm为好，干燥不吸潮），玻璃纤维及硅酸铝质耐或纤维。

2 结果与分析
2.1 涂料体积密度对其热导率的影响
　　配料时，在保持基本原料配比不变的情况下，通过改变颗粒组成和发泡剂的添加量，来改变镁质涂料的密度。将混合料制成114mm×114mm×65mm的坯样，经110℃ 24h干燥后，测其体积密度，并用热线法测定500℃时的热导率，结果见表1。可见，随着涂料体积密度的降低，热导率下降。因此，降低工作层涂料密度，能显著提高中间包的保温性能。

表1 镁质涂料密度对热导率的影响

2.2 纤维对热导率的影响
　　在保持基本原料配比不变的情况下，改变纤维的类型，通过振动和捣实等方法，保证涂料干后的体积密度基本相同。将混合料作成114mm×114mm×65mm坯样，经110℃ 24h干燥后，用热线法测定500℃时的热导率，结果见表2。由表2可知，耐火纤维能显著降低涂料的热导率，而玻璃纤维却增加了热导率。因此，为了提高涂料的保温性能，应加入适量的硅酸铝质耐火纤维。

表2 纤维对热导率的影响

2.3 三聚磷酸钠对涂料热导率的影响
　　在保持基本原料配比不变的情况下，分别加入b和2b的三聚磷酸钠结合剂做成涂料，并对它们的热导率（500℃）和干后密度进行测量，结果见表3。由表3可知，三聚磷酸钠的添加量增加，涂料的热导率增加。这可能是因为在温度较高时，生成的液相量随三聚磷酸钠的增加而增多所造成的。

表3 三聚磷酸钠加入量对涂料热导率的影响

2.4 增塑剂对涂料性能的影响
　　在保持基本原料配比不变的情况下，对膨润土和广西泥的添加量进行调节，它们对涂料性能的影响见表4。由表4可知，与膨润土相比，加入广西泥可降低涂料的热导率，而膨润土加入量增加，导致干燥密度下降和热导率的下降。值得注意的是，膨润土的可塑性比广西泥好。膨润土使涂料具有更好的烧结性能。

表4 增塑剂及其加入量对涂料性能的影响

1）测定温度为500℃

2.5 涂料附着性试验

　　根据上述试验结果及宝钢电炉中间包的操作条件和使用要求，选择热导率低的配方配制涂料，进行涂抹性能试验。涂抹试验步骤为：先准备3个墙面，即常温的水泥混凝土墙、分别用在110℃及220℃的烘箱里烘3h后的高铝砖砌成的高铝砖墙，然后，立即把准备好的涂料涂在每个墙面上，每个墙面用涂料3kg，涂抹面积约0.1m²。试验结果证明，220℃的高温墙面在涂抹时，涂料里的水马上形成蒸汽而把涂料与墙面隔开，导致涂料不能粘附在墙面上，而对于常温的水泥混凝土墙和110℃的高铝砖墙，涂料的粘附性就很好。高温下涂料的附着率低，也在后来的实际应用中得到了证明。在涂料中添加适量的有机结合剂和一定量的活性氧化物，可以解决高温下涂料的附着率低的问题。

3 研制涂料与现用产品的性能对比
　　经过试验研究后，确定了合理的涂料配方。研制的超轻质涂料的性能对比见表5。可见，研制涂料的显著特点是体积密度很低，热导率也很低。

表5 研制涂料与现用涂料的性能对比

 　　对于研制料，无论是手工涂抹还是机器喷涂，它的附着率都能达到100%，这给施工带来了很大的灵活性和方便。

4 使用及改进
　　研制的超轻质中间包涂料在宝钢电炉厂T形中间包（35t）上进行使用试验（机器喷涂）。第一次喷涂时，因该中间包温度较高（在150℃以上），当机器喷涂完第一遍后，在涂料层和永久层之间形成了蒸汽膜，这样就有少部分涂料从中间包包壁上滑落下来；接着喷涂第二遍时，因永久衬温度的降低，涂料的滑落现象基本消除。当喷涂第二个中间包时，选择中间包壁的温度在100℃下施工，这样，就没有涂料的滑落现象，附着率达到了100%。中间包墙壁的喷涂厚度约为30mm，包底的喷涂厚度约为40mm。在养护、干燥和烘烤过程中，没有出现裂纹和发生倒塌的现象，能满足钢厂对使用寿命的要求，同时用后也很好翻包。得到了钢厂的肯定。
　　为了进一步改善涂料的高温附着率，做了下列改进：（1）选用粘结性能良好的两种无机复合增塑剂；（2）在用磷酸盐结合剂的同时，也使用了在100℃以上有较好粘结性的有机结合剂；（3）调整涂料的颗粒组成以提高其透气性，从而减少蒸汽膜对涂料的鼓胀力。经过这样的调整，使涂料的适应性大大增强，基本上保证了在各种温度下都能有良好的施工性能。经过试用和批量使用，结果显示该涂料在各种温度下都具有良好的施工性能，在养护、干燥和烘烤的过程中，涂料层没有出现裂纹,也没有发生剥落等不良现象。使用后观察，涂料层仍然残余相当的厚度并且具有良好的抗渣渗透性能。良好的保温性和抗渣渗透性，使永久层和工作层间的温度较低，没有粘结发生，再加上涂料本身的强度较低，因此，使用后翻包时，工作层容易自动脱下。

5 结论
　　（1）选用硅酸铝耐火纤维，适当减少三聚磷酸钠的加入量和降低涂料的体积密度，都能显著降低涂料的热导率。
　　（2）选用复合增塑剂和结合剂，能显著改善中间包涂料的施工性能，使涂料既可以手工涂抹也可以机器涂抹，既可以常温施工，也可以在较高温度下施工。
　　（3）研制的超轻质镁质涂料，使连铸超过11h，满足了电炉连铸的要求，对中间包保温和稳定连铸起到了重要作用，同时也减少了涂料用量，降低了成本。