钢包内衬的设计.doc

钢包内衬的设计方案（工作经验交流）摘要：分析了当今使用最普遍的钢包内衬砌筑方案，评价了其优点与缺陷。列举了钢包局部热修的方法。关键词:钢包，内衬，耐火砖，永久层，保温层和工作层 如今，降低炼钢过程中钢包内衬热电装置支出比率成为德国冶金行业的重要任务之一。冶金行业一直致力于新钢种的开发，这就需要耐火砖适应新的生产条件，因此，要认真对待降低包衬耐火材料支出比例这一问题。图1-a显示了冶金工业生产中耐火材料支出的比例分配。炼钢生产所占比例为55%-65%。而在炼钢生产中，钢包占耐火材料支出比例的主要部分（35%-45%，表1-b）。因此,寻找降低包衬耐火材料支出比例的方法成为一项重要的任务。包衬图纸的新设计，不仅需要深入了解钢包冶炼工艺，还需要综合评价影响钢水浇铸和处理系统的各个因素。使用后包衬的寿命是一项重要的指标，它能够表明钢包在一炉役内温度变化的次数。包衬使用时，各部位出现熔损不均的现象，渣线区和冲击区熔损最位严重。需要注意的是，渣线区内衬的熔损速度是熔池区内衬的1-4倍，这就决定了出钢种类和炉外精炼工艺。现在，包衬一般包括隔热层、永久层、工作层、包壁（盛钢区和渣线区），还有净空区支撑坏部位。以上列出的因素都是决定包衬设计的必要条件。决定包衬设计的热装置数据如下：-钢包容量、钢包和浇注装置的结构特性；-钢包使用及干燥，烘烤性能；-钢包更换周期；-冶炼因素：出钢种类 出钢温度 钢包精炼后的钢水温度 钢包浇铸时间（吹氩精炼时间，炉外浇注时间，真空炉浇注时间及其他） 包内添加剂比例（石灰，助熔剂，金属粉末），尤其要注意添加剂中钙的含量，它对于选择包底和包壁的材料质量起重要作用； 渣料的碱度； 对耐火材料的化学成分要求；对钢水中非金属成分来源的要求及其他。根据以上条例设计满足客户具体需求的材料搭配。设计包衬不仅要了解其中包含的冶金因素，还要了解包衬砌筑的工艺特点，这些工艺可以解决直接影响包衬使用寿命的一些问题。现在包衬应用不同的设计。下面介绍VPO钢铁公司和Corwintec Europe耐火材料公司包衬的基本结构。他们是由俄罗斯和乌克兰冶金企业推荐的。接下来，我们将剖析从隔热层到工作层整个的钢包内衬。隔热层根据对热负荷分布情况的分析，隔热层(保温，并可防止钢包壳烘烤过度)承受大部分的热负荷-40%-50%（图2）。隔热物质可分为三种主要类型：隔热纤维，隔热砖，隔热浇注料。这些是常见的隔热材料。隔热纤维（纤维毡，纤维席，纤维板及其他）由石棉、莫来石硅质纤维及其他材料制成。其低导热性占有绝对优势。例如，一些由莫来石纤维制成的材料，导热性达0.02wt/(m.k).隔热纤维的主要缺陷是耐压强度低。隔热砖由轻质及超轻质耐火砖制成。它的最大优点是导热性低和机械强度适中，缺点是砌筑复杂，包衬所受热应力增强时会出现缝隙。运用隔热喷补浇注料，不仅有隔热纤维和隔热砖的优点，还能够避免前两种设计的缺陷，从而保证涂层的完整性（无裂缝）。应用喷补工艺，可增强炉役内的导热性，避免隔热层变形。同时采用隔热喷补料和添加料能完全避免开裂，但应用这种方式需要专用设备-喷补机。永久层包衬的永久层有两种：砖砌型和浇注型。冶金企业最普遍采用的是用同种材料砌筑盛钢区或渣线区的方式。但也会周期性地使用两区内衬（在盛钢区用一种化学配料，而在渣线区用另一种抗渣侵蚀作用强的，可防止钢渣和钢水通过工作层渗入的材料）。永久层主要的设计依据是钢包的容积、钢包结构特殊性、机械化、内衬装备程度和气候条件。永久层的设计可采用三种不同的砌筑方案：用直型砖、楔形砖、槽型砖。最后一种方案优于前两种，槽型砖通过加固的方式使相邻砖表面密实，从而提高永久层的使用寿命。永久层砖的平均使用寿命是工作层（170-250炉次）的2-3倍。运用槽型砖并在支撑环内用浇注料，可保证永久层寿命达1000炉次，也能相应地减少钢包支出比率。整体永久层的显著优点是寿命相当高（1200-2000炉次），可维修，100%无缝隙，并且可以防止钢水通过裂纹渗入。工作层工作层直接与具有侵蚀性的钢水接触，并保证钢包的工作性能。包底与包壁相连的部位是最重要的。这个部位可以用不同的方式设计。（图3）包底用不定型耐火材料有以下优点：可维修，可通过水套进行局部热修，也可在更换包壁时进行冷修。缺点是：对钢包使用条件和工作制度（温度，特别是冬季；包衬干燥和烘烤时间与制度）要求苛刻。包衬底部用定型材料有以下优点：节省钢包运作的动力资源（干燥和烘烤时间由48小时减少到16小时）；缩短包衬的维修时间；强化局部熔损厉害的部位。缺点：定型材料不能进行局部维修；局部维修只能在客户拥有钢包热修技术的条件下进行。包壁和包底的连接部位经常通过砌筑保护环的方式来加强。有时保护环要砌筑两环砖那么高。包衬底部另一个重要部位是冲击区，可根据几下几种方式用定型材料砌筑：1改变材料的化学成分，用化学组成良好、机械强度大的材料砌筑冲击区。2改变尺寸，当冲击区用同种化学成分的材料时，增加底部的厚度。3改变化学成分和尺寸，倾倒钢水造成包底冲击区熔损较严重时用这种方案。4采用浇注制成的冲击板。（图四B）浇注料由刚玉，刚玉尖晶石及硅质尖晶石成分制成。冲击板的厚度可以与包底残厚一样，也可以根据其平均熔损速度来增强厚度。若不增加冲击区内衬厚度，则用不定型耐火浇注料浇注；若加厚或砌筑冲击区，则用成型浇注料浇注，这种浇注料与包底部所用的浇注料相似。在某些情况下，冲击流不是竖直的，而是向包壁倾斜流动的，所以要通过砌筑底部冲击壁来加强冲击区。包壁工作衬和渣线区也承受应力，超过一定的应力限度会出现损毁，在裂纹密集的区域，出现砖块凸出的现象。不同冶金企业中使用的包衬主要分为两种：等寿命内衬-熔池区包壁的使用寿命与渣线区相同。设计特色-包壁的宽度明显小于渣线区的宽度，熔损速度系数（渣线熔损速度与熔池区熔损速度之比）不小于1.45：V -渣线部位内衬的平均熔损速度；V -熔池区内衬的平均熔损速度；应用修补设备-在渣线区比熔池区过早熔损的情况下采用这种办法。设计特色-利用渣线维修设施（也可维修包底），熔损速度系数大于1.45.熔池区与渣线区的连接方式有以下几种：厚度相等方案-盛钢区砖的厚度与渣线区的砖厚度相同（图五，a）。当V V 时，这种方案可用于容量中等且内衬寿命均衡的的钢包，渣线维修也比较方便；厚度不等方案-渣线区砖的厚度大于盛钢区砖的厚度，但不能超过20%-25%（图五b）。当V V 时，这种方案可用于任意容量钢包的内衬；大厚度差方案-渣线区砖的厚度超过盛钢区砖厚度的20%-25%（图五，c）；在渣线区和盛钢区之间砌筑过渡砖，可降低砖的机械应力（拐角处的强度），当V V 时，这种方案可运用于任意容量钢包的内衬。钢包支撑环的位置对工作层的寿命有很大影响，应保证相邻两环砖的紧密连接，因此，这一层是相当重要的，如果设计不妥当，在使用过程中砖会出现裂缝。炉衬支撑环可用以下几种方案制作：1.用散料填充或浇注（图6-a），用填充料和耐火材料进行浇注(图6-b)，砌筑反向楔形砖(图6-c)。前两种制作支撑环的方案是普便使用的，不需要额外支出，但有明显的缺陷：在去除挡板上的炉结时，支撑环和顶部几环有裂纹的砖会脱落。在这种情况下，就要用更加结实的砖（反向楔形砖），但其主要的缺点是，在钢包倾斜时，钢水会通过水套的纵向缝隙渗入。为加强支撑圈的浇铸结构，采用螺栓固定件（图七，b）,它是在钢包热修时，底部和衬壁不冷却的情况下进行更换的。这种技术能最有效地增加钢包使用寿命。净空区的热修和渣线区的热修同时进行时，可不用进行中修来更换滑板了。这样，炉衬的平均寿命可达85-100炉次，还可以节省中修的时间和减少支出比例。依据钢包容量，渣线区在浇注到第50-65炉进行喷补，喷补周期为每8-10炉一次，净空区喷补-除去炉结后每8-10炉一次，这样就可以避免渣线更换，减少50%的机械维修，除去顶部砖环中75%的废砖。类似的技术，在采用喷补或砌筑水套的方式对透气芯和滑板进行热修时也采用。因此，分析工业因素，尤其是冶炼装置和钢包的特殊结构，甚至是冶炼工业中炉衬的设备保证，都有助于提出满足客户要求的最佳炉衬设计和技术方案。为使不同容量的钢包达到最好的使用效果，VPO钢铁公司和Corwintec Europe耐火材料公司一直在研究不同类型包衬的最佳设计。钢包内采用运用寿命均衡的镁碳砖，并添加FeCa21kg/t,CaC212kg/t,可使内衬使用寿命达到85-90炉次。若更换寿为命低的包衬方案，加大钢包容量，不进行中修，可显著的减少钢包支出比率，这种方案对于用真空室炼钢的企业来说更加适用。综上所述，包衬最佳方案的研究，可以显著的减少钢包衬各部位的材