一种可循环使用的钢包沿金属陶瓷预制块

​董战春  刘根胜  邓乐锐  章荣会

（北京联合荣大工程材料股份有限公司，北京 怀柔，101400）

摘  要：本文介绍了一种可循环使用的钢包沿金属陶瓷预制块材料指标性能，研究预制块的安装、烘烤、局部更换维护技术，总结了预制块的工业应用效果。实践表明：钢包沿金属陶瓷预制块具有气孔率低、表面不易挂渣、强度高、耐磨、耐剥落等优点，并且安装简便，无论在钢包小修、中修还是大修时均无需拆卸，在钢包沿局部出现损毁时，可进行预制块部份更换，如此往复，可保证周转的连续性，真正实现了钢包沿的整体循环。

关键词：钢包沿；可循环；金属陶瓷；预制块；快速烘烤；使用寿命高

1 前言

工业炉在连续使用过程中耐火材料常常发生损毁，特别是某些特定的部位，如钢包的包沿。钢包包沿是为了保护钢包内衬耐材并压紧渣线砖，防止渣线砖的脱落。

传统钢包沿的封闭多采用包沿砖、浇注料和弧形板复合的方式，这种方式存在很多缺陷：首先，浇注料气孔率较大、强度低，使用过程中粘渣严重，且渣易渗透进气孔内，导致浇注料提前解体；其次，此方式封闭的包沿，在更换渣线砖时必须拆除，无法连续使用；再次，浇注料施工完成后需要严格按小、中、大火进行烘烤，大大增加了能源的消耗并降低了钢包的周转率；另外，在粘渣后清渣时，极易将浇注料和包沿砖钩掉，致使钢包被迫提前下线维修。以上缺陷既影响了钢包的周转节奏，又增加了钢包车间的维修成本，而且，钢包沿的反复维修对钢包内衬砖也造成了一定的损伤。

2 研制

2.1原料的选取

金属陶瓷预制件是一种半陶瓷、半金属的复合型结构耐火材料，该材料选择采用刚玉质、刚玉－莫来石质等耐火原料为基体，并与金属耐热不锈钢纤维按一定比例配制，再加入氧化铝微粉、硅微粉以及铝酸盐水泥或磷酸二氢铝等结合剂、减水剂等按一定比例混配均匀。

2.2预制块的制作

钢包沿金属陶瓷预制块制作时须将预混配均匀的散料进行充分加水搅拌，并注入特制的模具中，以制备出所需求形状的耐火预制件产品。成型后的预制件经过脱模、养护、高温烘烤、表面处理等一系列处理工序，最终得到外观整齐、内部性能均一的耐火材料预制块。

2.3预制块的特性

钢包沿金属陶瓷预制件兼具了传统耐火材料的耐火度与金属的强度，该工艺的技术特性是高含量的不锈钢纤维（加入量占比大约15－35%，远高于常规钢纤维增强耐火浇注料中钢纤维的含量，一般钢纤维增强耐火浇注料中钢纤维含量按重量比不会高于5%，按体积比不会高于2%）的引入以改善非金属材料的特性缺陷，得到一种能平衡金属和非金属特性的新型复合材料，同时使耐火材料的非金属脆性及低导热性得以大幅度改善。预制件材料主要理化性能指标参数见表1。

表1 预制件主要理化性能指标

实验室试验对比了钢包沿金属陶瓷预制件、普通浇注料预制件和钢纤维增强浇注料预制件在1550℃煅烧后的各项强度性能指标，具体情况如图1所示。

3 应用

3.1安装工艺

3.1.1原包沿工艺情况

广东某炼钢厂130t钢包，现场钢包包沿工艺均采用包沿砖砌筑，表面用浇注料压面，如图2所示。整个包口只有一层浇注料锁压，在钢包正常周转过程中，经过反复的急冷急热和熔渣的侵蚀，再加上钩渣的冲击，整个包沿的寿命很低，经常出现钢包不够用或坏包上线强制使用的现象，存在安全隐患的同时也给生产带来较大的压力

3.1.2包沿预制块工艺设计方案

针对现场钢包的具体情况，包沿预制块设计方案采用侧面螺栓固定、小块平砌的方式对钢包口进行保护，且能压住钢包砖。包沿预制块按整个圆周分成35小块，便于现场搬运和安装，且在钢包变形不规则的状况下能够便于切割，保证安装时顺利收口和衔接；同时预制块与钢包砖之间预留有20mm的缝隙，并用捣打料进行填充处理，具体砌筑工艺设计情况如图3所示。

此方案要求预制块必须在大修包上安装使用，按现场方案砌筑镁碳砖至最后一层，并留出正常包沿砖不砌筑，预制块安装前需将钢包包口部位处理干净，然后进行逐块安装。安装完成后整体包沿金属陶瓷预制块情况如图4所示。

3.2烘烤制度

包沿金属陶瓷预制件在整体安装完成后，因含水量极少（出厂前已进行烘烤处理），整体性好，因此无需特殊烘烤要求，按大修包后包衬材料烘烤制度顺带一起烘烤即可。与炼钢厂原现场包沿工艺相比，减少了原工艺浇注料施工完成后需严格按小、中、大火进行烘烤的要求，大大降低了能源的消耗、节约了时间并提高了钢包的周转率。

3.3 维护操作

钢包在周转使用过程中，特别是在使用的后期，包沿部位材料因局部熔损、热修清渣操作等因素影响，极易造成局部损坏或脱落，为保证钢包的安全周转使用，现场需在修理期间，对问题部位的材料进行清理并进行补浇，致使钢包提前下线维修。而钢包沿金属陶瓷预制块则不同，该预制块是由多块分别安装（通过耐热不锈钢螺杆连接锚固在钢包壳上）并组合成包沿整体，在局部出现单块或多块损毁时，可进行一对一的有针对性的更换，无论在钢包小修、中修还是大修时均无需拆卸。预制块提前制作并存放于现场，施工简便且无需再次烘烤，随换随用，如此往复维护操作，可有效保证钢包周转的连续性，真正实现钢包沿的整体循环。

3.4 应用效果

钢包沿金属陶瓷预制块在广东某炼钢厂130t钢包53#包上进行了工业应用，现场整套全新安装共使用金属陶瓷预制块35块（实际发货数量共42块），其余做备用块。

应用过程概述：53#钢包于2016年11月15日开始上线使用，第一个包役共使用106次，第二个包役共使用124次，第三个包役使用71次后约有1/3脱落，共使用301次，使用时间超过四个月，且剩余部分还可继续使用，详细过程如下。

3.4.1第一个包役

从2016年11月15日新包开始使用，至2016年11月21日使用46次后，下线更换透气砖；至2016年12月5日使用70次后，下线换包底、渣线砖；至2016年12月15日使用106次后，下线大修，第一个包役结束，下线后观察预制块无任何异常现象，可继续使用。图5为第一个包役下线时的包沿预制块使用情况。

3.4.2第二个包役

从2016年12月21日开始使用，至2017年1月3日已使用47次，下线更换透气砖；至2017年1月19日已使用80次，下线换渣线砖，下线后观察发现预制块倾渣侧有局部变薄现象，考虑到较薄的地方与渣线砖接触较少存在安全隐患，因此采用现场备用块对较薄区域进行了局部更换，更换前后情况如图6所示。

预制块局部更换后继续上线使用至2017年2月21日，已使用124次，下线大修，至此第二个包役结束，下线后观察预制块无明显异常现象，可继续使用。至此预制块已合计使用230次。

3.4.3第三个包役

从2017年2月28日开始使用，至2017年3月20日已使用71次，下线中修换渣线砖，下线后在清理过程中倾渣侧有约1/3的预制块脱落，为锚固结构脱落导致，与预制块材料无关。至此预制块已合计使用301次，且剩余的2/3还在继续使用中，如有备用块进行现场局部更换，基本可以实现循环使用。

对下线的预制块材料进行拆解后发现，预制件不锈钢纤维加入量合理，预制件在向内部方向遇渣较多的部位，因材料强度高，耐渣侵蚀明显好于普通预制件，且在预制件使用后期，表层部分材料出现小额剥落后，由于钢纤维与耐火材料包裹紧密，未出现整体分层和产生剥落现象，且纤维在料中的排布分层均匀有序，有效的增加了材料的抗氧化能力。具体情况如图7所示。

3.4.4成本效益对比

从工业应用结果来看，钢包沿金属陶瓷预制块能够解决钢包包沿部位传统耐火材料不耐磨损、不耐渣侵蚀、不耐机械冲刷、易变形开裂等问题。以广东某厂130t钢包使用三个包役为例，分析两种工艺的成本效益如表2所示。

表2  两种包沿工艺成本对比

由上表可知，使用包沿金属陶瓷预制块后，不仅能够缩短钢包下线维修作业时间，提高了钢包的周转节奏，而且节约了吨钢耐材消耗成本，在钢包耐材降本增效方面均显示出一定的优势。

4 结语

通过试验和工艺设计，研制开发了性能良好的钢包沿金属陶瓷预制块。

工业应用发现，预制块安装及更换简便易操作，且具有热震性能好、高强度、高耐磨、耐侵蚀等优点，有效减轻了钢包砖的氧化和剥落等损伤；同时，由于钢包沿预制块在使用过程中对渣有一定的抵制作用，使用初期有一定的防粘渣能力，较易清除包口结渣，因此清渣过程中不会损坏包口；如现场能够预存有充足的备用块用于局部更换，即可实现循环长期运转。