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耐火材料行业知识

钢厂转炉钢包包衬寿命提高及耐材的优化改进

为了贯彻天钢联合特钢公司(以下简称特钢公司)对炼钢生产“管理信息化、工艺绿色化、设备智能化、产品高质化、生产稳定化、操作安全化、成本最低化”的要求,对整个炼钢生产过程进行了详细调研,发现了生产中存在的一些问题:1)转炉炉役中后期,转炉出钢量达到最大120t时,车间钢水接受跨铸造吊车长期处于满负荷工作状态,存在着一定的安全隐患;2)钢包装120t钢水时,上部净空只有200~300mm,不符合钢包炉的使用要求(钢包炉要求净空400~600mm);3)钢包包衬使用寿命偏短,平均只有67炉,耐材消耗偏高,而且现场钢包数量多,工人劳动强度大;4)钢包后期钢壳外壁温度偏高达到300 ℃以 上,接近钢材的蠕变温度,存在一定的安全隐患。为此特钢公司决定对钢包耐材及其相关设备进行优化改进。
提高钢包包衬寿命
随着钢水精炼比例的提高(高达98 %),钢包包衬的侵蚀速率明显加快。钢包工作层的寿命由80~90炉降至60~70炉,平均67炉。新包工作层厚度为230mm,旧包工作层 厚度为60mm时下线更换,钢包包衬的侵蚀速率为2.5mm/炉,耐材寿命偏低,耐材消耗偏高,耐材成本居高不下。
对比国内同等级的转炉炼钢厂钢包包衬的有关参数,发现特钢公司的包衬寿命偏低。
为解决上述问题采取了如下改进措施:1)优化精炼炉的渣系,减少对包衬的侵蚀;2)调整合金化配方,减少对耐材的损坏;3)加强钢包的热周转,减少耐材的急冷急热;4)改进钢包耐材材质和砌筑质量。
钢包的优化
2.1 提高钢包上部净空高度
原钢包包壁工作层厚度为 230mm,在转炉炉役中后期,转炉出钢量增大。当出钢量达到115~120t时,钢包上部净空只有200~300mm,容易产生喷溅和溢出钢渣,也不符合钢包炉使用的净空要求(钢包炉上部净空要求 400~600mm),迫切需要增加钢包上部净空。增加钢包上部的净空有以下几种方案:1)增加钢包上部的高度;2)扩大钢包熔池直径;3)减薄钢包包衬厚度,扩大熔池直径。
经过综合分析认为:1)方案1:增加钢包上部的高度需要改造钢包、精炼炉、连铸钢包回转台以及与钢包相关设备;该方案增加投资少,但对生产有一定的影响,而且还增加钢包总重,对安全生产不利。2)方案2:扩大钢包直径需要重新制作钢包、改造精炼炉、连铸钢包回转台以及与钢包相关设备;该方案需要增加大量的投资,而且还增加钢包总重,对安全生产不利。3)方案3:由于钢包寿命提高到平均157炉,因此可以减薄包衬厚度,牺牲部分钢包寿命,满足精炼炉对上部净空的要求。
方案3投资省、运行成本低、安全可靠、对生产无影响。因此,特钢公司决定钢包包壁的工作层厚度由230mm减 至200mm;在钢包出钢量达到120t/炉时,上部净空能够达到450mm,这样既满足钢包炉对上部净空的要求,又降低了铸造吊车的起吊重量,生产更加安全,而且还降低了耐材消耗。
经过生产实践证明,钢包耐材减薄后,耐材寿命仍然达到120~130炉,平均127炉,钢包包衬的侵蚀速率为1.1mm/炉。
2.2 钢包耐材的优化
使用过程中发现在钢包后期时,钢壳外壁温度偏高达到300 ℃左右,甚至达到300 ℃以上,接近钢材的蠕变温度,存在一定的安全隐患,为此对耐材进行了优化改造。
2.2.1 包壁温度
原钢包永久层使用高铝浇注料,比重和导热系数均偏高。为了降低钢壳外壁温度,将永久层材质由高铝浇注料改成铝镁浇注料,密度和导热系数均有所降低。
随着工作层厚度的减少,钢包沿着包壁方向的散热量逐渐增加。改进前新修钢包工作层厚度230mm,下线钢包工作层厚度60mm,包壁散热量为212266~227658W,改进后新修钢包工作层厚度200mm,下线钢包工作层厚度 60mm,包壁散热量179624.3 ~188309W,虽然工作层厚度减薄30mm,但改进后沿包壁方向的散热量低于改进前。经计算,改进后沿包壁方向的散热量较改进前平均减少37312W,减少了精炼炉的加热时间,也减少了精炼电耗和电极消耗。
经济效益分析
由于减少了工作层厚度和调整了永久层的材质,使耐火材料的质量降低,同时降低了钢包的散热量。精炼渣渣系和合金化方案的调整,使钢包侵蚀速率降低,钢包的寿命大幅提高,造渣料和合金料消耗也相应降低,带来的巨大的经济效益。
通过减小工作层厚度和调整钢包包衬的材质,使钢包的总质量降低,结果如表8。表中数据表明,优化后,不仅满足了钢包炉对上部净空的要求,而且空包总质量降低3.8t使铸造吊车的使用安全性增加,同时减少了钢包精炼时的喷溅损失。
工作层耐火材料价格7162元/t计算,降低成本18612.61元;永久层耐火材料价格3600元/t,成本 降 低4247.6元;耐火材料合计降 低成本22860.21元。渣系调整前钢包包龄67炉,优化后包龄127炉,折算耐火材料成本降低43332.04元,即吨钢成本降低2.84元/t。
钢包优化前后,钢包散热量平均降低37312W,按钢水平均盛钢时间60min折算成电极、电量消耗及成本数据可以看出,可降低成本0.575元/t。
精炼渣系和合金化配方优化后,造渣料和合金料成本降低显著。可以看出,改进后造渣料和合金成本合计降低8.75元/t。
综上所述,合计降低成本12.16元/t,按年产钢500万t计算,每年可降低成本6080万元。
结论
1)通过调整精炼渣系、合金化配方、加强钢包耐材和砌筑质量等措施后,钢包侵蚀速率由2.5mm/次降低至1.1mm/次,钢包寿命从平均67次提高到157次。
2)为了保证钢包出钢量在120t时,上部净空达到450mm,满足精炼的要求,将钢包工作层厚度减少30mm,牺牲部分钢包耐材寿命,寿命由平均157次调整至127次。
3)由于减薄包衬和调整永久层的材质,使钢包耐材总重降低3.8t,钢包最大总重由180t减至176.2t,铸造吊车使用更加安全。
4)由于选用保温性能好的永久层耐材,包壳外壁温度由280~292 ℃降至252~262℃,远低于钢材的蠕变温度,满足钢包安全使用的要求。。
5)钢包包衬耐材改进后,耐材、合金、造渣料、电耗、电极等消耗显著降低,吨钢降低成本12.16元,按年产500万t计算,每年可为企业降低成本6080万元。


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