钢包轻量化、长寿命包衬的应用实践

　　近年来，为了适应钢铁生产高效、低耗、优质、少排放和绿色发展的总体目标和需求，炼钢生产要研制资源节约型、环境友好型、长寿命的耐火材料，进而保证炼钢工艺稳定、设备高效率运行，持续降低耐火材料的吨钢消耗，减少废弃耐火材料的排放，增强钢铁行业可持续发展能力。在耐火材料的消耗中，钢包用耐火材料的消耗占据整个炼钢流程中耐火材料消耗的30%以上，钢包工作衬耐火材料采用镁碳砖，包壁、包底采用刚玉-尖晶石浇注料整体浇注工艺，是目前国内外普遍采用的钢包包衬。但传统的钢包浇注内衬直接对残衬进行剥皮套浇中修工艺，导致透气砖、滑板寿命降低，增加了钢包耐材、工作衬浇注料消耗和成本，制约了钢包耐材轻量化技术的推广应用。因此，提高钢包耐火材料利用率，降低钢包耐火材料吨钢消耗，是降低炼钢流程中耐火材料消耗的关键。

　　莱钢银山型钢炼钢厂于2004年7月建成投产，目前主要工艺设备：120t顶底复吹转炉4座，120tLF精炼炉4座，130tRH精炼炉2座，3台板坯连铸机和1台异型坯连铸机，形成了120t顶底复吹转炉-LF(RH)精炼-连铸的生产工艺。

　　随着品种钢的开发生产，钢包内衬各区域均出现影响安全使用问题，钢包耐材寿命低、关闭不严，严重制约炼钢生产顺行问题，不能够满足生产要，主要存在以下问题。(1)钢包使用40～45次进行小修，对包壁进行剥皮然后套浇内衬，更换钢包渣线镁碳砖、水口座砖、透气座砖，目前小修钢包套浇层厚度80～100mm,增加了内衬浇注料耐材消耗和成本。(2)钢包渣线砖不耐侵蚀，平均常规使用的寿命不到45次，透气砖常规使用的寿命25次，导致钢包下线频次增加，增加炼钢热能及过程循环物理热的损失。(3)120t钢包滑动水口滑板因机构设计上的缺陷和滑板等配套耐材质量上的问题，只可以使用1次，钢包浇注后期，滑板关不住的现象时有发生，给生产造成较大的安全风险隐患，影响了钢包周转率和包衬使用寿命。

　　炼钢厂通过对钢包浇注工作衬不剥皮，直接采用湿法自动喷补循环利用，对滑动水口机构、滑板进行了创新性系统改进实现滑板的多炉连用，并对钢包透气砖工艺进行了优化改进，降低钢包整体浇注料的消耗和成本，加快钢包周转、改善连续化的炼钢工艺条件。通过钢包全耐材寿命提升，对炼钢厂节能降耗、降本增效起到重要技术支撑作用。

　　使用后的钢包浇注工作衬，在变质层不剥皮的基础上研究开发了湿法自动喷涂技术，直接循环利用，降低钢包整体浇注料的消耗和成本。钢包自动喷补造衬先将刚玉尖晶石质喷补料与水混合搅拌成可泵送的泥料，然后通过泵送设备及软管的输送，借助压缩空气和促凝剂的作用使泥料附着到钢包包壁上，利用智能钢包自动喷补机械手，对整个钢包内衬里自下而上按设定行程次数进行自动循环喷补的一种新型耐材技术³,主要钢包喷补料理化指标如表1所示。

　　建立钢包喷补模型，通过改善浇注料材质，钢包第一次下线次左右，视包壁侵蚀情况做喷补，喷补层均匀致密耐用不分层，侵蚀速率低，常规使用的寿命长，正常更换渣线砖、三砖后继续上线次左右正常下线中修(更换三砖及渣线),对包壁工作层表面清洗整理干净，按第一次喷补工艺自动喷补施工，于180次下线时进行第二次自动喷补，240次下线为一个包役，工艺流程如图1所示。

　　此技术通过喷补料搅拌采用定量加水装置控制，加水量少且可控。无须操作人员钢包内持枪操作，可降低人员的劳动强度，施工效率更加高且更安全。喷枪头与包壁角度垂直，距离均衡，喷补料附着率高，喷补层的整体稳定性很高。实现钢包内衬耐材3D精准修复，可对钢包局部冲偏部位重点加强，有利于提高钢包冲偏部位的安全系数，现场湿法喷补如图2所示。

　　炼钢厂型钢区炼钢工艺路线为LF+RH,钢包周转周期长，对钢包透气砖稳定性要求高，常规狭缝式透气砖常规使用的寿命25次要换掉，增加耐材寿命及热效率利用。为了进一步提升精炼钢包底吹氩透气砖的常规使用的寿命、底吹效果和安全可靠性，开发应用弥散式透气砖，利用砖体内部颗粒级配的设计，在砖体中形成大量不规则分布、贯通的微孔进行透气，保证氩气搅拌效果。

　　钢包底吹氩弥散式透气砖的内部材料透气部分采用高纯刚玉、莫来石为主原料，通过机压方式成型。具有气泡小、气泡均匀性好、洁净钢水效果好、常规使用的寿命长、气体流量大等优点。外部材料以高纯刚玉、尖晶石、微粉为原料，通过浇注的方式成型。具有高温性能好、抗侵蚀性能强的特点，能够很好地保护内部材料。

　　新型弥散式透气砖气泡小、气泡均匀，有利于钢水净化，吹通率高;减少热修和冷停的次数、有利于钢包连续周转和钢包顺行，无须烧氧反吹，气孔孔径能做到70nm,解决了透气砖渗钢需要烧氧的问题，透气砖理化性能主要指标为Al₂O₃+MgO+SiO₂≥94%、Cr₂O₃≥3%、耐压强度(1600℃×3h)≥50MPa,显气孔率(1600℃×3h)25%～28%。

　　透气砖在使用的过程中高度不断降低，为保证使用的过程中的安全，成型时在砖芯内部预设了安全显示标识。安显标识设置在砖芯底部150mm处，炼钢厂弥散式透气砖总体常规使用的寿命基本都可达到35炉以上，平均常规使用的寿命41炉，新型弥散式透气砖的试验情况见表2。

　　炼钢厂通过弥散透气砖的使用，较传统狭缝透气砖透气砖寿命的提升降低了耐材的吨钢消耗。在热修处理时基本能做到不烧氧，少烧氧，降低了人员的劳动强度，烧氧管、氧气等材料使用量。弥散透气砖前端采用弥散式气体发散形式，对于捕捉钢水夹杂，提高钢水洁净度有着非常明显效果。在结构上采用“上方下圆”的结构组合，利于现场的使用判断，提高了砖芯使用的安全。

　　炼钢根据钢种工艺技术要求，需要进LF、RH处理，钢包包衬在精炼冶炼过程中随炉渣氧化性升高和渣中氧化镁下降侵蚀速度加快。目前精炼冶炼过程中阶段性炉渣氧化性上升，氧化镁含量下降，加之高温炉渣在冶炼过程对包衬冲刷，导致炉渣对钢包包衬侵蚀加剧，包龄下降，为满足单次包龄60次以上的要求，炼钢厂对钢包包衬结构与砌筑工艺来优化设计，结构示意图如图3所示。

　　提高钢包包衬的保温性能，永久衬由5mm厚耐火隔热板+85mm厚高铝自流浇注料改为5mm纳米板+15mm轻质保温砖+70mm自流浇注料，其主要理化性能检验测试值见表3。

　　渣线使用高性能镁碳砖修砌，渣线mm,包壁及包底采用整体浇注，包壁厚度210mm,包底厚度380mm,其主要理化性能指标见表4。

　　炼钢厂型钢区钢包机构自2004年7月建厂投产一直沿用SN120型直推型，随着长时间使用已经没办法满足现场生产要，旧机构导致大包浇注后期、滑板关不住的现象时有发生，给安全生产造成较大的安全风险隐患。同时为了加快钢包周转、改善连续化的炼钢工艺条件和减少相关成本，针对影响滑板连续使用的因素，对滑动水口机构研究改进C1,实现滑板的4炉连滑使用，结构示意图如图4。

　　升级改进的C1机构，使用水滴形滑板，节省耐材，滑板面压由6.5t提高到10t,上水口平面式提高安全使用性，同时实现了维护简单，开门就可更换弹簧维护轨道。兼顾经常使用底座主体不变形，工作状态矩簧组碗口朝下，避免灰尘影响矩簧组，保证矩簧组压力平稳，机构使用稳定，通过机构升级降低了生产所带来的成本，同时实现了安全连滑的需求。

　　钢包湿法自动喷补技术开发湿法喷补刚玉尖晶石质喷补料，同时开发自动循环喷补机械手工艺配合。钢包浇注工作衬喷补续衬小修4次后，平均寿命由原来的90炉次提高到240炉次以上。应用钢包弥散式透气座砖，提升了钢包夹杂物去除能力，钢包内气泡小、气泡均匀性好、钢水纯净度高，常规使用的寿命由25炉/支提高到40炉/支。开发新型钢包机构C1,通过对滑动水口机构设计改进，滑板面压提高，使滑板在滑动过程中产生稳定面压，创新应用水滴形滑板，滑板连滑由1次提高到4次，钢包轻量化应用后，优化钢包在线烘烤制度，上线 钢水过程温度显著降低

　　使用复合绝热板的钢包，由于优异的保温性能，使得耐火衬的温度大幅度提高，新式保温层后应用后包壳中上部的最高温度下降45℃左右，钢包包壳下部的最高温度下降65℃,钢包寿命提升后，每月减少新包上线%,提高了钢包周转的频率，降低转炉平均放钢温度3℃。

　　钢包包衬湿法喷补技术的升级与应用，降低了包衬耐材消耗。钢包工作衬其镁碳砖、浇注料、喷补料综合吨钢消耗，同比普通套浇工艺降低0.70kg/t。同比传统的剥皮套浇工艺降低包衬耐材消耗21%,实现了长寿、低耗、环保的耐材应用技术。

　　莱钢银山型钢炼钢厂通过钢包耐材轻量化长寿命技术攻关实践，对钢包浇注工作衬用后的反应变质层不剥皮，工作层采用湿法自动喷补技术，直接循环利用，以降低钢包整体浇注料的消耗和成本。通过滑动水口机构、滑板进行了创新性系统改进，并对钢包透气砖工艺进行了优化改进，采用综合弥散式透气座砖技术，实现滑板的多炉连用，实现钢包全耐材寿命提升，加快钢包周转、改善连续化的炼钢工艺条件和减少相关成本的需要，实现对企业品种开发、节能降耗、降本增效具备极其重大意义。推动了冶金科学及有关技术的进步，符合当前国家节能减排、循环经济的产业政策，对促进转炉炼钢清洁生产、节能降耗、环境友好发挥了及其重要的作用。