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宝钢炼钢厂4连铸机中间包包盖结构优化及应用

摘 要:通过对宝钢炼钢厂4#连铸机中间包包盖实际使用状况与破损形式分析,对包盖钢壳结构及耐材浇注方式进行改进,适当增加耐材厚度,并增设隔热层以降低包盖表面温度,减小包盖变形,大幅度提高了4#连铸机中间包包盖使用寿命。

1概述

连铸中间包是钢水包和结晶器之间用于钢水浇注的中转设备,中间包作为钢液冶炼过程 中最后一个耐火材料容器,起到存储、分配、净化钢水的作用。中间包包盖是中间包上的一 个重要部件,其主要作用有:

(1)在中间包烘烤与浇铸过程中起保温隔热作用,提高中间包烘烤效率与减少钢水散热  

(2)保护钢包滑板机构免受 高温钢水的直接热辐射损害

(3)对现场测温和取样人员起安全防护作用等。由于中间包包盖的工作环境非常恶劣 ,承受着频繁的温度波动、高温辐射、钢渣的侵蚀、钢结构的变形应力等各种物理和化学破 坏,导致包盖内衬浇注料熔损剥落严重,包盖钢壳变形、翘曲严重,制约了中间包包盖寿命的提高。

宝钢炼钢厂4# 连铸机使用的中间包为大型矩形中间包,容量80t,由于中间包尺寸较大,所以中间包包盖皆采用三段组合式包盖,分别为A盖、B盖和C盖 (如图1所示)。根据中间包包盖内衬耐材原设计方案,包盖浇注料厚度仅为150mm,在浇钢平台预热后,包盖钢壳表面温度可达250℃,加之中间包本身吨位较大,包盖纵向宽度达到2280mm,使用 中变形相当严重。A、C盖使用寿命仅70炉左右,B盖由于一个较大浇铸孔的存在,变形更 为严重,寿命在30~40炉之间,使得中间包包盖成本居高不下,包盖周转紧张。另外,由于包盖钢壳表面温度高,影响到操作人员上包盖插电缆线座的作业安全。

图1 4#连铸机中间包包盖结构示意图

2中间包包盖破损情况调查与分析

宝钢炼钢厂4#连铸机中间包包盖的破损情况

为了全面了解宝钢炼钢厂4#连铸机中间包包盖的实际应用状况与破损形式,特对2011年1月~12月期间中间包包盖的实际使用过程进行了现场跟踪与统计分析 (见图2)。

图2 4#连铸机中间包包盖修理原因统计分析图

从图2可以看出中间包包盖的主要破损形式有:

①包盖金属边框烧蚀

②包盖边框弯曲变形

③包盖内衬耐火浇注料剥落。其中,包盖金属边框烧蚀与包盖边框弯曲是包盖破损的最主要形式,并是伴随出现。包盖内衬耐火浇注料的剥落往往是以边框局部剥落为起点而不断扩展,最终发展为包盖内衬全面积的剥落;包盖内衬耐火浇注料的大面积剥落不仅导致包盖 保温性能下降而影响其保温防护作用,同时,浇注料掉人中间包易堵塞中间包上水口,从而导致开浇失败,影响连铸浇钢的正常生产。

3 主要技术措施

为降低4#连铸机中间包耐材成本,提高包盖寿命,对包盖钢壳结构及耐材浇注方式进行改进,适当增加内衬耐材厚度,并增设隔热层以降低包盖表面温度,减小包盖变形,并在使用时增设保温板和密封条,为4#连铸机高连浇中间包包盖长寿命提供支撑。

3.1包盖钢壳结构改进

经过对4#连铸机浇铸时中间包实际位置的测定,得到可将中间包包盖最高位置提高50mm。因此,针对包盖使用中,以横向中心线为轴发生凹陷的特点,决定将每块包盖外观形式由原平板形改为以横向中心线为轴的拱形,耐材浇注与拱形的凹面,使耐材具有与钢壳体同样的弧度,在结构上确保其强度。

包盖内衬各部位耐材厚度都得到相应增加,最厚部位达到250mm。并于包盖钢壳内表面纵、横向焊接筋板及“V”型锚固件,使附着的耐材打结层不易整体剥落,防止耐材掉落,如图3所示。 

图3 新包盖结构尺寸图  

3 . 2 包盖浇注方式改进 
  在包盖内表面增设纤维隔热层28mm,再以高铝浇注料浇注(耐材浇注结构如图4所示),有效降低包盖钢壳表面温度,从而减少了包盖变形趋势,保障操作人员站立在包盖上作业的安全性。 

图4 包盖浇注方式改进示意图  

3 . 3 B盖浇铸孔尺寸改进 
  原设计,B盖浇注孔尺寸存在缺陷,加剧了B盖的变形。对在线更换长水口所需浇铸孔大小进行测量后,对B盖浇铸孔进行“瘦身”,由原设计的椭圆形,改进为“跑道”形,最宽处由原来的630mm缩小至470mm(如图5所示),减少了浇铸孔口径过大对包盖变形的不利影响。 

图5 b盖浇注孔尺寸改进 

3 . 4 放置密封条 
  在中间包包盖边沿及中间包本体上沿放置一层或两层耐火纤维针刺毯密封条,再使用耐火涂料涂抹10~20mm封密封条外边沿(如图6所示),可以起到隔热、保温、密封等作用。中间包本体与中间包包盖之间采用高铝纤维针刺毯密封保温技术,不仅可以减少浇铸时的温降,提高连铸坯的质量,而且由于高铝针刺毯具有容积小、重量轻、隔热保温性能好、操作简便、烘烤时不炸裂、无意味等优点,还可以提高中间包的烘烤质量,节约能源。此外,采用高铝针刺毯密封保温技术,还能够对中间包包盖钢结构起到很好的保护作用,延长中间包包盖的使用寿命。 

图6 中间包包盖下边安放密封条

3 . 5 中间包盖孔放置硬质耐火纤维保温板 

  在塞棒、水口、烧嘴、观察孔等孔洞处盖上专用的硬质耐火纤维保温板,可以减少这些孔洞处在中间包烘烤及烧钢作业时冒火等现象的发生,能够减少包盖金属边框高温下的烧蚀及降低其工作温度,从而较少其变形。同时也能避免从这些孔洞中落入杂物到中间包内,造成开浇时喷溅。 
4 操作及维护技术改进 
4 . 1 中间包溢流口清理制度。

若中间包溢流口不畅通,尤其在放渣操作时,中间包液面控制过高,中间包内的渣子粘附于包盖内衬的浇注料上,导致剥落问题。因此中间包修砌时,要对溢流口进行清理,为便于清理溢流口,每次修砌中间包工作时,规定必须在溢流口表面涂抹一层镁质涂料; 
4 . 2 用后热包盖自然冷却制度。

中间包浇注完毕后,热吊卸包盖,易发生变形,必须经过一定时间的自然冷却,冬季不小于8h,夏季不小于16h,春、秋两季为8~12h。 
5 应用效果 
  按照上述技术措施设计制作而成的4#连铸机中间包包盖,取得了较好的使用效果。应用后具有如下特点及效果: 
  5.1 中间包包盖结构设计合理、整体强度高、重量轻、耐高温、抗热变形能力强,使用寿命明显提高,其中B盖由原先的30~40炉,提高到150炉以上,A、C盖使用寿命也从70炉提高到180炉以上。 
  5.2 中间包隔热保温性能好、节约能源,包盖钢壳表面温度明显下降。对包盖表面进行测温,保温效果明显,有效减缓包盖变形趋势,减少钢水温降,并改善了操作环境(中间包包盖上表面温度<200℃),为操作人员在中间包包盖上的作业提供更好的安全保障。 
  5.3 中间包密封性能好,可有效降低钢水中的[O]、[N]等杂质含量。 
  5.4 中间包包盖使用时开裂、剥落和掉块现象明显减少,为连铸生产顺行提供了保障。 
  结语 
  通过对宝钢炼钢厂4#连铸机中间包包盖实际使用状况与破损形式的现场调研,分析引起包盖破损的主要原因,通过对包盖结构改进及密封方式改进,大幅度提高了中间包包盖的使用寿命,大幅度地降低了包盖表面温度,改善了包盖的隔热防护作用,满足了炼钢厂4#连铸机中间包周转使用需求。