柳鋼鋼包加蓋的機(jī)械設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

邱杰松

（柳州鋼鐵集團(tuán)公司，廣西 柳州 545002）

引言

在煉鋼生產(chǎn)過程中，鋼水溫度控制至關(guān)重要，鋼水溫度波動會擾亂整個生產(chǎn)節(jié)奏，會給連鑄澆鑄工作帶來一系列的不良影響。在生產(chǎn)周轉(zhuǎn)全過程中對鋼包進(jìn)行加蓋操作，能夠起到較好的減緩鋼包的散熱現(xiàn)象，并且能夠保證生產(chǎn)過程中鋼水的溫度趨于穩(wěn)定，以降低生產(chǎn)過程中的熱損失。除此之外，它還對煉鋼廠的節(jié)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(jī)械設(shè)計(jì)以及工藝生產(chǎn)流程，對于煉鋼生產(chǎn)有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。本文結(jié)合鋼包加蓋的工藝流程，總結(jié)了鋼包加蓋的應(yīng)用效果。

1 鋼包加蓋技術(shù)簡述

在轉(zhuǎn)爐和連鑄工藝中，鋼水會在鋼包內(nèi)停留，隨著爐外精煉的技術(shù)普及，鋼水停留在鋼包的時間逐漸變長，從而導(dǎo)致鋼水在鋼包內(nèi)會發(fā)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(zhuǎn)運(yùn)過程中會與外界環(huán)境進(jìn)行熱交換，同時由于材料本身的比熱容決定，會產(chǎn)生一定的溫度內(nèi)蓄現(xiàn)象，另一方面，鋼水表面會與外界環(huán)境產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)熱平衡達(dá)成時間，是目前許多煉鋼企業(yè)對鋼包加蓋設(shè)計(jì)中考慮的問題。時間縮短的越明顯，煉鋼生產(chǎn)效率就越高。而影響熱平衡達(dá)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(jī)械設(shè)計(jì)與應(yīng)用對于煉鋼生產(chǎn)有著重要的意義，深入研究鋼包加蓋工藝，對于提高煉鋼質(zhì)量、產(chǎn)率是有必要的。

2 鋼包加蓋的機(jī)械設(shè)計(jì)

鋼包加蓋的機(jī)械設(shè)計(jì)主要包括有鋼包蓋的設(shè)計(jì)和鋼包回轉(zhuǎn)臺設(shè)計(jì)、加蓋工藝設(shè)計(jì)三個方面。

2.1 鋼包蓋設(shè)計(jì)

鋼包蓋的設(shè)計(jì)主要包含對鋼結(jié)構(gòu)和耐火材料的敷設(shè)設(shè)計(jì)。鋼包蓋設(shè)計(jì)吊耳很重要，方便吊車取蓋，在蓋的周圍需要有翻轉(zhuǎn)包蓋的穿孔，鋼包蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要考慮到包蓋的機(jī)械膨脹性能和熱膨脹性能。為了進(jìn)一步提高鋼包蓋的保溫性能，柳鋼鋼包內(nèi)側(cè)均有耐火材料的敷設(shè)設(shè)計(jì)，一般采用耐高溫的耐火纖維進(jìn)行包蓋的內(nèi)部敷設(shè)，加強(qiáng)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(zhuǎn)臺設(shè)計(jì)

鋼包回轉(zhuǎn)臺設(shè)計(jì)是鋼包加蓋機(jī)械設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)部分，主要是針對鋼包加蓋過程中的升降、回轉(zhuǎn)等功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了達(dá)成這些功能，一般會利用一些電動設(shè)備來進(jìn)行構(gòu)建。常用的輔助設(shè)備包括電動機(jī)、離合器、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)等。鋼包回轉(zhuǎn)臺是實(shí)現(xiàn)鋼包自動加工的平臺，它能夠完成鋼包周轉(zhuǎn)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(jī)（柳鋼鋼包揭蓋機(jī)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(zhuǎn)式、懸掛移動式等。根據(jù)煉鋼廠的煉鋼工藝布置采取不同的設(shè)備組合。還有一系列的輔助設(shè)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(jī)

2.3 鋼包加蓋工藝設(shè)計(jì)

鋼包加蓋的一般性工藝設(shè)計(jì)為以下幾個步驟：

1）準(zhǔn)備工作。

確保鋼包與爐次之間的準(zhǔn)備服務(wù)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(yù)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(yù)熱準(zhǔn)備。

圖3 柳鋼鋼包蓋存放臺架

鋼包進(jìn)入煉鋼爐前，需要將鋼包內(nèi)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(jīng)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(jìn)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(jī)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(jīng)過運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)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(jié)束后，鋼包回轉(zhuǎn)臺將包蓋帶回，進(jìn)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(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，鋼水的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到指標(biāo)，鋼水的溫度達(dá)到要求，其次采取對鋼包進(jìn)行鈣處理或者微合金處理，進(jìn)一步提高鋼水的潔凈程度。

3 應(yīng)用效果

在煉鋼生產(chǎn)全程中實(shí)現(xiàn)鋼包自動加蓋有效地減少了鋼包周轉(zhuǎn)過程的熱損失，同時保證了鋼包中鋼水的溫度趨于穩(wěn)定，有助于煉鋼生產(chǎn)提高質(zhì)量并且降低生產(chǎn)成本，鋼包全程加蓋后的應(yīng)用效果主要體現(xiàn)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(zhuǎn)爐加蓋出爐鋼溫度較之不加蓋降低了15℃左右，柳鋼轉(zhuǎn)爐加蓋后，出鋼過程中的溫度損失降低4℃，鋼包運(yùn)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(nèi)鋼水的冷卻作用，免除了連鑄過程中對鋼包的預(yù)熱過程，可實(shí)現(xiàn)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(jié)約了經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)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?jiān)?。鋼包自動加蓋降低了對包內(nèi)耐火材料的機(jī)械損傷，因此提高了鋼包的使用壽命。柳鋼實(shí)現(xiàn)鋼包全程加蓋后，轉(zhuǎn)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(chǎn)生率，有效提高了煉鋼效率和質(zhì)量。除此之外，采用鋼包全程自動加蓋可以節(jié)省鋼包服務(wù)區(qū)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(jié)能減排，一定程度降低生產(chǎn)成本，增加收益。鋼包全程加蓋后，轉(zhuǎn)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?fàn)t煤氣升溫模式，則可降低煉鋼廠眼氣排放，起到節(jié)能減排的效益，有助于煉鋼廠的可持續(xù)發(fā)展。除此之外，柳鋼實(shí)現(xiàn)鋼包全程加蓋后，降低噸鋼成本10元左右。同時由于煉鋼質(zhì)量的提升，進(jìn)一步提高了噸鋼實(shí)際收益，能夠有效提高煉鋼廠的經(jīng)濟(jì)利益，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)營目標(biāo)。

如表1所示，柳鋼采用全程鋼包加蓋節(jié)能系統(tǒng)后，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價值體現(xiàn)。

表1 鋼包加蓋產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價值

4 結(jié)語

鋼包全程加蓋對于煉鋼生產(chǎn)中的穩(wěn)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(jié)能減排、降低成本有著重要作用。但隨著信息技術(shù)和電子技術(shù)的深入發(fā)展，相信在不久的將來，鋼包的各項(xiàng)性能將會更加優(yōu)秀，煉鋼生產(chǎn)中的鋼包周轉(zhuǎn)也將更智能化、電子化和自動化。

［1］ 張威，劉曉峰，朱光俊，楊治立.煉鋼廠鋼水溫降研究現(xiàn)狀［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005（4）：34-36.

［2］ 王英哲，馮志太，李開強(qiáng)，江志庚.連鑄鋼包全過程加蓋保溫試驗(yàn)［J］.煉鋼，1994（2）：11-15.

［3］ 袁方明，杜洋，牛博.高溫熔體容器全程自動加蓋裝置［P］.2008-06-25.

［4］ 王德倫，張德珍，馬雅麗.機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計(jì)的狀態(tài)空間方法［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2003，39（3）：22-27.

［5］ 張德珍.串聯(lián)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計(jì)的狀態(tài)空間理論與方法的研究〔D］.大連：大連理工大學(xué)，加02.