陳林權¹，孫建新²，張思維³，陳 然²

（1．南京品脫電子科技有限公司，江蘇 南京 210000；2．天津天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500； 3．天津達億冶金技術研究有限公司，天津 301500）

摘 要：通過現場調研發現煉鋼生產中存在著如下問題：1）在轉爐爐役中后期，鑄造吊車長期處在滿負荷運行，存在一定的安全隱患；2）鋼包裝120t鋼水時，上部凈空只有200～300mm，不符合鋼包爐的使用要求（鋼包爐要求凈空400～600mm）；3）鋼包耐材壽命低、耐材消耗高、工人勞動強度高；4）鋼包包役后期，包殼外表面溫度偏高，接近蠕變溫度，存在一定的安全隱患。針對上述問題開展了以下工作，并取得了良好的效果：1）通過調整精煉渣系、合金化配方、加強鋼包耐材和砌筑質量等措施后，鋼包侵蝕速率由2.5mm／次降低至1.1mm／次，鋼包壽命從平均67次 提 高 到157次；2）為了保證鋼包出鋼量在120t時，上部凈空滿足精煉的要求，將鋼包工作層厚度減少30mm，鋼包包襯壽命由平均157次調整 至127次；3）由于減薄包襯和調整永久層的材質，使鋼包耐材總量降低3.8t，鋼包最大總質量由180t減 至176.2t，鑄造吊車使用更加安全；4）由于永久層選用了保溫性能好的耐材，包殼外壁溫度由280～292 ℃降至252～262 ℃，遠低于鋼材的蠕變溫度，滿足鋼包安全使用的要求；5）鋼包耐材改進后，耐材、合金、造渣料、電耗、電極等消耗顯著降低，噸鋼成本降低12.16元。

關鍵詞：鋼包包襯；包襯壽命；安全；精煉渣；合金化

為了貫徹天鋼聯合特鋼公司（以下簡稱特鋼公司）對煉鋼生產“管理信息化、工藝綠色化、設備智能化、產品高質化、生產穩定化、操作安全化、成本最低化”的要求，對整個煉鋼生產過程進行了詳細調研，發現了生產中存在的一些問題：1）轉爐爐役中后期，轉爐出鋼量達到最大120t時，車間鋼水接受跨鑄造吊車長期處于滿負荷工作狀態，存在著一定的安全隱患；2）鋼包裝120t鋼水時，上部凈空只有200～300mm，不符合鋼包爐的使用要求（鋼包爐要求凈空400～600mm）；3）鋼包包襯使用壽命偏短，平均只有67爐，耐材消耗偏高，而且現場鋼包數量多，工人勞動強度大；4）鋼包后期鋼殼外壁溫度偏高達到300 ℃以 上，接近鋼材的蠕變溫度，存在一定的安全隱患。為此特鋼公司決定對鋼包耐材及其相關設備進行優化改進。

1  提高鋼包包襯壽命

隨著鋼水精煉比例的提高^［1］（高達98 ％），鋼包包襯的侵蝕速率明顯加快。鋼包工作層的壽命由80～90爐降至60～70爐，平均67爐。新包工作層厚度為230mm，舊包工作層 厚度為60mm時下線更換，鋼包包襯的侵蝕速率為2.5mm／爐，耐材壽命偏低，耐材消耗偏高，耐材成本居高不下。

對比國內同等級的轉爐煉鋼廠鋼包包襯的有關參數，發現特鋼公司的包襯壽命偏低。國內部分轉爐煉鋼廠的鋼包包襯耐材使用情況如表1。

  為解決上述問題采取了如下改進措施：1）優化精煉爐的渣系^［2］，減少對包襯的侵蝕；2）調整合金化配方，減少對耐材的損壞；3）加強鋼包的熱周轉，減少耐材的急冷急熱^［3］；4）改進鋼包耐材材質和砌筑質量。

改進前后，鋼包中添加的精煉渣料和鐵合金的種類及數量見表2所示，生產操作過程中的耐材和鋼水溫降及鋼包周轉數量見表3，鋼包耐材的理化性能參數見表4。

在保證精煉、脫硫效果的前提下，鋼包改進前后鋼包耐材使用參數見表5。

 由表1和表5實際使用參數可以看出，鋼包耐材經過改進后，耐材壽命顯著提高，侵蝕速度明顯降低，達到了國內先進水平。

2 鋼包的優化

2.1 提高鋼包上部凈空高度

原鋼包包壁工作層厚度為 230mm，在轉爐爐役中后期，轉爐出鋼量增大。當出鋼量達到115～120t時，鋼包上部凈空只有200～300mm，容易產生噴濺和溢出鋼渣，也不符合鋼包爐使用的凈空要求（鋼包爐上部凈空要求 400～600mm），迫切需要增加鋼包上部凈空。增加鋼包上部的凈空有以下幾種方案：1）增加鋼包上部的高度；2）擴大鋼包熔池直徑；3）減薄鋼包包襯厚度，擴大熔池直徑。

經過綜合分析認為：1）方案1：增加鋼包上部的高度需要改造鋼包、精煉爐、連鑄鋼包回轉臺以及與鋼包相關設備；該方案增加投資少，但對生產有一定的影響，而且還增加鋼包總重，對安全生產不利。2）方案2：擴大鋼包直徑需要重新制作鋼包、改造精煉爐、連鑄鋼包回轉臺以及與鋼包相關設備；該方案需要增加大量的投資，而且還增加鋼包總重，對安全生產不利。3）方案3：由于鋼包壽命提高到平均157爐，因此可以減薄包襯厚度，犧牲部分鋼包壽命，滿足精煉爐對上部凈空的要求。

方案3投資省、運行成本低、安全可靠、對生產無影響。因此，特鋼公司決定鋼包包壁的工作層厚度由230mm減 至200mm；在鋼包出鋼量達到120t／爐時，上部凈空能夠達到450mm，這樣既滿足鋼包爐對上部凈空的要求，又降低了鑄造吊車的起吊重量，生產更加安全，而且還降低了耐材消耗。

經過生產實踐證明，鋼包耐材減薄后，耐材壽命仍然達到120～130爐，平均127爐，鋼包包襯的侵蝕速率為1.1mm／爐。

2.2 鋼包耐材的優化

使用過程中發現在鋼包后期時，鋼殼外壁溫度偏高達到300 ℃左右，甚至達到300 ℃以上，接近鋼材的蠕變溫度，存在一定的安全隱患，為此對耐材進行了優化改造。

2.2.1 包壁溫度

原鋼包永久層使用高鋁澆注料，比重和導熱系數均偏高，其理化性能指標見表6。為了降低鋼殼外壁溫度，將永久層材質由高鋁澆注料改成鋁鎂澆注料，密度和導熱系數均有所降低。

根據傳熱學理論^［4］分別計算了鋼包耐材優化前后的包殼外表面溫度，具體數據見圖1。

 從圖1中可以看出，隨著工作層厚度的減少，包壁溫度均呈現增加的趨勢。優化前，包殼外表面溫度最低280 ℃，最高292 ℃。優化后，包壁溫度最低252 ℃，最高262 ℃。

鋼包耐材優化前后，鋼包包殼外表面溫度計算值和實際測量值如表7所示。

從理論計算和實測結果說明，優化后鋼包包殼外表面溫度大幅降低，遠低于鋼包蠕變溫度，更加安全可靠。

2.2.2 鋼包散熱

根據傳熱學理論^［4］分別計算了鋼包耐材優化前后鋼包包壁散熱量隨工作層厚度變化的情況，見圖2。

從圖2可以看出，隨著工作層厚度的減少，鋼包沿著包壁方向的散熱量逐漸增加。改進前新修鋼包工作層厚度230mm，下線鋼包工作層厚度60mm，包壁散熱量為212266～227658W，改進后新修鋼包工作層厚度200mm，下線鋼包工作層厚度 60mm，包壁散熱量179624.3 ～188309W，雖然工作層厚度減薄30mm，但改進后沿包壁方向的散熱量低于改進前。經計算，改進后沿包壁方向的散熱量較改進前平均減少37312W，減少了精煉爐的加熱時間，也減少了精煉電耗和電極消耗。

3 經濟效益分析

由于減少了工作層厚度和調整了永久層的材質，使耐火材料的質量降低，同時降低了鋼包的散熱量。精煉渣渣系和合金化方案的調整，使鋼包侵蝕速率降低，鋼包的壽命大幅提高，造渣料和合金料消耗也相應降低，帶來的巨大的經濟效益。

通過減小工作層厚度和調整鋼包包襯的材質，使鋼包的總質量降低，結果如表8。表中數據表明，優化后，不僅滿足了鋼包爐對上部凈空的要求，而且空包總質量降低3.8t使鑄造吊車的使用安全性增加，同時減少了鋼包精煉時的噴濺損失。

工作層耐火材料價格7162元／ｔ計算，降低成本18612.61元；永久層耐火材料價格3600元／t，成本 降 低4247.6元；耐火材料合計降 低成本22860.21元。渣系調整前鋼包包齡67爐，優化后包齡127爐，折算耐火材料成本降低43332.04元，即噸鋼成本降低2.84元／t。

鋼包優化前后，鋼包散熱量平均降低37312W，按鋼水平均盛鋼時間60min折算成電極、電量消耗及成本數據見表9。由 表9可以看出，可降低成本0.575元／t。

 精煉渣系^［2］和合金化配方優化后，造渣料和合金料成本降低顯著，具體數據見表10。可以看出，改進后造渣料和合金成本合計降低8.75元／t。

綜上所述，合計降低成本12.16元／t，按年產鋼500萬t計算，每年可降低成本6080萬元。

4 結 論

1）通過調整精煉渣系、合金化配方、加強鋼包耐材和砌筑質量等措施后，鋼包侵蝕速率由2.5mm／次降低至1.1mm／次，鋼包壽命從平均67次提高到157次。

2）為了保證鋼包出鋼量在120t時，上部凈空達到450mm，滿足精煉的要求，將鋼包工作層厚度減 少30mm，犧牲部分鋼包耐材壽命，壽命由平均157次調整至127次。

3）由于減薄包襯和調整永久層的材質，使鋼包耐材總重降低3.8t，鋼包最大總重由180t減至176.2t，鑄造吊車使用更加安全。

4）由于選用保溫性能好的永久層耐材，包殼外壁溫度由280～292 ℃降至252～262℃，遠低于鋼材的蠕變溫度，滿足鋼包安全使用的要求。。

5）鋼包包襯耐材改進后，耐材、合金、造渣料、電耗、電極等消耗顯著降低，噸鋼降低成本12.16元，按年產500萬t計算，每年可為企業降低成本6080萬元。

參考文獻

［1］ 陳林權，范啟星．鋼包內襯耐火材料的選擇與應用［J］．煉鋼，2002，18（4）：40－43．

［2］ 趙麗娜，唐國章，李俊國，等．CaO－MgO－Al₂O₃－SiO₂四元精煉渣系黏度的熱力學模擬［J］．鋼鐵釩鈦，2015，36（4）：101－ 107．

［3］ 葛 霖．筑爐手冊 ［M］．北京：冶金工業出版 社，1994：185－187．

［4］ 張思維，雷少武，方瑞，等．連鑄中間罐罐蓋耐火材料的改進［J］．煉鋼，2018，34（6）：30－33，39．