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”的重要載體。因此，鐵水包使用壽命和保溫對鋼鐵企業(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4110m?，2座100t轉(zhuǎn)爐、3座10t轉(zhuǎn)爐工藝設備，年產(chǎn)鐵能力達560萬t以上，三鋼鐵路線上及煉鋼廠一煉鋼車間內(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致提前下線維修，給高爐和煉鋼的連續(xù)性生產(chǎn)帶來一定壓力。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年起組織相關技術人員進行鐵水包管理使用的工藝研究活動，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清理，頻繁扒渣、鉤渣等操作，對包口和渣線結(jié)合處耐火磚造成損壞或松動，導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，導致工作層出現(xiàn)豎裂紋;渣鐵會沿永久層磚縫外滲，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，對滲出來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，修砌好的鐵水包沒有按規(guī)范操作進行熱包上線接收鐵水;并且未能匹配好接收鐵水時間，導致冷空包接收高溫鐵水居多，易導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，鐵水對包底落鐵點的沖擊嚴重，加大包底侵蝕快;高爐每個鐵次的最后一個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，高爐護爐或者檢修復產(chǎn)后鐵水含[Si]、[Ti]等元素超過標準值或檢修復產(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行過程中會損失巨大的熱量，所以保溫效果差，導致鐵水溫降大，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

　　鐵水運輸過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?？砧F水包敞口運行，散熱面積成倍增加，包襯溫度急劇下降，熱量損失更加嚴重，當接受鐵水時，有的包襯已經(jīng)發(fā)黑，滯留鐵水凝固。熱量損失導致鐵水上下溫度不均勻。通過統(tǒng)計分析，影響三鋼鐵水包熱損失的因素有以下幾個方面:

　　(1)操作因素：根據(jù)統(tǒng)計，高爐出鐵鐵水裝入量不一致，當鐵水包內(nèi)的鐵水重量少時鐵水溫降高于正常滿包(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，也就是空包和滿包時間的長短，在實際運輸時間的標定中，發(fā)現(xiàn)兩個環(huán)節(jié)耽誤時間較多：一是出鐵后等待鐵包車機車拉出的時間較長;二是鐵水包到煉鋼廠后等待翻包的時間較長，這兩部分時間占整個運輸時間的1/3。

　　采取的措施

　　4.1鐵水包修砌方式改進及措施

　　(1)永久層由原來磚砌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為標準設計，其邊角為直線，永久層上下層修砌時，在砌筑過程中易出現(xiàn)較大的三角縫，鐵水包在使用過程中常有鐵水由該三角縫滲入存在安全隱患。通過優(yōu)化T29粘土磚磚型設計，將平面改為弧形設計，減少鐵水包砌筑過程的三角縫，同時磚縫控制在≤1mm以內(nèi)，提高永久層安全使用性能。

　　▲100t鐵水包改進前后的施工圖紙

　　(2)提高鐵水包的磚襯材質(zhì)，采用微膨脹Al2O3-SiC-C材質(zhì)進行改進，表1為改進后鐵水包主要材料理化性能指標，減少鐵包運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。包壁工作層設計厚度由原先160mm更改120mm。從包底到包壁的磚型砌筑，采用一層厚度150mm的工作層進行修砌實現(xiàn)平滑過渡，以應對高溫鐵水的旋轉(zhuǎn)沖刷。

　　▲表1  改進后鐵水包主要材料理化性級指標表包底沖進區(qū)工作層部位侵蝕最嚴重，采取兩個措施：第一重點提高材質(zhì)，采用砌筑剛玉質(zhì)Al2O3-SiC-C加強磚，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，同時將膨脹系數(shù)大的高鋁質(zhì)火泥更改為高強度的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，減少鐵水對包底前期沖刷侵蝕，提高包底的使用壽命。三鋼通過在鐵水包包襯結(jié)構(gòu)上工藝改進，實現(xiàn)包襯內(nèi)各部位的磚侵蝕均勻平滑，無磚縫、無剝落等問題。經(jīng)現(xiàn)場測量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，實現(xiàn)澆注料和磚頭平滑過渡，加強包口部位耐材的整體性能。另外，將原來焊接的拉釘長度由6mm加長為12mm，便于掛緊澆注料，以增加強度和使用壽命。減輕頻繁鉤渣對包口耐材的損壞，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間12h，改進后砌筑完成后放置24h后進行烘烤，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，小火烘烤時間：室溫10h升溫至200℃，升溫速度：10℃/h，保溫4小時。中火烘烤時間:16h升溫至600℃，升溫速度：25℃/h，保溫4h。大火烘烤時間:16h升溫至1100℃，升溫速度：35℃/h。溫度和烘烤時間達到要求，停止烘烤，即可紅包上線投入使用。針對包襯、包底工作面損傷進行及時的小修作業(yè)，按烘烤曲線進行烘烤(大火烘烤12h)后上線使用。煉鋼操作工要嚴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100t鐵水包的敞口包散熱造成結(jié)渣，三鋼主要通過拋灑高性能覆蓋保溫劑(主要成分炭化稻殼)來對鐵水進行保溫，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真仔細，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。包口的渣鐵會導致這些鐵水在鐵水包運行過程中，反復循環(huán)使用時凝固積累厚，通過加強鐵水包的巡視點檢，發(fā)現(xiàn)包口粘有渣鐵現(xiàn)象及時下線處理。

　　(3)通過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，通過測量包殼溫度和鐵水溫度對比絕熱型鐵水包與非絕熱型鐵水包(無貼)溫降情況?？梢钥闯?，鐵路線上絕熱型鐵水包鐵水包殼溫度較正常包低22.92℃，同時通過測量鐵水包載鐵水時間隔30min后鐵水溫度，對比過程溫降。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)鐵水包隨車加蓋保溫，三鋼積極結(jié)合生產(chǎn)實際情況推進加蓋保溫技術應用，在鐵水包車上安裝車載集成供電和控制單元及電控設備防護鋼板設計，通過車載液壓驅(qū)動裝置，實現(xiàn)保溫蓋及機構(gòu)的開閉操作，如圖2所示。2017年鐵水包隨車加蓋保溫方案在該廠試驗情況，通過現(xiàn)場測量及跟蹤試驗數(shù)據(jù)，初步得出加蓋空包可減少包內(nèi)溫度損失30～50℃，滿包下加蓋鐵水包對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、及鐵皮粉塵飛揚現(xiàn)象，具有良好的環(huán)保效益。

　　▲圖2 鐵水包隨車加蓋設備設計圖

　　(3)加強鐵水包管理，縮短鐵水包運輸時間。該廠生產(chǎn)管控中心統(tǒng)一協(xié)調(diào)下達調(diào)度命令，加快鐵水包周轉(zhuǎn)率，煉鐵廠應盡量縮短出鐵時間，充分利用鐵包的容積，盡量出滿包。統(tǒng)籌煉鋼生產(chǎn)計劃，減少煉鋼廠壓鐵水包時間;加強高爐物料結(jié)構(gòu)配比操作，提供優(yōu)質(zhì)低S鐵水，同時充分利用100噸鐵水包凈空優(yōu)勢，三鋼煉鋼——煉鋼采取鐵水包“一包到底”工藝，實現(xiàn)空包出鐵——鐵路運輸——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，降低過程溫降。2017年一包到底命中率達56.6%，入爐鐵水溫度為1326℃。通過加強鐵水包管理，2015-2017年鐵水包周轉(zhuǎn)達提高至4.3次/日，其中6#高爐鐵水包達5次/日以上。

　　取得的效果

　　5.1通過3年的工藝研究活動的深入開展和摸索，制定并落實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鐵水包使用的關鍵技術指標明顯改善，鐵水包周轉(zhuǎn)效率逐步提高，基本實現(xiàn)了紅包周轉(zhuǎn)，對煉鋼區(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℃，鐵水包個數(shù)減少10個，鐵水包周轉(zhuǎn)次數(shù)提高0.8次。對比2014年，2015-2017年平均技術指標見表2：

　　▲關鍵指標統(tǒng)計

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

　　結(jié) 語

　　鐵水包的使用貫穿于煉鐵高爐、鐵路、煉鋼轉(zhuǎn)爐整個生產(chǎn)過程，鐵水包的運行周轉(zhuǎn)狀況、使用壽命、保溫情況等關鍵指標的好壞，對保障整個冶煉系統(tǒng)生產(chǎn)順行有著極其重要的作用。通過本次工藝研究活動，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，也為今后進一步優(yōu)化鐵水包使用管理積累了寶貴的經(jīng)驗。