中间包工作衬材料技术选型：绝热板、涂料与干式振动料的深度比较

在连续铸钢工艺中，中间包不仅仅是钢液的暂存与分配容器，它更是稳定浇注、提升钢水洁净度的关键冶金反应器。其工作衬耐火材料的选择，直接关系到生产效率、吨钢成本以及最终铸坯的质量。目前，市场上的主流技术路径主要有三种：中间包绝热板、喷涂料/涂抹料，以及干式振动料。那么，这三种材料在实际应用中，各自的“脾气”究竟如何？它们的技术优劣与适用场景又有哪些差异？

一、中间包绝热板：便捷施工背后的性能权衡

中间包绝热板以其预制成型、安装便捷的特点，在许多钢厂得到了应用。它主要分为硅质、镁质和镁橄榄石质三大类，服务于不同的钢种需求。

1. 材料特性与应用场景

• 硅质绝热板：主要面向普碳钢、碳结构钢等普通钢种。其核心工作原理在于，材料中的石英在高温下发生相变，产生体积膨胀，使接触熔渣的反应层变得致密。同时，表面会形成一层高粘度玻璃相，双重作用下有效阻止熔渣的渗透。
• 镁质绝热板：适用于对洁净度要求更高的钢种，如铝镇静钢和低合金钢。其优势在于化学性质稳定，能有效抵抗碱性熔渣的侵蚀。更有趣的是，它能吸收熔渣中的FeO，形成镁方铁矿（magnesioferrite）并引发体积膨胀，同样能在表面构筑起致密的防护层。若采用无机结合剂，其中的磷酸盐还能与杂质CaO反应生成高温稳定相，增强对钢液的抗冲刷能力。
• 镁橄榄石质绝热板：定位于高质量合金钢的浇注。它综合了良好的高温性能和较低的温度波动，通过采用无机结合剂，从源头上规避了钢液“增硅增氢”的风险。

2. 核心优势与局限

绝热板的最大优势在于实现了“冷包开浇”，省去了冗长的预热烘烤环节，显著节约了燃料成本。其良好的保温效果能支持炼钢炉出钢温度降低5 ~ 10°C，并减少冷钢的形成。拆砌方便，相比传统砖砌方式可节省高达70%的人工，还能改善作业环境。对钢水洁净度亦有贡献，能减少铸坯中大于50μm的夹杂物。

然而，其局限性也相当突出：

• 化学兼容性问题：硅质绝热板中的SiO₂会与铝镇静钢液中的Al、Mn等活泼元素反应，生成Al₂O₃、2MnO·SiO₂等夹杂物，反而污染钢水。
• 结构与性能短板：镁质绝热板在多炉连铸条件下强度不足。若使用有机结合剂，高温下会分解出氢气，导致钢水“氢脆”。其较高的热导率也使得包内钢液温降较大，往往需要额外铺设其他绝热材料，增加了施工的复杂性。
• 高温化学稳定性不足：镁质绝热板中某些结合相（如M₂₀S类物相）以及镁橄榄石绝热板的主晶相（镁橄榄石），都容易与熔渣中的CaO反应生成低熔点物相（如钙镁橄榄石CMS），这会破坏材料结构，加速熔渣渗透，最终缩短使用寿命。

二、中间包喷涂料/涂抹料：“湿法”工艺的固有矛盾

喷涂料和涂抹料作为一种不定形耐火材料，通过现场施工形成整体工作层。它提供了另一种技术选择，尤其在修补和异形构造方面显示出灵活性。

1. 应用优势

这类材料通常具备较高的耐火度，对钢水和熔渣有良好的抗侵蚀性。施工性能和烘烤适应性良好，附着力强，不易开裂剥落。更关键的是，其热导率较低，能满足中间包的保温需求。特定组分（如镁钙质涂料）还能吸收钢液中的杂质，起到一定的净化作用。浇注结束后，残衬易于解体脱落，理论上提高了周转效率。

2. 致命缺陷：“水”带来的连锁反应

尽管优势明显，但“湿法”工艺引入的水分，成为其无法回避的“阿喀琉斯之踵”。

• 施工与环境制约：冬季施工时，水分不易排出，易导致涂层冻结。
• 结构缺陷：高气孔率是其固有特性，这不仅为熔渣渗透提供了通道，还增大了附渣层厚度，减少了中间包的有效容积。钢液和熔渣沿气孔渗入后，由于热应力和物相差异，在温度波动下极易导致涂层结构性崩裂和剥落，污染钢液。
• 水化与烘烤难题：施工中加入的水会使MgO、CaO等活性成分发生水化。烘烤时，脱水过程不当会在表面造成起皱和裂纹。为保证结合强度，必须进行长时间烘烤，否则涂层剥落风险极高。
• 钢液污染源：烘烤过程中蒸发的水分会对永久层造成水腐蚀。而未完全排出的结合水会在高温下分解，导致钢液二次氧化和吸氢，直接损害钢坯质量。
• 长时服役困难：在长时间连浇过程中，涂料易发生严重烧结，导致浇注结束后无法自动脱包。

对材料性能的精准把控是避免上述问题的关键。若对材料在高温下的化学反应、物相变化、以及热应力行为缺乏清晰的认知，就可能导致选材失误，引发生产事故。因此，全面的耐火材料理化性能检测变得尤为重要。 精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），央企，国字头检测机构，专业的权威第三方检测机构，专业检测耐火材料理化性能，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636

表1：中间包用碱性涂料理化指标参考 (YB/T 4121—2004)

三、中间包干式振动料：面向高效连铸的进化路径

干式振动料的出现，可以说是集成了绝热板与涂料的优点，同时精准规避了它们的核心弊病，尤其契合了现代钢铁工业对长寿、高效、洁净的追求。

核心优势在于“无水施工”及其带来的连锁效应：

1. 卓越的抗侵蚀性与长寿命：干式振动料抗钢水、熔渣侵蚀能力强，使用寿命大幅提升，普遍可达20小时以上，优秀者甚至能达到60-70小时，这直接降低了吨钢耐火材料消耗，并极大地提高了劳动生产率。

2. 独特的自烧结机制：在使用中，材料依靠从工作面到永久层的温度梯度进行“梯度烧结”。热面形成致密的抗侵蚀层，而靠近永久层的部分保持较低的致密度，起到了良好的保温作用。这种结构避免了贯穿性裂纹的产生。

3. 优异的施工与周转性能：无水施工意味着无需漫长的烘烤。通常仅需在200-300°C下烘烤45-90分钟使结合剂固化即可，甚至可以直接使用。这极大地提高了中间包的周转率和利用率。烧结过程中的微量收缩特性，也使得浇注结束后的翻包、脱包异常轻松。

4. 对钢液的高度友好：由于不含水分，从根本上杜绝了钢液二次氧化和吸氢的风险，为生产高品质洁净钢提供了坚实保障。

四、性能对决：三种材料的直观比较

将三种工作衬的核心性能指标并列对比，高下立判。干式振动料在烘烤时间、连铸炉数和连铸时间等关键运营指标上，展现出无可争议的优势。

表2：干式工作衬、涂料与绝热板性能比较

综合来看，中间包工作衬材料的选择是一项系统工程。绝热板和涂料在特定成本和工况要求下仍有其应用空间，但对于追求高效、长寿、高洁净度连铸生产的钢厂而言，干式振动料凭借其综合性能优势，无疑是当前及未来的主流技术方向。