柳鋼鋼包加蓋的機械設計及應用研究

邱杰松

（柳州鋼鐵集團公司，廣西 柳州 545002）

引言

在煉鋼生產過程中，鋼水溫度控制至關重要，鋼水溫度波動會擾亂整個生產節奏，會給連鑄澆鑄工作帶來一系列的不良影響。在生產周轉全過程中對鋼包進行加蓋操作，能夠起到較好的減緩鋼包的散熱現象，并且能夠保證生產過程中鋼水的溫度趨于穩定，以降低生產過程中的熱損失。除此之外，它還對煉鋼廠的節能減排、降低成本有重要的作用。因此，深入研究鋼包加蓋的機械設計以及工藝生產流程，對于煉鋼生產有很強的現實指導意義。本文結合鋼包加蓋的工藝流程，總結了鋼包加蓋的應用效果。

1 鋼包加蓋技術簡述

在轉爐和連鑄工藝中，鋼水會在鋼包內停留，隨著爐外精煉的技術普及，鋼水停留在鋼包的時間逐漸變長，從而導致鋼水在鋼包內會發生一系列的溫度波動和熱損失。影響鋼水的因素有兩個方面，一方面是由于鋼包本身材料決定，鋼包本身在鋼水轉運過程中會與外界環境進行熱交換，同時由于材料本身的比熱容決定，會產生一定的溫度內蓄現象，另一方面，鋼水表面會與外界環境產生熱交換，造成一定的熱損失。為了緩解這兩個問題為煉鋼生產帶來的能量損失，一般采用鋼包加蓋的方式解決鋼水表面的熱損失，采用利用新型材料來提升鋼包本身的保溫能力。鋼包加蓋后，鋼水表面的散熱則會被包蓋吸收，并且最終使得包蓋與鋼水表面形成空間上的熱平衡，從而起到一定的保溫作用。

如何縮短鋼包加蓋后空間內熱平衡達成時間，是目前許多煉鋼企業對鋼包加蓋設計中考慮的問題。時間縮短的越明顯，煉鋼生產效率就越高。而影響熱平衡達成時間的主要因素為鋼包加蓋的工藝流程。由此可見，鋼包加蓋的機械設計與應用對于煉鋼生產有著重要的意義，深入研究鋼包加蓋工藝，對于提高煉鋼質量、產率是有必要的。

2 鋼包加蓋的機械設計

鋼包加蓋的機械設計主要包括有鋼包蓋的設計和鋼包回轉臺設計、加蓋工藝設計三個方面。

2.1 鋼包蓋設計

鋼包蓋的設計主要包含對鋼結構和耐火材料的敷設設計。鋼包蓋設計吊耳很重要，方便吊車取蓋，在蓋的周圍需要有翻轉包蓋的穿孔，鋼包蓋結構設計過程中需要考慮到包蓋的機械膨脹性能和熱膨脹性能。為了進一步提高鋼包蓋的保溫性能，柳鋼鋼包內側均有耐火材料的敷設設計，一般采用耐高溫的耐火纖維進行包蓋的內部敷設，加強鋼蓋的接受熱輻射的能力。柳鋼鋼包蓋如下頁圖1所示。

圖1 柳鋼鋼包蓋

2.2 鋼包回轉臺設計

鋼包回轉臺設計是鋼包加蓋機械設計中的重點部分，主要是針對鋼包加蓋過程中的升降、回轉等功能進行設計。為了達成這些功能，一般會利用一些電動設備來進行構建。常用的輔助設備包括電動機、離合器、液壓系統、氣動系統等。鋼包回轉臺是實現鋼包自動加工的平臺，它能夠完成鋼包周轉過程中的加蓋、揭蓋操作，能夠保證這些操作過程中鋼包以及包蓋處于安全位置。

鋼包加蓋裝置包括有加揭蓋機（柳鋼鋼包揭蓋機如圖2所示），型號有插齒式、移動插齒式、液壓升降／伸縮式、回轉式、懸掛移動式等。根據煉鋼廠的煉鋼工藝布置采取不同的設備組合。還有一系列的輔助設備，如包蓋存放臺（如圖3所示）、吊具、工裝、鉸鏈座等。

圖2 柳鋼鋼包揭蓋機

2.3 鋼包加蓋工藝設計

鋼包加蓋的一般性工藝設計為以下幾個步驟：

1）準備工作。

確保鋼包與爐次之間的準備服務后，將鋼包放回鋼包車，鋼蓋一直蓋在鋼包上，這樣可以省略下一爐的鋼包預熱工作，保證鋼包的溫度。但如果下一爐的時間相距幾個小時，則需要考慮鋼包的預熱準備。

圖3 柳鋼鋼包蓋存放臺架

鋼包進入煉鋼爐前，需要將鋼包內的鑄余渣，并且需要清洗水口滑板和完成填砂過程。煉鋼爐出鋼時，鋼包經過出鋼線，利用自動揭蓋裝置完成揭蓋，包蓋則放置在存放臺，鋼包進入煉鋼爐下盛接鋼水。

2）出鋼后加蓋。

出鋼完成后，鋼包加蓋機自動完成對鋼包的加蓋操作，這個過程中無需人為操作。

3）精煉揭蓋、加蓋。

鋼包經過運轉進入LF精煉爐位，此時包蓋被自動揭去，鋼水在精煉爐中完成精煉過程，待這一過程結束后，鋼包回轉臺將包蓋帶回，進行自動加蓋操作。加蓋后，鋼包連蓋一起被吊上連鑄臺。在這一過程中，首先要確保鋼水的精煉達到標準，鋼水的各項指標達到指標，鋼水的溫度達到要求，其次采取對鋼包進行鈣處理或者微合金處理，進一步提高鋼水的潔凈程度。

3 應用效果

在煉鋼生產全程中實現鋼包自動加蓋有效地減少了鋼包周轉過程的熱損失，同時保證了鋼包中鋼水的溫度趨于穩定，有助于煉鋼生產提高質量并且降低生產成本，鋼包全程加蓋后的應用效果主要體現在以下幾個方面：

1）鋼包全程加蓋能夠起到對鋼水的保溫作用；并且能夠降低鋼水出爐溫度。柳鋼轉爐加蓋出爐鋼溫度較之不加蓋降低了15℃左右，柳鋼轉爐加蓋后，出鋼過程中的溫度損失降低4℃，鋼包運輸過程中溫度損失減少15℃左右，全程溫度損失減少19℃左右。鋼包加蓋后起到的保溫作用還有效的減少了包內鋼水的冷卻作用，免除了連鑄過程中對鋼包的預熱過程，可實現低過熱度澆注，有效提高合金收得率，降低鋼包廢鋼率和保溫劑的使用率，節約了經濟成本。

2）鋼包全程加蓋有助于延長鋼包的使用壽命。連鑄澆注完畢后，包蓋懸掛在鉸鏈上，鋼包可實現帶蓋倒渣和回澆余。減少了對鋼包的清理需求，同時翻鑄余更加干凈，降低了殘渣量。鋼包自動加蓋降低了對包內耐火材料的機械損傷，因此提高了鋼包的使用壽命。柳鋼實現鋼包全程加蓋后，轉爐出鋼口壽命提高了5爐以上，鋼包壽命延長至95爐。

3）鋼包全程技改有助于減少LF爐的升溫時間，減少RH、CAS的OB頻率及時間，同時降低了廢鋼的產生率，有效提高了煉鋼效率和質量。除此之外，采用鋼包全程自動加蓋可以節省鋼包服務區的空間，減少人力勞動，降低人力成本。

4）鋼包全程加蓋有助于煉鋼廠的節能減排，一定程度降低生產成本，增加收益。鋼包全程加蓋后，轉爐出鋼溫度升高，降低吹氧升溫的吹氧量，降低了氧氣能源的使用。若采用焦爐煤氣升溫模式，則可降低煉鋼廠眼氣排放，起到節能減排的效益，有助于煉鋼廠的可持續發展。除此之外，柳鋼實現鋼包全程加蓋后，降低噸鋼成本10元左右。同時由于煉鋼質量的提升，進一步提高了噸鋼實際收益，能夠有效提高煉鋼廠的經濟利益，實現企業的經營目標。

如表1所示，柳鋼采用全程鋼包加蓋節能系統后，所產生的經濟價值體現。

表1 鋼包加蓋產生的經濟價值

4 結語

鋼包全程加蓋對于煉鋼生產中的穩定鋼水溫度，降低熱損失是十分有效的，除此之外，它還對煉鋼廠的節能減排、降低成本有著重要作用。但隨著信息技術和電子技術的深入發展，相信在不久的將來，鋼包的各項性能將會更加優秀，煉鋼生產中的鋼包周轉也將更智能化、電子化和自動化。

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