李 健¹,張文祥¹,武曉陽¹,王愛東¹,李學(xué)民¹

(1.唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司,河北 唐山 063000)

摘 要:通過對影響鋼包包齡和安全性能的因素分析,采取鋼包磚耐材材質(zhì)優(yōu)化,鋼包砌筑重點(diǎn)部位防護(hù),在線鋼包耐材殘厚精準(zhǔn)測量,優(yōu)化鋼包精煉頂渣成份結(jié)構(gòu),鋼包安全防護(hù)技術(shù)應(yīng)用等措施提高鋼包包齡和安全防護(hù)性能。鋼包總包齡平均達(dá)到了185次,其中最高包齡達(dá)到202次,較之前平均112次提高了73次,耐材和鋼包投入成本均大幅下降。鋼包使用事故率由0.6次/萬噸鋼降低到0.05次/萬噸鋼以下,為鋼包包齡的提升提供了有利保證。

關(guān)鍵詞:鋼包;包齡;安全防護(hù);優(yōu)化實(shí)踐

鋼包根據(jù)使用的耐火材料不同,可分為澆注料鋼包和鎂碳磚鋼包。澆注料鋼包因其渣線抗鋼水氧化性差,在 LF、VD等精煉過程中渣線會嚴(yán)重侵蝕, 使用壽命低,因此不適合轉(zhuǎn)爐—LF、VD—連鑄工藝路線的精煉鋼種使用。而鎂碳磚鋼包內(nèi)襯主要用中性 Al₂O₃ - MgO-C 磚 和 MgO-C 磚 筑 成。在CaO-SiO₂系熔渣中,MgO-CaO-C 磚具有較髙的抗侵蝕能力,Al₂O₃-MgO-C 磚和 MgO-C 磚具有良好的耐高溫及抗組織剝落性,良好的抗鋼水和熔渣的侵蝕性以及良好的殘余膨脹,甚至在更高溫度下,磚的接縫處也不會出現(xiàn)裂紋。因此在全部精煉鋼種和一定比例的精煉鋼種時廣泛使用。

目前唐鋼公司使用鎂碳磚鋼包,鋼包容量為120t,精煉比例60%~70%。為適應(yīng)市場形勢,唐鋼公司對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,開發(fā)新品種,涉及的品種有:硬線系列,H08,70S-6,77B,82B等。大多數(shù)品種鋼需要進(jìn)行 LF 爐精煉。LF 爐惡劣的工作環(huán)境對鋼包有很大的侵蝕性,對鋼包的材質(zhì)、修徹工藝和安全防護(hù)有很高的要求。隨著精煉比例的不斷提高,鋼包存在著渣線浸蝕嚴(yán)重,包壁磚結(jié)縫處與包壁磚的中間部位浸蝕嚴(yán)重不同步,鋼包平均包齡為112次,同時鋼包使用過程中安全事故頻發(fā)，在月產(chǎn)量 20萬噸的情況下,鋼包事故達(dá)到1 0~ 1 2 次, 事故率在0.4次/萬噸鋼以上。為此,通過對鋼包包齡和安全防護(hù)的優(yōu)化改進(jìn),為轉(zhuǎn)爐煉鋼高效化生產(chǎn)提供保證。

1 影響鋼包包齡和安全性能的因素

1.1 鋼包包底磚斷裂

鋼包在使用過程中,頻繁出現(xiàn)鋼包包底磚斷裂的現(xiàn)象,相比鋼包渣線、包壁等其他部位耐材損壞存在較大差異,如圖1所示。

包底磚斷裂會對鋼包的安全使用造成極大的隱患,分析認(rèn)為斷裂原因如下:(1)鋼包養(yǎng)護(hù)時間短。大修包烘烤前需要養(yǎng)護(hù)24小時,小修包烘烤前需要靜養(yǎng)12小時,在養(yǎng)護(hù)不充分的情況下,鋼包包底溫度迅速上升,導(dǎo)致包底未能及時排氣,出現(xiàn)包底磚膨脹炸裂。(2)鋼包在線使用停備次數(shù)多。因連鑄產(chǎn)量波動大,連鑄機(jī)經(jīng)常在1~3臺之間切換,鋼包處于“上線—停用—再上線—再停用”的使用模式,包底磚達(dá)到了熱震極值,造成熱震斷裂。(3)冶煉鋼種品種多,出鋼溫度、精煉時間差別大,包底磚熱震性能適應(yīng)性差,造成斷裂^[1,2]。

1.2 鋼包包壁和渣線侵蝕嚴(yán)重

目前鋼包包壁和鋼包渣線部位均采用鎂碳磚進(jìn)行砌筑。鎂碳磚是一種復(fù)合耐火材料,以高熔點(diǎn)堿性氧化物氧化鎂和難以被爐渣侵潤的高熔點(diǎn)碳素材料作為原料,添加各種非氧化物添加劑,其具有優(yōu)異的抗熱震性能、抗渣侵蝕性能和抗渣滲透性能,廣泛應(yīng)用于鋼包的渣線部位;但傳統(tǒng)的鎂碳磚具有較高的碳含量,一般在10%~20%之間,使用過程中存在鋼水大量增碳、氧化失效等問題,隨著碳含量的降低,鎂碳磚的耐侵蝕、抗渣滲透性能、熱震穩(wěn)定性能等均受到影響^[3,4]。

在轉(zhuǎn)爐出鋼和 LF 精煉煉鋼期間,渣線磚均會受到鋼水在鋼包內(nèi)的劇烈流動和沖刷。同時主要受到轉(zhuǎn)爐渣和精煉渣的化學(xué)侵蝕。唐鋼公司品種鋼精煉渣 主 要 成 分 為:CaO 38% ~40%,SiO₂ 31% ~ 34%,Al₂O₃ 4.5% ~10.5%,MgO 9.5% ~12.5%,FeO 0.86%~1.2%,R(堿度)1.1~1.3。鋼的精煉過程中都要造渣脫硫。脫硫劑主要成分含有螢石,屬CaF₂-CaO-Al₂O₃ 系。CaF₂ -CaO-Al₂O₃一般都會在鋼液中保留一定時間,以達(dá)到較好脫硫效果。

而 CaF₂-CaO-Al₂O₃渣熔點(diǎn)較低流動好,但對耐火材料的侵蝕與滲透較為嚴(yán)重。圖2為渣線部位侵蝕嚴(yán)重照片。

1.3 鋼包熱態(tài)狀態(tài)下檢查

目前鋼包熱態(tài)狀態(tài)下的檢查是依據(jù)崗位操作職工的經(jīng)驗(yàn)來判斷的,采用這種方式對崗位職工要求相對較高,需要有一定的工作經(jīng)驗(yàn)。采用目測檢查的方法,無法做到對鋼包包底、包壁和渣線等關(guān)鍵部位的剩余殘厚做出準(zhǔn)確的判斷。特別是連鑄平臺剛下線的鋼包,或者是鋼包內(nèi)未折盡的鋼渣懸掛在鋼包包壁和渣線等情況,嚴(yán)重影響崗位職工的判斷視線,不能及時發(fā)現(xiàn)鋼包磚的缺陷等問題^[5,6]。由于各個崗位職工工作經(jīng)驗(yàn)的差異,導(dǎo)致對鋼包狀況進(jìn)行誤判,使得鋼包過早停用,甚至出現(xiàn)鋼包異常侵蝕造成的鋼包穿包、漏包現(xiàn)象,輕則造成生產(chǎn)中斷,重則導(dǎo)致鋼水燒壞相關(guān)設(shè)備,對生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。

2 提高鋼包包齡和安全防護(hù)措施

2.1 鋼包磚耐材材質(zhì)優(yōu)化

優(yōu)化鎂碳磚材質(zhì),通過以耐高溫性、抗渣侵蝕性良好的電熔鎂砂顆粒、電熔鎂砂細(xì)粉為主要成分,采用具有多種作用的改性酚醛樹脂作結(jié)合劑,將各原料組分牢固結(jié)合在一起,得到具有良好的高溫強(qiáng)度、抗氧化性及抗侵蝕性低碳鎂碳磚,延長低碳鎂碳磚的使用壽命。

鎂碳磚生產(chǎn)過程中添加苯胺類復(fù)合改性劑,分子中含有剛性苯環(huán)基團(tuán)、亞磷酸酯基團(tuán)及通過硅烷化學(xué)鍵相連的氧化鋁,利用復(fù)合改性劑中的苯胺基,參與苯酚、甲醛在堿性催化劑作用下的縮聚反應(yīng),成功實(shí)現(xiàn)了對酚醛樹脂的改性,這樣所制得的改性酚醛樹脂分子鏈上含有苯環(huán)基團(tuán)、亞磷酸酯基團(tuán)及通過化學(xué)鍵連接的氧化鋁,其中剛性苯環(huán)基團(tuán)能夠提高酚醛樹脂的高溫穩(wěn)定性及強(qiáng)度,亞磷酸酯基團(tuán)的耐高溫性好,還能起到輔助抗氧化作用,通過化學(xué)鍵連接的氧化鋁也具有耐高溫、抗氧化性、抗侵蝕性好的特點(diǎn),極大提高酚醛樹脂的耐高溫、抗氧化及抗侵蝕性能,從而提高了低碳鎂碳磚的高溫強(qiáng)度、抗氧化性及抗侵蝕性。

2.2 鋼包砌筑重點(diǎn)部位防護(hù)

推廣應(yīng)用非均衡砌筑工藝,優(yōu)化鋼包修砌參數(shù), 使鋼包各個部位達(dá)到均勻侵蝕。鋼包侵蝕嚴(yán)重部位包括,上渣線、下渣線、包壁倒渣面(大面)、包底沖擊區(qū)。針對以上部位,對鋼包磚尺寸進(jìn)行調(diào)整,如表1所示,此部位的侵蝕狀況得到了有效的改善,達(dá)到了鋼包各部位均勻侵蝕的效果。如圖3所示磚包倒渣面磚形加厚,精煉渣線磚加厚和包底加厚改進(jìn)。

2.3 在線鋼包耐材殘厚精準(zhǔn)測量

2.3.1 包底測量標(biāo)尺設(shè)計(jì)

為準(zhǔn)確測量包底、透氣磚殘厚,制作了一種鋼包包底耐材殘厚測量工具,通過簡易測量方法,實(shí)現(xiàn)了包底在線精確測量。過程如下:將鋼包放在防輻射擋板前面。測量人甲,在鋼包口正面將鋼包包底殘厚測量工具伸入到鋼包內(nèi)部(如下圖 4)。觀察人乙,在鋼包側(cè)面觀察標(biāo)尺與鋼包口平面的相對位置。如果標(biāo)尺在鋼包口平面的內(nèi)側(cè)或者正好位于鋼包口平面的上,說明包底殘厚小于或等于設(shè)定的最低值,此時鋼包應(yīng)下線修砌;相反,如果標(biāo)尺在鋼包口平面的外側(cè),說明包底殘厚大于設(shè)定的最低值,此時鋼包可以繼續(xù)使用。此種測量標(biāo)尺可控制包底殘厚測量精度達(dá)到±10mm。

2.3.2 鋼包蓋優(yōu)化設(shè)計(jì)

為提高測量的準(zhǔn)確性,改進(jìn)鋼包蓋設(shè)計(jì)。原包蓋觀察孔位于包蓋中心,鋼包處于測量包底位置時, 觀察孔與包底中心處于同一高度,保證包底測量值的準(zhǔn)確性。但觀察孔與透氣磚存在400mm 的高度差,造成了透氣磚測量存在較大誤差,如圖5所示。因此,將包蓋增加了兩個測量觀察孔,與兩個透氣磚處于同一高度,保證了透氣磚殘厚測量的準(zhǔn)確性。原來包蓋中心的觀察孔用于測量包底沖擊區(qū),增加的觀察孔用于測量透氣磚。可提高包底殘厚測量精度。如下圖6所示。

2.4 優(yōu)化鋼包精煉頂渣成份結(jié)構(gòu)

優(yōu)化鋼包精煉頂渣的成份結(jié)構(gòu),減少渣對精煉磚的渣線浸蝕。鋼水在精煉過程中都要造渣脫硫。脫硫劑主要由螢石與石灰構(gòu)成,屬CaF₂ -CaO-Al₂O₃系。CaF₂-CaO-Al₂O₃ 一般都會在鋼液中保留一定時間,以達(dá)到好的脫硫效果。而 CaF₂ - CaO-Al₂O₃渣熔點(diǎn)較低流動好,但對耐火材料的侵蝕與滲透很厲害,MgO 或 MgO-CaO 材料在抗CaF₂-CaO-Al₂O₃渣熔蝕方面需要調(diào)整。針對不同精煉鋼種,采用不同結(jié)構(gòu)的 LF爐精煉爐渣,適當(dāng)提高精煉爐渣堿度,調(diào)整螢石用量,每爐用量由100公斤下降到50公斤,減少對鋼包渣線磚的浸蝕性。精煉渣堿度提到了1.4以上,對渣系進(jìn)行調(diào)整如表2。

2.5 鋼包安全防護(hù)技術(shù)應(yīng)用

2.5.1 防止機(jī)構(gòu)打開裝置開發(fā)與應(yīng)用

由于鋼包滑動水口機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方向與出鋼作業(yè)中出鋼車的運(yùn)動方向一致,如果出鋼車下部存在鋼渣等雜物,鋼渣會剮蹭鋼包下水口,帶動滑動水口機(jī)構(gòu)移動,打開滑板,造成鋼包漏鋼事故。因此發(fā)明研制了一種防止鋼包滑動水口機(jī)構(gòu)意外打開的保護(hù)裝置如圖7所示,可以方便地安裝在滑動機(jī)構(gòu)里面,杜絕了出鋼完畢后出鋼車開出過程中,渣鋼渣皮剮蹭滑動機(jī)構(gòu)造成滑板打開,造成鋼包漏包事故。具體操作:鋼包熱修完畢將滑板關(guān)閉,摘出液壓缸。確認(rèn)拖座及拖座滑道無殘?jiān)?將頂緊專用工具裝入機(jī)構(gòu)拖座滑道內(nèi),頂住機(jī)構(gòu)拉桿。此時機(jī)構(gòu)處于鎖死不能滑動狀態(tài)。連鑄開澆之前,將此裝置取下,安裝液壓缸進(jìn)行安缸操作。

2.5.2 鋼包下水口防炸裂

鋼包下水口使用過程中處于冷熱交替的工作狀態(tài),且高溫狀態(tài)下受到大包機(jī)械手中的長水口壓力,時常出現(xiàn)下水口斷裂問題,因此,通過優(yōu)化下水口指標(biāo),提高水口高溫抗折強(qiáng)度。包括增加配料中的活性反應(yīng)物(Al、Si等)的活性和質(zhì)量,增加高溫下的這些物質(zhì)與碳反應(yīng)的速率和反應(yīng)產(chǎn)物,使反應(yīng)產(chǎn)物在微觀下呈纖維狀態(tài),增強(qiáng)基質(zhì)與顆粒的連接,增加材質(zhì)的高溫韌性,提高高溫抗折強(qiáng)度^[7-9]。

2.5.3 包底磚斷裂缺陷控制

控制包底磚斷裂重點(diǎn)是,原料合理級配,加大成型壓力,提高制品的燒結(jié)程度。降低氣孔率,增加耐壓強(qiáng)度,提高碳含量,提高強(qiáng)度、抗侵蝕性、抗熱震性。同時增加三套磚周圍的縫隙,由50mm 調(diào)整為60~80mm,減少鋼包磚和透氣磚相互之間的熱應(yīng)力影響。

3 優(yōu)化改進(jìn)后的鋼包包齡和事故率

通過對影響鋼包包齡和安全性能的因素分析并制定相應(yīng)的措施,鋼包總包齡平均達(dá)到了185次,其中最高包齡達(dá)到202次,較之前平均112次提高了73次。鋼包使用事故率由 0.6次/萬噸鋼降低到0.05次/萬噸鋼以下。

4 結(jié)語

鋼包包齡提高后,耐材成本、烤包煤氣成本、出鋼溫度成本均大幅下降,指標(biāo)對比如下表5所示。按照2023年唐鋼公司年產(chǎn)鋼量260萬噸計(jì),年產(chǎn)生效益:260 ×(20.20-16.66)=920.4萬元。同時通過鋼包技術(shù)優(yōu)化,鋼包安全性增加,漏包穿鋼事故杜絕,生產(chǎn)組織狀況明顯好轉(zhuǎn),為全廠穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有利的保證。

參考文獻(xiàn):

[1] 譚亞韡,武曉陽,張文祥,等.提高鋼包整體壽命的措施[J].河北冶金,2022,(09):60-63.

[2] 張 梁.提 高 100t精 煉 鋼 包 包 齡 實(shí) 踐 [J].耐 火 材 料, 2020,54(05):444-447.

[3] 呂冬冬.榆鋼130t鋼包包齡提高改進(jìn)措施[J].甘肅科技,2019,35(13):34-35+106.

[4] 金安林,蘇榮華,李霞,等.紅鋼提高70t鋼包包齡的生產(chǎn)實(shí)踐[J].連鑄,2018,43(06):11-13.

[5] 王崇,陳愛軍,黃財?shù)?等.提高300t鋼包安全性能和使用壽命的研究[J].河北冶金,2018,(08):20-22.

[6] 王新亮,任建秀,王冰.120t包全流程節(jié)能降耗的優(yōu)化改進(jìn)[J].山東冶金,2017,39(03):47-49.

[7] 薄濤,劉彥平,霍自美,等.LF 用鋼包復(fù)合砌筑工藝開發(fā)[J].山東冶金,2007,(S2):35-36.

[8] 陳樹林,李勇,壽業(yè)紅,等.安鋼25t鋼包粘渣原因分析[J].河南冶金,2006,(S2):149-151.

[9] 張 曉 麗.操 作工藝對鋼包壽命的影響 [J].耐火材料, 1999,(02):52.