王騰飛 王和兵 戴昭穎 崔文靜
(首鋼京唐公司)
摘 要：京唐公司對煉鋼過程中鋼水包進行一系列優化改造，包括鋼包增容改造和鋼包底吹改造，使鋼包裝容量由 290t 增加到 310t，同時也保證了鋼包包底吹成率，最終達到提高煉鋼產能，降低煉鋼成本的目的。
關鍵詞：鋼水包；增容；底吹；改造
目前京唐公司鋼包實際使用容積嚴重影響轉爐生產節奏，也制約了300t 轉爐的產能效率，國內外 300t 轉爐的平均爐產量都應大于公稱設計能力，京唐公司的 300t 轉爐平均爐產量不足290t，這是長期困擾生產效率發揮的重要瓶頸。因此，京唐公司下決心進行鋼包增容攻關，徹底解決由于鋼包過小造成的各種弊端，實現生產的高效穩定運行。
1 鋼包增容改造
1.1 鋼包增容改造要求
為了降低改造成本，京唐公司決定最大化利用現有包殼，對鋼包包底、 包底支座、 傾翻裝置進行利舊。包底保持現有各部尺寸，耳軸座四周大支撐與鋼包座利舊，切除與筒體焊縫及熱影響區，兩側分別切除 35mm。耳軸嵌入耳軸座的長度相對應去短，保持內側耳軸固定塊和凸出部位與原鋼包內壁一致，鋼包傾翻裝置尺寸不變進行利舊。包底先沿焊縫切除，見圖1。切除包底高度 90mm，包壁與包底焊接位置由包底內側持平改為外側持平，過渡焊接，棱角R20mm 打磨光滑，包底由改造前的會形成小臺階到目前與包壁齊平，鋼包永久層砌筑后可保證厚度相同。
鋼包增容后包體直徑增加約 68mm，因此鋼包包體鋼板需要更換，為保證強度，鋼板厚度由原來 40mm 增加至42mm。鋼包耳軸及耳軸座部位是鋼包吊運最關鍵的部位。目前京唐公司 37臺現有鋼包壽命均超過8年，耳軸吊運過程中已出現研磨，為安全起見，增容改造時更換耳軸。為保證鋼包增容后外部尺寸不變，通過設計院審核通過后，腰箍及罐座新制，內側尺寸減短，但為保證強度，增加板厚，鋼包加揭蓋鉸坐與鋼包上口的位置與水平距離減少 35mm。鋼包蓋直徑與鋼包外徑相同，鉸接座按圖制作施工，增容鋼包各部技術參數見表1。
1.2 對其它設備的影響
鋼包增容改造后，包殼尺寸增加對相關設備造成一定影響，京唐公司在對鋼包增容改造時充分考慮了480t 天車龍門鉤、 離線鋼包烘烤、 鋼水車、 480t 過跨車、LF爐、 RH爐、 CAS 爐、 鋼包加蓋系統和鑄機回轉臺等關鍵限制環節，保證以上主體設備不作改動，其它輔助設備適當調整，從而使該項目有良好的可操作性。
1.2.1 擴容對龍門鉤的影響
目前 480t 天車龍門鉤中心距為5600mm，包殼直徑加大后，如何在不更換龍門鉤的前提下保證鋼包正常、 安全吊運是必須要解決的問題。為保證龍門鉤的穩定性，經過嚴密的校核，對鋼包兩側筋板在寬度方向縮短，鋼板厚度加厚，從而保證龍門鉤間距不變。鋼包增容后，每包鋼水由原來 290t 增至目前 320t，包殼重量約71t， 耐材重約 80t，總重約 470t，而天車承重 480t，因此增容后未超天車負荷。
1.2.2 擴容對鋼包包胎的影響
鋼包增容后包體直徑增加約 68mm，因此用作打結永久層的原包胎需要作廢，包胎直徑相應增大并與新增容鋼包匹配，其它部位尺寸和結構不變。
1.2.3 擴容對鋼包相關附屬設備的影響
增容鋼包高度未增加，因此對鋼包離線烘烤、LF 爐、RH 爐、CAS 爐不產生影響，但鋼包增粗會對鋼包加蓋包蓋、鋼水車座包支架以及大包轉臺叉臂產生影響。為了盡量不改動目前設備尺寸，設備專業通過現場測繪試驗最終達成一致意見:
新鋼包包口直徑為 4700mm，與鋼包加蓋包蓋直徑相當，防止包蓋掉入鋼包內， 要求打完永久層并砌完耐火磚后再加裝包蓋。增容鋼包座直徑變為 4386mm，座入鋼水車和大包叉臂后兩側間距由原來 35mm 到目前的 10mm 左右，間距減小對鋼包平穩座入大包轉臺產生一定影響，決定打磨減薄鋼水車座包架和大包叉臂耐磨帶15mm，同時要求制作商制作鋼包時直徑按照負公差控制。
1.3 擴容鋼包砌筑要求
包壁永久層打結前在包壁上砌筑石棉板，采用輕質澆注料打結。輕質料加水量按照 6％ ~ 8％ 左右控制，攪拌均勻，安放好新鋼包胎具，按現有工藝要求操作。包底采用重質料打結，包底及水口座磚仍采用現有砌筑方法，即先裝好上、 下座磚，再拼砌底部磚，磚與磚之間的縫隙要小于 2mm，做到磚縫縱橫錯開， 磚縫泥漿飽滿，包底砌筑找正、 卡牢。
對于擴容改造的鋼包包殼，鋼包包壁工作層采用 190mm 襯磚、 渣線部位采用 210mm 鎂碳磚[1] ，正式實施鋼包恢復裝容量生產組織前需保證使用 25 次以上，中修鋼包包壁工作層采用180mm 襯磚，渣線部位采用 210mm 鎂碳磚。
2 鋼包底吹優化
2.1優化透氣磚結構
原狹縫式透氣磚在使用和澆注過程中高溫鋼水、 熔渣可能通過縫隙滲入底吹透氣磚， 造成氣道被滲鋼、 滲渣堵塞。因此特設計制作了一種新型的狹縫復合彌散型透氣磚，如圖 ２ 所示。該透氣磚主要包括氬氣硬管、 磚芯本體、 圓臺 (狹縫塊)、 彌散塊、 磚芯座磚，氬氣硬管與磚芯本體的鐵皮焊接在一起，圓臺 (狹縫塊) 安裝在磚芯本體的內部靠下部位， 彌散塊安裝在磚芯本體的內部圓臺 (狹縫塊) 的上部，磚芯座磚在最外側，將氬氣硬管上部及磚芯本體包起來。
經過試驗推廣使用后，發現這種復合型底吹磚能滿足目前正常使用，并且透氣率從99.72%提高并穩定在99.85%以上， 保證了鋼包的底吹效果。
2.2 改進透氣磚材質，提高透氣磚壽命
原底吹透氣磚主要由板狀剛玉、 尖晶石和氧化鉻組成，在實際使用過程中發現其熱震穩定性和耐壓強度不高，在鋼水熱壓下可能產生變質，影響壽命和吹成率。因此，考慮引入鋁鎂尖晶石和鉻剛玉，能使透氣磚在冷熱交替壞境下形成顯微裂紋，緩沖因溫度變化產生的熱應力，以減輕其剝落，提高抗熱震性。另外，考慮到京唐鋼包為 300t 的大型鋼包， 承裝鋼水有效高度達到4m，必須增強底吹透氣磚的耐壓強度[2]，因此適當調整了氧化鋁微粉含量。透氣磚改進后的材質，主要由 80％ 左右的剛玉、 氧化鋁微粉、 2.5%左右的氧化鉻和鎂鋁尖晶石組成， 另加入 3％ 左右的結合劑，改進前后所測得物理性能對比見表 2。
脫磷爐煉鋼時若鋼包底吹磚壽命在 15 爐以上，為了保證底吹吹成率，燒完底吹、 投放完引流砂后在東、 西兩側底吹磚凹槽內各投放 10kg引流砂。隨時觀察拆包后的透氣磚殘余厚度，在安全使用的前提下，使底吹透氣磚得到最大程度的利用，提高其使用壽命，底吹磚壽命≥20 爐或者經觀察發現底吹磚侵蝕嚴重時，用專用工具根據不同的傾翻機的尺寸測量底吹磚的侵蝕深度，當侵蝕深度≥280mm 時必須甩包。以上措施把鋼包底吹磚的平均使用壽命由23爐提高到25爐，鋼包平均中修包齡也明顯提高。
2.3 優化吹掃裝置
鋼包加蓋項目[3] 全面投入使用后，鋼包內襯溫度最高可達 1300℃ 以上，普通燒氧管進入鋼包后會發生彎曲，吹掃難度大大增加，鋼包底吹磚無法進行有效吹掃會造成底吹磚的透氣量不足，從而造成精煉底吹異常爐次明顯增加。
為解決該問題，對吹掃裝置進行了改進，如圖 ３ 所示。該裝置采用內管與外管通過擋圈連接，煤氣管焊接在外管上與外管連通，把手焊接在外管外壁上，外管與內管之間為煤氣的通道，能保證加蓋鋼包底吹磚的快速吹掃，同時避免由于用燒氧管吹掃時對底吹磚過度吹掃而降低底吹磚的使用壽命。
2.4 優化底吹工藝
為避免自動底吹管路漏氣對底吹造成影響，將鋼包自動底吹管路由鋼包蘑菇頭母端[4] 出來出來后往上沿鋼包包壁經過鋼包加強筋孔與手插管在手插管左側連接，當不使用鋼包自動底吹管路或自動底吹管路底吹蘑菇頭口發生漏氣時將自動底吹管路閥門關閉，使用手插管進行底吹操作。
鋼包底吹磚反吹管路漏氣檢查方法：先將氬氣減壓閥關閉，將氬氣總閥門打開，觀察流量顯示屏，如果顯示屏示數在 50L / min 以內說明管路沒有漏氣的地方，若示數大于 50L / min，則說明反吹管路及接頭可能存在漏氣，需進行檢查并及時處理。
以上四項優化底吹工藝措施實施后，鋼包的吹成率有了明顯提升，見表3。底吹年均吹成率從 99.84％ 提高并穩定在 99.98％ 以上，鋼包底 吹磚[5]的平均使用壽命由 23 爐提高到25 爐，每月減少 5 套由于底吹磚原因造成鋼包異常下線，技術經濟指標達到了寶鋼、 韓國浦項和新日鐵等先進鋼廠的水平，如表 4 所示。
3 應用效果
京唐公司擴容鋼包上線運行后，鋼水承裝質量由原來 290t 提高至目前 310t，直接為煉鋼部穩產優產打下基礎，一煉鋼轉爐年產能增加7％ ，約 63 萬t，總年產能達到 970 萬 t，接近浦項光陽產量水平。通過鋼包擴容改造有效促進了煉鋼產量的增加，從而有效減少爐前單爐輔助時對產量的影響，同時由于單爐產量增加，噸鋼動力費用、 耐材費用和人工費用相應減少，大大降低了噸鋼生產成本。
同時鋼包包底狹縫復合彌散型透氣磚以及新型煤氧槍的采用以及底吹工藝的改進，使吹成率從99.84%提高并穩定在99.98%以上，同時底吹磚的壽命也得到明顯提高，達到了寶鋼、 韓國浦項和新日鐵等先進鋼廠的水平。
參 考 文 獻
[1] 吳家倫，杜紹龍 鋼水包擴容及提高包齡的途徑[J]. 安徽冶金，2003， (4): 35 －37
[2] 阮 強 110 不銹鋼鋼包爐底吹氬水模擬 [J]. 中國冶金，2016，26 (2): 50 － 54
[３] 張啟東 自主集成 300t 鋼包加蓋技術在京唐的應用實踐 [J]. 中國冶金，2017，27 (12): 49 － 52
[4] 蔣 軍 鋼包底吹氬控制系統的優化設計 [J]. 中 國冶金，2007，17(5): 6－9
[5] 尹應生 淺析提高精煉鋼包壽命的措施 [J]. 河北冶金2012， (11): 42 － 44