為了實(shí)現(xiàn)月產(chǎn)45萬(wàn)t鋼的規(guī)模生產(chǎn)，要求轉(zhuǎn)爐冶煉擴(kuò)容，即每爐鋼水量從現(xiàn)在的100t增加到130t以上，根據(jù)轉(zhuǎn)爐容量增加后的生產(chǎn)需要，設(shè)計(jì)出一種100t鋼包可盛裝130t鋼水的修砌方案，此方案既不能因?yàn)殇摪b入量過(guò)大造成精煉爐溢渣，也不能由于減小鋼包工作層厚度，導(dǎo)致鋼包包齡壽命的降低、耐材成本升高。

1 擴(kuò)容計(jì)算方法

鋼包作為煉鋼生產(chǎn)中必不可少的載體，是煉鋼-連鑄界面鋼水承載和二次冶金的重要容器，將各個(gè)生產(chǎn)工序有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，保證煉鋼有序進(jìn)行。鋼包不僅承接轉(zhuǎn)爐冶煉完成的鋼水，而且是精煉的重要設(shè)備，在滿足裝鋼的同時(shí)，還要滿足精煉工藝，如對(duì)鋼包凈空要求、鋼包上部?jī)?nèi)徑尺寸要求等。因此，對(duì)100t鋼包進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)，既要求容積滿足盛裝130t轉(zhuǎn)爐出鋼量，又需要適應(yīng)和精煉工藝的需求。

1.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)100t鋼包包體鋼結(jié)構(gòu)主要尺寸及工藝參數(shù)：上口外徑為3760mm,下口外徑為3280mm,鋼包總高(不含罐腳)為4065mm,鋼液面凈空高度為400mm,液態(tài)渣厚度為150mm,鋼水比重為6.9t/m3。

(2)鋼包容積公式見(jiàn)式(1):

式中：H-鋼包高度/mm;D-鋼包上部直徑/mm;D?-鋼包下部直徑/mm

其修正公式見(jiàn)式(2)：

式中：K-修正系數(shù)，取值范圍0.93～0.96;P-鋼包額定容量/t。

1.2 計(jì)算結(jié)果

鋼包包底是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的部位，包含滑動(dòng)系統(tǒng)及透氣磚、水口座磚等。本設(shè)計(jì)在保證鋼包包底安全使用的前提下，采用澆注料包底代替鋼包磚包底，并通過(guò)以上參數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算，經(jīng)計(jì)算，在現(xiàn)有鋼包基礎(chǔ)上增加30t鋼水容量，需增大內(nèi)徑120mm,即包壁耐材厚度總體減少120mm,新砌磚方案去掉了修包壁過(guò)渡層使用的80mm安全襯和包壁安全襯、工作層之間40mm剛玉自流料。此設(shè)計(jì)方案未縮短鋼包永久層厚度，對(duì)鋼包包胎尺寸無(wú)影響，原有包胎可以繼續(xù)使用，其它部位尺寸和結(jié)構(gòu)不變。

2 安全砌筑工藝

2.1 原100t鋼包設(shè)計(jì)方案及砌筑工藝

包壁設(shè)計(jì)：包壁永久層打結(jié)前在包壁上粘貼保溫層，保溫層采用納米絕熱材料，厚度10mm。永久層打結(jié)要求胎模與四周保溫板間隔控制在(100±5)mm范圍內(nèi)，澆注料攪拌時(shí)添加水量控制在6.0%左右，以澆注料流動(dòng)性作為最終判定依據(jù)，攪拌均勻，安放好新鋼包胎具。修包壁過(guò)渡層使用80mm保溫磚，鋼包包壁工作層采用210mm包壁磚、渣線部位采用240mm鎂碳磚，包壁過(guò)渡層和工作層之間采用40mm剛玉自流料，包沿高度要求小于120mm。

包底設(shè)計(jì)：先打結(jié)100mm包底永久層，然后采用包底平鋪層和包底立砌層組合修砌方法。鋼包包底安裝透氣座磚和水口座磚，透氣座磚和水口座磚與包底磚預(yù)留間隙50～100mm,包底磚砌筑完成后，用剛玉自流料填充包底磚、包壁永久層和水口座磚、透氣座磚之間的間隙，最后插磚振搗密實(shí)，做到磚縫縱橫錯(cuò)開(kāi)，磚縫泥漿飽滿，包底砌筑找正、卡牢，包底施工完成高度與透氣座磚齊平，可以滿足鋼包凈空高度為400mm,鋼包容量為100t的使用要求。

2.2 鋼包優(yōu)化設(shè)計(jì)方案及砌筑工藝

包壁設(shè)計(jì)：根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際情況，確定通過(guò)減少鋼包砌磚厚度擴(kuò)大鋼包內(nèi)徑的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，去掉修包壁過(guò)渡層使用80mm保溫磚，去掉包壁過(guò)渡層和工作層之間40mm剛玉自流料，鋼包擴(kuò)容后取消包沿磚，使用渣線磚代替，否則凈空不能滿足精煉要求。經(jīng)計(jì)算，鋼包凈空高度為400mm時(shí)，鋼包容量為132t,達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求，滿足了盛裝130t鋼水裝入量的生產(chǎn)需求。原始設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)后設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖1。

圖1 鋼包設(shè)計(jì)方案示意圖

包底采用重質(zhì)料打結(jié)，平鋪和立砌修砌方式，厚為200mm。包底及水口座磚仍采用現(xiàn)有砌筑方法，即先裝好上、下座磚，再拼砌底部磚。砌磚時(shí)須用木榔頭輕敲打緊，磚與磚之間的縫隙要小于2mm,磚縫縱橫錯(cuò)開(kāi)，做到磚縫泥漿飽滿，罐底砌筑找正、卡牢。鋼包大修，包底需重新打結(jié)底料;小修更換水口座磚或透氣座磚時(shí)，需打結(jié)底料與透氣磚座磚齊平。

2.3 鋼包磚優(yōu)化

鋼包包壁磚采用200mm厚的鋁鎂碳磚，要求碳含量提高2%,即含碳量為8%。渣線磚采用240mm厚的鎂碳磚，要求磚中碳含量提高2%,即含碳量為14%,以提高磚的抗浸蝕能力。鋼包磚的理化指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 鋼包磚理化指標(biāo)

3 鋼包改進(jìn)后方案可行性校核

3.1 校核鋼包重心與耳軸位置

耳軸的位置對(duì)于整個(gè)鋼包的傾倒過(guò)程來(lái)說(shuō)是十分重要的。若耳軸的位置太低，則很可能由于操作不當(dāng)導(dǎo)致鋼液傾倒得過(guò)快，若耳軸的位置過(guò)高，則會(huì)增大傾倒鋼液過(guò)程中所需要的傾翻力矩，進(jìn)而增大起重機(jī)副鉤的起重量，這樣就造成了很大的能源浪費(fèi)。鋼包設(shè)計(jì)耳軸中心應(yīng)高于鋼水罐滿罐合成重心以上200～400mm。對(duì)比改造前、后鋼包重心與耳軸位置如下。

(1)坐標(biāo)原點(diǎn)位置：鋼包耳軸連線中點(diǎn)。

(2)改造前重心的位置：

x=-2.569103mm

y=-352.736125mm

z=-4.602990mm

(3)改造后重心的位置：

x=-2.56900mm

y=-364mm

z=-4.52mm

計(jì)算結(jié)果表明：鋼包重心與耳軸位置符合設(shè)計(jì)要求。

3.2 鋼包傾翻力矩校核

鋼包在傾倒過(guò)程中，其傾翻力矩是由鋼包空包引起的傾翻力矩、鋼包耳軸的摩擦力矩和鋼液引起的傾翻力矩三部分構(gòu)成。通過(guò)計(jì)算起重機(jī)副鉤的起重量與傾翻角的關(guān)系，核定起重機(jī)副鉤的起重噸位，當(dāng)前80t副鉤起重量完全能夠滿足擴(kuò)容鋼包傾翻要求。經(jīng)驗(yàn)證，此改進(jìn)方案不影響鋼包相關(guān)設(shè)備諸如鋼包車(chē)、龍門(mén)鉤及連鑄鋼水包回轉(zhuǎn)臺(tái)承載能力，相關(guān)設(shè)備不需要改進(jìn)，鋼包擴(kuò)容改造費(fèi)用不需要增加。

3.3 鋼水裝入量

表2為鋼包擴(kuò)容前、后各20爐的轉(zhuǎn)爐出鋼量。從表2中可以看出通過(guò)鋼包修砌工藝的調(diào)整改進(jìn)，擴(kuò)容前20爐平均轉(zhuǎn)爐出鋼量為100.77t,擴(kuò)容后20爐平均轉(zhuǎn)爐出鋼量為130.93t,平均轉(zhuǎn)爐出鋼量較擴(kuò)容前增加了30t左右，達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。

表2 鋼包2022年1月擴(kuò)容前、2022年2月擴(kuò)容后轉(zhuǎn)爐出鋼量對(duì)比

3.4 鋼包溫降

本設(shè)計(jì)方案雖然去掉包壁過(guò)渡層保溫磚、減少保溫層厚度，但澆注料具有顯氣孔率高、體積密度小、導(dǎo)熱系數(shù)小、重?zé)湛s小等優(yōu)點(diǎn)，絕熱保溫效果好，因此鋼包溫降正常。從2022年2～5月生產(chǎn)圖表和數(shù)據(jù)來(lái)看，鋼包均未發(fā)生因鋼包溫降大而導(dǎo)致回爐鋼水的現(xiàn)象。

3.5 鋼包壽命對(duì)比

鋼包擴(kuò)容前2021年10月～2022年1月，鋼包平均包齡為115.45爐，精煉比28.92%;擴(kuò)容優(yōu)化后2022年2~5月，鋼包平均包齡為116.31爐，精煉比29.77%，鋼包使用平穩(wěn)，未見(jiàn)明顯影響。

4 結(jié)論

唐鋼公司通過(guò)改變鋼包耐火磚的材質(zhì)和重新設(shè)計(jì)的鋼包安全砌筑方式實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐100t鋼包擴(kuò)容30t的預(yù)定目標(biāo)，有效促進(jìn)了煉鋼產(chǎn)量的增加，促進(jìn)鋼產(chǎn)量的提高，目前已在唐鋼公司推廣應(yīng)用。

(1)通過(guò)對(duì)100t鋼包優(yōu)化設(shè)計(jì)與改進(jìn)，改進(jìn)后的鋼包完全滿足盛裝130t鋼水要求，未超出240t天車(chē)的承載能力。

(2)原設(shè)計(jì)100t鋼包總計(jì)耐材用量54.7t,改進(jìn)設(shè)計(jì)后鋼包耐材用量減少到40.2t,耐材消耗量下降，在保證鋼包安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上降低了耐材噸鋼成本。同時(shí)由于單爐產(chǎn)量增加，噸鋼動(dòng)力費(fèi)用和人工費(fèi)用相應(yīng)減少，可有效降低噸鋼生產(chǎn)成本。

(3)本設(shè)計(jì)方案增大了鋼包有效容積，提高了鋼包裝鋼量，同時(shí)提高了鋼包凈空高度，有利于避免精煉爐溢渣，保證了鋼水LF精煉所需要的有效空間，對(duì)實(shí)現(xiàn)鋼水爐外有效精煉、提高鋼水質(zhì)量、增加品種檔次、提高品種比例具有重要意義。