鐵水包是目前鋼鐵企業(yè)廣泛采用的鐵水承接、輸送和緩沖裝置，也是煉鐵-煉鋼區(qū)段“界面技術(shù)”的重要載體。因此，鐵水包使用壽命和保溫對(duì)鋼鐵企業(yè)的降本增效和節(jié)能環(huán)保具有重要意義。

　　現(xiàn)狀調(diào)查

　　三鋼三明本部擁有6座高爐總計(jì)4110m?，2座100t轉(zhuǎn)爐、3座10t轉(zhuǎn)爐工藝設(shè)備，年產(chǎn)鐵能力達(dá)560萬(wàn)t以上，三鋼鐵路線上及煉鋼廠一煉鋼車(chē)間內(nèi)部的鐵包全部采用100t鐵水包。隨著該公司產(chǎn)量不斷增加，生產(chǎn)節(jié)奏也明顯加快，鐵水包的頻繁周轉(zhuǎn)經(jīng)常因壽命低以及低溫凍包導(dǎo)致提前下線維修，給高爐和煉鋼的連續(xù)性生產(chǎn)帶來(lái)一定壓力。鑒于鐵水包周轉(zhuǎn)在冶煉系統(tǒng)生產(chǎn)中的重要作用,該廠從2014年起組織相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行鐵水包管理使用的工藝研究活動(dòng)，從整體上理順鐵水包使用環(huán)境。

　　原因分析

　　3.1鐵水包包齡

　　影響100噸鐵水包壽命的因素：

　　一是鐵水包本身的耐材修砌結(jié)構(gòu)方式不合理及耐材本身材質(zhì)質(zhì)量影響。包口部位為采用整體澆筑打結(jié)，渣線處采用高鋁質(zhì)耐火磚砌筑，由于包處口冷渣鐵需及時(shí)清理，頻繁扒渣、鉤渣等操作，對(duì)包口和渣線結(jié)合處耐火磚造成損壞或松動(dòng)，導(dǎo)致渣鐵從該部位滲入包壁永久層與工作層之間，累積結(jié)塊向內(nèi)擠壓工作層，導(dǎo)致工作層出現(xiàn)豎裂紋;渣鐵會(huì)沿永久層磚縫外滲，極易造成鐵水包滲鐵及包殼發(fā)紅現(xiàn)象事故。永久層原先為砌筑2層粘土質(zhì)T29磚，厚度為64mm，由于修砌存在較大磚縫且循環(huán)使用，對(duì)滲出來(lái)的鐵水不能有效阻擋。鐵水包包底工作層采取的鋁碳化硅材質(zhì)的磚襯耐材，其機(jī)械抗沖擊性能不足，易受侵蝕。鐵水包渣線處耐材易侵蝕和粘渣，致使提前下線維修包底或者處理包口粘渣，造成鐵水包壽命下降的和周轉(zhuǎn)個(gè)數(shù)的增多。

　　二是鐵水包烘烤制度執(zhí)行不到位。因生產(chǎn)節(jié)奏因素，修砌好的鐵水包沒(méi)有按規(guī)范操作進(jìn)行熱包上線接收鐵水;并且未能匹配好接收鐵水時(shí)間，導(dǎo)致冷空包接收高溫鐵水居多，易導(dǎo)致鐵水包磚襯的熱震性差，加快耐材的侵蝕及引起包襯滲鐵現(xiàn)象。

　　三是高爐出鐵高度距包底8-10米，鐵水對(duì)包底落鐵點(diǎn)的沖擊嚴(yán)重，加大包底侵蝕快;高爐每個(gè)鐵次的最后一個(gè)包的出鐵量不可避免地偏少，易造成粘包;根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，高爐護(hù)爐或者檢修復(fù)產(chǎn)后鐵水含[Si]、[Ti]等元素超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值或檢修復(fù)產(chǎn)鐵水物理熱低于1400℃，鐵水粘度將增大，容易造成粘包，影響鐵水包的正常使用。四是由于100t鐵水包是常規(guī)敞口包，在高爐出鐵和鐵路運(yùn)行過(guò)程中會(huì)損失巨大的熱量，所以保溫效果差，導(dǎo)致鐵水溫降大，容易包口結(jié)渣圈，直接影響鐵水包的使用和壽命。并且還造成環(huán)境的污染，工人工作環(huán)境惡劣，生產(chǎn)成本增加。

　　3.2鐵包溫降

　　鐵水運(yùn)輸過(guò)程中損失的熱量主要以鐵水上表面和鐵水包內(nèi)襯散熱為主。空鐵水包敞口運(yùn)行，散熱面積成倍增加，包襯溫度急劇下降，熱量損失更加嚴(yán)重，當(dāng)接受鐵水時(shí)，有的包襯已經(jīng)發(fā)黑，滯留鐵水凝固。熱量損失導(dǎo)致鐵水上下溫度不均勻。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，影響三鋼鐵水包熱損失的因素有以下幾個(gè)方面:

　　(1)操作因素：根據(jù)統(tǒng)計(jì)，高爐出鐵鐵水裝入量不一致，當(dāng)鐵水包內(nèi)的鐵水重量少時(shí)鐵水溫降高于正常滿(mǎn)包(凈空還有300mm);鐵水表面覆蓋保溫材料不均勻，原先人工布料經(jīng)常存在“山丘狀”布料堆的缺陷，覆蓋面積只有40%～50%，表面仍有50%～60%的鐵水散熱。

　　(2)鐵包結(jié)構(gòu)因素：原先鐵水包未采用絕熱保溫層進(jìn)行保溫處理，散熱大。

　　(3)管理因素即鐵水包的使用周期，也就是空包和滿(mǎn)包時(shí)間的長(zhǎng)短，在實(shí)際運(yùn)輸時(shí)間的標(biāo)定中，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)環(huán)節(jié)耽誤時(shí)間較多：一是出鐵后等待鐵包車(chē)機(jī)車(chē)?yán)龅臅r(shí)間較長(zhǎng);二是鐵水包到煉鋼廠后等待翻包的時(shí)間較長(zhǎng)，這兩部分時(shí)間占整個(gè)運(yùn)輸時(shí)間的1/3。

　　采取的措施

　　4.1鐵水包修砌方式改進(jìn)及措施

　　(1)永久層由原來(lái)磚砌2層改為修砌3層粘土T29磚，如圖1所示。原有100t鐵包永久層粘土磚T29為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其邊角為直線，永久層上下層修砌時(shí)，在砌筑過(guò)程中易出現(xiàn)較大的三角縫，鐵水包在使用過(guò)程中常有鐵水由該三角縫滲入存在安全隱患。通過(guò)優(yōu)化T29粘土磚磚型設(shè)計(jì)，將平面改為弧形設(shè)計(jì)，減少鐵水包砌筑過(guò)程的三角縫，同時(shí)磚縫控制在≤1mm以?xún)?nèi)，提高永久層安全使用性能。

　　▲100t鐵水包改進(jìn)前后的施工圖紙

　　(2)提高鐵水包的磚襯材質(zhì)，采用微膨脹Al2O3-SiC-C材質(zhì)進(jìn)行改進(jìn)，表1為改進(jìn)后鐵水包主要材料理化性能指標(biāo)，減少鐵包運(yùn)行冷熱收縮造成的膨脹縫，包壁厚度由原先高度為100mm更改為230mm，減少磚縫數(shù)量，減少耐材熱脹冷縮的引起滲鐵現(xiàn)象。包壁工作層設(shè)計(jì)厚度由原先160mm更改120mm。從包底到包壁的磚型砌筑，采用一層厚度150mm的工作層進(jìn)行修砌實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡，以應(yīng)對(duì)高溫鐵水的旋轉(zhuǎn)沖刷。

　　▲表1  改進(jìn)后鐵水包主要材料理化性級(jí)指標(biāo)表包底沖進(jìn)區(qū)工作層部位侵蝕最嚴(yán)重，采取兩個(gè)措施：第一重點(diǎn)提高材質(zhì)，采用砌筑剛玉質(zhì)Al2O3-SiC-C加強(qiáng)磚，該材質(zhì)具備優(yōu)良的抗渣性,熱震穩(wěn)定性;并將其厚度由原先的200mm更改為230mm，同時(shí)將膨脹系數(shù)大的高鋁質(zhì)火泥更改為高強(qiáng)度的Al2O3-SiC-C火泥，提高該部位的高溫耐磨性。第二在包底沖擊區(qū)中心磚上方采用一層50mm厚的剛玉質(zhì)澆筑料，減少鐵水對(duì)包底前期沖刷侵蝕，提高包底的使用壽命。三鋼通過(guò)在鐵水包包襯結(jié)構(gòu)上工藝改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)包襯內(nèi)各部位的磚侵蝕均勻平滑，無(wú)磚縫、無(wú)剝落等問(wèn)題。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量15#、26#、17#鐵水包的殘磚厚度，包壁工作層包磚的侵蝕速率為0.045-0.055mm/每爐，包底凹坑侵蝕的深度由原來(lái)的180mm減少到現(xiàn)在的100mm左右，鐵水包包底侵蝕原因下線大幅度下降。

　　(3)匹配好鐵水包包口胎膜尺寸，通過(guò)采用高鋁質(zhì)耐火澆注料整體打結(jié)一次成型，避免出現(xiàn)凸臺(tái)，實(shí)現(xiàn)澆注料和磚頭平滑過(guò)渡，加強(qiáng)包口部位耐材的整體性能。另外，將原來(lái)焊接的拉釘長(zhǎng)度由6mm加長(zhǎng)為12mm，便于掛緊澆注料，以增加強(qiáng)度和使用壽命。減輕頻繁鉤渣對(duì)包口耐材的損壞，以防止從包口部位永久層與工作層間滲鐵，并能有效節(jié)約維修用材料。

　　4.2優(yōu)化烘烤制度

　　(1)原先未修砌后的鐵水包放置時(shí)間12h，改進(jìn)后砌筑完成后放置24h后進(jìn)行烘烤，以確保鐵包內(nèi)的材料性能穩(wěn)定。

　　(2)重新制定鐵水包烘烤制度，小火烘烤時(shí)間：室溫10h升溫至200℃，升溫速度：10℃/h，保溫4小時(shí)。中火烘烤時(shí)間:16h升溫至600℃，升溫速度：25℃/h，保溫4h。大火烘烤時(shí)間:16h升溫至1100℃，升溫速度：35℃/h。溫度和烘烤時(shí)間達(dá)到要求，停止烘烤，即可紅包上線投入使用。針對(duì)包襯、包底工作面損傷進(jìn)行及時(shí)的小修作業(yè)，按烘烤曲線進(jìn)行烘烤(大火烘烤12h)后上線使用。煉鋼操作工要嚴(yán)格按照新的烘烤制度的要求執(zhí)行烘烤。新包上線后鐵水包包口炸裂的情況明顯改善。

　　4.3粘渣處理

　　(1)針對(duì)100t鐵水包的敞口包散熱造成結(jié)渣，三鋼主要通過(guò)拋灑高性能覆蓋保溫劑(主要成分炭化稻殼)來(lái)對(duì)鐵水進(jìn)行保溫，可以延緩鐵水包的結(jié)渣速度。規(guī)定操作工拋灑保溫劑工作必須認(rèn)真仔細(xì)，保證拋灑均勻足量，一般要求拋灑高性能覆蓋劑按0.4～0.7kg/t的加入量，確保均勻覆蓋鐵水表面。

　　(2)針對(duì)鐵水包鐵水包傾翻后殘留有少量鐵水，包口粘有渣鐵。包口的渣鐵會(huì)導(dǎo)致這些鐵水在鐵水包運(yùn)行過(guò)程中，反復(fù)循環(huán)使用時(shí)凝固積累厚，通過(guò)加強(qiáng)鐵水包的巡視點(diǎn)檢，發(fā)現(xiàn)包口粘有渣鐵現(xiàn)象及時(shí)下線處理。

　　(3)通過(guò)采用鐵包包口防黏渣料(主要成分為含Al2O3及結(jié)合劑混合涂料)噴涂鐵水包渣線及包口減少掛渣和冷鋼，使渣鐵自動(dòng)脫落或粘黏不勞，大大降低刮渣次數(shù)和比例，減少刮包口對(duì)鐵水包包口的侵蝕和沖擊，采用噴涂防黏渣劑后，鐵包刮包口平均可以減少勾渣頻率1.76次/百爐，處理比例下降61%，低包齡下線的鐵包減少65%。

　　4.4提高鐵水包保溫措施

　　(1)鐵水包采用納米絕熱板保溫，通過(guò)在鐵包包殼內(nèi)加貼單層厚為5mm×2納米絕熱板，減少包殼散熱，降低鐵水溫降，通過(guò)測(cè)量包殼溫度和鐵水溫度對(duì)比絕熱型鐵水包與非絕熱型鐵水包(無(wú)貼)溫降情況。可以看出，鐵路線上絕熱型鐵水包鐵水包殼溫度較正常包低22.92℃，同時(shí)通過(guò)測(cè)量鐵水包載鐵水時(shí)間隔30min后鐵水溫度，對(duì)比過(guò)程溫降。結(jié)果為絕熱型鐵水包溫降速率為0.61℃/min，非絕熱型鐵水包溫降速率為1.25℃/min，能夠有效起到鐵包保溫效果。

　　(2)鐵水包隨車(chē)加蓋保溫，三鋼積極結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況推進(jìn)加蓋保溫技術(shù)應(yīng)用，在鐵水包車(chē)上安裝車(chē)載集成供電和控制單元及電控設(shè)備防護(hù)鋼板設(shè)計(jì)，通過(guò)車(chē)載液壓驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)保溫蓋及機(jī)構(gòu)的開(kāi)閉操作，如圖2所示。2017年鐵水包隨車(chē)加蓋保溫方案在該廠試驗(yàn)情況，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量及跟蹤試驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步得出加蓋空包可減少包內(nèi)溫度損失30～50℃，滿(mǎn)包下加蓋鐵水包對(duì)比敞口包可減少鐵水溫降約8～10.5℃左右，一方面有利于提高耐材使用穩(wěn)定性和使用壽命，另一方面消除凍鐵、及鐵皮粉塵飛揚(yáng)現(xiàn)象，具有良好的環(huán)保效益。

　　▲圖2 鐵水包隨車(chē)加蓋設(shè)備設(shè)計(jì)圖

　　(3)加強(qiáng)鐵水包管理，縮短鐵水包運(yùn)輸時(shí)間。該廠生產(chǎn)管控中心統(tǒng)一協(xié)調(diào)下達(dá)調(diào)度命令，加快鐵水包周轉(zhuǎn)率，煉鐵廠應(yīng)盡量縮短出鐵時(shí)間，充分利用鐵包的容積，盡量出滿(mǎn)包。統(tǒng)籌煉鋼生產(chǎn)計(jì)劃，減少煉鋼廠壓鐵水包時(shí)間;加強(qiáng)高爐物料結(jié)構(gòu)配比操作，提供優(yōu)質(zhì)低S鐵水，同時(shí)充分利用100噸鐵水包凈空優(yōu)勢(shì)，三鋼煉鋼——煉鋼采取鐵水包“一包到底”工藝，實(shí)現(xiàn)空包出鐵——鐵路運(yùn)輸——重包轉(zhuǎn)爐兌鐵，減少煉鋼兌鐵站兌鐵處理，提高鐵包周轉(zhuǎn)效率，降低過(guò)程溫降。2017年一包到底命中率達(dá)56.6%，入爐鐵水溫度為1326℃。通過(guò)加強(qiáng)鐵水包管理，2015-2017年鐵水包周轉(zhuǎn)達(dá)提高至4.3次/日，其中6#高爐鐵水包達(dá)5次/日以上。

　　取得的效果

　　5.1通過(guò)3年的工藝研究活動(dòng)的深入開(kāi)展和摸索，制定并落實(shí)了一系列行之有效的措施，鐵水包使用環(huán)境得到優(yōu)化，因鐵水包滲鐵穿包等事故得到全面遏制。

　　5.2鐵水包使用的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)明顯改善，鐵水包周轉(zhuǎn)效率逐步提高，基本實(shí)現(xiàn)了紅包周轉(zhuǎn)，對(duì)煉鋼區(qū)生產(chǎn)提供了有效保障，其中：鐵路線上鐵水包包齡提高141爐，車(chē)間鐵水包壽命提高225爐;入爐鐵水溫度提高了13.6℃，鐵水包個(gè)數(shù)減少10個(gè)，鐵水包周轉(zhuǎn)次數(shù)提高0.8次。對(duì)比2014年，2015-2017年平均技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2：

　　▲關(guān)鍵指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

　　5.3鐵水包加蓋保溫能有效的降低空包溫降，負(fù)載鐵水時(shí)可減少鐵水溫降約8~10.5℃左右;同時(shí)消除凍鐵、及鐵皮粉塵飛揚(yáng)現(xiàn)象，綠色環(huán)保降低環(huán)境污染。

　　結(jié) 語(yǔ)

　　鐵水包的使用貫穿于煉鐵高爐、鐵路、煉鋼轉(zhuǎn)爐整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，鐵水包的運(yùn)行周轉(zhuǎn)狀況、使用壽命、保溫情況等關(guān)鍵指標(biāo)的好壞，對(duì)保障整個(gè)冶煉系統(tǒng)生產(chǎn)順行有著極其重要的作用。通過(guò)本次工藝研究活動(dòng)，使得鐵水包周轉(zhuǎn)逐步走向正軌，有力地保障了冶煉系統(tǒng)正常生產(chǎn)秩序，也為今后進(jìn)一步優(yōu)化鐵水包使用管理積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。