钢包内衬无穷尽焊接技术研究与应用

1、2022-5-2120132013年炼钢学术会议交流材料年炼钢学术会议交流材料钢包内衬无穷尽焊接工钢包内衬无穷尽焊接工艺的研究与应用艺的研究与应用报告人：永锋钢铁炼钢厂报告人：永锋钢铁炼钢厂 杨燕春杨燕春2022-5-22无穷尽焊接技术钢包内衬材料是基于实无穷尽焊接技术钢包内衬材料是基于实现钢包内衬不定形化过程中，不拆除用后钢现钢包内衬不定形化过程中，不拆除用后钢包的反应烧结层，利用钢渣与新材料的反应包的反应烧结层，利用钢渣与新材料的反应焊接而进行续衬的一种全新理念。其具有成焊接而进行续衬的一种全新理念。其具有成本低、寿命长、对环境污染小、低排放、对本低、寿命长、对环境污染小、低排放、对钢水污

2、染小等优点。对于这种先进类型衬的钢水污染小等优点。对于这种先进类型衬的替代，其在精炼钢包上的成功实施，从寿命、替代，其在精炼钢包上的成功实施，从寿命、低碳炼钢和其他使用优点方面都值得提倡。低碳炼钢和其他使用优点方面都值得提倡。摘摘 要要20132013年炼钢学术会议交流材料年炼钢学术会议交流材料2022-5-23先进的冶炼生产工艺和设备需要相应先进的冶炼生产工艺和设备需要相应的优质耐火材料相配合，炉外精炼苛的优质耐火材料相配合，炉外精炼苛刻的工艺条件对耐火材料提出了更高刻的工艺条件对耐火材料提出了更高的要求，耐火材料的材质配制和使用的要求，耐火材料的材质配制和使用寿命已成为制约炉外精炼处理能否

3、正寿命已成为制约炉外精炼处理能否正常进行的关键环节。常进行的关键环节。随着钢水品质的提高，含碳制品对精随着钢水品质的提高，含碳制品对精炼钢包钢水的增碳问题变得越发突出，炼钢包钢水的增碳问题变得越发突出，钢水增碳，直接制约着钢水质量的提钢水增碳，直接制约着钢水质量的提高。传统生产的高铝砖、铝镁尖晶石高。传统生产的高铝砖、铝镁尖晶石不烧砖等由于技术条件的限制以及近不烧砖等由于技术条件的限制以及近年来钢包炉外精炼技术的采用，其使年来钢包炉外精炼技术的采用，其使用寿命较低，不能满足生产需要。用寿命较低，不能满足生产需要。研究适合于精研究适合于精炼钢包的无碳炼钢包的无碳耐火材料成为耐火材料成为当前耐火材

4、料当前耐火材料工作者的当务工作者的当务之急。之急。20132013年炼钢学术会议交流材料年炼钢学术会议交流材料2022-5-24众所周知，由于镁碳砖的成本优势，国内钢铁厂在精炼钢包上众所周知，由于镁碳砖的成本优势，国内钢铁厂在精炼钢包上大量使用镁碳砖及镁铝碳砖砌衬。近年来，国内不断增长的钢铁产大量使用镁碳砖及镁铝碳砖砌衬。近年来，国内不断增长的钢铁产量需要大量衬砖，由于材料数量巨大，资源的匮乏使得成本逐渐增量需要大量衬砖，由于材料数量巨大，资源的匮乏使得成本逐渐增高。同时，在生产厂及钢厂加热镁碳砖过程所产生的烟气和废气，高。同时，在生产厂及钢厂加热镁碳砖过程所产生的烟气和废气，对生产现场环境及

5、工作人员危害很大，使用后的大量废弃物又需处对生产现场环境及工作人员危害很大，使用后的大量废弃物又需处置，再次重复利用又需要额外的费用。置，再次重复利用又需要额外的费用。近年来，由于冶炼低碳钢、超低碳钢和提高钢包寿命的需要，近年来，由于冶炼低碳钢、超低碳钢和提高钢包寿命的需要，已开发出无碳钢包整体衬，炉外精炼钢包寿命得到了大幅度提高。已开发出无碳钢包整体衬，炉外精炼钢包寿命得到了大幅度提高。同时，钢包衬的无碳化、碱性化也是冶炼洁净钢的新需要，也是钢同时，钢包衬的无碳化、碱性化也是冶炼洁净钢的新需要，也是钢包衬用耐火材料的发展方向。包衬用耐火材料的发展方向。但由于精炼钢包无碳衬的吨钢成本要比含碳砖

6、衬的要高。这种但由于精炼钢包无碳衬的吨钢成本要比含碳砖衬的要高。这种无碳整体衬除了能节约时间和人工作业时间外，几乎没有任何成本无碳整体衬除了能节约时间和人工作业时间外，几乎没有任何成本优势。加之我国钢铁的冶炼结构是多层次化，中、小型钢厂众多，优势。加之我国钢铁的冶炼结构是多层次化，中、小型钢厂众多，因而除少数厂家因钢种的冶炼需要实施钢包衬的整体浇注技术外，因而除少数厂家因钢种的冶炼需要实施钢包衬的整体浇注技术外，其它国内精炼钢包内衬几乎全采用镁碳砖等作为钢包衬。其它国内精炼钢包内衬几乎全采用镁碳砖等作为钢包衬。国内精炼钢包内衬现状国内精炼钢包内衬现状20132013年炼钢学术会议交流材料年炼钢

7、学术会议交流材料2022-5-25近年来，随着低水泥浇注料、无水泥高性能超微粉结合浇注料技术的近年来，随着低水泥浇注料、无水泥高性能超微粉结合浇注料技术的发展，日本、欧洲钢包用铝尖晶石浇注料、高纯铝镁浇注料迅速推广应用发展，日本、欧洲钢包用铝尖晶石浇注料、高纯铝镁浇注料迅速推广应用到钢包内衬。这一关键技术的应用加快了钢包内衬的不定形化进程，钢包到钢包内衬。这一关键技术的应用加快了钢包内衬的不定形化进程，钢包寿命大幅度提高，吨钢耐火材料的消耗也大幅度下降。寿命大幅度提高，吨钢耐火材料的消耗也大幅度下降。国外精炼钢包内衬现状国外精炼钢包内衬现状20132013年炼钢学术会议交流材料年炼钢学术会议交

8、流材料2022-5-26国外钢包衬体寿命的提高，吨钢消耗的降低也与其大力发展施工工艺国外钢包衬体寿命的提高，吨钢消耗的降低也与其大力发展施工工艺分不开的，其通过冷态或热态的修补维护，使钢包内衬的寿命进一步大幅分不开的，其通过冷态或热态的修补维护，使钢包内衬的寿命进一步大幅度提高，吨钢消耗再次降低，在成本上高质量的浇注衬体与镁碳砖、镁铝度提高，吨钢消耗再次降低，在成本上高质量的浇注衬体与镁碳砖、镁铝碳砖衬体基本相当，在冶炼条件更为苛刻的情况下，其成本及性能优势更碳砖衬体基本相当，在冶炼条件更为苛刻的情况下，其成本及性能优势更为明显。为明显。冷态喷补施工衬体的工艺方法干式喷补法半湿法喷补法混合法喷

9、补湿法喷补国外精炼钢包内衬现状国外精炼钢包内衬现状20132013年炼钢学术会议交流材料年炼钢学术会议交流材料2022-5-27无穷尽焊接技术钢包内衬材料，是基于钢包内无穷尽焊接技术钢包内衬材料，是基于钢包内衬不定形化过程中，为实现不拆除用后钢包的反衬不定形化过程中，为实现不拆除用后钢包的反应烧结层，利用钢渣与新材料的反应焊接而进行应烧结层，利用钢渣与新材料的反应焊接而进行续衬的一种全新理念。其成本低、寿命长、环境续衬的一种全新理念。其成本低、寿命长、环境污染小、低排放、钢水污染小、温降低等。污染小、低排放、钢水污染小、温降低等。钢包内衬无穷尽焊接工艺钢包内衬无穷尽焊接工艺20132013年炼

10、钢学术会议交流材料年炼钢学术会议交流材料钢包下线钢包下线 表面清理表面清理冷态喷补冷态喷补 烘烤烘烤 上线上线 2022-5-28无穷尽焊接技术钢包内衬材料的焊接原理无穷尽焊接技术钢包内衬材料的焊接原理新的衬体钢包内衬无穷尽焊接工艺钢包内衬无穷尽焊接工艺20132013年炼钢学术会议交流材料年炼钢学术会议交流材料通过对铝镁及铝镁尖晶石浇注料体系基质矿物组成与渣渗透的关系，利用通过对铝镁及铝镁尖晶石浇注料体系基质矿物组成与渣渗透的关系，利用渗入耐火材料中的渣组份把新旧衬体层有效地焊接在一起。渗入耐火材料中的渣组份把新旧衬体层有效地焊接在一起。2022-5-29使用后的钢包，在残衬的表面直接进行喷

11、补焊接续衬，我们把它叫做无穷尽钢包浇注料喷补续衬焊接技术。使用后的钢包进行表面钢渣的热清除，然后进行残渣表面的拉毛处理，再采用浇注的方式进行续衬焊接。无穷尽浇注续衬焊接无穷尽浇注续衬焊接无穷尽喷补续衬焊接无穷尽喷补续衬焊接两种工艺的结合两种工艺的结合无穷尽焊接技术钢包内衬材料实施工艺方式无穷尽焊接技术钢包内衬材料实施工艺方式前两种工艺方式交替复合进行焊接。钢包内衬无穷尽焊接工艺钢包内衬无穷尽焊接工艺20132013年炼钢学术会议交流材料年炼钢学术会议交流材料2022-5-210无穷尽浇注续衬焊接技术工艺流程及特点无穷尽浇注续衬焊接技术工艺流程及特点要使反复浇注焊接技术（续浇）要使反复浇注焊接技

12、术（续浇）成功，首先必须使用拉毛技术，成功，首先必须使用拉毛技术，这套系统较柔和，清理严重结这套系统较柔和，清理严重结壳的钢包就象洗刷渣瘤一样，壳的钢包就象洗刷渣瘤一样，当再配合残渣热清除技术，钢当再配合残渣热清除技术，钢包会使用无数次。包会使用无数次。这套系统实施过程中最大的弊端就这套系统实施过程中最大的弊端就是需要投入大型热清除设备和表面拉毛是需要投入大型热清除设备和表面拉毛机械人，设备投入成本高，并且设备使机械人，设备投入成本高，并且设备使用过程中的维护费用也高，国内钢厂的用过程中的维护费用也高，国内钢厂的初始工艺流程设计中往往都比较紧凑，初始工艺流程设计中往往都比较紧凑，没有足够的空间

13、来安放设备等现场条件没有足够的空间来安放设备等现场条件制约了本系统在国内钢厂的推广实施。制约了本系统在国内钢厂的推广实施。钢包内衬无穷尽焊接工艺钢包内衬无穷尽焊接工艺20132013年炼钢学术会议交流材料年炼钢学术会议交流材料2022-5-211 随着浇注料施工技术的发展，国内外开发出各种喷射施随着浇注料施工技术的发展，国内外开发出各种喷射施工工艺，喷射施工的主要特点是：不需要支设模具便可快速工工艺，喷射施工的主要特点是：不需要支设模具便可快速地构筑衬体，省时省力，也可对局部进行修补，其施工体与地构筑衬体，省时省力，也可对局部进行修补，其施工体与浇注衬体具有一样的耐用性。浇注衬体具有一样的耐用

14、性。 针对国内钢铁企业的现状，耐材公司开发了可以实施与针对国内钢铁企业的现状，耐材公司开发了可以实施与残衬表面残渣进行焊接的喷补材料，把无穷尽焊接技术钢包残衬表面残渣进行焊接的喷补材料，把无穷尽焊接技术钢包内衬材料技术进行了拓展，使其可适用于各种钢包施工条件。内衬材料技术进行了拓展，使其可适用于各种钢包施工条件。首先其可以与整体浇注衬体的旧衬进行焊接，其次无穷尽的首先其可以与整体浇注衬体的旧衬进行焊接，其次无穷尽的钢包浇注料可以采用预制的方式成型，采用与镁碳砖相同的钢包浇注料可以采用预制的方式成型，采用与镁碳砖相同的修砌工艺构筑衬体，然后再通过喷补续衬焊接技术，使预制修砌工艺构筑衬体，然后再通

15、过喷补续衬焊接技术，使预制件包衬寿命大幅度提高。件包衬寿命大幅度提高。钢包内衬无穷尽焊接工艺钢包内衬无穷尽焊接工艺20132013年炼钢学术会议交流材料年炼钢学术会议交流材料2022-5-212无穷尽钢包浇注料喷补续衬焊接技术无穷尽钢包浇注料喷补续衬焊接技术20132013年炼钢学术会议交流材料年炼钢学术会议交流材料2022-5-213无穷尽钢包浇注料喷补续衬焊接技术材质配制无穷尽钢包浇注料喷补续衬焊接技术材质配制材料名称材料名称化学指标化学指标常温耐压常温耐压强度强度高温抗折强度高温抗折强度14503hr线变化（线变化（%）AlAl2 2O O3 3MgOMgOCaOCaOSiOSiO2 2

16、110011003hr160016003hr镁铝浇注料或预制块镁铝浇注料或预制块858512.012.01.81.80.20.211011024240.020.020.020.02尖晶石质包底浇注料尖晶石质包底浇注料90906.06.02.02.00.20.212012028280.030.030.020.02镁尖晶石喷补料镁尖晶石喷补料757518.018.05.05.01.31.365650.010.010.040.04无穷尽钢包浇注料喷补续衬焊接技术材质配制无穷尽钢包浇注料喷补续衬焊接技术材质配制材料名称材料名称化学指标化学指标常温耐压常温耐压强度强度高温抗折强度高温抗折强度14503h

17、r线变化（线变化（%）AlAl2 2O O3 3MgOMgOCaOCaOSiOSiO2 2110011003hr160016003hr镁铝浇注料或预制块镁铝浇注料或预制块858512.012.01.81.80.20.211011024240.020.020.020.02尖晶石质包底浇注料尖晶石质包底浇注料90906.06.02.02.00.20.212012028280.030.030.020.02镁尖晶石喷补料镁尖晶石喷补料757518.018.05.05.01.31.365650.010.010.040.0420132013年炼钢学术会议交流材料年炼钢学术会议交流材料2022-5-214无

18、穷尽钢包浇注料喷补续衬焊接技术材质配制对洁净钢的冶金效果无穷尽钢包浇注料喷补续衬焊接技术材质配制对洁净钢的冶金效果无穷尽焊接技术钢包内衬材料是国外洁净炼钢的首选。几乎所有的品种钢无穷尽焊接技术钢包内衬材料是国外洁净炼钢的首选。几乎所有的品种钢都要求最大表面质量和钢材内部洁净化，高的洁净程度，需要提高钢包用耐材都要求最大表面质量和钢材内部洁净化，高的洁净程度，需要提高钢包用耐材的洁净度，才能保证生产出高质量的洁净钢。的洁净度，才能保证生产出高质量的洁净钢。 不含铝钢如：绳线钢、预拉伸线钢、子午线轮胎用钢和高负荷钢大都是这不含铝钢如：绳线钢、预拉伸线钢、子午线轮胎用钢和高负荷钢大都是这种钢，分析表

19、明：白云石砖和无穷尽焊接技术钢包内衬材料的非金属夹杂非常种钢，分析表明：白云石砖和无穷尽焊接技术钢包内衬材料的非金属夹杂非常相似，由不同客户反馈信息和我们自己的测试表明，在最后产品的不同形成进相似，由不同客户反馈信息和我们自己的测试表明，在最后产品的不同形成进一步加工中性能方面没有改变。但是，对于镁炭砖或含碳的任何材料，要达到一步加工中性能方面没有改变。但是，对于镁炭砖或含碳的任何材料，要达到这个洁净度是不可能的。这个洁净度是不可能的。 对于高质量的高强钢轨，是在脱气后有铝环境下浇铸的，在这种环境下进对于高质量的高强钢轨，是在脱气后有铝环境下浇铸的，在这种环境下进行了脱氧和碳还原。根据某国外钢

20、厂的专利程序所生产的行了脱氧和碳还原。根据某国外钢厂的专利程序所生产的HSHHSH钢轨也同样使用钢轨也同样使用无穷尽焊接技术钢包内衬材料，铁路主管部门需要这种洁净钢性能越高越好，无穷尽焊接技术钢包内衬材料，铁路主管部门需要这种洁净钢性能越高越好，在真空处理时通过碳还原，以及搅拌分离大颗粒夹杂可达到要求。这表明无穷在真空处理时通过碳还原，以及搅拌分离大颗粒夹杂可达到要求。这表明无穷尽焊接技术钢包内衬材料在洁净程度和夹杂尺寸方面到可获得特别好的效果。尽焊接技术钢包内衬材料在洁净程度和夹杂尺寸方面到可获得特别好的效果。20132013年炼钢学术会议交流材料年炼钢学术会议交流材料2022-5-215无

21、穷尽钢包浇注料喷补续衬焊接技术材质配制对洁净钢的冶金效果无穷尽钢包浇注料喷补续衬焊接技术材质配制对洁净钢的冶金效果 对于含碳为对于含碳为0.06%0.15%0.06%0.15%的含硅无铝钢的冷向级是重要的高品质组钢，尤的含硅无铝钢的冷向级是重要的高品质组钢，尤其是含硅低碳级，较高的洁净度对于板坯机上的浇铸是很重要的。实践证明，其是含硅低碳级，较高的洁净度对于板坯机上的浇铸是很重要的。实践证明，无穷尽焊接技术钢包内衬材料夹杂的类型与白云石衬体相比几乎无变化，二保无穷尽焊接技术钢包内衬材料夹杂的类型与白云石衬体相比几乎无变化，二保焊用钢丝的焊接性也未发现不同。需要说明的是，这些特种洁净钢使用含碳质

22、焊用钢丝的焊接性也未发现不同。需要说明的是，这些特种洁净钢使用含碳质的包衬材料是不可能达到效果的。的包衬材料是不可能达到效果的。 温度下降对钢坯质量的影响也很重要，我们对同时用于板坯和方坯的浇铸温度下降对钢坯质量的影响也很重要，我们对同时用于板坯和方坯的浇铸机的机的5050个钢包我们进行了比较：两种类型的钢包（白云石质和无穷尽焊接技术个钢包我们进行了比较：两种类型的钢包（白云石质和无穷尽焊接技术钢包内衬材料）最初几炉由钢包倒入入中包后温度下降范围钢包内衬材料）最初几炉由钢包倒入入中包后温度下降范围22372237，镁炭，镁炭砖钢包的温度也相当；两种类型的钢包（白云石质和无穷尽焊接技术钢包内衬砖

23、钢包的温度也相当；两种类型的钢包（白云石质和无穷尽焊接技术钢包内衬材料），钢水浇铸过程中大包到中包温度下降材料），钢水浇铸过程中大包到中包温度下降4848，镁碳质钢包的温度下，镁碳质钢包的温度下降达降达28492849。由此可见，白云石质和无穷尽焊接技术钢包内衬材料两种衬。由此可见，白云石质和无穷尽焊接技术钢包内衬材料两种衬在热比较方面也是相同的。但是，镁碳质钢包砖衬却表现出大的温降，不利于在热比较方面也是相同的。但是，镁碳质钢包砖衬却表现出大的温降，不利于稳态低过热度浇铸稳态低过热度浇铸, ,更不利于系统降低转炉的出钢温度更不利于系统降低转炉的出钢温度。20132013年炼钢学术会议交流材料

24、年炼钢学术会议交流材料2022-5-216钢包衬喷补焊接周转工艺图钢包衬喷补焊接周转工艺图20132013年炼钢学术会议交流材料年炼钢学术会议交流材料2022-5-217衬体类型小修寿命1（炉）第一次喷补寿命（炉）第二次喷补寿命（炉）第三次喷补寿命（炉）剥皮套浇后一次性寿命（炉）普通剥皮套浇钢包钢包13936（未喷）未喷未喷75钢包24136（未喷）未喷未喷76钢包34036（未喷）未喷未喷76喷补焊接续衬钢包钢包1475043未喷140钢包2534947未喷149钢包343485049190钢包452504148191实际应用效果实际应用效果 从上表可以看出，通过采用喷补续衬焊接技术，钢包剥

25、皮套浇后钢包的寿从上表可以看出，通过采用喷补续衬焊接技术，钢包剥皮套浇后钢包的寿命大幅度提高，与原钢包整体浇注系统相比，钢包的寿命提高了命大幅度提高，与原钢包整体浇注系统相比，钢包的寿命提高了160%160%以上。同以上。同时单次小修渣线的钢包寿命也提高了时单次小修渣线的钢包寿命也提高了20%20%，这主要是由于喷补造衬可以根据包，这主要是由于喷补造衬可以根据包衬内各部位的侵蚀情况来进行喷补操作，而传统的套浇工艺，由于局部的侵蚀衬内各部位的侵蚀情况来进行喷补操作，而传统的套浇工艺，由于局部的侵蚀严重导致提前下线剥皮套浇。严重导致提前下线剥皮套浇。20132013年炼钢学术会议交流材料年炼钢学术

26、会议交流材料2022-5-218实际应用效果实际应用效果 从2011年12月份开始使用后，经几个钢包使用后，无穷尽焊接技术钢包内衬材料预制件和喷补焊接料使用效果明显。主要体现在以下几个方面： 使用性能优良，包底浇注料耐冲击性能良好，使用后包底冲击区一般可余留300mm左右，其他部位一般可余留350-400mm之间。 喷补料与预制件变质层结合良好，抗侵蚀耐冲刷，使用后包壁光滑均匀，无裂纹剥落等现象。 使用寿命高，该无碳包在莱钢永锋钢厂LF+VD精炼工艺下，镁碳砖渣线正常可使用到50-60炉，通过喷补焊接总的寿命可达到170炉以上，比目前正常使用无碳钢包寿命提高50%以上。20132013年炼钢学

27、术会议交流材料年炼钢学术会议交流材料2022-5-219主要施工设备展示主要施工设备展示进口喷补施工设备进口喷补施工设备进口连续浇注系统进口连续浇注系统20132013年炼钢学术会议交流材料年炼钢学术会议交流材料2022-5-220无穷尽焊接技术钢包内衬材料在精炼钢包上的应用有以下的优点：无穷尽焊接技术钢包内衬材料在精炼钢包上的应用有以下的优点： 1 1 吨钢消耗低吨钢消耗低。无穷尽焊接技术钢包内衬材料在目前所有的钢包内衬无穷尽焊接技术钢包内衬材料在目前所有的钢包内衬材料中其吨钢消耗的耐火材料数量最低，（国内的普通钢包浇注料吨钢消材料中其吨钢消耗的耐火材料数量最低，（国内的普通钢包浇注料吨钢消耗耐火材料为耗耐火材料为3.4kg3.4kg，镁炭砖及铝镁炭砖吨钢消耗耐火材料为，镁炭砖及铝镁炭砖吨钢消耗耐火材料为2.9kg2.9kg，无尽，无尽衬里焊接技术吨钢消耗耐火材料为衬里焊接技术吨钢消耗耐火材料为0.93kg0.93kg），单纯从成本上讲与镁碳砖成），单纯从成本上讲与镁碳砖成本相当，但以无穷尽焊接技术钢包内衬材料代替镁炭砖或铝镁炭砖，在生本相当，但以无穷尽焊接技术钢包内衬材料代替镁炭砖或铝镁炭砖，在生产和使用过程中可实现节约烘烤用燃料产和使用过程中可实现节约烘烤用燃料5