[科普中国]-渣包

简介

无论是黑色冶金企业还是有色冶金企业，都会产生大量高温液态炉渣，绝大多数企业使用渣包（或叫渣罐）装载、处理炉渣。焊接渣包技术诞生前，用户使用铸造渣包处理炉渣。铸造过程会给人身造成较大危害，同时排放大量粉尘、废气、废砂等，对周围环境造成严重污染，并且铸造行业能源消耗是机械行业的4倍，铸造属于高污染、高能耗产业，不符合国家节能减排、可持续发展的产业政策。焊接渣包诞生后，与铸造渣包相比，体现出质量稳定、维修率低、焊接性好、性价比高等显著优势1。

焊接渣包发展现状焊接渣包发展历史较短，宝钢和上海宝钢冶金建设公司于2008年联合研制出了焊接渣包，在宝钢进行了工业应用。从上海宝钢冶金建设公司中分立出来的中冶宝钢技术服务有限公司多年来持续从事焊接渣包系列产品的研发，并逐渐开发出多个种类的系列焊接渣包产品，投入应用后，体现出质量可靠、性价比高等特点，从而被国内广大黑色冶金、有色冶金用户普遍认可。焊接渣包按结构特点主要分为平底焊接渣包、球底焊接渣包、多边形焊接渣包、异形焊接渣包、带溜嘴和吊具的铜琉（或粗铜）包5类，应用于不同的工艺，承接不同介质。其中，在铜渣缓冷工艺中，由于炉渣处理时间较长，渣包需求量也较大。

（1）平底焊接渣包的筒体呈倒圆锥台形状，外壁布置一定数量环板以及竖向筋板，整体呈完整网格结构，容积、装载量较大，渣包连同炉渣载荷可达150 t。

（2）球底焊接渣包的包底采用球缺结构，外壁根据用户需求可选择加装冷却部件，满足部分用户加快渣包冷却的需要。

（3）多边形焊接渣包的包体采用多边形结构，由6～10片钢板拼接而成，包体截面呈倒梯形，制作的渣包容积较大，但由于包体焊缝比常规渣包多，应用中包体焊缝容易开裂，并且炉渣容易在包体内壁粘结。多边形焊接渣包承接过转炉渣，往滚筒内倒运，但目前已很少使用。

（4）异形焊接渣包的筒体截面特殊，用于满足用户容积、现场空间尺寸等特殊要求。中冶宝钢技术服务有限公司为国内外用户成功开发了两种异形焊接渣包，全部采用特制优质低合金钢板焊接而成。

（5）带溜嘴和吊具的铜琉（或粗铜）包是为适应铜冶炼中间产品倒运而开发的一种焊接式高温设备，其配置倾翻吊具以及溜嘴1。

焊接渣包关键技术1 防变形的焊接渣包整体结构设计

由于渣包承载的是高温介质，温度高达1 250～1 600 ℃，渣包连同炉渣载荷可达150 t，在吊运过程中，渣包同时承受热应力、机械载荷，因此，要求焊接渣包的结构强度必须能够承受额定载荷。采用整体网格结构分散热量及耦合应力，同时，耳轴与渣包采用机械连接，保证焊接渣包整体结构强度满足使用要求。

2 选用高强度材料

根据用户的现场工况要求，专门订制高强度合金材料，并使其具备合适的焊接性能，是焊接渣包具有高品质的保障。

3 合适的倾角设计

由于炉渣成分各异，冶炼工艺不同，炉渣性能差异很大，容易造成倒渣困难、炉渣粘结等。因此，应总结实际应用经验并通过优化设计，确定合理的倾角范围，保证倒渣顺利。

4 加快渣包冷却速度的结构设计

在铜渣缓冷工艺中，一些用户对渣包冷却速度有较高要求。通过计算冷却水流量，在渣包上沿口开设一定数量的溢水槽，在各环板设计分流水槽、集水板，在环板下部设计分水板，将渣包内溢流出的冷却水均匀地分流到渣包外壁，使得溢流出的冷却水沿渣包外壁均匀流下，冷却水过流面积大，能实现冷却水对渣包的二次冷却，使冷却速度提高10%以上。

5 球形包底结构设计

焊接渣包的包底由平底改为球底，可以满足一些用户加快冷却速度的要求，同时使得倒渣更加顺利。但在设计制作上必须把握两个关键因素，一是增加部件分担筒体与包底间焊缝受到的拉应力，二是包底压制问题。通过均布在筒体包底之间的连接板，分担环缝所受的载荷，通过制作包底模具，压制出球形包底。球底结构的焊接渣包下部具有更大的散热空间，并且渣包下部的容渣量减少，从而提高了渣包的冷却速度，同时具有倒渣更加顺利的优点。结构设计中，仿真技术可对方案优化起到良好的辅助作用。

6 箱型耳轴座结构

渣包耳轴是最关键的受力部件，其结构强度关系到生产及人身安全。耳轴及其关键部件设计为箱形结构，然后与筒体焊接，以分散耳轴承受的载荷，使得耳轴座组件整体结构强度提高。

7 带溜嘴的焊接渣包设计制作

带溜嘴的渣包用于要求控制流量以及加料口狭窄的场合。采用精细铸造技术，在整个制作过程中严控各个关键节点质量，从源头的材料到中间环节的光谱分析，做到全过程质量控制，并且因为部件重量较小，仅占焊接渣包总重的5%左右，能较好地保证溜嘴质量基本与筒体一致。

8 异形结构焊接渣包设计

异形结构渣包可以满足用户场地受限、匹配设备尺寸受限等特殊工况的需求，在设计上充分考虑制作工艺性要求，制作时，设计专用工装，提高制作质量及工效1。

焊接渣包的发展趋势1 仿真技术的深入应用

焊接渣包疲劳强度等对经济性分析具有重要作用，但渣包应用工况非常恶劣，计算疲劳强度的输入参数多数都是变量，应用常规方法计算疲劳强度比较困难。深入探讨应用仿真技术，较准确地计算疲劳强度，并应用到设计中，能够提高产品市场竞争力及经济效益，为用户提供性价比更高的产品。

2 丰富产品种类

国内外市场上，特别是国外客户，对特殊形状的渣包有一定的需求量。比如，包体、耳轴等特殊形状，因此，需要进一步开发特殊形状的焊接渣包产品，优化方案并完善制作工艺、制作工装，不断丰富焊接渣包产品种类，满足用户的特殊应用工况条件，不断扩大焊接渣包应用领域。

3 产品系列化

企业一切生产活动都是围绕市场需求进行，不断开发、丰富焊接渣包种类，并形成系列化、标准化产品，才能更好地满足市场需要。

4 新材料、新工艺的应用

由于焊接渣包承接的介质为高温熔体，应用合适的耐高温材料将显著延长渣包材质劣化时间，探索耐高温材料的应用、研究完善新材料的焊接工艺，研制应用新材料的焊接渣包，可显著延长焊接渣包使用寿命。

5 涂层材料在焊接渣包上的应用

在焊接渣包内壁的合金钢板基体上喷涂耐高温涂层，能起到保护渣包本体不受高温液流冲刷影响的作用，从而避免渣包本体材质因冲刷而发生早期劣化，延长渣包使用寿命1。

总结焊接渣包技术虽然起步较晚，但其以稳定的质量、良好的焊接性能、优异的性价比，受到了国内众多大中型冶炼企业的充分肯定，并推广到海外，远销美国、日本、赞比亚、菲律宾等国，应用领域逐步扩大。中冶宝钢技术服务有限公司作为焊接渣包技术市场推广最成功的企业，焊接渣包技术不断完善，并在新材料、新制作工艺、新制作设备等方面不断深入研究，将促进焊接渣包技术水平的进一步提升，从而更好地满足用户的不同需求。焊接渣包替代铸造渣包的良好趋势日益凸显，具有显著的经济效益和社会效益2。