让钢包永久层“历久弥坚”

    钢包是载运钢水和进行炉外精炼的一种容器，是连接转炉至连铸炼钢生产过程中必不可少的运输、炉外精炼及钢水浇铸工具。钢包内衬耐火材料通常分为工作层和永久层。钢包永久层作为内衬的重要组成部分，是钢包安全运行的最后一道屏障，又是工作层价值最大化的可靠保障，主要起两个作用：一是保温作用，关键是包壁，由于钢水在钢包内滞留时间长，永久层具有较好的保温性能，能减少钢水的热损失，降低钢包钢结构壳体温度，延长其使用寿命。二是保险作用，当工作层渗钢甚至熔损为零时，永久层至少能挡一炉钢水的冶炼而不至于穿包漏钢。
　　2000年以来，宝钢炼钢厂对钢包的保温工作开展了一系列的研究，最终形成了以铝硅质纤维保温板作为钢包保温层的工艺，这与国内外许多钢厂采用的技术方向基本一致，因此在转炉钢包系统进行了全面的推广和应用。但随着宝钢钢包永久层整体浇注技术的应用，钢包永久层的使用寿命不断延长，从最初砖砌永久层200次，提高到目前的600次，此材质保温层存在的缺陷开始逐步表现出来。其中，在长期高温、高压工况条件下，纤维板的压缩比例不断增大，在钢包使用永久层到600次的时候，保温纤维板的厚度常常从原始的18mm被压缩到5mm~8mm。过大的压缩率，使整体浇注永久层与钢板之间出现空隙，导致在使用中、后期，钢包永久层出现大量裂纹，钢包的使用安全系数大幅度下降，永久层使用寿命也因裂纹的出现，修理难度大而波动很大。
　　针对宝钢钢包包壁永久层结构及应用情况，围绕钢包永久层的两个作用，研究者对300吨钢包包壁永久层开展了研究与应用。通过对永久层施工工艺优化，包壁永久层能多使用一个大修周期，包壁永久层使用寿命标准也从600次修订到800次。
　　永久层的保温性能分析
　　包壁永久层内采用纤维板保温层已使用多年，实践证明，纤维板保温层由于强度很低，钢包使用过程中纤维板受耐材膨胀挤压，厚度从18mm变成仅几毫米，不仅起不到保温作用，还使得整浇的永久层内衬龟裂相当严重，起不了保险作用。
　　因此，宝钢300吨钢包包壁永久层采用一层18mm高强度轻质保温砖加高铝浇注料进行试验，并与目前使用纤维板保温层的钢包进行对比测温。试验结果显示，12号钢包(18mm纤维板（5cm间距）+60mm整体浇注)平均温度最高，钢包上部温度变化比较大，虽然有纤维板，但每块纤维板之间留有5cmm间隙（目的是减少包壁整体永久层裂缝），导致壳体温度高。27号钢包(18mm纤维板+60mm整体浇注)前期壳体温度最低，中期温度上升，后期温度又有下降。这是因为前期纤维板起到了很好的保温效果，后由于内衬耐材膨胀挤压纤维板，使保温效果减弱，钢包经中间修理冷却耐材收缩，工作层与永久层间产生一定的空隙，导致壳体温度下降。9号钢包(18mm轻质保温砖+60mm整体浇注)为新试验的高强度轻质保温砖，钢包使用前期、中期到后期的壳体温度基本上能保持稳定。
　　从测温对比中可以看到，带有纤维板整体浇注的永久层并没有突出的保温效果，而且纤维板受挤压变形，导致整浇永久层裂缝和其他不安全因素。而轻质保温砖代替纤维板使用后，丝毫不受挤压变形，虽然导热系数大于新的纤维板，但比挤压后的纤维板好且效果稳定不变，更重要的是永久层龟裂大大改善，有效提高了钢包的安全系数。
　　永久层的使用安全保障
　　钢包壁永久层整体浇注技术。宝钢300吨钢包壁永久层目前是采用整体浇注，实施整体浇注离不开芯模及芯模的安放。整体浇注芯模找正安放是依靠支撑油缸和对中油缸调整定位，但实际应用时由于芯模底部橡胶垫局部磨损不平整或钢包长期使用本体变形等原因，很容易造成钢包壁整体浇注上下两端间距误差大。如果上端间距误差大，操作人员可以看到并及时修正。但由于芯模高达5m，即使中上部间距误差不大，芯模下端间距是无法确定的。如果钢包壁永久层浇注厚度不均匀，钢包上线使用周转过程中，内衬浇注料因钢水冲刷、熔损，包壁使用后期耐材就存在被钢水熔损穿透的风险。国内各大炼钢厂整体浇注钢包都曾发生过数次包壁漏钢事故，其中就有因钢包浇注厚度不均匀的原因造成的包壁漏钢事故。
　　结合现场实际，采用一种钢包整体浇注芯模准确安放的操作方法，可以克服钢包外壳变形、芯模制作精度不高和使用变形等不利因素，确保钢包壁永久层整体浇注厚度达到技术规程规定的标准要求。施工步骤如下：根据技术规程要求的待浇注层的浇注厚度，制作直径为技术规程要求的最小浇注厚度尺寸的圆球，选用的材料是强度大、不易变形、密度小的尼龙材料，在圆球上安装吊索。在把芯模安放在钢包内时，拉住吊索，使圆球上上下下地沿着芯模和钢包的整个圆周间隙走一圈，若有走不过的部位，调整芯模的对中油缸和支撑油缸，直到圆球在芯模和钢包侧壁之间的间隙均能走过。
　　整体浇注模芯定位后再测量浇注厚度，浇注厚度的测量方法如下：一是芯模侧壁的中部和下部分别沿圆周均设4个测量孔，合计8个测量孔。二是用卷尺和钢筋条配合测量各测量孔处钢包包壁与芯模之间的距离，确保各测量孔处的距离均不小于技术规程要求的最小浇注厚度。三是回收芯模的对中油缸和支撑油缸，再次利用圆球确认芯模与钢包侧壁之间的间隙不小于技术规程要求的最小浇注厚度。四是在芯模侧壁的上方直接测量芯模与钢包包壁之间的距离，以确保待浇注层的厚度不小于技术规程要求的最小浇注厚度。
　　整体浇注壁永久层整体修补法。钢包在使用过程中，钢水中的一些杂质对钢包内衬耐火材料的侵蚀，加上工作层在使用过程中出现急冷等原因，会使钢包的永久层出现裂缝和损坏等现象，需要进行局部的修补，即对永久层存在裂缝和缺口的部位用包壁修补料进行修补。但是这种修补方法使得永久层上的一些微裂缝不能得到及时的修补，导致钢包在下一个使用周期的过程中，微小裂纹继续扩大，钢水容易穿过工作层，在这些裂缝中形成冷钢，提高钢包的使用危险系数。而且这种局部的修补以后，工作层和永久层黏附在一起，不便于下一次钢包大修时拆包解体。同时，由于没有中间层的保护作用，拆包机枪头容易直接打在永久层上，对永久层造成不同程度的伤害，大大缩短了它的使用寿命，增加了劳动强度。
　　建议调整钢包砌筑维护工艺，在钢包进行工作层更换大修时，对永久层进行整体修补，即用包壁修补料对一些大缝进行局部修补以后，再用火泥对永久层整体涂抹一层厚约2mm的保护层。这样不仅能使裂缝和缺口等部位得到及时修补，而且能使一些微小裂缝得到修补，既能及时有效地阻止微小裂纹继续扩大，又可避免钢水在这些裂缝中形成冷钢，提高钢包的安全系数。而且修补的铝镁火泥层使工作层与永久层在拆包解体时易分离，大大减少拆包机对永久层造成的机械损害。
　　整体浇注壁永久层局部修补法。钢包壁永久层目前普遍采用整体浇注，工作层渣线砖使用一定周期后需要拆除修理，由于渣线砖是使用拆包机或者风镐进行拆除，在拆除过程中的振动易损坏壁永久层的自流浇注料，进而造成壁永久层浇注料开裂或者大面积脱落。一般情况下，如果壁永久层裂缝≤5mm，则用绿火泥进行修补；如果壁永久层裂缝≥5mm，则用钢包壁修补料进行修补。如果在壁永久层大面积脱落的情况下还使用钢包壁修补料修补，那么会由于修补料的密实度不够而存在漏钢风险。
　　技术人员提出用浇注原永久层的浇注料进行修补，但是，这种方法在实际操作时要使用振动棒将自流浇注料振动密实。然而，振动棒的振动可能造成已经砌筑好的新渣线砖移位，从而引起新渣线砖灰浆不饱满或者砖缝超标，同样存在渗入钢水甚至漏钢的事故隐患。因此，如何提高钢包壁永久层的修补质量，同时不影响新渣线砖，成为亟待解决的技术问题。
　　当钢包渣线砖拆除后，永久层浇注料大面积损坏、破损或者脱落，破损永久层低于原设计浇注永久层高度时，采用自流料（主要成分是Al2O3和MgO）对破损的永久层进行灌料修补，提高永久层的修补质量和整体性，延长修补部位的使用寿命。
　　施工步骤如下：自流料施工时外加洁净水，专用搅拌机搅拌，加水量为6.2%~7.0%，边搅拌边加水，加水完毕后再搅拌3分钟。拌好的料，夏季应在20分钟、冬季应在30分钟内用完，不得再加水或放入新料中搅拌使用。搅拌好的料应有一定稠度和流动性。需要进行灌自流料处理时，先砌筑1层~2层渣线砖当作灌自流料的模具，分层灌料时必须低于砖横缝的高度20mm左右，避免与渣线砖横缝同缝，边灌料边使用大铲插实。重复以上步骤，直至钢包永久层灌料至原设计高度。自然养护后，不用单独烘烤永久层修补部位，随钢包渣线砖修理完毕后一起烘烤即可。