提高冶炼钢包使用效率的方法及其高寿命低材耗冶炼钢包

摘要

本发明公开了一种提高冶炼钢包使用效率的方法及其高寿命低材耗冶炼钢包。该方法是将钢包的工作层制成内外两层：内层是消耗型工作层，外层是循环型工作层；在钢包使用过程中，当消耗型工作层损耗至残厚值为0～20mm时结束此包役，清除残余的消耗型工作层，再砌筑新的消耗型工作层继续使用；如此重复操作，直至循环型工作层达到设计寿命，再浇注新的循环型工作层。实现上述方法的高寿命低材耗冶炼钢包中，其设计要点在于设置有浇注结构的循环型工作层和砌筑结构的消耗型工作层。本发明在保证钢包运行安全及隔热保温性能的同时，大幅降低了冶炼每吨钢水耐火材料消耗量以及钢包消耗型工作层残砖废弃量，减少了运行成本。

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁或其他有色金属冶炼生产中的钢包，具体地指一 种提高冶炼钢包使用效率的方法及其高寿命低材耗冶炼钢包。

背景技术

目前，钢包内衬用耐火结构主要分为两层，即永久层和工作层， 永久层通常不与钢水直接接触，厚度约为80～150mm，其主要作用是 隔热保温，防止钢包温度下降过快；此外，特殊情况下工作层因意外 损毁将造成永久层直接与钢水接触，所以在正常冶炼工况下，还要求 永久层能承受1～2炉次钢水的侵蚀与冲刷；工作层与钢水直接接触， 厚度约为150～240mm。为实现钢包冶炼的功能，需要工作层具有良好 的抵抗钢水与钢渣的侵蚀与冲刷性能。

通常情况下，工作层主要采用浇注料或砖制品的方式布置，两种 方式分别具有以下特点：

（1）工作层采用浇注料方式时：①浇注料需要长时间烘烤；②需 要较大的烘烤场地及设施；③需要消耗大量煤气等资源；综合上述因 素，国内钢厂只有极少数大中型钢包工作层采用浇注料方式。

（2）工作层采用砖制品方式时：①砌筑施工方便；②烘烤时间较 短；③煤气等资源消耗量低；④砖制品质量稳定。因此，目前国内钢 厂80%以上大中型钢包工作层采用砖制品砌筑方式。

在工作层采用砖制品砌筑的情况下，虽然永久层可抵抗钢水冲刷 1～2炉次，但在特殊情况下，如LF、RH等炉外精炼过程中，由于冶 炼温度较高、冲刷和侵蚀更为严重等恶劣使用条件出现时，工作层消 耗过快，永久层的安全性得不到保障；因此在工作层消耗到一定程度 时钢包就要停止使用，更换工作层，以保障永久层及钢包的使用安全。 目前，工作层剩余残砖厚度在50～70mm时钢包结束使用，即为一个 包役。工作层残砖在每个包役结束钢包大修时均以废旧耐火材料形式 丢弃。据统计，我国每年丢弃的钢包工作层残砖高达百万吨以上，造 成极大的资源浪费。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术存在的缺陷，提供一种提高冶 炼钢包使用效率的方法及其高寿命低材耗冶炼钢包，其可在保证隔热 保温效果的同时，有效减少钢包工作层残砖废弃量。

为实现上述目的，本发明所设计的提高冶炼钢包使用效率的方 法，其特殊之处在于：该方法是将钢包的工作层制成内外两层：内层 是砌筑而成的直接与钢水和钢渣接触的消耗型工作层，外层是浇注而 成的与永久层相连或直接与钢包壳体相连的循环型工作层；在钢包使 用过程中，当消耗型工作层损耗至残厚值为0～20mm时为一个包役， 结束包役后清除残余的消耗型工作层，再砌筑新的消耗型工作层继续 使用；如此重复操作，直至循环型工作层达到设计寿命时，再浇注新 的循环型工作层。

进一步地，若一个包役结束后，循环型工作层被部分侵蚀，则先 清理和修复循环型工作层，再砌筑新的消耗型工作层；所述循环型工 作层的设计寿命至少为十个包役。

为实现上述方法而设计的一种高寿命低材耗冶炼钢包，包括钢包 壳体，所述钢包壳体内壁砌筑或浇注有永久层，其特殊之处在于：所 述永久层内壁浇注有循环型工作层，所述循环型工作层内壁砌筑有消 耗型工作层。

优选地，所述永久层采用体积密度≥0.3g/cm³、常温耐压强度≥ 2.0MPa、耐火温度≥1100℃的轻质耐火材料砌筑或浇注成型，所述永 久层的厚度≤150mm。由于设计有牢靠浇注结构的循环型工作层，所 以，永久层可选用足够低导热率的材料，只须保证其保温性能，而无 须具备直接承受钢水和钢渣侵蚀与冲刷的能力。所述永久层的最佳厚 度可以减薄至20～80mm。这样，既可以保证其隔热保温效果，保证钢 包壳体的使用安全，又可以节省永久层材料消耗。

优选地，所述循环型工作层采用体积密度≥2.5g/cm³、耐火温度 ≥1600℃的耐火浇注料浇注成型，所述循环型工作层的厚度为 20～250mm。这样，可使循环型工作层的整体性能良好，无砖缝，不 脱落，从而既保证循环型工作层的结构强度，又可以保证其抗钢水、 钢渣侵蚀与冲刷和隔热保温良好的效果。

优选地，所述消耗型工作层采用体积密度≥2.8g/cm³、耐火温度 ≥1600℃的耐火砖砌筑成型，所述消耗型工作层的厚度为80～250mm。 这样，既可以保证其具有良好的抵抗钢水冲刷与钢渣侵蚀的性能，又 便于残余消耗型工作层的清理和更换。

为实现上述方法而设计的另一种高寿命低材耗冶炼钢包，包括钢 包壳体，其特殊之处在于：所述钢包壳体内壁浇注有循环型工作层， 所述循环型工作层内壁砌筑有消耗型工作层。

优选地，所述循环型工作层采用体积密度≥2.6g/cm³、耐火温度 ≥1600℃的耐火浇注料浇注成型，所述循环型工作层的厚度为 100～250mm。由于省却了永久层，适当加大循环型工作层的厚度，既 可以保证循环型工作层结构强度，又可以保证其隔热隔温效果。

优选地，所述消耗型工作层采用体积密度≥2.8g/cm³、耐火温度 ≥1600℃的耐火砖砌筑成型，所述消耗型工作层的厚度为80～250mm。 这样，既可以保证其具有良好的抵抗钢水冲刷与钢渣侵蚀的性能，又 便于残余消耗型工作层的清理和更换。

本发明的优点在于：所设计的消耗型工作层采用砖砌筑结构，可 在每个包役结束时基本消耗掉，减少耐火材料的浪费；所设计的循环 型工作层既是工作层又是安全层，可保证永久层及钢包壳体的运行安 全可靠；所设计永久层可在确保钢包保温性能、防止钢包温度下降过 快的前提下进一步减薄，甚至取消。因此，本发明在保证钢包各项隔 热保温性能的同时，大幅降低了冶炼每吨钢水所需耐火材料的消耗 量，使得钢包消耗型工作层的残砖废弃量大幅减少，各层材质得以充 分利用，有效延长了钢包的使用寿命，降低了钢包运行成本，提高了 钢包的使用效率。

附图说明

图1为一种高寿命低材耗冶炼钢包的结构示意图。

图2为图1中A部的局部放大结构示意图。

图3为另一种高寿命低材耗冶炼钢包的结构示意图。

图4为图3中B部的局部放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1～2所示的一种高寿命低材耗冶炼钢包，包括钢包壳体1， 钢包壳体1内侧砌筑有永久层2，永久层2内壁浇注有循环型工作层 3，循环型工作层3内壁砌筑有消耗型工作层4。具体地，永久层2采 用体积密度为0.5±0.2g/cm³、常温耐压强度≥2.0MPa、耐火温度 ≥1100℃的轻质耐火材料砖砌筑成型，永久层2的厚度为65mm。循 环型工作层3采用体积密度为2.7±0.2g/cm³、耐火温度≥1600℃的刚 玉耐火浇注料浇注成型，循环型工作层3的厚度为100mm。消耗型工 作层4采用体积密度为3.0±0.2g/cm³、耐火温度≥1600℃的高温耐火 砖砌筑成型，消耗型工作层4的厚度为150mm。

其施工过程为：首先在钢包壳体1内壁砌筑永久层2，然后在永 久层2内壁整体浇注循环型工作层3，经过成型、养生及干燥后，最 后在循环型工作层3内壁砌筑消耗型工作层4。

钢包使用时，消耗型工作层4与钢水直接接触，使用过程中消耗 型工作层4在钢水的高温侵蚀冲刷下逐渐减少，当其消耗至残厚值为 0～20mm时，即为一个包役。钢包停止使用，下线维护，重新砌筑新 的消耗型工作层4，实现该层的充分利用。此时若循环型工作层3被 部分侵蚀，可先对其进行清理和修复，再在其外层砌筑新的消耗型工 作层4。如此重复操作，直至循环型工作层3达到设计寿命时，再浇 注新的循环型工作层3。本实施例中循环型工作层3的设计寿命至少 为十个包役。特殊情况下，循环型工作层3在消耗型工作层4消耗完 后，可直接充当消耗型工作层4使用。

实施例2：

实施例2的总体结构和使用方法与实施例1基本相同，只是实施 例2中永久层2采用体积密度为1.5±0.2g/cm³、常温耐压强度≥ 8.0MPa、耐火温度≥1100℃的轻质耐火材料砖砌筑成型，永久层2的 厚度为60mm。循环型工作层3采用体积密度为2.9±0.2g/cm³、耐火 温度≥1600℃的刚玉耐火浇注料浇注成型，循环型工作层3的厚度为 120mm。消耗型工作层4采用体积密度为3.1±0.2g/cm³、耐火温度≥ 1600℃的高温耐火砖砌筑成型，消耗型工作层4的厚度为140mm。

实施例3：

实施例3的总体结构和使用方法也与实施例1基本相同，只是实 施例3中永久层2采用体积密度为1.8±0.2g/cm³、常温耐压强度≥ 10.0MPa、耐火温度≥1100℃的轻质耐火材料砖砌筑成型，永久层2 的厚度为100mm。循环型工作层3采用体积密度为3.1±0.2g/cm³、耐 火温度≥1600℃的刚玉耐火浇注料浇注成型，循环型工作层3的厚度 为20mm。消耗型工作层4采用体积密度为3.1±0.2g/cm³、耐火温度 ≥1600℃的高温耐火砖砌筑成型，消耗型工作层4的厚度为200mm。

实施例4：

如图3～4所示的另一种高寿命低材耗冶炼钢包，包括钢包壳体1， 钢包壳体1内壁浇注有循环型工作层3，循环型工作层3内壁砌筑有 消耗型工作层4。该钢包无永久层2。具体地，循环型工作层3采用 体积密度为2.9±0.2g/cm³、耐火温度≥1600℃的刚玉耐火浇注料浇注 成型，循环型工作层3的厚度为250mm。消耗型工作层4采用体积密 度为3.2±0.2g/cm³、耐火温度≥1600℃的高温耐火砖砌筑成型，消耗 型工作层4的厚度为80mm。

其施工过程为：首先在钢包壳体1内壁整体浇注循环型工作层3， 经过成型、养生及干燥后，再在循环型工作层3内壁砌筑消耗型工作 层4。

实施4的钢包使用方法与实施例1～3也基本相同，于此不多赘述。

本发明已在国内某大型钢厂进行现场钢包改造试验，使用情况表 明：钢包改造前，其永久层平均使用寿命为500炉次左右，工作层平 均使用寿命100炉次左右，每吨钢水耐火材料消耗量约为4.5公斤， 工作层残砖共废弃13吨。采用本发明的高寿命低材耗冶炼钢包后， 其永久层2平均使用寿命达到1000炉次以上，循环型工作层3平均 使用寿命达到1000炉次以上，消耗型工作层4平均寿命达到135炉 次以上，每吨钢水耐火材料消耗量降为2.3公斤，消耗型工作层4残 砖废弃量降为3吨。由此可见，本发明在保证钢包各项隔热保温性能 的同时，大幅降低了冶炼每吨钢水耐火材料消耗量以及钢包消耗型工 作层残砖废弃量，有效降低了运行成本。