300 t 钢包包沿浇注料材质的优化及砌筑结构的改进

钢包除了盛运钢水外，其作为精炼容器的作用越来越显著，尤其是在“碳达峰，碳中和”的背景下，降低铁耗，提高废钢比成为目前转炉低碳冶金的发展方向，钢包炉工序加废钢成为目前降低铁耗的有效措施。钢包炉在操作的过程中发现，加废钢时导致钢水液面控制不稳定，部分炉次钢水液面偏高导致包沿料侵蚀加快;另外，钢包包沿部位容易粘渣，通常用锚钩来处理，渣线砖部位被锚时容易产生环缝或渣线砖受损，在这种情况下，包沿部位或渣线砖穿钢事故时有发生，严重影响钢包安全运行。本文针对武钢有限公司炼钢厂300t钢包包沿的材料及砌筑结构改进过程，进行了分析与讨论，以解决钢包包沿异常侵蚀和漏钢问题。

钢包包沿结构及材质的现状与问题

武钢有限公司炼钢厂三分厂有34个容量为300t的钢包，包体外观尺寸如图1所示。钢包下部直径4370mm，上部直径4770mm，高5100mm(含钢包脚500mm)，呈圆柱倒锥形;透气砖距中轴线850mm对称分布，水口座砖距中轴线距离分别为750mm、1200mm，钢壳重约67t。钢包内衬组成：包底永久层、工作层均为刚玉浇注料;包壁永久层为100mm厚刚玉浇注料，包壁工作层1～12环为刚玉预制块，厚度200mm;渣线砖13～23环为220mm厚镁碳砖，耐材总重量约63t。

图1 钢包砌筑结构图

渣线砖顶部为高度200mm的包沿浇注料，浇注料内部有宽度150mm、厚度30mm的压砖板，压砖板焊接在钢包一整圈，其弧度与钢壳弧度保持一致。压砖板的上部间隔300～400mm焊接加强筋板，加强筋板两侧焊接V型锚固钉。压砖板、加强筋板、V型锚固钉彼此之间牢固地焊接在钢壳上，通过包沿料浇注成为一个整体，其示意图如图2所示。

图2 改进前包沿砌筑结构示意图

钢包包沿浇注料与内部钢结构形成一个整体作用于渣线砖，对钢包壁工作层达到整体施压作用，防止钢包倾翻过程中环缝的产生。然而，生产过程中钢包包沿处粘渣、渣线砖穿钢事故时有发生，影响了生产稳定顺行。

使用初期，包口表面平整光滑，渣不容易粘附，使用中期，由于工作面的逐步侵蚀，出现裂缝、开裂，渣容易附着，熔钢和渣较容易从裂缝渗入，最终导致包口整圈粘渣，如图3所示。钢水装入量大且在钢包炉精炼处理时，钢包包沿粘渣速率会进一步增加。钢包包口粘渣严重时会影响真空插入管升降，被迫用锚钩进行处理，影响生产节奏。

图3 钢包包渣实物图

钢包炉工序加废钢时导致钢包液面控制不稳定，部分炉次钢液面偏高，钢包炉精炼处理时钢渣界面达到包沿位置，钢包渣与包沿料发生化学反应，再加上物理冲刷，可导致包沿料异常侵蚀，如图4(a)所示。由于钢厂钢包耐火材料的生产及砌筑均采用外包的方式，钢包不同部位使用的耐火材料和砌筑质量得不到保证，尤其是包沿部位选用品质相对较差的高铝浇注料，耐侵蚀程度大大降低，在精炼处理过程中在渣线部位容易发生穿漏现象，如图4(b)所示。

a：钢包包沿异常侵蚀图

b：钢包包沿部位发生穿漏现象

图4 钢包包沿部位侵蚀实物图

钢包周转过程中，包沿异常侵蚀导致内部钢质压砖板裸露，压砖板失去耐火材料的保护，不断被氧化、熔损。钢包下线后压砖板维修量增大，人力、物力成本增加。

钢包包沿砌筑方式与材质的优化

改进后的钢包包沿主要包括压砖板、L型渣线砖、加强筋板和锚固件四部分，其示意图如图5(a)所示。压砖板焊接在钢壳一整圈，距离包口80～100mm，在压砖板的上部间隔300～400mm焊接加强筋板，加强筋板两侧焊接V型锚固钉。压砖板、加强筋板、V型锚固钉相互之间牢固地焊接在钢壳上，L型渣线砖砌筑在最上层渣线砖上部，L型渣线砖最上部与压砖板平齐且保证L型渣线砖的内侧面与压砖板间距70mm，实物图如图5(b)所示。

(a)改进后的包沿砌筑示意图

1-钢包钢壳; 2-加强筋板; 3-包沿料; 4-L型渣线砖; 5-永久层浇注料; 6-渣线砖; 7-压砖板

(b)改进后的包沿砌筑实物图

图5 改进后的钢包包沿砌筑结构示意图

钢包包沿渣线砖砌筑完成后安装好模具进行包沿料浇注，包沿料通过压砖板与L型渣线砖之间70mm间隙对压砖板下部空隙进行填充，最终形成钢包包沿整体，压砖板通过包沿料作用在L型渣线砖上，对钢包工作层砖达到整体施压作用，防止钢包倾翻过程中环缝的产生。

对包沿浇注料的材质进行了优化，调整了部分技术指标的要求。以前所用的包沿浇注料耐侵蚀性能较差，钢包炉精炼处理时一次侵蚀深度可达20～30mm，与厂家协商，对包沿浇注料的理化指标进行了优化，其各项指标对比列于表1。由表1可以看出，Al2O3含量增加了6.3%，SiO2含量降低了2.1%，显气孔率降低，体积密度增加，抗折强度增加明显，约9.6MPa，耐压强度增加2.4MPa。

表1 钢包包沿浇注料理化指标优化对比

砌筑好的钢包静置8h后脱模，按烘烤制度进行烘烤。2022年2月，12#钢包开始了第一个包沿结构优化试验，之后陆续试用了8个钢包。试用发现，钢包包沿粘渣现象明显改善，因包沿异常侵蚀而导致的钢包下线次数明显降低，压砖板烧损现象得到控制，钢包周转过程稳定。因包沿侵蚀导致钢包非计划下线次数由原来的2.7次/月降低到0.8次/月，降低比例达70%，其统计数据列于表2。

表2 钢包包沿异常侵蚀数据统计表

结 语

钢包包沿结构改进前采用200mm高的浇注料，浇注料内部压砖板和加强筋板形成一个整体共同作用于渣线砖，钢包周转过程中，包沿粘渣、异常侵蚀现象明显，影响钢包生产顺行。通过采取优化钢包包沿压砖板尺寸、应用L型渣线砖、提升包沿浇注料质量等措施，钢包包沿因异常侵蚀而导致的钢包非计划下线比例降低了70%，有效控制了包沿部位穿钢事故的发生。

文章来源：《耐火材料》

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