鋼鐵企業(yè)新型包蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用開發(fā)

崔新華

（河北鑫達鋼鐵集團有限公司，河北 唐山 064400）

目前鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)使用過程中為了減少運輸、等待過程中的溫度降低損失，都在推行對于鋼包、中包和鐵水包的加蓋保溫技術(shù)，主要目的是保證鋼液在運送、使用中要求的工藝溫度。包蓋的設(shè)計、使用和維護是值得鋼鐵行業(yè)專業(yè)技術(shù)人員研究的問題。

1 包蓋使用現(xiàn)狀

在鋼鐵企業(yè)中，常規(guī)使用的包蓋采用普通鋼結(jié)構(gòu)，為了降低成本，鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部一般使用普通澆注料進行澆筑。由于鋼包、中包包蓋使用比較頻繁，且冷熱交替比較頻繁，尤其在北方，天氣寒冷，包蓋在運行過程中內(nèi)部耐材會由于冷熱交替產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋，在未達到更換周期（一般約定1～2 a）時，耐材就會出現(xiàn)不同程度的冷收縮裂紋，剝落、坍塌，有的包蓋耐材維護不及時，導(dǎo)致外部的鋼結(jié)構(gòu)氧化、燒壞，在未達到更換周期時，就被迫下線更換，增加了包蓋的使用成本。

現(xiàn)場損壞下線的包蓋如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場損壞的包蓋形貌圖

2 新型包蓋的設(shè)計和制作

針對鋼鐵廠包蓋使用比較頻繁和容易損壞的特點，必須設(shè)計一種新型耐材和鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合的復(fù)合型包蓋，既能夠耐高溫侵蝕和沖刷，又能夠抵抗溫度變化帶來的冷收縮和熱膨脹裂紋。

結(jié)合其他鋼鐵企業(yè)使用的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)包蓋都存在設(shè)計簡單、施工粗糙、易損壞、更換頻繁的特點，對于這樣的包蓋整體成本都沒有給予重視，無形中在總承包或者單獨核算過程中增加了成本。

新型復(fù)合包蓋的設(shè)計和應(yīng)用，可以提高使用效率，降低總體使用成本和維護成本。

2.1 新型包蓋的設(shè)計思路

本新型包蓋的設(shè)計由五種基本材料組合而成，共同復(fù)合使用，基本的鋼結(jié)構(gòu)規(guī)格、尺寸可根據(jù)鋼包、中包形狀隨意制作。鋼結(jié)構(gòu)上部由四種材料復(fù)合組成，層層進行疊加，從鋼結(jié)構(gòu)上開始焊接錨固鉤，粘貼耐火纖維毯，焊接龜甲瓦的固定支架（使用耐熱鋼筋棍進行固定），焊接龜甲瓦。同時根據(jù)需要可以設(shè)計一種水循環(huán)冷卻系統(tǒng)（僅適用于包蓋固定不動的工作狀態(tài)），最后使用特制噴涂料耐材進行整體噴涂。

此種復(fù)合包蓋結(jié)構(gòu)骨架明顯，材料整體性結(jié)構(gòu)強度較好，在頻繁的使用中，包蓋中的耐材不會由于溫降冷收縮產(chǎn)生裂紋，不會重新對耐材進行施工，對于使用過程中稍有破損脫落的，可以隨時使用噴涂搗打料進行施工，從而達到包蓋耐材長壽命使用的要求，減少了耐材浪費和成本的增加。

2.2 新型包蓋的結(jié)構(gòu)組成

新型的特制包蓋屬于一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，由七大部分構(gòu)成，如圖2所示。

圖2 包蓋整體結(jié)構(gòu)組成示意圖

鋼結(jié)構(gòu) 錨固釘 耐火纖維毯 循環(huán)水冷卻系統(tǒng) 龜甲瓦固定支架 龜甲瓦 噴涂料耐材

2.2.1 鋼結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)一般采用8～10 mm厚的普通鋼板制作（也可以使用耐熱鋼1Cr18Ni9Ti制作），結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)用戶現(xiàn)場的現(xiàn)有鋼包和中包尺寸進行設(shè)計和施工，高度為400 mm。

2.2.2 錨固釘

錨固釘一般采用耐熱鋼1Cr18Ni9Ti材質(zhì)，使用2 mm鋼板剪制而成，總長度為80 mm，其中直段長度為50 mm，“Y”型段長度為30 mm，同時使用“V”型錨固鉤，焊接在“Y”型錨固鉤的分叉處，形成一個“X”字型結(jié)構(gòu)，便于更好地固定住澆注料。

2.2.3 耐火纖維毯

耐火纖維毯厚度為80 mm，制作時壓縮至40 mm，采用普通耐火纖維毯即可。

2.2.4 龜甲瓦固定支架

龜甲瓦固定支架一般采用耐熱鋼0Cr18Ni9Ti材質(zhì)，使用8 mm鋼筋棍制作而成，直段長度為350 mm。

2.2.5 龜甲瓦

龜甲瓦采用現(xiàn)成的成品，規(guī)格為2 mm×20 mm×50 mm。

2.2.6 噴涂料耐材

噴涂料耐材采用耐火度為1 650℃的高強噴涂料，Al2O3含量為55%；對于固定不動的鋼包蓋，例如轉(zhuǎn)爐下部的在線烘烤包蓋，俯臥式烘烤包蓋，中包固定式包蓋，對于可以拆卸的包蓋，在檢修期間可以拆下，采用鋼纖維澆注料進行施工。

2.2.7 循環(huán)水冷卻系統(tǒng)

對于固定不動的包蓋，在整體鋼結(jié)構(gòu)中部，安裝一套循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，一方面增加包蓋在吊裝過程中的整體強度，同時由于水循環(huán)冷卻作用，提高了耐材的使用壽命。水管尺寸根據(jù)包蓋大小可以進行設(shè)計。

3 新型包蓋的具體實施過程

對于增加水冷系統(tǒng)的包蓋，首先要設(shè)計和安裝固定好水冷管道；對于不設(shè)計水冷系統(tǒng)的包蓋按照以下步驟進行逐層施工。

（1）焊接鋼結(jié)構(gòu)，高度為400 mm。

（2）焊接錨固釘，確保焊肉飽滿，結(jié)實，錨固釘采用“Y”和“V”型組合結(jié)構(gòu)，即將“V”型底部焊接在“Y”的最凹槽處，形成一個“X”型結(jié)構(gòu)（如圖3所示）。

圖3 新型錨固鉤結(jié)構(gòu)示意圖

（3）焊接龜甲瓦固定支架，確保焊肉飽滿，結(jié)實。龜甲瓦采用普通常規(guī)款即可（如圖4、表1所示）。

表1 常用龜甲瓦規(guī)格

圖4 龜甲瓦形貌圖

（4）安裝耐火纖維毯，確保壓實壓緊，使用細鐵絲綁扎在錨固釘上（如圖5所示），加強壓實壓緊效果。

圖5 耐火纖維毯安裝示意圖

（5）將龜甲瓦焊接在龜甲瓦固定支架上，確保焊肉飽滿結(jié)實，兩者上端面平齊。

（6）使用高壓噴槍將噴涂料耐材噴涂在上述鋼結(jié)構(gòu)空間中，一次性完成噴涂搗打。

對于設(shè)計和安裝循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。在包蓋鋼結(jié)構(gòu)上部按照圖6所示進行循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計和焊接，龜甲瓦和錨固釘穿插在循壞水管道之間，在包蓋外部留好進、出水活動接口。

圖6 循環(huán)水管道安裝示意圖

（7）上述產(chǎn)品在空氣中自然干燥48 h。

（8）使用木柴或煤塊放置在包蓋上面，小火烘烤48 h后即可安裝上線使用。

考慮到安裝循環(huán)水管道的復(fù)雜性和日常維護、適用性，對于固定的包蓋可以采用此類復(fù)合方式，但對于常規(guī)的包蓋，則采用無循環(huán)水結(jié)構(gòu)的包蓋形式，整體組裝完畢后的包蓋（未增加循環(huán)水管道）見圖7、圖8。

圖7 包蓋整體組裝完畢后結(jié)構(gòu)示意圖

圖8 施工完畢后的包蓋形貌圖

4 實施效果

對于此類新型組合式鋼（鐵水）包蓋、中間包蓋，某鋼廠結(jié)合包蓋外部承包廠家，按照包蓋整理的設(shè)計思路進行了改造和新建施工，對于移動式鋼包包蓋，考慮到水系統(tǒng)的連接比較不穩(wěn)定，取消水系統(tǒng)循環(huán)；對于固定式鋼包包蓋及鐵水包包蓋，設(shè)計中考慮連接水系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場條件進行施工和應(yīng)用。

在新型移動式包蓋（水系統(tǒng)設(shè)備不齊全，暫未安裝）投入到鐵水包后，運行數(shù)月，對于使用效果進行了對比：

（1）新型包蓋表面由于使用耐火纖維綿，保溫效果好，鐵包內(nèi)溫度上升較快，較普通澆注料打結(jié)的鐵水包烘烤時間節(jié)約2 h左右，煤氣使用量節(jié)約8%。

（2）新型包蓋由于使用噴涂材料，熱震穩(wěn)定性較好，運行期間無表面耐材脫落和裂紋的狀況，使用壽命明顯提高，預(yù)估使用壽命在5 a左右，較常規(guī)包蓋延長2～3 a。

對于現(xiàn)場自行設(shè)計的包蓋復(fù)合結(jié)構(gòu)，耐材中骨架增多，整體結(jié)構(gòu)強度高于常規(guī)普通包蓋，經(jīng)過幾個月的運行后，對比優(yōu)點如下：

（1）使用龜甲瓦作為耐材的骨架，增強了耐材的整體性，使得耐材不易脫落；

（2）使用循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，增加了包蓋的整體結(jié)構(gòu)強度；

（3）使用噴涂料耐材進行施工，由于使用高壓噴涂，耐材在包蓋中的密實度增加；

（4）在使用過程中，耐材脫落部分可以隨時進行噴涂修補；

（5）對于增加水冷系統(tǒng)的包蓋，更進一步地增加了整體包蓋的強度，水管四周焊接的錨固鉤起到加固澆注料作用；

（6）保溫效果較好，減少了鋼液熱損失。

5 結(jié)語

對于鋼鐵企業(yè)新型復(fù)合包蓋，在使用中能夠保持鋼包、中包內(nèi)的溫度穩(wěn)定，在間歇式使用過程中耐材產(chǎn)生冷收縮裂紋的幾率小，對于使用過程中出現(xiàn)的部分耐材脫落，使用噴涂料或者涂抹料進行施工即可，保護了整體鋼結(jié)構(gòu)不受到高溫損壞，不會重新進行耐材施工，減少了鋼結(jié)構(gòu)檢修的幾率，節(jié)省耐材消耗，值得在同行業(yè)推廣和應(yīng)用。