100 t钢包扩容设计与实践.pdf

2023年2 月第3 1卷第1期河南冶金HENANMETALLURGYFeb.2023Vol.31No.1100t钢包扩容设计与实践(Tang Shan He Bei)张文祥武晓阳李超柳晓辉张朝发魏军（河钢股份有限公司唐山分公司）摘要唐钢长材事业部转炉设计为10 0 t,为满足后期生产要求，转炉出钢量可提高到12 5t。为适应此生产工艺变化，需对10 0 t钢包进行优化设计，首先根据容积计算耐材厚度；其次进行耐材设计，降低刚玉自流料浇筑厚度、去掉安全衬砖、减少保温板厚度等；最后调整砌筑工艺，在满足精炼净空要求的条件下，舍去包沿砖，采用渣线砖和包壁砖的修砌方法。经计算，设计后的钢包可满足盛装12 5t钢水的需求，更好地匹配提产后转炉一精炼连铸机的生产模式，提高了生产率和钢水收得率，最终达到提高炼钢产能，降低炼钢成本的目的，实现了生产的高效稳定运行。关键词钢包扩容设计实践DESIGN AND APPLICATIONPRACTICE OF 10O tLADLE CAPACITY EXPANDINGZhang Wenxiang Wu Xiaoyang Li Chao Liu Xiaohui Zhang Chaofang Wei JunABSTRACT The converter design of Long Material Business Division of Tanggang is 100 t.In order to meet therequirements of later production,the tapping capacity of the converter can be increased to 125 t.In order to adapt to thisproduction process change,it is necessary to optimize the design and improvement of 100 t ladle.Firstly,the thickness ofrefractory materialis calculated according to the capacity;secondly,the refractory material is designed toreduce the pouringthickness of corundum self flowing material,remove the safety lining brick,and reduce the thickness of insulation board;finally,the masonry process is adjusted.,under the condition of meeting the requirements of refining clearance,the brickalong the edge is discarded and the repair method of slag line brick and wall brick is adopted.After calculation,the ladle canmeet the demand of holding 125 t molten steel,better match the production mode of converter refining continuous castingmachine,the productivity and the yield of molten steel are improved,finally the goal of improving the steel-making capacityand reducing the steel-making cost are achieved,andthe efficient and stable operation of production is realized.KEYWORDS Ladle Capacity Expansion Design Practice0前言为满足生产需求，转炉后期有效容积增大后可以增加出钢量，但是转炉增产受现有钢包容量的限制，钢包装人量过大容易出现精炼炉溢渣现象，如果只是单纯减小钢包工作层的厚度，则会造成钢包包龄寿命的降低、耐材成本的升高。唐钢长材事业部2 0 2 2 年1月份起进行了月产45万t规模生产，需转炉冶炼扩容，即每炉钢水量从现在的10 0 t增至125t，为适应转炉容量增加后的生产需要，钢包设计优化和改进势在必行，设计出了一种10 0 t钢包可承装12 5t钢水的修砌方案并实践应用。1容积计算及耐材尺寸优化钢包作为炼钢生产中必不可少的载体，是炼钢一连铸界面钢水承载和二次冶炼的重要容器，将各个工序有机联系起来，保证了炼钢有序进行。钢包不仅承接转炉冶炼完成的钢水，而且是精炼的重要设备，在满足装钢的同时，还要满足精炼工艺，如对钢包净空要求、钢包上部内径尺寸要求等。因此，对10 0 t钢包进行设计和改进，容积需满足盛装转炉出钢量和精炼工艺的需求。1.1原10 0 t钢包设计方案及砌筑要求包壁设计：包壁永久层打结前在包壁上粘贴保联系人：张文祥，工程师，河北.唐山（0 6 3 0 0），河钢股份有限公司唐山分公司长材事业部；收稿日期：2 0 2 2-10-102023年第1期温板，保温板采用纳米绝热材料，厚度为10 mm。永久层打结要求将胎模与四周保温板之间的间隔控制在（10 0 5）mm，浇注料搅拌时添加的水量控制在6.0%左右，以浇注料流动性作为最终判定依据，搅拌均匀，安放好新钢包胎具，按工艺要求操作。修包壁过渡层时使用8 0 mm安全衬，钢包包壁工作层采用2 10 mm包壁砖，渣线部位采用2 40 mm镁碳砖，包壁安全衬和工作层之间采用40 mm刚玉自流料，要求包沿高度小于12 0 mm。包壁总计厚度为440 47 0 mm。包底设计：先打结10 0 mm包底永久层，然后采用包底平铺层加立砌工作层的修砌方法。包底和水口座砖仍采用现有砌筑方法，即先装好透气座砖和水口座砖，透气座砖与包底砖之间的预留间隙，水口座砖与包底砖之间的预留间隙均为5010 0 m m。包底砖砌筑完成后，透气座砖与包底砖周围的间隙、水口座砖与包底砖周围的间隙、包底砖与包壁永久层之间均用刚玉自流料填充，最后插砖、振捣密实，做到砖缝纵横错开、泥浆饱满，包底砌筑找正、卡牢，打结底料与透气砖座砖齐平。包底总厚度达到450 mm，满足了钢包净空高度40 0 mm，钢包容量10 0 t的使用要求，同时也提高了钢包的使用安全性能。1.2主要设计参数（1）10 0 t 钢包包体钢结构主要尺寸及工艺参数：上口外径3 7 6 0 mm，下口外径3 2 8 0 mm，钢包总高（不含罐脚）40 6 5mm，钢液面净空高度400mm，液态渣厚度150 mm，钢水比重6.9/m。（2）钢包容积公式-2：H元D?元D2元DD,V=十3 4式中,H一钢包高度，mm;Dmm;D,钢包下部直径，mm；V-含耐材容积),mm。1.3计算结果钢包包底是一个相对复杂的部位，包含滑动系统，透气砖、水口座砖等，该设计改进是在包底耐材不变的前提下，按照上述钢包设计参数和容积公式进行理论计算得到的，原包壁耐材厚度D前=47 0 mm，V 前表示原10 0 t钢包容积，V为新增2 5t钢包容积，优化后的钢包容积V后为12 5t，代入钢包容积公式计算得出D后=3 50 mm。因此D=D 前-D 后=12 0 mm。在现有钢包基础上增加2 5t钢水容量，需增大内径12 0 mm，即包壁耐材厚度总体需要减少河南冶金120mm，据此考虑去掉修包壁过渡层使用的8 0 mm安全衬，包壁安全衬与工作层之间的40 mm刚玉自流料，并据此设计了新砌砖方案。此设计改进方案未考虑缩短钢包永久层厚度，所以对钢包包胎尺寸无影响，原有包胎可以继续使用，其他部位尺寸和结构不变。2砌筑工艺2.1钢包优化设计方案和砌筑要求包壁设计：根据实际情况，确定通过减少钢包砌砖的厚度扩大钢包内径来实现扩容，去掉修包壁过渡层使用8 0 mm安全衬，去掉包壁安全衬和工作层之间40 mm刚玉自流料，钢包扩容后取消包沿砖，使用渣线砖代替，否则净空不能满足精炼要求。包壁总计厚度为3 2 0 3 50 mm，经计算，钢包净空高度为40 0 mm时，钢包容量为12 6 t，达到了优化设计的要求，满足了钢水装入量。原始设计方案中修砌顺序为保温板一永久层一安全衬一刚玉料一工作层，改进后的设计方案中修砌顺序为保温板一永久层一工作层，原始设计方案和改进后的设计方案如图1所示。44钢包上部直径，钢包容积（包41(1)原始(2)改进后图1设计方案42包底采用重质料打结，平铺和立砌修砌方式，厚度为2 0 0 mm。包底和水口座砖仍采用现有砌筑方法，即先装好上、下座砖，再拼砌底部砖。砌砖时须用木榔头轻敲打紧，砖与砖之间的缝隙要小于2 mm，砖缝纵横错开，做到砖缝泥浆饱满，罐底砌筑找正、卡牢。钢包大修时，包底需重新打结底料；钢包小修更换水口座砖或透气砖时，需项目包壁砖渣线砖3钅钢包改进方案可行性校核3.1全钢包空载和荷载情况下重心与耳轴位置耳轴的位置对于整个钢包的倾倒过程来说是十分重要的。若耳轴的位置太低，则很可能由于操作不当导致钢液的过快倾倒；若耳轴的位置过高，则会增大倾倒钢液过程中所需要的倾翻力矩，进而增大起重机副钩的起重量，这样就造成了很大的能源浪费 5。钢包设计耳轴中心应高于钢水罐满灌合成重心以上2 0 0 40 0 mm。改造后钢包重心与耳轴如图2 所示。对比改造前后钢包重心与耳轴位置，坐标原点位置：钢包耳轴连线中点（X=0，Y=0，Z=0）；改造前重心（mm）：X=-2.56 910 3,Y=-352.736125,Z=-4.602990;改造后重心（mm）：X=-2.569,Y=-364,Z=-4.52。图2 改造后钢包重心与耳轴计算表明，钢包重心与耳轴位置符合设计要求。3.2钢包倾翻力矩钢包在倾倒过程中，其倾翻力矩由三部分构成：钢包空包引起的倾翻力矩、钢包耳轴的摩擦力矩、钢液引起的倾翻力矩。通过计算起重机副钩的起重量与倾翻角的关系，核定起重机副钩的起重吨位，当前8 0 t副钩起重量完全能够满足扩河南冶金打结底料与透气砖座砖齐平。2.2钢包砖优化钢包包壁砖采用2 0 0 mm厚的铝镁碳砖，要求砖中碳含量提高2%，即含碳量为8%。渣线砖采用2 40 mm厚的镁碳砖，要求砖中碳含量提高2%，即含碳量为14%，以提高砖的抗浸蚀能力 3-4。钢包砖的理化指标见表1。表1钢包砖理化指标MgO/C/%45876142023年第1期显气孔率/体积密度/%(g:cm)92.9552.98容钢包倾翻要求。经验证，此改进方案不影响钢包相关设备诸如钢包车、龙门钩和连铸钢包回转台的承载能力，相关设备不需要改进，钢包扩容改造费用不需要增加 5-6。3.3钢水装入量钢包扩容前后，钢水装入量（钢包盛装钢水量）如图3 所示。160/12080400图3 钢包扩容前后钢水装入量对比从图3 可以看出，通过钢包修砌工艺的调整改进，钢包钢水装人量较过去提高了2 5t左右，达到了预定目标。3.4钢水温降此设计方案虽然去掉了安全衬砖，减少了保温板厚度，但浇注料具有气孔率高、体积密度小、导热系数小、重烧收缩小等优点，绝热保温效果好，钢包温降正常，未发生因钢包温降大而导致回炉钢水的现象。3.5钢包寿命对比钢包扩容前2 0 2 1年10 月一2 0 2 2 年1月，钢包平均包龄为95.45炉，精炼比2 8.92%。扩容优化后，2 0 2 2 年2 月一5月，钢包平均包龄为96.47炉，精炼比2 9.7 7%，钢包包龄使用平稳，无影响。扩容前后钢包寿命对比如图4所示。4结论（1）通过对10 0 t钢包优化设计与改进，改进后的钢包完全满足承装12 5t钢水要求，未超出240t