為了實現(xiàn)月產(chǎn)45萬t鋼的規(guī)模生產(chǎn)，要求轉(zhuǎn)爐冶煉擴容，即每爐鋼水量從現(xiàn)在的100t增加到130t以上，根據(jù)轉(zhuǎn)爐容量增加后的生產(chǎn)需要，設(shè)計出一種100t鋼包可盛裝130t鋼水的修砌方案，此方案既不能因為鋼包裝入量過大造成精煉爐溢渣，也不能由于減小鋼包工作層厚度，導致鋼包包齡壽命的降低、耐材成本升高。

1 擴容計算方法

鋼包作為煉鋼生產(chǎn)中必不可少的載體，是煉鋼-連鑄界面鋼水承載和二次冶金的重要容器，將各個生產(chǎn)工序有機聯(lián)系起來，保證煉鋼有序進行。鋼包不僅承接轉(zhuǎn)爐冶煉完成的鋼水，而且是精煉的重要設(shè)備，在滿足裝鋼的同時，還要滿足精煉工藝，如對鋼包凈空要求、鋼包上部內(nèi)徑尺寸要求等。因此，對100t鋼包進行設(shè)計和改進，既要求容積滿足盛裝130t轉(zhuǎn)爐出鋼量，又需要適應和精煉工藝的需求。

1.1 主要設(shè)計參數(shù)

(1)100t鋼包包體鋼結(jié)構(gòu)主要尺寸及工藝參數(shù)：上口外徑為3760mm,下口外徑為3280mm,鋼包總高(不含罐腳)為4065mm,鋼液面凈空高度為400mm,液態(tài)渣厚度為150mm,鋼水比重為6.9t/m3。

(2)鋼包容積公式見式(1):

式中：H-鋼包高度/mm;D-鋼包上部直徑/mm;D?-鋼包下部直徑/mm

其修正公式見式(2)：

式中：K-修正系數(shù)，取值范圍0.93～0.96;P-鋼包額定容量/t。

1.2 計算結(jié)果

鋼包包底是一個相對復雜的部位，包含滑動系統(tǒng)及透氣磚、水口座磚等。本設(shè)計在保證鋼包包底安全使用的前提下，采用澆注料包底代替鋼包磚包底，并通過以上參數(shù)進行理論計算，經(jīng)計算，在現(xiàn)有鋼包基礎(chǔ)上增加30t鋼水容量，需增大內(nèi)徑120mm,即包壁耐材厚度總體減少120mm,新砌磚方案去掉了修包壁過渡層使用的80mm安全襯和包壁安全襯、工作層之間40mm剛玉自流料。此設(shè)計方案未縮短鋼包永久層厚度，對鋼包包胎尺寸無影響，原有包胎可以繼續(xù)使用，其它部位尺寸和結(jié)構(gòu)不變。

2 安全砌筑工藝

2.1 原100t鋼包設(shè)計方案及砌筑工藝

包壁設(shè)計：包壁永久層打結(jié)前在包壁上粘貼保溫層，保溫層采用納米絕熱材料，厚度10mm。永久層打結(jié)要求胎模與四周保溫板間隔控制在(100±5)mm范圍內(nèi)，澆注料攪拌時添加水量控制在6.0%左右，以澆注料流動性作為最終判定依據(jù)，攪拌均勻，安放好新鋼包胎具。修包壁過渡層使用80mm保溫磚，鋼包包壁工作層采用210mm包壁磚、渣線部位采用240mm鎂碳磚，包壁過渡層和工作層之間采用40mm剛玉自流料，包沿高度要求小于120mm。

包底設(shè)計：先打結(jié)100mm包底永久層，然后采用包底平鋪層和包底立砌層組合修砌方法。鋼包包底安裝透氣座磚和水口座磚，透氣座磚和水口座磚與包底磚預留間隙50～100mm,包底磚砌筑完成后，用剛玉自流料填充包底磚、包壁永久層和水口座磚、透氣座磚之間的間隙，最后插磚振搗密實，做到磚縫縱橫錯開，磚縫泥漿飽滿，包底砌筑找正、卡牢，包底施工完成高度與透氣座磚齊平，可以滿足鋼包凈空高度為400mm,鋼包容量為100t的使用要求。

2.2 鋼包優(yōu)化設(shè)計方案及砌筑工藝

包壁設(shè)計：根據(jù)當前的實際情況，確定通過減少鋼包砌磚厚度擴大鋼包內(nèi)徑的方案來實現(xiàn)擴容，去掉修包壁過渡層使用80mm保溫磚，去掉包壁過渡層和工作層之間40mm剛玉自流料，鋼包擴容后取消包沿磚，使用渣線磚代替，否則凈空不能滿足精煉要求。經(jīng)計算，鋼包凈空高度為400mm時，鋼包容量為132t,達到了優(yōu)化設(shè)計的要求，滿足了盛裝130t鋼水裝入量的生產(chǎn)需求。原始設(shè)計方案和改進后設(shè)計方案見圖1。

圖1 鋼包設(shè)計方案示意圖

包底采用重質(zhì)料打結(jié)，平鋪和立砌修砌方式，厚為200mm。包底及水口座磚仍采用現(xiàn)有砌筑方法，即先裝好上、下座磚，再拼砌底部磚。砌磚時須用木榔頭輕敲打緊，磚與磚之間的縫隙要小于2mm,磚縫縱橫錯開，做到磚縫泥漿飽滿，罐底砌筑找正、卡牢。鋼包大修，包底需重新打結(jié)底料;小修更換水口座磚或透氣座磚時，需打結(jié)底料與透氣磚座磚齊平。

2.3 鋼包磚優(yōu)化

鋼包包壁磚采用200mm厚的鋁鎂碳磚，要求碳含量提高2%,即含碳量為8%。渣線磚采用240mm厚的鎂碳磚，要求磚中碳含量提高2%,即含碳量為14%,以提高磚的抗浸蝕能力。鋼包磚的理化指標見表1。

表1 鋼包磚理化指標

3 鋼包改進后方案可行性校核

3.1 校核鋼包重心與耳軸位置

耳軸的位置對于整個鋼包的傾倒過程來說是十分重要的。若耳軸的位置太低，則很可能由于操作不當導致鋼液傾倒得過快，若耳軸的位置過高，則會增大傾倒鋼液過程中所需要的傾翻力矩，進而增大起重機副鉤的起重量，這樣就造成了很大的能源浪費。鋼包設(shè)計耳軸中心應高于鋼水罐滿罐合成重心以上200～400mm。對比改造前、后鋼包重心與耳軸位置如下。

(1)坐標原點位置：鋼包耳軸連線中點。

(2)改造前重心的位置：

x=-2.569103mm

y=-352.736125mm

z=-4.602990mm

(3)改造后重心的位置：

x=-2.56900mm

y=-364mm

z=-4.52mm

計算結(jié)果表明：鋼包重心與耳軸位置符合設(shè)計要求。

3.2 鋼包傾翻力矩校核

鋼包在傾倒過程中，其傾翻力矩是由鋼包空包引起的傾翻力矩、鋼包耳軸的摩擦力矩和鋼液引起的傾翻力矩三部分構(gòu)成。通過計算起重機副鉤的起重量與傾翻角的關(guān)系，核定起重機副鉤的起重噸位，當前80t副鉤起重量完全能夠滿足擴容鋼包傾翻要求。經(jīng)驗證，此改進方案不影響鋼包相關(guān)設(shè)備諸如鋼包車、龍門鉤及連鑄鋼水包回轉(zhuǎn)臺承載能力，相關(guān)設(shè)備不需要改進，鋼包擴容改造費用不需要增加。

3.3 鋼水裝入量

表2為鋼包擴容前、后各20爐的轉(zhuǎn)爐出鋼量。從表2中可以看出通過鋼包修砌工藝的調(diào)整改進，擴容前20爐平均轉(zhuǎn)爐出鋼量為100.77t,擴容后20爐平均轉(zhuǎn)爐出鋼量為130.93t,平均轉(zhuǎn)爐出鋼量較擴容前增加了30t左右，達到了預定目標。

表2 鋼包2022年1月擴容前、2022年2月擴容后轉(zhuǎn)爐出鋼量對比

3.4 鋼包溫降

本設(shè)計方案雖然去掉包壁過渡層保溫磚、減少保溫層厚度，但澆注料具有顯氣孔率高、體積密度小、導熱系數(shù)小、重燒收縮小等優(yōu)點，絕熱保溫效果好，因此鋼包溫降正常。從2022年2～5月生產(chǎn)圖表和數(shù)據(jù)來看，鋼包均未發(fā)生因鋼包溫降大而導致回爐鋼水的現(xiàn)象。

3.5 鋼包壽命對比

鋼包擴容前2021年10月～2022年1月，鋼包平均包齡為115.45爐，精煉比28.92%;擴容優(yōu)化后2022年2~5月，鋼包平均包齡為116.31爐，精煉比29.77%，鋼包使用平穩(wěn)，未見明顯影響。

4 結(jié)論

唐鋼公司通過改變鋼包耐火磚的材質(zhì)和重新設(shè)計的鋼包安全砌筑方式實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐100t鋼包擴容30t的預定目標，有效促進了煉鋼產(chǎn)量的增加，促進鋼產(chǎn)量的提高，目前已在唐鋼公司推廣應用。

(1)通過對100t鋼包優(yōu)化設(shè)計與改進，改進后的鋼包完全滿足盛裝130t鋼水要求，未超出240t天車的承載能力。

(2)原設(shè)計100t鋼包總計耐材用量54.7t,改進設(shè)計后鋼包耐材用量減少到40.2t,耐材消耗量下降，在保證鋼包安全運行的基礎(chǔ)上降低了耐材噸鋼成本。同時由于單爐產(chǎn)量增加，噸鋼動力費用和人工費用相應減少，可有效降低噸鋼生產(chǎn)成本。

(3)本設(shè)計方案增大了鋼包有效容積，提高了鋼包裝鋼量，同時提高了鋼包凈空高度，有利于避免精煉爐溢渣，保證了鋼水LF精煉所需要的有效空間，對實現(xiàn)鋼水爐外有效精煉、提高鋼水質(zhì)量、增加品種檔次、提高品種比例具有重要意義。