CN113333724B - 一种方圆形钢包及其耐火材料砌筑方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方圆形钢包，由圆形钢包改造而成，且不改变钢壳高度、耳轴间距、钢包包底透气砖孔及水口孔的定位，包壁横截面由4组圆弧段1和4组圆弧段2交替线拼接而成；圆弧段1的角度θ₁与圆弧段2的角度θ₂之和为90°；在同一包壁横截面上，圆弧段1的半径R1为圆形钢包在相同高度的包壁横截面上的半径R的0.5～0.8倍，圆弧段2的半径R2为圆形钢包在相同高度的包壁横截面上的半径R的1.5～2.5倍。本发明还提供了方圆形钢包的耐火材料砌筑方法，其中熔池工作层、渣线工作层均采用3种砖型砌筑形成。本发明可满足精炼和连铸工艺要求，在不进行大规模技改下增加钢壳的内容积，提高炼钢的生产效率、降低生产成本。

Description

一种方圆形钢包及其耐火材料砌筑方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金用钢包技术领域，具体涉及一种方圆形钢包及其耐火材料砌筑方法。

背景技术

钢包是炼钢厂重要的热工设备，随着炼钢技术不断发展，冶炼温度提高和精炼比增加，钢水在钢包中停留时间延长，尤其是炉外精炼LF、RH工艺对钢包内衬要求越来越苛刻，钢包的结构、内衬材质、施工工艺需不断改进，满足精炼和连铸工艺要求。目前最常用的钢包都是倒圆台形上圆大下圆小，圆形空间限制了钢包的有效容积，而增加钢水的装入量，将导致钢包内净空高度的减少，从而在精炼过程中易使钢液/钢渣溅出钢包，影响安全和精炼效果。

钢铁企业的目标始终是提高炼钢生产效率和降低生产成本，提高市场竞争力，但在钢厂产线、设备、高温冶金炉窑已经固化，无法进行大规模技改的情况下，需寻求经济、可靠、相对简便的措施来达到此目标。采用钢包扩容，增加钢水装载量，是行之有效的方案。

“扩容钢包”CN201310345415.8专利介绍的是将钢包内衬耐火材料减薄，以达到140t的钢包容量。但在冶炼工况苛刻的条件下，其影响耐材使用的安全性。专利CN201190170Y、CN201210007615.8和CN201220011228.7，分别介绍了一种小型椭圆形钢包结构优化，增大了精炼钢包的容积。从文献及专利技术调研分析，钢包扩容技术多为小型椭圆形钢包或圆形包耐材减薄，而方圆形钢包扩容方法未见公开报道。

发明内容

为了满足精炼和连铸工艺要求，不进行大规模技改(这就要求不改变钢壳高度、耳轴间距、包底透气砖孔及水口孔的定位尺寸、耐火材料内衬工作厚度等)，增加钢壳的内容积，提高炼钢的生产效率、降低生产成本，本发明提供了将圆形钢包改为方圆形钢包的设计方案。

本发明的目的之一是为了解决因精炼要求造成的钢包净空高不足，且不能大规模设备更换的要求，本发明提出了一种改进式方圆形钢包及其耐火材料砌筑方法，增加钢包的内容积和钢水装载量，确保钢包的使用寿命和安全稳定，提高炼钢生产效率和降低生产成本。

本发明的另一目的是提供一种方圆形钢包的耐火材料砌筑方法，该方法能够制造具有长寿命和安全稳定的方圆形钢包。

一种方圆形钢包，由圆形钢包改造而成，且不改变钢壳高度、耳轴间距、钢包包底透气砖孔及水口孔的定位，包壁横截面由4组圆弧段1和4组圆弧段2交替线拼接而成；

圆弧段1的角度θ₁与圆弧段2的角度θ₂之和为90°；

在同一包壁横截面上，圆弧段1的半径R1为所述圆形钢包在相同高度的包壁横截面上的半径R的0.5～0.8倍，圆弧段2的半径R2为所述圆形钢包在相同高度的包壁横截面上的半径R的1.5～2.5倍。

在一优选例中，圆弧段2的角度θ₂为20-40°。

在一优选例中，所述方圆形钢包上口大下口小，包壁自外向内依次包括钢壳、由保温板砌筑而成的隔热层、由高铝浇注料浇注而成的包壁永久层、由刚玉尖晶石预制块砌筑而成的熔池工作层、由镁碳砖砌筑而成的渣线工作层、由可塑料砌筑而成的包口，包底由下向上依次包括由高铝浇注料浇注而成的包底永久层、由刚玉尖晶石浇注料浇注而成的包底工作层，包底安装透气砖和水口座砖。

在一优选例中，所述隔热层的厚度为10-30mm，包壁永久层的厚度为70-120mm，包底永久层的厚度为130-230mm，熔池工作层的厚度为120-240mm，渣线工作层的厚度为150-260mm，包底工作层的厚度为200-350mm。

其中，因包壁工作层中各区域侵蚀机理存在较大差异，熔池工作层采用刚玉尖晶石预制块或者刚玉尖晶石浇注料，渣线采用镁碳砖。

本发明还提供了所述的方圆形钢包的耐火材料砌筑方法，包括步骤：

隔热层砌筑：将保温板采用铝镁火泥贴敷在钢壳内壁，确保保温板之间要靠实充实，层与层之间错缝铺贴；保温板采用轻质微孔刚玉质预制块或者高强度轻质绝热板；

永久层的砌筑：在包底永久层未浇注前，以200～300mm的间距均匀焊接Y型锚固件，预留透气砖和水口座砖孔模具安置，包底采用高铝浇注料，加水量5-7wt％，采用振动棒进行水平震动，浇注完成后养护16h，待底部永久层有强度后，再放入永久层方圆形胎膜，进行包壁永久层的浇注，包壁采用高铝浇注料，方圆形胎膜需对中，且位置对应的相应的圆弧段1和圆弧段2，确保包身永久层厚度均匀且达标，经过膜内自然养护24h和膜外自然养护24h后，经过24h烘烤保温至500℃；

熔池工作层砌筑：砌筑包壁熔池工作层时，采用铝镁火泥对包底永久层找平，并抹成一定斜度，使最下面一环砖砌筑平整，因钢包截面为方圆形，圆弧段1采用砖型1和砖型2砌筑，圆弧段2采用砖型1和砖型3砌筑，砖体背面与永久层间隙≤3mm，相邻两块砖砌筑砖缝≤1mm，上下两环砖之间砖缝应错开，环砖砖缝≤1mm，采用铝镁火泥填充砖缝，采用刚玉尖晶石质预制块作为熔池工作衬；砖型1锥度：2.0-3.0°，砖型2锥度：4.0-10.0°，砖型3锥度：0.5-2.0°；

渣线工作层砌筑：采用镁铝火泥进行砌筑，因钢包截面为方圆形，圆弧段1采用砖型1和砖型2砌筑，圆弧段2采用砖型1和砖型3砌筑，砖体背面与永久层间隙≤3mm，相邻两块砖砌筑砖缝≤1mm，上下两环砖之间砖缝应错开，环砖砖缝≤1mm，采用镁碳砖作为渣线工作层；

包口砌筑：在距离渣线上层砖面50-70mm高度位置焊接包口法兰压板，压板采用厚度20-25mm的钢板，钢板两边满焊，压板与渣线镁碳砖之间采用可塑料填充，可塑料覆盖法兰上表面及包口钢壳；

包底工作层砌筑：安置透气砖、水口座砖，采用刚玉尖晶石浇注料浇注包底工作层，使用振动棒进行振动，排气充分后抹平，浇注完成后，自然养护24h后可进行烘烤，经过24h烘烤保温至1000℃。

在一优选例中，永久层的砌筑中，采用高铝浇注料，按质量分数的量加水6％，每次加水搅拌时间3-5min后出料。

在一优选例中，包底工作层砌筑中，采用刚玉尖晶石浇注料，按质量分数的量加水4.5％，每次加水搅拌时间3-5min后出料。

在一优选例中，所述铝镁火泥颗粒粒度<1mm，所述铝镁火泥的成分为成分Al₂O₃：65wt.％、MgO：25wt.％，其它10wt.％。

在一优选例中，熔池工作层采用铝镁火泥砌筑刚玉尖晶石预制块。因钢包横截面为方圆形，圆弧段1采用砖型1和砖型2砌筑，圆弧段2采用砖型1和砖型3砌筑，砖型1锥度：2.0-3.0°，砖型2锥度：4.0-10.0°，砖型3锥度：0.5-2.0°。

在一优选例中，圆弧段1和圆弧段2采用砖型1、砖型2和砖型3配合砌筑，每层砌筑高度为230mm时，熔池工作层砌筑为12-13层，渣线工作层砌筑为6-7层；每层砌筑高度为100mm时，熔池工作层砌筑为27-30层，渣线工作层砌筑为14-16层。

在一优选例中，熔池工作层中自下而上第一层的厚度小于第二层的厚度，这两层砖型厚度形成凹凸结构，防止包底浇注料脱落。

本发明与现有技术相比，主要优点包括：

本发明中提供的方圆形钢包，由圆形钢包改造而成，不改变钢壳高度、耳轴间距、包底透气砖和水口座砖的定位尺寸、耐火材料工作厚度，通过小规模的有效的改造，可充分对钢包进行扩容，增加钢水装入量，满足精炼和连铸工艺要求，提高炼钢的生产效率、降低生产成本。

附图说明

图1为圆形钢包示意图(A-A为原用的圆钢包主视图，B-B为原用的圆形钢包截面俯视图)；

图2为方圆形钢包示意图(C-C为方圆形钢包主视图，D-D为方圆形钢包截面俯视图)；

图3、图4为方圆形钢包中包壁工作层采用熔池预制块平砌，渣线镁碳砖竖砌示意图；

图5为图2方圆形钢包中包壁渣线工作层截面示意图；

图6为包壁工作层砖型尺寸示意图；

图中：

1钢壳；2隔热层；3永久层；4熔池工作层；5渣线工作层；6包口；7包底工作层；8透气砖；9水口座砖。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

以砌筑300吨钢包为例，

钢包改造基本做法：将图1所示的圆形钢包设计中相对的两个圆弧段1上口距离增加376mm(间距由4624mm增加至5000mm)，相对的圆弧段2上口间距仍为4624mm，钢包截面由4组圆弧段1(角度：θ₁ 62.86°，半径R1 1600mm)和4组圆弧段2(角度：θ₂ 27.14°，半径4312mm)线拼接而成，如图2，按照与长条的圆形钢包相同的方式制作钢壳，保持圆弧段角度不变，经过改造后钢包可盛装320吨钢水。

方圆形钢包耐火材料砌筑方法：如图2，先砌筑隔热层2，在全修的钢包内，紧贴内部采用铝镁火泥贴敷隔热层2，确保隔热层2与钢壳之间要靠实充实，层与层之间错缝铺贴，隔热层2选用轻质微孔刚玉预制块，强度高、隔热效果好，隔热层2厚度控制在18mm，即轻质微孔刚玉预制块厚18mm。

再在钢包底部浇注包底永久层3，在包底永久层未浇注前，以200～300mm的间距均匀焊接Y型锚固件，预留透气砖和水口座砖孔模具安置，包底采用高铝浇注料，加水量6wt％，采用振动棒进行水平震动，包底永久层的浇注厚度为150mm，浇注完成后养护16h。

然后砌筑包壁永久层3，待底部永久层有强度后，再放入包壁永久层方圆形胎膜，进行包壁永久层的浇注，包壁采用高铝浇注料，方圆形胎膜需对中，且位置对应的相应的圆弧段1和圆弧段2，确保包身永久层厚度均匀且达标，包壁永久层的浇注厚度为80mm，经过膜内自然养护24h和膜外自然养护24h后，经过24h烘烤保温至500℃。

永久层砌筑完毕后，先砌筑包壁工作层4，砌筑包壁熔池工作层4时，采用铝镁火泥对包底永久层找平，并抹成一定斜度，使最下面一环砖砌筑平整，熔池工作层自下而上第一层砖的厚度小于第二层砖的厚度，这两层砖型厚度形成凹凸结构，因钢包截面为方圆形，圆弧段1采用砖型1和砖型2砌筑，圆弧段2采用砖型1和砖型3砌筑，砖体背面与永久层间隙≤3mm，相邻两块砖砌筑砖缝≤1mm，上下两环砖之间砖缝应错开，环砖砖缝≤1mm，采用铝镁火泥填充砖缝，采用刚玉尖晶石质预制块作为熔池工作衬。熔池工作层的砌筑厚度为120-240mm，圆弧段1采用砖型1和砖型2砌筑，圆弧段2采用砖型1和砖型3砌筑，每层砌筑高度为230mm，砖型1锥度：2.7°，砖型2锥度：6.1°，砖型3锥度：0.7°，L1为靠永久层端长度，L2为靠钢水端长度，L3为工作厚度，H为砌筑高度(图6)。

按相同的方式砌筑包壁渣线工作层5，采用镁铝火泥进行砌筑，因钢包截面为方圆形，圆弧段1采用砖型1和砖型2砌筑，圆弧段2采用砖型1和砖型3砌筑。圆弧段1采用砖型1和砖型2砌筑，圆弧段2采用砖型1和砖型3砌筑(图5)，每层砌筑高度为230mm，砖型1锥度：2.7°，砖型2锥度：4.9°，砖型3锥度：0.6°，L1为靠永久层端长度，L2为靠钢水端长度，L3为工作厚度，H为砌筑高度。

熔池工作层和渣线工作层砌筑高度为230mm时，熔池工作层预制块砌筑13层，渣线工作层镁碳砖砌筑7层(图2)；熔池工作层砌筑高度为100mm和渣线工作层砌筑高度为230mm时，熔池工作层预制块砌筑28层，渣线工作层镁碳砖砌筑7层(图3)；熔池工作层和渣线工作层砌筑高度为100mm时，熔池工作层预制块砌筑28层，渣线工作层镁碳砖砌筑16层(图4)。

包口6砌筑，在距离渣线上层砖面50-70mm高度位置焊接包口法兰压板，包沿压板需采用厚度20-25mm的钢板，钢板两边满焊，压板与渣线镁碳砖之间采用可塑料填充，可塑料覆盖法兰上表面及钢包口钢壳。

包底工作层7砌筑，安置透气砖8、水口座砖9，采用刚玉尖晶石浇注料浇注包底工作层，使用振动棒进行振动，排气充分后抹平，浇注完成后，自然养护24h后可进行烘烤，经过24h烘烤保温至1000℃。

砌筑完成后的钢包从外观来看为方圆形，圆形钢包与方圆形钢包的示意图见图1、图2。

圆形钢包与方圆形钢包参数比较见表1。

表1圆形钢包与方圆形钢包参数

由于两个钢包的高度、耳轴间距、包底透气砖孔及水口孔的定位尺寸及工作层耐火材料的厚度相同，即不影响钢包的运转、吊运和大修使用炉龄。

在砌筑过程中，所述方圆形钢包的包壁工作层采用了三种砖型，增加了2种砖型，通过计算和实际砌筑，可以砌筑完方圆形钢包，耐火材料重量增加约6吨，在净空高度接近下，钢水装入量增加20吨。

本发明的方圆形钢包使用大修包龄达到140-150炉，相比现有圆形钢包，包龄未见明显降低，但单炉钢水装入量增加约20吨，方圆形钢包运转正常，满足精炼工艺要求，提高炼钢的生产效率、降低生产成本。

此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种方圆形钢包，其特征在于，由圆形钢包改造而成，且不改变钢壳高度、耳轴间距、钢包包底透气砖孔及水口孔的定位，包壁横截面由4条圆弧段1和4条圆弧段2交替线拼接而成；

圆弧段1的角度θ₁与圆弧段2的角度θ₂之和为90°；

在同一包壁横截面上，圆弧段1的半径R1为所述圆形钢包在相同高度的包壁横截面上的半径R的0.5~0.8倍，圆弧段2的半径R2为所述圆形钢包在相同高度的包壁横截面上的半径R的1.5~2.5倍。

2.根据权利要求1所述的方圆形钢包，其特征在于，圆弧段2的角度θ₂为20-40°。

3.根据权利要求1所述的方圆形钢包，其特征在于，所述方圆形钢包上口大下口小，包壁自外向内依次包括钢壳（1）、由保温板砌筑而成的隔热层（2）、由高铝浇注料浇注而成的包壁永久层（3）、由刚玉尖晶石预制块砌筑而成的熔池工作层（4）、由镁碳砖砌筑而成的渣线工作层（5）、由可塑料砌筑而成的包口（6），包底由下向上依次包括由高铝浇注料浇注而成的包底永久层、由刚玉尖晶石浇注料浇注而成的包底工作层（7），包底安装透气砖（8）和水口座砖（9）。

4.根据权利要求3所述的方圆形钢包，其特征在于，所述隔热层（2）的厚度为10-30mm，包壁永久层（3）的厚度为70-120mm，包底永久层（3）的厚度为130-230mm，熔池工作层（4）的厚度为120-240mm，渣线工作层（5）的厚度为150-260mm，包底工作层（7）的厚度为200-350mm。

5.根据权利要求1~4任一权利要求所述的方圆形钢包的耐火材料砌筑方法，其特征在于，包括步骤：

隔热层砌筑：将保温板采用铝镁火泥贴敷在钢壳内壁，确保保温板之间要靠实充实，层与层之间错缝铺贴；保温板采用轻质微孔刚玉质预制块或者高强度轻质绝热板；

永久层的砌筑：在包底永久层未浇注前，以200~300mm的间距均匀焊接Y型锚固件，预留透气砖和水口座砖孔，包底采用高铝浇注料，加水量5-7wt%，采用振动棒进行水平震动，浇注完成后养护16h，待底部永久层有强度后，再放入永久层方圆形胎膜，进行包壁永久层的浇注，包壁采用高铝浇注料，方圆形胎膜需对中，且位置对应的相应的圆弧段1和圆弧段2，确保包身永久层厚度均匀且达标，经过膜内自然养护24h和膜外自然养护24h后，经过24h烘烤保温至500℃；

熔池工作层砌筑：砌筑包壁熔池工作层时，采用铝镁火泥对包底永久层找平，并抹成一定斜度，使最下面一环砖砌筑平整，因钢包截面为方圆形，圆弧段1采用砖型1和砖型2砌筑，圆弧段2采用砖型1和砖型3砌筑，砖体背面与永久层间隙≤3mm，相邻两块砖砌筑砖缝≤1mm，上下两环砖之间砖缝应错开，环砖砖缝≤1mm，采用铝镁火泥填充砖缝，采用刚玉尖晶石质预制块作为熔池工作层；砖型1锥度：2.0-3.0°，砖型2锥度：4.0-10.0°，砖型3锥度：0.5-2.0°；

渣线工作层砌筑：采用镁铝火泥进行砌筑，因钢包截面为方圆形，圆弧段1采用砖型1和砖型2砌筑，圆弧段2采用砖型1和砖型3砌筑，砖体背面与永久层间隙≤3mm，相邻两块砖砌筑砖缝≤1mm，上下两环砖之间砖缝应错开，环砖砖缝≤1mm，采用镁碳砖作为渣线工作层；

包口砌筑：在距离渣线上层砖面50-70mm高度位置焊接包口法兰压板，压板采用厚度20-25mm的钢板，钢板两边满焊，压板与渣线镁碳砖之间采用可塑料填充，可塑料覆盖法兰上表面及包口钢壳；

包底工作层砌筑：安置透气砖、水口座砖，采用刚玉尖晶石浇注料浇注包底工作层，使用振动棒进行振动，排气充分后抹平，浇注完成后，自然养护24h后进行烘烤，经过24h烘烤保温至1000℃。

6.根据权利要求5所述的耐火材料砌筑方法，其特征在于，永久层的砌筑中，采用高铝浇注料，按质量分数的量加水6%，每次加水搅拌时间3-5min后出料。

7.根据权利要求5所述的耐火材料砌筑方法，其特征在于，包底工作层砌筑中，采用刚玉尖晶石浇注料，按质量分数的量加水4.5%，每次加水搅拌时间3-5min后出料。

8. 根据权利要求5所述的耐火材料砌筑方法，其特征在于，所述铝镁火泥颗粒粒度<1mm，所述铝镁火泥的成分为成分Al₂O₃：65wt.%、MgO：25 wt.%，其它10 wt.%。

9.根据权利要求5所述的耐火材料砌筑方法，其特征在于，圆弧段1和圆弧段2采用砖型1、砖型2和砖型3配合砌筑，每层砌筑高度为230mm时，熔池工作层砌筑为12-13层，渣线工作层砌筑为6-7层；每层砌筑高度为100mm时，熔池工作层砌筑为27-30层，渣线工作层砌筑为14-16层。

10.根据权利要求5所述的耐火材料砌筑方法，其特征在于，熔池工作层中自下而上第一层的厚度小于第二层的厚度，这两层砖型厚度形成凹凸结构，防止包底浇注料脱落。

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