组合浇注整体包底减少钢包烘烤时间的探析

摘 要：整体浇注结构钢包，其优点是：无砖缝，整体性好，不易渗钢。但是整体浇注结构钢包的修理周期长，烘烤时间长。同时为防止浇注料在烘烤时开裂甚至爆裂现象发生，因此对低温区和中温区的烘烤时间要求比砖砌钢包的烘烤时间长的多，本文通过采用钢包包底整体浇注与预制块相组合的方法，缩短了钢包的烘烤时间，达到了整体浇注钢包与砖砌钢包相同的烘烤时间，加快了钢包的周转率。

关键词：钢包；浇注；包底；烘烤；组合浇注；预制块

中图分类号：TF769 文献标识码：A

1 概述

上世纪90年代末，宝钢250吨钢包内衬耐火材料施工工艺发生了质的转变，从定型砖的砌筑到不定型耐材整体浇注。但是整体浇注钢包的烘烤时间相比砖砌钢包的烘烤时间要长的多，同时为防止整体浇注料在烘烤当中发生开裂甚至爆裂现象，钢包烘烤的温度必须对应浇注料的特点来进行设定一个升温曲线，使钢包烘烤温度达到800℃～900℃。一般砖砌钢包的烘烤时间为25小时，而整体浇注的钢包烘烤时间要达56小时。为确保钢包安全运行和周转，采用对整体浇注钢包包底施工方式进行改进，减少钢包的烘烤时间。

2 不同类型包底与使用、烘烤分析

宝钢钢包从包底工作层结构来进行分类可以分为两类，即砖砌包底和整体浇注包底。

2.1 砖砌钢包包底是传统的砌筑方法，由于定型砖是经过预先烧结而成，砖中的水分比较少，并且砖的耐压强度和致密度也较高，即使遇到剧烈的高温也不会发生爆裂的现象，抗热震性好，所以钢包烘烤没有特殊的要求，相对说采用含碳材料做成的砖性能比较稳定。但是包底砖中含有碳一方面不易冶炼超低碳钢种，另一方面此种砖不耐冲刷尤其是包底冲击部位更易熔损，以及高合金钢种对其的侵蚀比较严重，并且限制钢包进入LF炉处理（以前也试过无碳包底砖效果均不理想），因此目前绝大多数钢包的包底主要是采用整体浇注的形式。

2.2 整体浇注包底虽然说解决很多砖砌包底的缺陷，特别是包底的整体性好，并且在浇注包底前在再包底的冲击部位安置耐冲击的冲击块，使得钢包的包底进行了优化，况且整体浇注料是无碳材料适用于各种钢种的冶炼。但是在钢包的烘烤方面，受到烘烤装置的限制。烘烤速度过快，会造成钢包包底和包壁受热不均，导致耐火材料在烘烤当中产生开裂甚至爆裂现象。为了避免类似情况发生，我们采用逐步升温的办法，以排除整体浇注料当中的水分和气体，达到钢包干燥预热的效果。目前的整体浇注钢包整个烘烤过程需56小时（见图1）。

3 影响钢包烘烤时间的因素分析

3.1 钢包包底浇注料是由不同颗粒级别的不定型耐火材料组成，施工时加入适当比例的水进行搅拌后放入钢包内，采用振动棒进行振动使其致密，并要求浇注后养护24小时。由于在使用时需加入5%左右的水分，而这些水分一部分在养护时间内自然干燥除去，因此要求浇注料的供应商在加工产品时需要考虑并制定施工时的加水比例，同时也要保持浇注料在使用时有着良好的流动性，干燥后还要保持一定的强度满足钢包的使用。

3.2 钢包的烘烤不仅是排除钢包浇注料中的水分，更重要的是使钢包的内衬达到一定的温度，使其耐火材料结构发生转变，达到烧结的目的。由于耐火材料中含有游离水和结晶水两种不同形式的水分，所以在烘烤时选择合适温度来去除耐火材料的水分。一般情况下，耐火材料中含有的游离水在100℃～200℃之间就可以完全去除，而含有的结晶水则在200℃～500℃之间慢慢的去除。在烘烤过程中，为了保证耐火材料中水能够充分的排除，必须保证各烘烤温度段有足够的时间。由于耐火材料中的游离水分容易排除，所以此温度段的烘烤时间相对较短，而结晶水的排除过程较为复杂，所需的烘烤时间也较长。同时耐火材料的烘烤时间与浇注的厚度有关，浇注的面积越大、厚度越厚，水分排出的时间越长，从而导致钢包的烘烤时间越长。特别是烘烤初期的低温阶段，如果升温过快就会使得耐火材料中的游离水分来不及排除导致浇注料开裂，甚至大面积的爆裂现象发生。

4 组合浇注包底的设想

钢包在实际的使用过程中出现一些矛盾的问题：钢包的周转速度过快与钢包修理时间长，钢包烘烤时间过长与钢包烘烤位紧张等，虽然从理论上讲合理安排钢包的投入使用，尽可能的错开钢包的大修，使钢包的使用次数呈阶梯型，但是在实际使用当中由于经常性的出现钢包的异常情况，例如：钢包的异常送修、钢包铁壳的定期探伤、钢包本体修理等原因使得上述的一些矛盾突出。为此从缩短大修钢包的烘烤时间上作为出发点，缓解上述矛盾问题。

4.1 于是我们开始在有关技术人员指导下，实施钢包包底工作层整体浇料与预制块砖组合浇注的设想——在浇注钢包包底工作层时预先放置部分小的预制块砖。这样可以减少包底整体浇注所需的浇注料的投入量（原浇注一个包底需7吨浇注料，现只需5.5吨左右），同时又可以减少浇注料的浇注面积。由于小预制块的存在，使得包底的浇注料更容易振实，在整体浇注料中起到加强劲的作用。同时小预制块在烘烤中防止贯穿性裂纹的产生，有效的杜绝包底浇注料在烘烤中爆裂现象的发生，提高了整个钢包包底的耐钢水冲刷的强度，减少钢包的烘烤时间。

4.2 这种方法无需作业所需另外的设备，只需在包底浇注前放置好一定数量的小预制块砖，其间距在300mm～350mm左右，而后再进行包底整体浇注（见图2、3）。

5 实施后效果

5.1 这种方法无需添置任何设备，只需在钢包浇注包底工作层时预先放置一些与小预制块砖。经过一段时间的实施，钢包使用情况良好，无发生包底整体浇注料开裂爆裂的现象，并且由于包底的开裂导致包底的渗冷钢现象也大大减少。

5.2 由于小预制块的投入使用，使得包底浇注料的用量减少了20%，钢包的烘烤时间由原来的56小时减少到了25小时，加快了钢包的投入使用时间，缓解了钢包烘烤位置紧张的状态（见图4）。

结语

通过对不同类型钢包的耐火材料烘烤时间进行分析，结合不定型耐火材料在烘烤时不同形式的水分去除时间进行对比，得出了不定型耐火材料施工的厚度、面积与钢包烘烤时间成比例关系，从而提出组合浇注整体包底钢包的可行性。

通过实际应用证明，钢包包底进行组合浇注操作技术稳定可靠，采用此种方法进行包底组合浇注从未发生钢包包底在烘烤中或使用中开裂、爆裂及剥落的现象，有效杜绝了贯穿性裂纹的产生，减少了单一整体浇注方法常有夹层渗钢的现象，提高了包底的安全可靠性，达到了预期的实施效果。

参考文献

[1]王诚训，等.钢包用耐火材料[M].北京：冶金工业出版社，2003-11-1.

[2]程本军，赵启成，陈旺，等.整体浇注钢包烘烤过程中内衬温度场和应力场分析[J].硅酸盐通报，2012（01）.

[3]宋献良，张泉，等.整体浇注钢包实践及使用中的问题[J].连铸，2006（01）.