如何从耐材砌筑及烘烤制度上提高铁水包使用寿命和保温效果

　　铁水包是目前钢铁企业广泛采用的铁水承接、输送和缓冲装置，也是炼铁-炼钢区段“界面技术”的重要载体。因此，铁水包使用寿命和保温对钢铁企业的降本增效和节能环保具有重要意义。

　　现状调查

　　三钢三明本部拥有6座高炉总计4110m?，2座100t转炉、3座10t转炉工艺设备，年产铁能力达560万t以上，三钢铁路线上及炼钢厂一炼钢车间内部的铁包全部采用100t铁水包。随着该公司产量不断增加，生产节奏也明显加快，铁水包的频繁周转经常因寿命低以及低温冻包导致提前下线维修，给高炉和炼钢的连续性生产带来一定压力。鉴于铁水包周转在冶炼系统生产中的重要作用,该厂从2014年起组织相关技术人员进行铁水包管理使用的工艺研究活动，从整体上理顺铁水包使用环境。

　　原因分析

　　3.1铁水包包龄

　　影响100吨铁水包寿命的因素：

　　一是铁水包本身的耐材修砌结构方式不合理及耐材本身材质质量影响。包口部位为采用整体浇筑打结，渣线处采用高铝质耐火砖砌筑，由于包处口冷渣铁需及时清理，频繁扒渣、钩渣等操作，对包口和渣线结合处耐火砖造成损坏或松动，导致渣铁从该部位渗入包壁永久层与工作层之间，累积结块向内挤压工作层，导致工作层出现竖裂纹;渣铁会沿永久层砖缝外渗，极易造成铁水包渗铁及包壳发红现象事故。永久层原先为砌筑2层粘土质T29砖，厚度为64mm，由于修砌存在较大砖缝且循环使用，对渗出来的铁水不能有效阻挡。铁水包包底工作层采取的铝碳化硅材质的砖衬耐材，其机械抗冲击性能不足，易受侵蚀。铁水包渣线处耐材易侵蚀和粘渣，致使提前下线维修包底或者处理包口粘渣，造成铁水包寿命下降的和周转个数的增多。

　　二是铁水包烘烤制度执行不到位。因生产节奏因素，修砌好的铁水包没有按规范操作进行热包上线接收铁水;并且未能匹配好接收铁水时间，导致冷空包接收高温铁水居多，易导致铁水包砖衬的热震性差，加快耐材的侵蚀及引起包衬渗铁现象。

　　三是高炉出铁高度距包底8-10米，铁水对包底落铁点的冲击严重，加大包底侵蚀快;高炉每个铁次的最后一个包的出铁量不可避免地偏少，易造成粘包;根据生产经验，高炉护炉或者检修复产后铁水含[Si]、[Ti]等元素超过标准值或检修复产铁水物理热低于1400℃，铁水粘度将增大，容易造成粘包，影响铁水包的正常使用。四是由于100t铁水包是常规敞口包，在高炉出铁和铁路运行过程中会损失巨大的热量，所以保温效果差，导致铁水温降大，容易包口结渣圈，直接影响铁水包的使用和寿命。并且还造成环境的污染，工人工作环境恶劣，生产成本增加。

　　3.2铁包温降

　　铁水运输过程中损失的热量主要以铁水上表面和铁水包内衬散热为主。空铁水包敞口运行，散热面积成倍增加，包衬温度急剧下降，热量损失更加严重，当接受铁水时，有的包衬已经发黑，滞留铁水凝固。热量损失导致铁水上下温度不均匀。通过统计分析，影响三钢铁水包热损失的因素有以下几个方面:

　　(1)操作因素：根据统计，高炉出铁铁水装入量不一致，当铁水包内的铁水重量少时铁水温降高于正常满包(净空还有300mm);铁水表面覆盖保温材料不均匀，原先人工布料经常存在“山丘状”布料堆的缺陷，覆盖面积只有40%～50%，表面仍有50%～60%的铁水散热。

　　(2)铁包结构因素：原先铁水包未采用绝热保温层进行保温处理，散热大。

　　(3)管理因素即铁水包的使用周期，也就是空包和满包时间的长短，在实际运输时间的标定中，发现两个环节耽误时间较多：一是出铁后等待铁包车机车拉出的时间较长;二是铁水包到炼钢厂后等待翻包的时间较长，这两部分时间占整个运输时间的1/3。

　　采取的措施

　　4.1铁水包修砌方式改进及措施

　　(1)永久层由原来砖砌2层改为修砌3层粘土T29砖，如图1所示。原有100t铁包永久层粘土砖T29为标准设计，其边角为直线，永久层上下层修砌时，在砌筑过程中易出现较大的三角缝，铁水包在使用过程中常有铁水由该三角缝渗入存在安全隐患。通过优化T29粘土砖砖型设计，将平面改为弧形设计，减少铁水包砌筑过程的三角缝，同时砖缝控制在≤1mm以内，提高永久层安全使用性能。

　　▲100t铁水包改进前后的施工图纸

　　(2)提高铁水包的砖衬材质，采用微膨胀Al2O3-SiC-C材质进行改进，表1为改进后铁水包主要材料理化性能指标，减少铁包运行冷热收缩造成的膨胀缝，包壁厚度由原先高度为100mm更改为230mm，减少砖缝数量，减少耐材热胀冷缩的引起渗铁现象。包壁工作层设计厚度由原先160mm更改120mm。从包底到包壁的砖型砌筑，采用一层厚度150mm的工作层进行修砌实现平滑过渡，以应对高温铁水的旋转冲刷。

　　▲表1  改进后铁水包主要材料理化性级指标表包底冲进区工作层部位侵蚀最严重，采取两个措施：第一重点提高材质，采用砌筑刚玉质Al2O3-SiC-C加强砖，该材质具备优良的抗渣性,热震稳定性;并将其厚度由原先的200mm更改为230mm，同时将膨胀系数大的高铝质火泥更改为高强度的Al2O3-SiC-C火泥，提高该部位的高温耐磨性。第二在包底冲击区中心砖上方采用一层50mm厚的刚玉质浇筑料，减少铁水对包底前期冲刷侵蚀，提高包底的使用寿命。三钢通过在铁水包包衬结构上工艺改进，实现包衬内各部位的砖侵蚀均匀平滑，无砖缝、无剥落等问题。经现场测量15#、26#、17#铁水包的残砖厚度，包壁工作层包砖的侵蚀速率为0.045-0.055mm/每炉，包底凹坑侵蚀的深度由原来的180mm减少到现在的100mm左右，铁水包包底侵蚀原因下线大幅度下降。

　　(3)匹配好铁水包包口胎膜尺寸，通过采用高铝质耐火浇注料整体打结一次成型，避免出现凸台，实现浇注料和砖头平滑过渡，加强包口部位耐材的整体性能。另外，将原来焊接的拉钉长度由6mm加长为12mm，便于挂紧浇注料，以增加强度和使用寿命。减轻频繁钩渣对包口耐材的损坏，以防止从包口部位永久层与工作层间渗铁，并能有效节约维修用材料。

　　4.2优化烘烤制度

　　(1)原先未修砌后的铁水包放置时间12h，改进后砌筑完成后放置24h后进行烘烤，以确保铁包内的材料性能稳定。

　　(2)重新制定铁水包烘烤制度，小火烘烤时间：室温10h升温至200℃，升温速度：10℃/h，保温4小时。中火烘烤时间:16h升温至600℃，升温速度：25℃/h，保温4h。大火烘烤时间:16h升温至1100℃，升温速度：35℃/h。温度和烘烤时间达到要求，停止烘烤，即可红包上线投入使用。针对包衬、包底工作面损伤进行及时的小修作业，按烘烤曲线进行烘烤(大火烘烤12h)后上线使用。炼钢操作工要严格按照新的烘烤制度的要求执行烘烤。新包上线后铁水包包口炸裂的情况明显改善。

　　4.3粘渣处理

　　(1)针对100t铁水包的敞口包散热造成结渣，三钢主要通过抛洒高性能覆盖保温剂(主要成分炭化稻壳)来对铁水进行保温，可以延缓铁水包的结渣速度。规定操作工抛洒保温剂工作必须认真仔细，保证抛洒均匀足量，一般要求抛洒高性能覆盖剂按0.4～0.7kg/t的加入量，确保均匀覆盖铁水表面。

　　(2)针对铁水包铁水包倾翻后残留有少量铁水，包口粘有渣铁。包口的渣铁会导致这些铁水在铁水包运行过程中，反复循环使用时凝固积累厚，通过加强铁水包的巡视点检，发现包口粘有渣铁现象及时下线处理。

　　(3)通过采用铁包包口防黏渣料(主要成分为含Al2O3及结合剂混合涂料)喷涂铁水包渣线及包口减少挂渣和冷钢，使渣铁自动脱落或粘黏不劳，大大降低刮渣次数和比例，减少刮包口对铁水包包口的侵蚀和冲击，采用喷涂防黏渣剂后，铁包刮包口平均可以减少勾渣频率1.76次/百炉，处理比例下降61%，低包龄下线的铁包减少65%。

　　4.4提高铁水包保温措施

　　(1)铁水包采用纳米绝热板保温，通过在铁包包壳内加贴单层厚为5mm×2纳米绝热板，减少包壳散热，降低铁水温降，通过测量包壳温度和铁水温度对比绝热型铁水包与非绝热型铁水包(无贴)温降情况。可以看出，铁路线上绝热型铁水包铁水包壳温度较正常包低22.92℃，同时通过测量铁水包载铁水时间隔30min后铁水温度，对比过程温降。结果为绝热型铁水包温降速率为0.61℃/min，非绝热型铁水包温降速率为1.25℃/min，能够有效起到铁包保温效果。

　　(2)铁水包随车加盖保温，三钢积极结合生产实际情况推进加盖保温技术应用，在铁水包车上安装车载集成供电和控制单元及电控设备防护钢板设计，通过车载液压驱动装置，实现保温盖及机构的开闭操作，如图2所示。2017年铁水包随车加盖保温方案在该厂试验情况，通过现场测量及跟踪试验数据，初步得出加盖空包可减少包内温度损失30～50℃，满包下加盖铁水包对比敞口包可减少铁水温降约8～10.5℃左右，一方面有利于提高耐材使用稳定性和使用寿命，另一方面消除冻铁、及铁皮粉尘飞扬现象，具有良好的环保效益。

　　▲图2 铁水包随车加盖设备设计图

　　(3)加强铁水包管理，缩短铁水包运输时间。该厂生产管控中心统一协调下达调度命令，加快铁水包周转率，炼铁厂应尽量缩短出铁时间，充分利用铁包的容积，尽量出满包。统筹炼钢生产计划，减少炼钢厂压铁水包时间;加强高炉物料结构配比操作，提供优质低S铁水，同时充分利用100吨铁水包净空优势，三钢炼钢——炼钢采取铁水包“一包到底”工艺，实现空包出铁——铁路运输——重包转炉兑铁，减少炼钢兑铁站兑铁处理，提高铁包周转效率，降低过程温降。2017年一包到底命中率达56.6%，入炉铁水温度为1326℃。通过加强铁水包管理，2015-2017年铁水包周转达提高至4.3次/日，其中6#高炉铁水包达5次/日以上。

　　取得的效果

　　5.1通过3年的工艺研究活动的深入开展和摸索，制定并落实了一系列行之有效的措施，铁水包使用环境得到优化，因铁水包渗铁穿包等事故得到全面遏制。

　　5.2铁水包使用的关键技术指标明显改善，铁水包周转效率逐步提高，基本实现了红包周转，对炼钢区生产提供了有效保障，其中：铁路线上铁水包包龄提高141炉，车间铁水包寿命提高225炉;入炉铁水温度提高了13.6℃，铁水包个数减少10个，铁水包周转次数提高0.8次。对比2014年，2015-2017年平均技术指标见表2：

　　▲关键指标统计

　　5.3铁水包加盖保温能有效的降低空包温降，负载铁水时可减少铁水温降约8~10.5℃左右;同时消除冻铁、及铁皮粉尘飞扬现象，绿色环保降低环境污染。

　　结 语

　　铁水包的使用贯穿于炼铁高炉、铁路、炼钢转炉整个生产过程，铁水包的运行周转状况、使用寿命、保温情况等关键指标的好坏，对保障整个冶炼系统生产顺行有着极其重要的作用。通过本次工艺研究活动，使得铁水包周转逐步走向正轨，有力地保障了冶炼系统正常生产秩序，也为今后进一步优化铁水包使用管理积累了宝贵的经验。