无碳新技术钢包机在济钢的应用.pdf

第32卷 第6期 2010年12月 山东冶金 Shandong Metallurgy Vol.32 No.6 December 2010 􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀧘 􀥘􀧘 􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀧘 􀥘􀧘 生产技术生产技术 1前言 济钢炼钢厂现有 120 t顶底复吹转炉3座， 120 t LF精炼炉 3座， 120 t VD精炼炉1座， RH精炼炉1 座， 270 mm （1 200～2 100） mm直弧形中厚板坯连 铸机 1台和中薄板坯连铸机3台， 给中厚板、 冷轧、 热轧供应坯料。以往钢包使用镁碳砖做内衬材料完 全可以满足炼钢的需求， 但随着对洁净钢需求的不 断增加， 需要在钢包中对钢水进行不同的冶金处理， 不仅需要钢水在钢包停留更长的时间， 同时需要更 高的温度和不同的炉外精炼工艺， 镁碳砖由于含有 大量的碳元素， 已经无法满足冶炼洁净钢的工艺要 求， 用无碳耐火材料代替镁碳砖成为冶炼洁净钢的 当务之急。济钢已相继成功生产DD13、 DD14、 X70、 X80等管线钢， 此类品种钢对钢水运输过程中钢水 洁净度的要求更为苛刻。在欧美日本高性能无碳浇 注料或预制件已经大范围应用， 成为钢包用耐火材 料的首选， 其高寿命、 无污染的特点不仅满足冶炼高 性能钢种的需要， 更符合当今绿色低碳经济的要 求。济钢积极探索实践， 采取了无碳预制件砌筑和 小修喷补新材料核心技术， 取得了良好的效果。 2无碳新技术钢包 2.1技术原理 随着炼钢技术的发展， 钢包系统日益成为钢铁 生产的制约因素，“更长寿” 、“无污染” 、“功能化” 成 为当前钢包系统发展的主题。耐火材料性能和钢包 不同使用条件是影响钢包内衬寿命的主要原因 ［1］。 关于钢包用耐火材料开发机制应用问题国内外 已经进行了许多研究， 主要集中在以下方面 1） 高性 能耐火材料的开发。耐火材料供应商根据钢厂实际 条件， 研究耐火材料侵蚀机理， 不断调整耐火材料组 成和性能， 从而提高耐火材料的寿命。2） 炉渣-钢 液-耐火材料之间相互作用的研究。渣钢界面是钢 包内衬侵蚀最严重的部位， 在很大程度上决定其使 用寿命， 对此进行了大量的研究， 主要马恩果尼效应 侵蚀机理、 电化学侵蚀机理、 由于熔体的微域循环及 材料梯度效应的侵蚀机理。3） 精炼工艺对寿命的影 响， 一般可以分为3类， 第一类是不可改变因素， 如 熔炼制度、 炉渣成分、 盛钢时间等， 取决于炼钢工艺 要求； 第二类是不确定因素， 如出钢位置、 炉渣数量 等取决于现场生产组织； 第三类取决于钢包操作与 维护的制度。 无碳钢包内衬材料是德国INTOCAST的专利技 术， 该项技术主要以炉渣-钢液-耐火材料之间相互 作用为出发点， 通过控制耐火材料在高温下物相的 组成， 与钢渣中的矿物相进行互相渗透、 互相反应， 生成具有优良性能的反应层， 从而把使用过的残层 与新层牢固地结合在一起。另外操作设备也是喷补 工艺实施的关键， 先进的搅拌设备和喷补设备， 保证 了无碳新技术钢包内衬材料性能的充分发挥。 2.2性能特点 ［2］ 1） 内衬材料。采用无碳钢包内衬材料打结包 底， 该材料抗冲刷和耐侵蚀性能优良， 使用于包底部 位一方面可以提高包底寿命， 对透气砖和座砖起到 保护作用； 另一方面， 该材料每次小修只需对包底冲 击区以及包壁无碳预制件侵蚀部位进行维护喷补， 可大幅度降低施工强度和材料消耗。 2） 内衬喷补料。喷补料是在钢包小修时对包壁 进行喷补维护时所采用的不定形材料， 该材料与本 体预制块出自同一基质体系， 以高度合成材料为原 料进行制备， 这种喷补料通过精确控制高温物相的 组成， 在高温下与包壁预制件变质层的矿物相互相 渗透、 互相反应， 生成具有优良性能的反应层， 从而 把使用过的变质层与新喷补层牢固地粘接在一起， 摘要 为满足品种钢开发要求， 降低耐材消耗， 济钢采用了无碳新技术钢包， 即采用无碳预制件砌筑包壁， 包底整体浇注 打结， 运行过程中进行4～6次喷补小修。新技术喷补料修砌喷补后， 在高温下与包壁预制件变质层的矿物相进行互相渗 透、 互相反应， 生成具有优良性能的反应层， 从而把使用过的变质层与新喷补层牢固地粘接在一起， 形成的衬体达到与原有 预制件相同的使用效果， 抗侵蚀耐冲刷， 平均寿命达到175炉以上。 关键词 无碳新技术钢包； 无碳预制块； 无碳包衬； 喷补 中中图分类号号 TF702.8文献标识码 B文章编号 1004-4620 （2010） 06-0016-03 无碳新技术钢包及在济钢的应用 党金海， 孙风晓， 李长新 （济南钢铁股份有限公司 炼钢厂， 山东 济南 250101） 收稿日期 2010-10-21 作者简介 党金海， 男， 1974年生， 1999年毕业于武汉科技大学无机 非金属材料专业。现为济钢炼钢厂工程师， 从事生产技术管理工作。 16 形成的衬体达到与原有预制件相同的使用效果。各部位材料的成分与性能见表1。 表 1无碳钢包材料组成与性能指标 3） 喷补设备。施工操作设备为德国进口搅拌机 和喷补机， 该搅拌机可连续浇注施工， 与以往间歇式 操作相比较， 出料均匀， 高效快速， 不但能保证浇注 料的施工性能， 而且大幅度降低劳动强度， 缩短施工 时间。目前国内对钢包的喷补都是在线进行的， 主 要存在的问题是不易操作、 物料消耗大、 使用寿命 低。济钢采取的喷补工艺是引进的德国工艺， 在常 温下进行， 主要是对使用后的残层进行微处理， 包括 对包壁上残存的冷钢的剔除， 再使用喷补机对包壁 进行喷补， 主要修复迎钢面及下渣线等受钢水钢渣 侵蚀冲刷严重区域， 喷补后通过渣与料焊接的原理 达到与原有新衬体相同的使用效果。 3应用情况 无碳新技术钢包首先在济钢20钢包试用， 在初 步试验的基础上， 现已扩大至5个钢包。无碳新技 术钢包包壁采用无碳预制件砌筑， 包底整体浇注打 结， 运行过程中一般进行4～6次小修。小修包括更 换渣线砖、 维护包口、 包底喷补打结、 更换透气砖以 及对包壁的喷补维护等方面。无碳新技术钢包在济 钢的使用运行情况有以下特点 1） 侵蚀及损坏部位与普通钢包一致， 渣线部位 侵蚀比较突出 ［3］； 透气砖寿命与钢包寿命的不匹配； 钢水冲击区域的损毁。 2） 无碳钢包整个包役期跨度较大， 说明无碳钢 包现场周转不连续， 这在一定程度上影响到钢包的 寿命。原因主要与钢种订单、 生产组织有关。 3） 无碳钢包在使用过程中， 经过精炼设备频次 较高， 使得钢水在钢包内滞留时间长、 精炼处理过程 中对包壁机械化学冲蚀加剧， 这些工艺条件对无碳 钢包物化性能指标提出了更高要求。 针对以上特点及工艺要求， 济钢在使用管理无 碳钢包时也积极探索， 不断促进无碳钢包的使用安 全及效益最大化。 1） 积极协调强化生产组织， 使无碳钢包最大限 度地红包周转。 2） 强化操作， 维护好钢包。针对钢包易受损部 位及其特点， 在出钢过程强化钢包受钢位， 避免钢流 直接对包壁的冲蚀； 并在装包过程中采用钢包防粘 渣喷补料， 保持钢包清洁、 无受损的状况下运行。 3） 无碳钢包管理更趋科学， 无碳钢包在运行过 程中90以上包次均经精炼处理， 据此以精炼时间 和精炼方式细化包龄统计， 以反映真实的包龄包况， 并保证钢包安全可靠运行。 4） 不断完善无碳钢包修砌、 喷补技术。结合济 钢工艺条件， 对喷补修砌技术不断完善。如渣线砖 部分包壁厚度比其余包壁厚50 mm； 钢包包底受钢 区， 在包底打结及小修喷补时适当增厚。 无碳新技术钢包从2010年3月份开始试用， 第 1个20钢包试用126炉下线。经拆包后发现， 残衬 一般在140～160 mm （原衬为200 mm） ， 部分包壁残 留厚度甚至达到180 mm， 说明无碳新技术钢包内衬 材料耐侵蚀抗冲刷性能优良， 可以继续使用。后续 扩大试验后试用5个钢包， 29钢包使用到165炉下 线， 第2次试用的20钢包使用寿命达到210炉。下 线原因多数是由于渣线镁碳砖侵蚀严重。前期也有 因为透气砖下线的钢包， 根据无碳钢包周转运行时 间长、 精炼频繁等原因对透气砖进行优化设计后， 此 问题得到彻底解决。 经半年多的生产运行， 无碳新技术钢包取得明 显效果。主要体现在以下几个方面 1） 使用性能优良， 使用后包底冲击区一般可余 留300 mm， 其他部位可余留350～400 mm。喷补料 与预制件渣层结合良好， 抗侵蚀耐冲刷， 使用后包壁 光滑均匀， 无裂纹剥落等现象， 渣相与无碳预制件及 喷补料结为一体。 2） 使用寿命高 在济钢LFVD/RH精炼工艺条 件下， 无碳新技术钢包正常可使用到45～50炉， 小 修后平均寿命可达到175炉以上， 比现用常规无碳 砖砌筑钢包的寿命提高30～50。 3） 经济效益社会效益明显 无碳新技术钢包替 代镁碳砖降低了吨钢耐材消耗， 减少气体排放并降 低能耗， 是环保节能产品。 4） 渣线用镁碳砖严重制约着钢包寿命， 且小修 喷补后钢包敏感部位易损蚀。如何提高镁碳砖质 量， 增加钢包寿命， 更大地发挥无碳新技术钢包内衬 材料的优势， 是目前的主要课题。此外， 相关钢种订 单批量小， 致使无碳钢包使用受到冲击； 因受钢包修 砌厂房空间限制及钢包烘烤需要， 现采用无碳预制 件和喷补技术相结合。这些均是需要进一步研究 材料名称 包底浇注料 预制件 喷补料 化学组成/ Al2O3 90 90 80 MgO 5 5 10 CaO 1.2 1.1 5.0 SiO2 0.2 0.2 1.5 常温耐压 强度/MPa 110 110 65 高温抗折强度 （1 450 ℃3 h） /MPa 19 18 线变化/ 1 100 ℃3 h 0.05 0.03 0.01 1 600 ℃3 h 0.03 0.02 0.04 无碳新技术钢包及在济钢的应用党金海等2010年第6期 17 山东冶金2010年10月第32卷 Carbon Free New Technology Ladle and Its Application in Jinan Steel DANG Jin-hai, SUN Feng-xiao, LI Chang-xin （The Steelmaking Plant of Jinan Iron and Steel Co., Ltd., Jinan 250101, China） AbstractAbstract In order to meet the needs of new steel variety development and to reduce the refractory consumption, Jinan Steel adopted carbon free new technology ladle, that is, building the ladle wall by carbon free precast block, casting and ramming the ladle bottom entirely and making spray repair from four to six times in whole serving life. After spray repair, the new technology gunning refractory reacted and penetrated with the mineral phase of the ladle wall precast block affected layer each other, ing reaction layer with excellent properties that joined the affected layer and the gunning layer. The new lining with the same cycle time with the precast block was corrosion resistance and superior resistant to molten steel. The average serving life of the ladle reached 175 heats above. Key wordsKey words carbon free new technology ladle; carbon free precast block; carbon free ladle lining; gunning 解决的问题。 参考文献 ［1］ 敖进清， 李楠， 韩兵强.提高精炼钢包内衬的技术措施 ［J］ .钢 铁钒钛， 2006 （9） 38-43. ［2］ 陈敏， 王楠， 于景坤.钢包工作衬用无碳预制块的研制与应用 ［J］ .东北大学学报 （自然科学版） ， 2006， 27 （11） 1 244-1 246. ［3］ 魏云峰， 齐书祥， 张丽丽.无碳钢包渣线耐火材料的研究 ［J］ . 山西冶金， 2008 （4） 6-8， 16. 􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣 （上接第15页） ＞20的瘦煤替代贫瘦煤。这样配合 煤的综合指标将得到改善， 结焦性能提高， 可进一 步稳定焦炭质量。 2） 由于同一煤矿的煤炭所采煤层不同， 经常出 现质量差异和波动。因此， 应定期对所使用各大煤 矿的煤炭质量指标进行监控分析， 及时掌握煤矿质 量信息， 减少不合格煤炭的进厂， 降低由于来煤质 量不稳定对焦炭质量的影响。 3） 建立公司煤炭质量数据库， 成立配煤专家 组， 充分发挥专业技术优势， 在保证焦炭质量的前 提下， 降低配合煤成本。 4） 在新建项目中实施煤炭预粉碎工艺， 配型煤 炼焦和配焦粉炼焦等工艺来改善配合煤的结焦性 能， 提高焦炭产率， 稳定焦炭质量。 Comprehensive uation of Morningsun Coalification Coking Coal YE Fu-liang （Shandong Morningsun Coalification Co., Ltd., Jining 272000, China） AbstractAbstract In view of so many sorts of coking coal, reasonless coal rank structure and so on, Morningsun Coalification made measurement analysis and comprehensive uation for the quality inds of every coal rank from different coalmine and took optimization management measures for stabilizing the quality of used coal such as purchasing on demand, storing by class and quality bulletins. Then the quality demand of the coal and coke was met and the aim of reducing used coal cost was reached. Key wordsKey words coking coal; caking index; cokeability; structure optimization 有关部门统计数据显示， 山东钢铁集团己整体超额 完成 “十一五” 节能责任目标。其中,莱钢2010年前10个 月已累计完成节能量9.45万t标煤， 预计济钢2010年将 实现节能14万t标煤， 张钢全年预计节能6 000 t标煤。 山钢集团传统的高耗能、 高污染企业， 正在向着低碳、 绿 色发展方向转型。 一次能源高效利用。莱钢通过建立水资源循环链， 开发应用无水或少水工艺， 建设分散污水处理设施， 实现 水的多次串级利用， 形成了 “三干多串零排放” 的节水模 式。他们开发的高炉煤气全干法除尘技术与湿法除尘相 比， 吨铁耗新水由 500 kg 下降到 2 kg， 同时减少用地 50， 杜绝了水污染， 实现了除尘灰闭路利用， 同时固体 废弃物综合利用率提高到98.71， 高炉煤气放散率降到 0.21， 基本实现 “零放散” 。 二次能源高效转化。济钢先后建成余热余能发电机 组23套， 发电总装机容量近700 MW， 构建了冶金工艺过 程分布式发电系统， 使钢铁流程能源转化功能得到了有 效开发， 2010年1～10月发电量达到25.4亿kW h， 同比 增加6.81。目前， 济钢、 莱钢自发电量均满足了自身一 半以上的生产用电， 效益可观。 废气能源循环利用。济钢现有低温余热资源折合标 煤约170万t/a。济钢利用这些余热资源供应12 000多户 宿舍区居民采暖。按采暖期4个月计算， 折合年节约标 煤约60万t， 减少CO2排放160万t， 减少SO2排放2.4万t， 具有显著的经济、 社会和环保效益。济钢还将工艺中富 余的部分副产煤气、 余热蒸汽、 气体等资源， 销售输送到 周边6家企业， 带来了可观的经济效益。 节能带来降本增效。张钢新区高炉自2010年初开 炉后， 相继配套富氧和喷煤工艺， 其中仅喷煤一项每年可 节约焦炭10万余吨， 节约资金7 000余万元。高炉热风 炉通过采用高效管式燃烧器， 利用热风炉燃烧废气将助 燃空气、 煤气预热到相应温度， 仅此一项可将热风炉风温 提高30～50 ℃。轧钢加热炉采用蓄热式热回收和换向 高温燃烧技术， 可对空气和煤气进行双蓄热， 提高预热温 度， 降低排烟温度， 最大限度地回收烟气余热。 （徐大天） 山钢集团超额完成 “十一五” 节能责任目标 􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰 􀤰􀤰􀤰 􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰􀤰 􀤰􀤰􀤰 信息园地 18