陳林權(quán)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(lián)合特鋼有限公司，天津 301500； 3．天津達(dá)億冶金技術(shù)研究有限公司，天津 301500）
摘 要：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)煉鋼生產(chǎn)中存在著如下問(wèn)題：1）在轉(zhuǎn)爐爐役中后期，鑄造吊車長(zhǎng)期處在滿負(fù)荷運(yùn)行，存在一定的安全隱患；2）鋼包裝120t鋼水時(shí)，上部?jī)艨罩挥?00～300mm，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(dòng)強(qiáng)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(duì)上述問(wèn)題開展了以下工作，并取得了良好的效果：1）通過(guò)調(diào)整精煉渣系、合金化配方、加強(qiáng)鋼包耐材和砌筑質(zhì)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(shí)，上部?jī)艨諠M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(diào)整 至127次；3）由于減薄包襯和調(diào)整永久層的材質(zhì)，使鋼包耐材總量降低3.8t，鋼包最大總質(zhì)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(yuǎn)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(jìn)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(guān)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(lián)合特鋼公司（以下簡(jiǎn)稱特鋼公司）對(duì)煉鋼生產(chǎn)“管理信息化、工藝綠色化、設(shè)備智能化、產(chǎn)品高質(zhì)化、生產(chǎn)穩(wěn)定化、操作安全化、成本最低化”的要求，對(duì)整個(gè)煉鋼生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)了生產(chǎn)中存在的一些問(wèn)題：1）轉(zhuǎn)爐爐役中后期，轉(zhuǎn)爐出鋼量達(dá)到最大120t時(shí)，車間鋼水接受跨鑄造吊車長(zhǎng)期處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，存在著一定的安全隱患；2）鋼包裝120t鋼水時(shí)，上部?jī)艨罩挥?00～300mm，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(xiàn)場(chǎng)鋼包數(shù)量多，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大；4）鋼包后期鋼殼外壁溫度偏高達(dá)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(duì)鋼包耐材及其相關(guān)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。
1 提高鋼包包襯壽命
隨著鋼水精煉比例的提高［1］（高達(dá)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(shí)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(duì)比國(guó)內(nèi)同等級(jí)的轉(zhuǎn)爐煉鋼廠鋼包包襯的有關(guān)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)特鋼公司的包襯壽命偏低。國(guó)內(nèi)部分轉(zhuǎn)爐煉鋼廠的鋼包包襯耐材使用情況如表1。
為解決上述問(wèn)題采取了如下改進(jìn)措施：1）優(yōu)化精煉爐的渣系［2］，減少對(duì)包襯的侵蝕；2）調(diào)整合金化配方，減少對(duì)耐材的損壞；3）加強(qiáng)鋼包的熱周轉(zhuǎn)，減少耐材的急冷急熱［3］；4）改進(jìn)鋼包耐材材質(zhì)和砌筑質(zhì)量。
改進(jìn)前后，鋼包中添加的精煉渣料和鐵合金的種類及數(shù)量見表2所示，生產(chǎn)操作過(guò)程中的耐材和鋼水溫降及鋼包周轉(zhuǎn)數(shù)量見表3，鋼包耐材的理化性能參數(shù)見表4。
在保證精煉、脫硫效果的前提下，鋼包改進(jìn)前后鋼包耐材使用參數(shù)見表5。
由表1和表5實(shí)際使用參數(shù)可以看出，鋼包耐材經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，耐材壽命顯著提高，侵蝕速度明顯降低，達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。
2 鋼包的優(yōu)化
2.1 提高鋼包上部?jī)艨崭叨?/p>
原鋼包包壁工作層厚度為 230mm，在轉(zhuǎn)爐爐役中后期，轉(zhuǎn)爐出鋼量增大。當(dāng)出鋼量達(dá)到115～120t時(shí)，鋼包上部?jī)艨罩挥?00～300mm，容易產(chǎn)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?jī)艨找?400～600mm），迫切需要增加鋼包上部?jī)艨?。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(kuò)大鋼包熔池直徑；3）減薄鋼包包襯厚度，擴(kuò)大熔池直徑。
經(jīng)過(guò)綜合分析認(rèn)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(zhuǎn)臺(tái)以及與鋼包相關(guān)設(shè)備；該方案增加投資少，但對(duì)生產(chǎn)有一定的影響，而且還增加鋼包總重，對(duì)安全生產(chǎn)不利。2）方案2：擴(kuò)大鋼包直徑需要重新制作鋼包、改造精煉爐、連鑄鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)以及與鋼包相關(guān)設(shè)備；該方案需要增加大量的投資，而且還增加鋼包總重，對(duì)安全生產(chǎn)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(duì)上部?jī)艨盏囊蟆?/p>
方案3投資省、運(yùn)行成本低、安全可靠、對(duì)生產(chǎn)無(wú)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(dá)到120t／爐時(shí)，上部?jī)艨漳軌蜻_(dá)到450mm，這樣既滿足鋼包爐對(duì)上部?jī)艨盏囊?，又降低了鑄造吊車的起吊重量，生產(chǎn)更加安全，而且還降低了耐材消耗。
經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證明，鋼包耐材減薄后，耐材壽命仍然達(dá)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(yōu)化
使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在鋼包后期時(shí)，鋼殼外壁溫度偏高達(dá)到300 ℃左右，甚至達(dá)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(duì)耐材進(jìn)行了優(yōu)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(dǎo)熱系數(shù)均偏高，其理化性能指標(biāo)見表6。為了降低鋼殼外壁溫度，將永久層材質(zhì)由高鋁澆注料改成鋁鎂澆注料，密度和導(dǎo)熱系數(shù)均有所降低。
根據(jù)傳熱學(xué)理論［4］分別計(jì)算了鋼包耐材優(yōu)化前后的包殼外表面溫度，具體數(shù)據(jù)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(xiàn)增加的趨勢(shì)。優(yōu)化前，包殼外表面溫度最低280 ℃，最高292 ℃。優(yōu)化后，包壁溫度最低252 ℃，最高262 ℃。
鋼包耐材優(yōu)化前后，鋼包包殼外表面溫度計(jì)算值和實(shí)際測(cè)量值如表7所示。
從理論計(jì)算和實(shí)測(cè)結(jié)果說(shuō)明，優(yōu)化后鋼包包殼外表面溫度大幅降低，遠(yuǎn)低于鋼包蠕變溫度，更加安全可靠。
2.2.2 鋼包散熱
根據(jù)傳熱學(xué)理論［4］分別計(jì)算了鋼包耐材優(yōu)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(jìn)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(jìn)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(jìn)后沿包壁方向的散熱量低于改進(jìn)前。經(jīng)計(jì)算，改進(jìn)后沿包壁方向的散熱量較改進(jìn)前平均減少37312W，減少了精煉爐的加熱時(shí)間，也減少了精煉電耗和電極消耗。
3 經(jīng)濟(jì)效益分析
由于減少了工作層厚度和調(diào)整了永久層的材質(zhì)，使耐火材料的質(zhì)量降低，同時(shí)降低了鋼包的散熱量。精煉渣渣系和合金化方案的調(diào)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(yīng)降低，帶來(lái)的巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
通過(guò)減小工作層厚度和調(diào)整鋼包包襯的材質(zhì)，使鋼包的總質(zhì)量降低，結(jié)果如表8。表中數(shù)據(jù)表明，優(yōu)化后，不僅滿足了鋼包爐對(duì)上部?jī)艨盏囊?，而且空包總質(zhì)量降低3.8t使鑄造吊車的使用安全性增加，同時(shí)減少了鋼包精煉時(shí)的噴濺損失。
工作層耐火材料價(jià)格7162元／ｔ計(jì)算，降低成本18612.61元；永久層耐火材料價(jià)格3600元／t，成本 降 低4247.6元；耐火材料合計(jì)降 低成本22860.21元。渣系調(diào)整前鋼包包齡67爐，優(yōu)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(yōu)化前后，鋼包散熱量平均降低37312W，按鋼水平均盛鋼時(shí)間60min折算成電極、電量消耗及成本數(shù)據(jù)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(yōu)化后，造渣料和合金料成本降低顯著，具體數(shù)據(jù)見表10。可以看出，改進(jìn)后造渣料和合金成本合計(jì)降低8.75元／t。
綜上所述，合計(jì)降低成本12.16元／t，按年產(chǎn)鋼500萬(wàn)t計(jì)算，每年可降低成本6080萬(wàn)元。
4 結(jié) 論
1）通過(guò)調(diào)整精煉渣系、合金化配方、加強(qiáng)鋼包耐材和砌筑質(zhì)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(shí)，上部?jī)艨者_(dá)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(diào)整至127次。
3）由于減薄包襯和調(diào)整永久層的材質(zhì)，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(yuǎn)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(jìn)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(chǎn)500萬(wàn)t計(jì)算，每年可為企業(yè)降低成本6080萬(wàn)元。
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