【案例】唐钢100t钢包扩容至130t设计与实践|包壁|唐钢|转炉|钢包|钢水|钢液

为了实现月产45万t钢的规模生产，要求转炉冶炼扩容，即每炉钢水量从现在的100t增加到130t以上，根据转炉容量增加后的生产需要，设计出一种100t钢包可盛装130t钢水的修砌方案，此方案既不能因为钢包装入量过大造成精炼炉溢渣，也不能由于减小钢包工作层厚度，导致钢包包龄寿命的降低、耐材成本升高。

1 扩容计算方法

钢包作为炼钢生产中必不可少的载体，是炼钢-连铸界面钢水承载和二次冶金的重要容器，将各个生产工序有机联系起来，保证炼钢有序进行。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100t钢包进行设计和改进，既要求容积满足盛装130t转炉出钢量，又需要适应和精炼工艺的需求。

1.1 主要设计参数

(1)100t钢包包体钢结构主要尺寸及工艺参数：上口外径为3760mm,下口外径为3280mm,钢包总高(不含罐脚)为4065mm,钢液面净空高度为400mm,液态渣厚度为150mm,钢水比重为6.9t/m³。

(2)钢包容积公式见式(1):

式中：H-钢包高度/mm;D-钢包上部直径/mm;D₁-钢包下部直径/mm

其修正公式见式(2)：

式中：K-修正系数，取值范围0.93～0.96;P-钢包额定容量/t。

1.2 计算结果

钢包包底是一个相对复杂的部位，包含滑动系统及透气砖、水口座砖等。本设计在保证钢包包底安全使用的前提下，采用浇注料包底代替钢包砖包底，并通过以上参数进行理论计算，经计算，在现有钢包基础上增加30t钢水容量，需增大内径120mm,即包壁耐材厚度总体减少120mm,新砌砖方案去掉了修包壁过渡层使用的80mm安全衬和包壁安全衬、工作层之间40mm刚玉自流料。此设计方案未缩短钢包永久层厚度，对钢包包胎尺寸无影响，原有包胎可以继续使用，其它部位尺寸和结构不变。

2 安全砌筑工艺

2.1 原100t钢包设计方案及砌筑工艺

包壁设计：包壁永久层打结前在包壁上粘贴保温层，保温层采用纳米绝热材料，厚度10mm。永久层打结要求胎模与四周保温板间隔控制在(100±5)mm范围内，浇注料搅拌时添加水量控制在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。修包壁过渡层使用80mm保温砖，钢包包壁工作层采用210mm包壁砖、渣线部位采用240mm镁碳砖，包壁过渡层和工作层之间采用40mm刚玉自流料，包沿高度要求小于120mm。

包底设计：先打结100mm包底永久层，然后采用包底平铺层和包底立砌层组合修砌方法。钢包包底安装透气座砖和水口座砖，透气座砖和水口座砖与包底砖预留间隙50～100mm,包底砖砌筑完成后，用刚玉自流料填充包底砖、包壁永久层和水口座砖、透气座砖之间的间隙，最后插砖振捣密实，做到砖缝纵横错开，砖缝泥浆饱满，包底砌筑找正、卡牢，包底施工完成高度与透气座砖齐平，可以满足钢包净空高度为400mm,钢包容量为100t的使用要求。

2.2 钢包优化设计方案及砌筑工艺

包壁设计：根据当前的实际情况，确定通过减少钢包砌砖厚度扩大钢包内径的方案来实现扩容，去掉修包壁过渡层使用80mm保温砖，去掉包壁过渡层和工作层之间40mm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。经计算，钢包净空高度为400mm时，钢包容量为132t,达到了优化设计的要求，满足了盛装130t钢水装入量的生产需求。原始设计方案和改进后设计方案见图1。

图1 钢包设计方案示意图

包底采用重质料打结，平铺和立砌修砌方式，厚为200mm。包底及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2mm,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，包底需重新打结底料;小修更换水口座砖或透气座砖时，需打结底料与透气砖座砖齐平。

2.3 钢包砖优化

钢包包壁砖采用200mm厚的铝镁碳砖，要求碳含量提高2%,即含碳量为8%。渣线砖采用240mm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。钢包砖的理化指标见表1。

表1 钢包砖理化指标

3 钢包改进后方案可行性校核

3.1 校核钢包重心与耳轴位置

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倾倒得过快，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。钢包设计耳轴中心应高于钢水罐满罐合成重心以上200～400mm。对比改造前、后钢包重心与耳轴位置如下。

(1)坐标原点位置：钢包耳轴连线中点。

(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

计算结果表明：钢包重心与耳轴位置符合设计要求。

3.2 钢包倾翻力矩校核

钢包在倾倒过程中，其倾翻力矩是由钢包空包引起的倾翻力矩、钢包耳轴的摩擦力矩和钢液引起的倾翻力矩三部分构成。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80t副钩起重量完全能够满足扩容钢包倾翻要求。经验证，此改进方案不影响钢包相关设备诸如钢包车、龙门钩及连铸钢水包回转台承载能力，相关设备不需要改进，钢包扩容改造费用不需要增加。

3.3 钢水装入量

表2为钢包扩容前、后各20炉的转炉出钢量。从表2中可以看出通过钢包修砌工艺的调整改进，扩容前20炉平均转炉出钢量为100.77t,扩容后20炉平均转炉出钢量为130.93t,平均转炉出钢量较扩容前增加了30t左右，达到了预定目标。