CN102430749B - 椭圆形钢包及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种椭圆形钢包及其制作方法，由圆形钢包改造成，由左侧、中间、右侧三部分构成；左侧、右侧分别是圆形钢包从中间一分为二后的左半和右半部分；中间部分是设在左侧部分和右侧部分间的直线段部分，中间部分与左半、右半部分一样，均包括：作为工作层的砌体、作为非工作层的永久层，在砌体与永久层间填充有镁砂，在永久层外部设有钢结构外壳，中间部分的砌体由中间段包底与中间段包壁构成，砌体由钢包砖砌制而成，所述中间段包底与所述中间段包壁之间连接处的内壁弧度与左、右侧部分各自的包底和包壁之间的内壁弧度相同，中间段包壁从包底到包壁上沿之间的内壁坡度变化与左侧、右侧部分各自的包底和包壁之间的内壁坡度相同。

Description

椭圆形钢包及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种钢包及其制备方法，特别涉及一种由圆形钢包改造的椭圆形钢包及其制作方法。

背景技术

精炼钢包是VD炉的一种重要附属件，目前最常用的精炼钢包都是倒圆台形(上圆大下圆小)，在包壁上设有吊耳供天车起吊用，倒圆台形精炼钢包受VD炉内部圆形空间的限制，使得精炼钢包盛装钢液的有效空间小，为了多盛钢液，只好减少钢包的自由空间(从钢液面至钢包口的距离称为钢包的自由空间)，但是该自由空间减少后，在包底吹氧去除夹杂时钢液极易溅出钢包，既不安全，也影响精炼效果。

对非真空处理用的钢包，自由空间高度可小一些，一般400～500mm就够了；而经真空处理的钢包自由空间必须达到600～900mm，甚至更大，只有这样才能满足精炼要求。而由于炼钢厂一般受设备限制、钢包尺寸等方面综合制约，无法通过对钢包加高、直径变大来加大自由空间，要加大自由空间必需减低每一钢包处理钢液的总量，从而导致生产效率降低。

另外，为提高市场竞争力，一些钢厂要进行产品结构调整，需要把原生产普通碳素结构钢、合金结构钢调整成生产石油用钢、高压锅炉用钢、轴承钢、弹簧钢、高精度液压用钢等，并能使其在成分、性能、内部质量、钢水纯净度等能满足用户要求。但现有圆形钢包在钢包自由空间方面也不能满足生产要求，为了既能满足钢包调整精炼钢种的需要，又能满足调整后的精炼钢种对自由空间的要求，还不降低每一钢包的处理能量，所以采用了把圆形钢包改为椭圆形钢包的设计方案。

通过考察，国内只少数炼钢厂使用椭圆形钢包(例如辽宁凯瑞特钢有限公司的实用新型专利CN201190170Y)，但据说都是使用效果一般，而且不是由圆形钢包改造而成。

发明内容

为了解决炼钢厂调整产品结构而又不能不计成本大规模更换设备的要求，本申请的发明人提出了一种改进式椭圆形钢包及其制备方法，解决现有技术中受设备限制而无法对钢包加高、直径变大来扩大钢包自由空间等技术缺陷，同时又确保改造成的钢包不漏液，质量稳定。

本发明提供一种椭圆形钢包，其由圆形钢包改造而成，该椭圆形钢包由三部分构成，分别是左侧部分、中间部分、右侧部分；所述左侧部分就是所述圆形钢包从中间一分为二后的左半部分；所述右侧部分就是所述圆形钢包从中间一分为二后的右半部分；所述中间部分是设置在所述左侧部分和所述右侧部分之间的直线段部分，所述中间部分与所述左半部分和右半部分一样，均包括：作为工作层的、与钢水接触的砌体；和作为非工作层的、与钢结构外壳接触的永久层，在所述砌体与所述永久层之间填充有镁砂，所述永久层由浇注料构成，在所述永久层的外部设置有钢结构外壳，所述中间部分的砌体由中间段包底与中间段包壁两部分构成，砌体由钢包砖砌制而成，所述中间段包底与所述中间段包壁之间连接处的内壁弧度为第一弧度，所述左侧部分的包底和包壁之间的内壁弧度为第二弧度，所述右侧部分的包底和包壁之间的内壁弧度为第三弧度，所述第一弧度、所述第二弧度、所述第三弧度相同，所述中间段包壁从包底到包壁上沿之间的内壁坡度变化为第一坡度，所述左侧部分的包底和包壁之间的内壁坡度为第二坡度，所述右侧部分的包底和包壁之间的内壁坡度为第三坡度，所述第一坡度、所述第二坡度、所述第三坡度相同。

在上述椭圆形钢包中，优选：所述圆形钢包为上口大下口小的圆形钢包，砌制砌体的钢包砖包括：第一类钢包砖、第二类钢包砖，所述中间段包底和中间段包壁铺设有第一类钢包砖，所述第一类钢包砖为方砖，在所述中间段包底与所述中间段包壁之间的连接处采用第二类钢包砖来砌制，所述第二类钢包砖为如梯形状砖，所述如梯形状短边在内弧，长边在外弧，在所述圆形钢包的包底铺设有出钢砖和吹氩透气砖。

在上述椭圆形钢包中，优选：所述钢包砖之间的间隙控制在2mm以内，所述间隙用镁砂填实。

在上述椭圆形钢包中，优选：砌制所述中间部分的砌体时所用的所述第一、二类钢包砖中所有的钢包砖之间的缝隙不超过2mm，并采用火泥填充此间隙使砖与砖之间加以连接；所述火泥是由镁铬质尖晶石与纯净水混合得到。

在上述椭圆形钢包中，优选：所述火泥的颗粒度在1.5mm以下；所述镁铬质尖晶石的成分为成分MgO：30wt％、Cr₂O₃：60wt％，其它10wt％。

在上述椭圆形钢包中，优选：所述砌体与所述永久层之间填充有镁砂的间隙厚度在25～30mm之间，在所述砌体中，上下层之间的钢包砖的砖缝连成的线为折线而非直线。

本发明的另一侧面提供一种椭圆形钢包的制作方法，所述椭圆形钢包是上述椭圆形钢包，其特征在于，该制作方法包括：圆形钢包分切工序：将圆形钢包分中切开为左半部分和右半部分，将左半部分和右半部分直线拉开规定距离，将位于所述左半部分和所述右半部分中间的这一段规定距离处的空间称为中间部分；采用与所述圆形钢包相同的方式制作中间部分的钢结构外壳、与所述钢结构外壳接触的、由浇注料构成的作为非工作层的永久层，然后在所述非工作层的内部砌制与钢水接触的作为工作层的砌体，所述砌体是指中间部分的包底和包壁；中间部分砌制工序：按照包底包壁过渡圆弧和包壁坡度与所述圆形钢包相同的方式，在所述中间部分砌制包底和包壁，在砌制砌体时，在砌体与所述非工作层之间用镁砂填实，使砌制后的中间部分的包底与包壁与所述左半部分和右半部分合成为椭圆形钢包的步骤。

在上述椭圆形钢包的制作方法中，优选：所述中间部分砌制工序采用如下所述的干式砌法完成，所述干式砌法包括如下的步骤：包底砌制步骤：在包底铺设第一类钢包砖，所有的砖与砖间隙控制在2mm以下，所述间隙用镁砂填实，包底包壁过渡处砌制步骤：在包底到包壁的圆弧过渡处使用称为“如梯形”状的第二类钢包砖加以砌制；包壁砌制步骤：从包底向包上沿砌制过程中，在所述左半部分到所述右半部分的钢包直线段处用第一类钢包砖，同时砖与砖之间靠紧，并在砌制到上沿后，用镁砂填实所述砌体与所述永久层之间的孔隙；和上沿焊接步骤：中间部分的包壁砌制完成后，用浇注材料填实钢包上沿，用钢板把所述上沿压紧并且将他们焊接在一起。

在上述椭圆形钢包的制作方法中，优选：所述中间部分砌制工序采用如下所述的湿式砌法完成，所述湿式砌法包括如下的步骤：火泥制作步骤：把镁铬质尖晶石与洁净水加以混合、搅拌得到火泥；在下述的包底砌制步骤、包底包壁过渡处砌制步骤、包壁砌制步骤中，无论是第一～第二类钢包砖中的哪一种，在所有用到砖的地方，用所述火泥对砖与砖之间沾满，两砖靠紧，每块砖逐一敲实；包底砌制步骤：在包底铺设第一类钢包砖；包底包壁过渡处砌制步骤：在包底到包壁的圆弧过渡处使用第二类钢包砖加以砌制；包壁砌制步骤：从包底向包上沿砌制过程中，在所述左半部分到所述右半部分的钢包直线段处用第一类钢包砖，同时砖与砖之间靠紧，并在砌制到包上沿后，用镁砂填实所述砌体与所述永久层之间的孔隙；和上沿焊接步骤：中间部分的包壁砌制完成后，用浇注材料填实钢包上沿，用钢板把所述上沿压紧并且将他们焊接在一起。

在上述椭圆形钢包的制作方法中，优选：在所述湿式砌法中，所述火泥颗粒度不大于1.5mm，砖与砖之间的缝要求不超过2mm，砌体与永久层之间的间隙控制在25～30mm；包壁的工作层要求砌得横平竖直，上下层砖砌制交叉错开，直线段用砖要每环应有错牙，上下层无坎台。

附图说明

图1是圆形钢包与椭圆形钢包上口示意(A为原用的圆钢包、B为基于本发明的椭圆钢包)。

图2是钢包底部示意图。

图3是钢包壁的剖面示意图。

图4是钢包壁的砌制示意图。

图5砌制完成后的钢包局部剖面示意图。

其中，附图标记说明如下：

20方砖；21吹氩透气砖；22吹氩透气孔；23出钢砖；24出钢口；

31工作层；32中间层；33非工作层；35钢结构(钢包外壳)；51钢板。

具体实施方式

实施方式一

钢包改造基本作法：将原圆形钢包设计中钢包上下圆增加400mm直线段(从钢包的上沿一直到包底都增加400mm直线段)，如图1，即椭圆钢包短轴上下口分别为2600mm、2300mm，与原圆形钢包上下口直径相同。长轴上下口分别为3000mm、27000mm。

按照与传统的圆形钢包相同的方式制作追加直线段处的钢结构外壳、与钢结构外壳接触的作为非工作层的永久层(由浇注料形成)。然后按照如下的方式在追加直线段部分的永久层的内部砌制作为工作层的砌体。砌体包括包底和包壁。

增加的部分处采用如下的砌制方法：干式砌法。增加的直线段采用的钢包砖形状为正方体(砖称为方砖)。

包底使用方砖，砖与砖间隙控制在2mm内，砖缝用镁砂填实(使得方砖与其下的永久层之间没有空隙)。如图2所示，在原圆形钢包的包底还铺有吹氩透气砖21(带有吹氩透气孔22的方砖)和出钢砖23(带有出钢口24的砖)，他们在底部的摆放位置如图2、图5(B)所示。

从钢包包壁向上砌制，圆弧处使用“如梯形”状砖砌制(为保证圆弧弧度，使梯形砖短边在内弧，长边在外弧)，从包底向包上沿砌制过程中，钢包直线段处使用方砖，同时砖与砖之间靠紧。工作层31与非工作层33之间的中间层32用镁砂填实(工作层为钢包砖砌成部分，直接与钢水接触。非工作层为永久层，与钢结构(钢包外壳)35接触部分，界于钢包砖和钢结构之间，不与钢水接触)。如图3所示。

钢包砖每一层的砌制都应该遵循错缝原则(即上下层砖砖缝不能连在一起成一条直线，而应是一条曲线比如折线，直线段与弧形段在砌制过程中并非完全在衔接处界定，采用不同砖型搭配进入圆弧段)，如图4所示。

钢包砌制完后，用浇注料把钢包上沿填实，并用钢板51把其压紧且焊接，(焊接在钢结构上)(图5(A))。

砌制完后的钢包从外观来看不宜发现为椭圆形钢包。圆形钢包与椭圆形钢包上口示意图(图1)。

圆形钢包与椭圆形钢包参数比较见表1。

表1圆形钢包与椭圆形钢包参数

从钢液面至钢包口的距离称为钢包的自由空间(即表1中的自由高度)，对非真空处理用的钢包，自由空间高度可小一些，一般为300mm；而经真空处理的钢包空间必须达到600～900mm，甚至更大。

由于两个钢包的高度相同，即精炼炉钢包同样能够方便地开进开出VD炉而不需要对炉体做出改动等；另外钢水重量不变，也可以使用原来的天车起吊设施。

在砌制过程中，所用钢包砖增加两种砖型，通过计算，增加此两种砖型，可以砌制完椭圆形钢包。由于钢包砌制完后，从钢包内部形状仍近似圆形，与圆形钢包相比，钢水流场不会有较大变动，重量增加4吨，天车可以吊。

实施方式二

我们对实施方式一制作的钢包进行了离线烘烤，从小火、中火、大火进行，烘烤温度达到800℃。当钢包未经真空处理时，钢包使用未出现漏钢。

但是当钢水经真空处理时，发现钢包出现三次漏钢，漏钢位置(即穿包部位)在钢包的第三、四层之间高675mm处，跑钢裂缝呈横向，长1400mm，缝宽约8～10mm。发现钢包砖呈现“上移”，造成钢水直接接触非工作层，在高温钢水作用下，非工作层耐侵蚀差，造成漏钢。

分析其原因，由于钢包开始是干砌，在钢包未真空处理时钢包受力情况、大气压力、钢水重力、钢包砖的重力、钢水热应力、钢包外壳钢板35(即前面所提到的钢结构)受均处于平衡态，应力为零，钢包上、中、下部均平衡。

而在钢包真空处理时，在真空度极低的情况下，钢包上部有较小大气压力，钢包上部分的砖热应力等处于平衡态；下部砖由于受自重、也处于平衡状态；应力不平衡集中在钢包中部，此处应力处于不平衡状态，造成钢包砖向上方向移动。

根据以上分析，真空处理时，钢包砖向上原因是在热应力、钢水重力、砖重力不均衡，造成漏钢。

5.湿砌(以下以只砌制圆形钢包分切后的直线段为例进行说明)

为了解决上述问题，使得改造的钢包也能适用于真空处理，把钢包的砌制方法由实施方式1的干砌改为湿砌，并且使用镁铬质尖晶石(成分MgO：30wt％、Cr₂O₃：60wt％，其它杂质为10wt％，其熔点在2300℃)作为火泥。

砌制方法：

制作火泥：砌制钢包时把镁铬质尖晶石与洁净水加以混合，人工搅拌5～6min，在混合时稀稠适中，干泥料要干净，无杂质，切勿受潮，否则易结疙瘩，粘合力小。

砌制：用火泥对砖与砖之间沾满，两砖靠紧，每块砖逐一敲实，砖缝要求不超过2mm，火泥不应使用过多，相应要求火泥颗粒度不大于1.5mm，对桶壁的工作层要求砌得横平竖直，上下层砖砌制砖缝错开。砌体与永久层(砌体指用钢包砖砌成的部分，直接与钢水接触。永久层指与钢结构接触部分，界于钢包砖和钢结构之间，不与钢水接触)之间的间隙控制在25～30mm，并用镁砂填实。

改为湿砌后，钢包使用后，由于镁铬质尖晶石火泥的作用，火泥烧结把钢包砖与砖之间连成为一个整体，使钢包中各部分处于平衡状态。采用上述湿法砌制的钢包在进行VD处理时，再未出现漏钢。

通过上述砌制的钢包进行精炼操作，对钢包中所炼钢水进行取样分析，发现钢包中钢水的成分远Ar点与近Ar点基本一致(见表2)。

表2不同吹Ar点分析结果/wt％

表3是对采用基于本发明的钢包所精炼出的高压锅炉管坯、轴承钢进行夹杂物的高倍检验分析后所得到的结果，发现均达到YB5137-1998、GB18254-2002要求(见表3)。

表3夹杂物分析

钢种	A细	A粗	B细	B粗	C细	C粗	D细	D粗
									12Cr1MoVG	1.30	0.00	1.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
SA-210C	1.27	0.00	1.04	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
									GCr15	0.95	0.00	0.96	0.00	0.00	0.00	0.26	0.00
SUJ3	1.00	0.00	1.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00

(1)表2是采用湿法砌制的钢包精炼钢水成分，分别在精炼过程的第一样、第二样、第三样近Ar点和远Ar点取样分析成分的均匀性，可以看出，改后的椭圆钢包近Ar点和远Ar点成分无明显偏差，成分均匀，氩气对钢水的搅拌无死角。(近Ar点：钢液面上到吹氩透气砖最近距离的点。远Ar点：钢液面上到吹氩透气砖最远距离的点)。

(2)表3是采用湿法砌制的钢包冶炼不同钢种，检验夹杂物情况均符合该钢种标准要求，表明椭圆钢包对搅拌过程中夹杂物的上浮无影响。(A细、A粗、B细、B粗、C细、C粗、D细、D粗分别是钢中夹杂物的种类，A型夹杂物是在加工时沿着加工方向延伸成条带状的硫化物FeS、MnS，B型夹杂物是在加工时不变形，而被粉碎成碎屑沿着加工方向聚集成颗粒状继续排列，C型夹杂物是加工过程中可以产生塑性变形的硅酸盐，D型夹杂物在热加工时保持原来的球点状而任意分布，另外，表3中的数字表示夹杂物的平均级别)。

技术效果

根据上述分析可知，基于本申请的改进式椭圆形钢包，解决了现有技术中受设备限制而无法对钢包加高、直径变大来扩大钢包自由空间等的技术缺陷，在不改变精炼、真空设备的基础上，所设计的椭圆钢包保证了真空处理的自由空间。在把钢包改造为椭圆形时，通过把干砌改为湿砌，确保使用时无漏钢，而且椭圆形钢包使用后，质量较稳定。

Claims (7)

1.一种椭圆形钢包，其由圆形钢包改造而成，其特征在于：

该椭圆形钢包由三部分构成，分别是左侧部分、中间部分、右侧部分；

所述左侧部分就是所述圆形钢包从中间一分为二后的左半部分；

所述右侧部分就是所述圆形钢包从中间一分为二后的右半部分；

所述中间部分是设置在所述左侧部分和所述右侧部分之间的直线段部分，所述中间部分与所述左半部分和右半部分一样，均包括：作为工作层的、与钢水接触的砌体；和作为非工作层的、与钢结构外壳接触的永久层，在所述砌体与所述永久层之间填充有镁砂，所述永久层由浇注料构成，在所述永久层的外部设置有钢结构外壳，

所述中间部分的砌体由中间段包底与中间段包壁两部分构成，砌体由钢包砖砌制而成，

所述中间段包底与所述中间段包壁之间连接处的内壁弧度为第一弧度，

所述左侧部分的包底和包壁之间的内壁弧度为第二弧度，

所述右侧部分的包底和包壁之间的内壁弧度为第三弧度，

所述第一弧度、所述第二弧度、所述第三弧度相同，

所述中间段包壁从包底到包壁上沿之间的内壁坡度变化为第一坡度，

所述左侧部分的包底和包壁之间的内壁坡度为第二坡度，

所述右侧部分的包底和包壁之间的内壁坡度为第三坡度，

所述第一坡度、所述第二坡度、所述第三坡度相同，

所述圆形钢包为上口大下口小的圆形钢包，

砌制砌体的钢包砖包括：第一类钢包砖、第二类钢包砖，

所述中间段包底和中间段包壁铺设有第一类钢包砖，所述第一类钢包砖为方砖，

在所述中间段包底与所述中间段包壁之间的连接处采用第二类钢包砖来砌制，所述第二类钢包砖为如梯形状砖，所述如梯形状短边在内弧，长边在外弧，在所述圆形钢包的包底铺设有出钢砖和吹氩透气砖，

砌制所述中间部分的砌体时所用的所述第一、二类钢包砖中所有的钢包砖之间的缝隙不超过2mm，并采用火泥填充此间隙使砖与砖之间加以连接；

所述火泥是由镁铬质尖晶石与纯净水混合得到。

2.如权利要求1所述的椭圆形钢包，其特征在于：

所述火泥的颗粒度在1.5mm以下；

所述镁铬质尖晶石的成分为成分MgO：30wt%、Cr2O3：60wt%，其它杂质10wt%。

3.如权利要求1所述的椭圆形钢包，其特征在于：

所述砌体与所述永久层之间填充有镁砂的间隙厚度在25～30mm之间，

在所述砌体中，上下层之间的钢包砖的砖缝连成的线为折线而非直线。

4.一种椭圆形钢包的制作方法，所述椭圆形钢包是权利要求1～3之一所述的椭圆形钢包，其特征在于，该制作方法包括：

圆形钢包分切工序：将圆形钢包分中切开为左半部分和右半部分，将左半部分和右半部分直线拉开规定距离，将位于所述左半部分和所述右半部分中间的这一段规定距离处的空间称为中间部分；

采用与所述圆形钢包相同的方式制作中间部分的钢结构外壳、与所述钢结构外壳接触的、由浇注料构成的作为非工作层的永久层，然后在所述非工作层的内部砌制与钢水接触的作为工作层的砌体，所述砌体是指中间部分的包底和包壁；

中间部分砌制工序：按照包底包壁过渡圆弧和包壁坡度与所述圆形钢包相同的方式，在所述中间部分砌制包底和包壁，在砌制砌体时，在砌体与所述非工作层之间用镁砂填实，使砌制后的中间部分的包底与包壁与所述左半部分和右半部分合成为椭圆形钢包的步骤。

5.如权利要求4所述的椭圆形钢包的制作方法，其特征在于：

所述中间部分砌制工序采用如下所述的干式砌法完成，所述干式砌法包括如下的步骤：

包底砌制步骤：在包底铺设第一类钢包砖，所有的砖与砖间隙控制在2mm以下，所述间隙用镁砂填实，

包底包壁过渡处砌制步骤：在包底到包壁的圆弧过渡处使用称为“如梯形”状的第二类钢包砖加以砌制；

包壁砌制步骤：从包底向包上沿砌制过程中，在所述左半部分到所述右半部分的钢包直线段处用第一类钢包砖，同时砖与砖之间靠紧，并在砌制到上沿后，用镁砂填实所述砌体与所述永久层之间的孔隙；和

上沿焊接步骤：中间部分的包壁砌制完成后，用浇注材料填实钢包上沿，用钢板把所述上沿压紧并且将他们焊接在一起。

6.如权利要求4所述的椭圆形钢包的制作方法，其特征在于：

所述中间部分砌制工序采用如下所述的湿式砌法完成，所述湿式砌法包括如下的步骤：

火泥制作步骤：把镁铬质尖晶石与洁净水加以混合、搅拌得到火泥；在下述的包底砌制步骤、包底包壁过渡处砌制步骤、包壁砌制步骤中，无论是第一～第二类钢包砖中的哪一种，在所有用到砖的地方，用所述火泥对砖与砖之间沾满，两砖靠紧，每块砖逐一敲实；

包底砌制步骤：在包底铺设第一类钢包砖；

包底包壁过渡处砌制步骤：在包底到包壁的圆弧过渡处使用第二类钢包砖加以砌制；

包壁砌制步骤：从包底向包上沿砌制过程中，在所述左半部分到所述右半部分的钢包直线段处用第一类钢包砖，同时砖与砖之间靠紧，并在砌制到包上沿后，用镁砂填实所述砌体与所述永久层之间的孔隙；和

上沿焊接步骤：中间部分的包壁砌制完成后，用浇注材料填实钢包上沿，用钢板把所述上沿压紧并且将他们焊接在一起。

7.如权利要求6所述的椭圆形钢包的制作方法，其特征在于：

在所述湿式砌法中，所述火泥颗粒度不大于1.5mm，砖与砖之间的缝要求不超过2mm，砌体与永久层之间的间隙控制在25~30mm；包壁的工作层要求砌得横平竖直，上下层砖砌制交叉错开，直线段用砖要每环应有错牙，上下层无坎台。

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