某钢厂4#连铸机中间包包盖结构优化及应用

某钢厂4＃连铸机中间包包盖结构优化及应用

摘要：通过对某钢厂4#连铸机中间包包盖实际使用状况与破损形式分析，对包盖钢壳结构及耐材浇注方式进行改进，适当增加耐材厚度，并增设隔热层以降低包盖表面温度，减小包盖变形，大幅度提高了4＃号连铸机中间包包盖使用寿命。关键词：中间包；包盖；寿命；浇注料；密封条；保温板

1、引言：

连铸中间包是钢水包和结晶器之间用于钢水浇注的中转设备，中间包作为钢液冶炼过程中最后一个耐火材料容器，起到存储、分配、净化钢水的作用。中间包包盖是中间包上的一个重要部件,其主要作用有：（1）、在中间包烘烤与浇铸过程中起保温隔热作用，提高中间包烘烤效率与减少钢水散热；（2）、保护钢包滑板机构免受高温钢水的直接热辐射损害；（3）、对现场测温和取样人员起安全防护作用等。由于中间包包盖的工作环境非常恶劣，承受着频繁的温度波动、高温辐射、钢渣的侵蚀、钢结构的变形应力等各种物理和化学破坏，导致包盖内衬浇注料熔损剥落严重，包盖钢壳变形、翘曲严重，制约了中间包包盖寿命的提高。

某钢厂4＃连铸机项目于2006年12月投产，使用的中间包为大型矩形中间包，容量80T，由于中间包尺寸较大，所以中间包包盖皆采用三段组合式包盖，分别为A盖、B盖和C盖（如图1所示）。根据中间包包盖内衬耐材原设计方案，包盖浇注料厚度仅为150mm，在浇钢平台预热后，包盖钢壳表面温度可达250℃，加之中间包本身吨位较大，包盖纵向宽度达到2280mm，使用中变形相当严重。A、C 盖使用寿命仅有70炉左右，B盖由于一个较大浇铸孔的存在，变形更为严重，寿命在30～40炉之间，使得中间包包盖成本居高不下，包盖周转紧张。另外，由于包盖钢壳表面温度高，影响到操作人员上包盖插电缆线座的作业安全。

图1 4＃连铸机中间包包盖结构示意图

2、中间包包盖破损情况调查与分析

2.1、宝钢一炼钢4＃中间包包盖的破损情况

为了全面了解某钢厂4＃连铸机中间包包盖的实际应用状况与破损形式，特对

中间包包盖的实际使用过程进行了现场跟踪与统计分析，发现中间包包盖的主要破损形式有：①.包盖金属边框烧蚀；②.包盖边框弯曲变形；③.包盖内衬耐火浇注料剥落。其中，包盖金属边框烧蚀与包盖边框弯曲是包盖破损的最主要形式，并是伴随出现。包盖内衬耐火浇注料的剥落往往是以边框局部剥落为起点而不断扩展，最终发展为包盖内衬全面积的剥落；包盖内衬耐火浇注料的大面积剥落不仅导致包盖保温性能下降而影响其保温防护作用，同时，浇注料掉入中间包易堵塞中间包上水口，从而导致开浇失败，影响连铸浇钢的正常生产。

2.2、中间包包盖破损机理分析

针对上述中间包包盖的三种破损形式，逐一进行了破损机理分析：

2.2.1、对于金属边框的烧蚀问题，分析认为其破损机理是高温氧化与熔蚀。在中间包包盖的实际使用过程中，由于包盖变形与塞棒、烧嘴口密封不严，致使中间包烘烤与浇铸使用时包盖边沿与密封不严处冒火、串气，燃烧火焰与高温废气直接冲刷包盖金属边框表面，同时，剧烈的钢水高温辐射使包盖工作面温度迅速上升，造成外露的金属边框下表面出现严重的高温氧化，氧化铁皮的剥落与金属和氧化铁皮的高温熔蚀，造成金属边框不断烧蚀。

2.2.2、对于包盖边框的弯曲变形问题，分析认为其破损机理是高温荷重引起的塑性变形。包盖在高温吊卸过程中，由于包盖金属边框高温状态下力学强度较低，吊卸力通过钢丝绳落在包盖的四个角上，包盖的均匀重力载荷通过自身的承重传递到四角钢丝绳上，因而包盖工作面的受力状况为拉力，而背面为受压状况，由于包盖耐火浇注料覆盖层承受拉力能力较低和金属框架高温状态力学性能较低，致使高温吊卸时出现包盖外凸变形，并导致耐火浇注料覆盖层开裂与剥落；此外，由热应力变形理论可知，包盖受热不均匀产生的热应力是包盖变形的主要原因；在中间包烘烤与浇铸时，由于包盖边框、棒塞孔与烧嘴孔密封不严，高温烟气与废气的不均匀冲刷，致使包盖受热不均匀，导致包盖产生热应力变形。

2.2.3、对于中间包包盖耐火浇注料覆盖层的脱落问题，分析认为其破损机理是热震剥落与拉力剥落。由跟踪的情况发现，包盖覆盖层的剥落往往具有突发性，时常发现覆盖层局部甚至大面积剥落现象，因而，这种破损形式具有一定的隐蔽性；分析认为包盖高温吊卸时的外凸变形致使耐火材浇注料覆盖层工作面处于受拉状态，导致覆盖层开裂，从而削弱了覆盖层的整体性以及与包盖金属框架的结合力，在包盖外凸变形的外推理作用下出现覆盖层突发性剥落；同时，覆盖层的剥落降低了其保温性能，造成包盖使用与烘烤时整体温度上升，进一步恶化了包盖金属框架的受热与受力状况，加剧了包盖变形的进程。

3、主要技术措施

为降低4＃连铸机中间包耐材成本，提高包盖寿命，对包盖钢壳结构及耐材浇注方式进行改进，适当增加内衬耐材厚度，并增设隔热层以降低包盖表面温度，减小包盖变形，并在使用时增设保温板和密封条，为4＃连铸机高连浇中间包包盖长寿命提供支撑。

3.1、包盖钢壳结构改进

经过对4＃连铸机浇铸时中间包实际位置的测定，得到可将中间包包盖最高位置提高50mm 。因此，针对包盖使用中，以横向中心线为轴发生凹陷的特点，决定将每块包盖外观形式由原平板形改为以横向中心线为轴的拱形，耐材浇注于拱形的凹面，使耐材具有与钢壳体同样的弧度，在结构上确保其强度。

包盖内衬各部位耐材厚度都得到相应增加，最厚部位达到250mm 。并于包盖钢壳内表面纵、横向焊接筋板及“V ”型锚固件，使附着的耐材打结层不易整体剥落，防止耐材掉落，如图2所示。

图2 新包盖结构尺寸图

3.2、包盖浇注方式改进

在包盖内表面增设纤维隔热层28mm ，再以高铝浇注料浇注（耐材浇注结构如图3所示），有效降低包盖钢壳表面温度，从而减少了包盖变形趋势，保障操作人员站立在包盖上作业的安全性。

3.3、B 盖浇铸孔尺寸改进

原设计，B 盖浇注孔尺寸存在缺陷，加剧了B 盖的变形。对在线更换长水口所需浇铸孔大小进行测量后，对B 盖浇铸孔进行“瘦身”，由原设计的椭圆形，改

进为“跑道”形，最宽处由原来的630mm 缩小至470mm （如图4所示）

，减少了浇图3