无碳钢包砖在汉钢公司的应用实践

时间：2024-07-28

李金科，曹振民

（陕钢集团汉中钢铁有限责任公司，陕西勉县 724200）

陕钢集团汉中钢铁有限责任公司（全文简称“汉钢公司”）炼钢厂现有120 t转炉2座、LF炉1座、八机八流方坯连铸机2台，具备年产300 t钢的能力，冶炼钢种主要为 HRB500E、HRB400E、HPB300、82B、65号、ER50-6等。为进一步降低钢包耐材消耗、缩短钢包周转时间及降低烘烤包衬煤气消耗，汉钢公司炼钢厂于2013年使用无碳钢包砖，同使用的镁碳砖相比，该无碳钢包砖使用寿命提高了89%，钢包运转率提高了11%，钢包外壳温度降低了60℃，出钢温度平均降低5～10℃，有效降低了钢铁料消耗、合金消耗、耐材消耗、转炉煤气消耗及人员劳动力。

1 使用条件与理化指标

钢包担负着载运钢水和进行炉外精炼的双重任务，钢包在现代炼钢中发挥着巨大作用，而钢包耐材质量显得尤为重要。汉钢公司钢包公称容量150 t，出钢量约145 t，外径3 400～3 800 mm，钢包高度4 300 mm，平均出钢温度1 680℃，出钢至浇钢完毕时间普炼包约50 min，精炼包约80 min。生产初期钢包耐材使用镁碳砖，主要理化指标见表1。

表1 所用镁碳砖理化指标

在生产中，钢包包龄偏低（95炉次），期间中修1次，使得钢包周转率较低、烤包煤气消耗高、频繁上下线使得出钢温度高。为解决这一问题，生产技术部工艺科与炼钢厂技术人员共同探讨研究国内新型钢包砖，以提高钢包包龄。解决上述问题，经研究决定使用新型无碳钢包砖，替代原镁碳钢包砖，其主要化学成分及理化指标见表2。

表2 所用无碳钢包砖理化指标

2 砌筑方式

无碳钢包砖在汉钢公司150 t钢包上应用，采用综合砌筑方式，主要是包壁渣线部分仍使用镁碳砖，其余部分使用无碳砖。包壁分为包沿、上渣线、包壁、下渣线四部分，其中渣线厚250 mm，其余部位厚220 mm。包底总厚400 mm，分两层，先平砌一层100 mm，然后在上面立砌一层300 mm，冲击区立砌350 mm。砌筑施工约1.5天，分别以不同烘烤温度烘烤2天。运行过程中一般每隔60～70炉次小修一次，小修内容包括更换水口座砖、透气砖及包底冲击区等方面。

3 使用情况

3.1 使用效果

通过现场观察无碳钢包砖透气的使用情况，以及分析使用后的蚀损数据（详见下页表3）可知，镁碳砖钢包包壁侵蚀及损坏较无碳钢包砖钢包蚀损速度高的多；透气砖与水口座砖寿命严重低于钢包使用寿命；钢水冲击区域的损毁比较严重；工作层表面平整，无开裂、局部剥落、局部蚀损等现象。

表3 无碳钢包砖与镁碳砖使用情况

3.2 渣线部分侵蚀

在使用过程中，镁碳砖钢包渣线和包壁的侵蚀基本同步。渣线部分平均侵蚀率0.8 mm/炉，而包壁部分为0.77 mm/炉。可以认为，在汉钢公司生产情况钢渣侵蚀并不是最主要的蚀损因素。

渣线部位开始使用无碳钢包砖，该部分可见板状刚玉、白刚玉颗粒与钢水渣混在一起，说明无碳砖在碱性钢渣基质部分还有待改进其抗侵蚀、机械冲刷性能。通过现场观察与分析对比（见图1），最终决定渣线部分仍使用镁碳砖。

图1 无碳钢包砖和镁碳砖的比较

从图1可知，无碳钢包砖的渗透层较厚，黏渣层也很厚，该砖气孔较大，钢渣容易渗入，抗渣渗透能力较差，易造成险肇事故，而镁碳钢包砖渗透层较薄。

3.3 使用后残砖对比

在同样条件下，镁碳钢包砖使用90炉后，钢包残衬厚度为60 mm以上。无碳钢包砖使用90炉后，钢包残衬在110 mm以上。无碳钢包砖砖使用效果好于镁碳钢包砖。结合3.2可推断：镁碳砖抗渣渗透较无碳砖效果好，不易和渣发生反应，且镁碳砖热震性较差，在使用过程中外层和内层产生横断裂纹，渗入裂缝的钢水膨胀系数较大，是裂纹扩张，最终产生剥落。

3.4 钢包运转率

镁碳砖钢包，平均包龄95炉次，在线时间约9天，修砌烘烤时间约12.5天，运转率42%；无碳砖钢包，平均寿命180炉，在线时间约21天，修砌烘烤时间约15.5天，钢包运转率53%，提升了11%，优化了现场的生产节奏。

4 经济效益

4.1 降低出钢温度

无碳钢包砖在使用过程中钢包壳温度基本稳定在230℃，而镁碳砖钢包壳为290℃，钢包外壳温度降低了60℃，出钢温度平均降低5～10℃，降低出钢温度的同时降低了转炉钢铁料消耗、合金消耗，经测算预计降低生产成本2.3元/t钢。

4.2 降低烤包煤气消耗

镁碳砖钢包包龄平均95炉次，中修一次；无碳钢包砖钢包平均包龄180炉次，在提高座砖与透气转寿命的后，中修只需2次，按照钢包烘烤曲线，经计算无碳钢包砖增加一次中修增加转炉煤气消耗16 800 m3，而无碳钢包砖钢包包役较镁碳钢包产钢量增加12 325 t，综合计算无碳钢包砖较镁碳质钢包砖转炉煤气消耗降低1.7 m3/t，降低成本 0.32 元 /t。