钢铁企业新型包盖的结构设计和应用开发

崔新华

（河北鑫达钢铁集团有限公司，河北 唐山 064400）

目前钢铁企业在生产使用过程中为了减少运输、等待过程中的温度降低损失，都在推行对于钢包、中包和铁水包的加盖保温技术，主要目的是保证钢液在运送、使用中要求的工艺温度。包盖的设计、使用和维护是值得钢铁行业专业技术人员研究的问题。

1 包盖使用现状

在钢铁企业中，常规使用的包盖采用普通钢结构，为了降低成本，钢结构内部一般使用普通浇注料进行浇筑。由于钢包、中包包盖使用比较频繁，且冷热交替比较频繁，尤其在北方，天气寒冷，包盖在运行过程中内部耐材会由于冷热交替产生热应力裂纹，在未达到更换周期（一般约定1～2 a）时，耐材就会出现不同程度的冷收缩裂纹，剥落、坍塌，有的包盖耐材维护不及时，导致外部的钢结构氧化、烧坏，在未达到更换周期时，就被迫下线更换，增加了包盖的使用成本。

现场损坏下线的包盖如图1所示。

图1 现场损坏的包盖形貌图

2 新型包盖的设计和制作

针对钢铁厂包盖使用比较频繁和容易损坏的特点，必须设计一种新型耐材和钢结构结合的复合型包盖，既能够耐高温侵蚀和冲刷，又能够抵抗温度变化带来的冷收缩和热膨胀裂纹。

结合其他钢铁企业使用的现状，发现包盖都存在设计简单、施工粗糙、易损坏、更换频繁的特点，对于这样的包盖整体成本都没有给予重视，无形中在总承包或者单独核算过程中增加了成本。

新型复合包盖的设计和应用，可以提高使用效率，降低总体使用成本和维护成本。

2.1 新型包盖的设计思路

本新型包盖的设计由五种基本材料组合而成，共同复合使用，基本的钢结构规格、尺寸可根据钢包、中包形状随意制作。钢结构上部由四种材料复合组成，层层进行叠加，从钢结构上开始焊接锚固钩，粘贴耐火纤维毯，焊接龟甲瓦的固定支架（使用耐热钢筋棍进行固定），焊接龟甲瓦。同时根据需要可以设计一种水循环冷却系统（仅适用于包盖固定不动的工作状态），最后使用特制喷涂料耐材进行整体喷涂。

此种复合包盖结构骨架明显，材料整体性结构强度较好，在频繁的使用中，包盖中的耐材不会由于温降冷收缩产生裂纹，不会重新对耐材进行施工，对于使用过程中稍有破损脱落的，可以随时使用喷涂捣打料进行施工，从而达到包盖耐材长寿命使用的要求，减少了耐材浪费和成本的增加。

2.2 新型包盖的结构组成

新型的特制包盖属于一种复合结构，由七大部分构成，如图2所示。

图2 包盖整体结构组成示意图

钢结构 锚固钉 耐火纤维毯 循环水冷却系统 龟甲瓦固定支架 龟甲瓦 喷涂料耐材

2.2.1 钢结构

钢结构一般采用8～10 mm厚的普通钢板制作（也可以使用耐热钢1Cr18Ni9Ti制作），结构尺寸根据用户现场的现有钢包和中包尺寸进行设计和施工，高度为400 mm。

2.2.2 锚固钉

锚固钉一般采用耐热钢1Cr18Ni9Ti材质，使用2 mm钢板剪制而成，总长度为80 mm，其中直段长度为50 mm，“Y”型段长度为30 mm，同时使用“V”型锚固钩，焊接在“Y”型锚固钩的分叉处，形成一个“X”字型结构，便于更好地固定住浇注料。

2.2.3 耐火纤维毯

耐火纤维毯厚度为80 mm，制作时压缩至40 mm，采用普通耐火纤维毯即可。

2.2.4 龟甲瓦固定支架

龟甲瓦固定支架一般采用耐热钢0Cr18Ni9Ti材质，使用8 mm钢筋棍制作而成，直段长度为350 mm。

2.2.5 龟甲瓦

龟甲瓦采用现成的成品，规格为2 mm×20 mm×50 mm。

2.2.6 喷涂料耐材

喷涂料耐材采用耐火度为1 650℃的高强喷涂料，Al2O3含量为55%；对于固定不动的钢包盖，例如转炉下部的在线烘烤包盖，俯卧式烘烤包盖，中包固定式包盖，对于可以拆卸的包盖，在检修期间可以拆下，采用钢纤维浇注料进行施工。

2.2.7 循环水冷却系统

对于固定不动的包盖，在整体钢结构中部，安装一套循环水冷却系统，一方面增加包盖在吊装过程中的整体强度，同时由于水循环冷却作用，提高了耐材的使用寿命。水管尺寸根据包盖大小可以进行设计。

3 新型包盖的具体实施过程

对于增加水冷系统的包盖，首先要设计和安装固定好水冷管道；对于不设计水冷系统的包盖按照以下步骤进行逐层施工。

（1）焊接钢结构，高度为400 mm。

（2）焊接锚固钉，确保焊肉饱满，结实，锚固钉采用“Y”和“V”型组合结构，即将“V”型底部焊接在“Y”的最凹槽处，形成一个“X”型结构（如图3所示）。

图3 新型锚固钩结构示意图

（3）焊接龟甲瓦固定支架，确保焊肉饱满，结实。龟甲瓦采用普通常规款即可（如图4、表1所示）。

表1 常用龟甲瓦规格

图4 龟甲瓦形貌图

（4）安装耐火纤维毯，确保压实压紧，使用细铁丝绑扎在锚固钉上（如图5所示），加强压实压紧效果。

图5 耐火纤维毯安装示意图

（5）将龟甲瓦焊接在龟甲瓦固定支架上，确保焊肉饱满结实，两者上端面平齐。

（6）使用高压喷枪将喷涂料耐材喷涂在上述钢结构空间中，一次性完成喷涂捣打。

对于设计和安装循环水冷却系统。在包盖钢结构上部按照图6所示进行循环水系统的设计和焊接，龟甲瓦和锚固钉穿插在循坏水管道之间，在包盖外部留好进、出水活动接口。

图6 循环水管道安装示意图

（7）上述产品在空气中自然干燥48 h。

（8）使用木柴或煤块放置在包盖上面，小火烘烤48 h后即可安装上线使用。

考虑到安装循环水管道的复杂性和日常维护、适用性，对于固定的包盖可以采用此类复合方式，但对于常规的包盖，则采用无循环水结构的包盖形式，整体组装完毕后的包盖（未增加循环水管道）见图7、图8。

图7 包盖整体组装完毕后结构示意图

图8 施工完毕后的包盖形貌图

4 实施效果

对于此类新型组合式钢（铁水）包盖、中间包盖，某钢厂结合包盖外部承包厂家，按照包盖整理的设计思路进行了改造和新建施工，对于移动式钢包包盖，考虑到水系统的连接比较不稳定，取消水系统循环；对于固定式钢包包盖及铁水包包盖，设计中考虑连接水系统，根据现场条件进行施工和应用。

在新型移动式包盖（水系统设备不齐全，暂未安装）投入到铁水包后，运行数月，对于使用效果进行了对比：

（1）新型包盖表面由于使用耐火纤维绵，保温效果好，铁包内温度上升较快，较普通浇注料打结的铁水包烘烤时间节约2 h左右，煤气使用量节约8%。

（2）新型包盖由于使用喷涂材料，热震稳定性较好，运行期间无表面耐材脱落和裂纹的状况，使用寿命明显提高，预估使用寿命在5 a左右，较常规包盖延长2～3 a。

对于现场自行设计的包盖复合结构，耐材中骨架增多，整体结构强度高于常规普通包盖，经过几个月的运行后，对比优点如下：

（1）使用龟甲瓦作为耐材的骨架，增强了耐材的整体性，使得耐材不易脱落；

（2）使用循环水冷却系统，增加了包盖的整体结构强度；

（3）使用喷涂料耐材进行施工，由于使用高压喷涂，耐材在包盖中的密实度增加；

（4）在使用过程中，耐材脱落部分可以随时进行喷涂修补；

（5）对于增加水冷系统的包盖，更进一步地增加了整体包盖的强度，水管四周焊接的锚固钩起到加固浇注料作用；

（6）保温效果较好，减少了钢液热损失。

5 结语

对于钢铁企业新型复合包盖，在使用中能够保持钢包、中包内的温度稳定，在间歇式使用过程中耐材产生冷收缩裂纹的几率小，对于使用过程中出现的部分耐材脱落，使用喷涂料或者涂抹料进行施工即可，保护了整体钢结构不受到高温损坏，不会重新进行耐材施工，减少了钢结构检修的几率，节省耐材消耗，值得在同行业推广和应用。