摘" 要：鋼包在工作中不僅承受著自身和鋼水的重力，還承受著鋼水的高溫及熱膨脹，因此容易出現(xiàn)破損，其損壞失效可能帶來重大財產損失及人身傷亡。目前，我國并沒有相關法律法規(guī)明確規(guī)定鋼包屬于特種設備。生產企業(yè)往往只對鋼包進行日常維護保養(yǎng)，沒有嚴格對其進行定期檢驗和檢測，若要確保鋼包安全運行，必須定期對其進行檢驗檢測。該文以某鋼廠120 t鋼包精煉爐為研究對象，結合現(xiàn)場檢驗實際，對其檢驗檢測過程中各個要素進行全面系統(tǒng)分析。鋼包檢驗檢測要素主要包括資料審查、宏觀檢驗、光譜分析、磁粉檢測、超聲波探傷和紅外熱成像檢測等。

關鍵詞：鋼包；檢驗；檢測；要素；系統(tǒng)分析

中圖分類號：TF341" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）25-0105-04

Abstract： In the work， the ladle bears not only the gravity of itself and the molten steel， but also the high temperature and thermal expansion of the molten steel， so it is easy to be damaged， and its damage and failure may lead to heavy property losses and personal casualties. At present， there are no relevant laws and regulations that clearly stipulate that ladle belongs to special equipment. Manufacturing enterprises often only carry out daily maintenance of the ladle and do not strictly carry out regular inspection and testing of it. In order to ensure the safe operation of the ladle， it must be inspected and tested regularly. In this paper， taking the 120t ladle refining furnace in a steel plant as the research object， based on the field inspection practice， comprehensive and systematic analysis are conducted to the various elements in the inspection and testing process. Ladle inspection and testing elements mainly include data review， macro testing， spectral analysis， magnetic particle testing， ultrasonic flaw detection， infrared thermal imaging testing and so on.

Keywords： ladle; inspection; testing; elements; systematic analysis

鋼包是煉鋼廠及鑄造廠等作為鋼水運輸過程中必不可少的工具，具有儲存和轉運鋼水的功能[1]。隨著現(xiàn)代冶金技術的不斷發(fā)展，鑄造水平的不斷提高，鋼包在冶金行業(yè)中的地位和作用變得日益突出[2]，同時市場對鋼水的要求也越來越高，鋼包從一開始只是單純的儲存、轉運鋼水的作用，逐步演變成了進行爐外二次精煉的精煉爐[3]。

鋼包在工作過程中，不僅要承受自身和鋼水的重力，而且還要承受鋼水的高溫及熱膨脹[4]。鋼包在高溫和重載的工作條件下容易產生破損，其損壞失效可能帶來重大損失及災難性后果。2007年4月18日，遼寧一鋼鐵公司煉鋼車間因鋼包脫落造成32人死亡、6人重傷的特別重大事故；2017年3月20日，云南某公司發(fā)生鋼包嚴重傾斜、鋼水外溢，造成5人死亡、2人受傷。2018年5月17日，河南一特鋼公司由于模鑄鋼包滑板穿鋼，導致1死14傷。2021年4月12日，山東某公司連鑄車內9號鋼包停放了半個多月后重新啟用，在清除鋼水時發(fā)生噴濺，造成4人受傷。這些血淋淋的教訓引起了全社會的高度重視，對鋼包使用過程中的安全生產性能提出了更高的要求。

目前，我國并沒有相關法律法規(guī)明確規(guī)定鋼包屬于特種設備。生產企業(yè)往往只對鋼包進行日常維護保養(yǎng)，而沒有嚴格對其進行定期檢驗和檢測[5]。要確保鋼包安全有效運行，僅僅對其進行日常安全維護是遠遠不夠的，必須定期對其進行檢驗檢測。我國安全生產行業(yè)標準AQ7011—2018《高溫熔融金屬吊運安全規(guī)程》[6]中明確規(guī)定：高溫熔融金屬罐應定期進行檢查檢驗，且每年應至少對耳軸做一次無損探傷檢查，并存檔。因此，對鋼包檢驗檢測過程中的各個要素進行全面系統(tǒng)的分析研究顯得尤為重要。

1" 鋼包綜述

本文以某鋼廠120 t鋼包精煉爐為研究對象，結合現(xiàn)場實際檢驗檢測情況，對其檢驗檢測過程中各個要素進行系統(tǒng)分析。圖1是檢驗現(xiàn)場120 t鋼包實物圖，其結構示意圖如圖2所示。鋼包包殼由材質為Q345B的鋼板焊接而成，是鋼包的主體部分，在承受自身和鋼水重量的同時還要承受高溫及熱膨脹作用。耳軸是鋼包兩側的橫梁，材質18MnMoNb；耳軸上配有耳軸套，材質45鋼，其作用是保護耳軸，避免其與吊鉤內襯直接接觸摩擦；耳軸通過耳軸座插裝固連在包殼上，能減輕耳軸根部的應力集中。耳軸用于固定和支撐鋼包，同時也是吊運鋼包的關鍵部件。在起吊瞬間，耳軸根部會產生沖擊載荷和應力集中[7]；在吊運過程中，鋼包所有的重量全部由耳軸與耳軸座來承受，加之耳軸是懸空的，耳軸相對于鋼包的重心就會產生很大的力矩，使得最大應力發(fā)生在耳軸與包殼的交界處[8]。耳軸根部是整個鋼包的應力集中區(qū)，在工作循環(huán)過程中，交替受到?jīng)_擊載荷、熱應力、彎曲應力、扭轉應力和剪應力的作用，焊接面極易萌生疲勞裂紋[9]。

圖1" 檢驗現(xiàn)場120 t鋼包實物圖

鋼包內襯由保溫層、永久層和工作層組成。保溫層緊貼外殼鋼板；保溫層往里是永久層；與鋼液、爐渣直接接觸的是工作層。工作中的鋼包工序復雜、熱循環(huán)周期長，要經(jīng)歷烘烤預熱、轉爐出鋼、爐外精煉和連鑄等階段，整個過程不僅要承受巨大的熱沖擊還要遭受鋼水的侵蝕[10]。耐火內襯在鋼水長期的熱沖擊與侵蝕作用下，極易產生熱震損傷，嚴重時能使耐火材料剝落、包殼熔損，造成鋼水外泄。鋼包內襯損壞的直接原因是機械熱應力的產生；損壞的機制是內襯材料受到溫度的急劇變化而產生熱應力，使材料內部的微裂紋逐漸擴展[11]，導致內襯材料剝落與斷裂。除此之外，鋼包常見的失效形式還有：開裂、鼓包、變形、磨損及熔損等。熔損是指鋼包運行操作過程中鋼水外溢造成包沿、包殼、加強箍和耳軸等部分燒損[12]或因內襯耐材損壞脫落導致鋼水穿過內襯燒傷包殼[13]。鋼包失效造成的災難性后果無法估量，企業(yè)在做好鋼包定期安全檢查的同時每年應自覺做好鋼包的檢驗檢測，并對受損程度不同的鋼包進行相應的大修、中修、小修，以確保鋼包正常運行。

2" 鋼包檢驗檢測要素分析

鋼包檢驗檢測要素主要包括資料審查、宏觀檢驗、光譜分析、磁粉檢測、超聲波探傷和紅外熱成像檢測等。其中光譜分析、磁粉檢測、超聲波探傷和紅外熱成像檢測等無損檢測應在宏觀檢驗合格之后進行。下面對鋼包檢驗檢測各要素進行逐一分析。

2.1" 資料審查

資料審查有助于確保鋼包的設計、制造和使用符合安全標準，從而降低事故發(fā)生的風險。鋼包制造過程中的質量控制資料是反應鋼包質量的重要證明材料，鋼包投入使用后的使用管理資料、修理資料、檢驗檢查資料等是反應鋼包運行過程中安全受控狀態(tài)的重要證明材料，通過審查這些資料可以有效識別和評估與鋼包相關的潛在風險，從而采取適當?shù)念A防措施，減少可能的損失。資料審查主要是檢查鋼包使用單位有沒有建立安全技術檔案，并著重審查檔案中的以下資料：設計資料，包括設計單位資質證明、設計圖樣、強度計算書和使用維護說明書；制造資料，包括制造單位資質證明、產品合格證、質量證明書（含過程質量控制資料）和竣工圖；使用管理資料，包括鋼包安全管理制度、安全操作規(guī)程、開停車記錄、運行故障和事故記錄、事故應急預案和演練記錄；大修、中修、小修資料，包括修理方案和見證資料；檢驗檢查資料，包括歷次定期檢驗報告和定期自行安全檢查記錄。鋼包的設計資料和制造資料在鋼包投用后首次檢驗時必須進行審查，以后的檢驗視需要（如使用單位發(fā)生變更、鋼包大修等）進行審查。

2.2" 宏觀檢驗

宏觀檢驗是鋼包質量控制過程中重要的基礎環(huán)節(jié)，通過對鋼包進行全面的外觀和尺寸檢查，發(fā)現(xiàn)并消除其運行后產生的宏觀缺陷，以確保鋼包質量符合設計和使用要求，保障生產安全。宏觀檢驗主要是采用目視檢驗方法，必要時可借助內窺鏡、放大鏡或者其他儀器設備輔助檢驗。宏觀檢驗前使用單位應做好鋼包外表面必要的清理打磨工作，也便于后面的無損檢測。宏觀檢驗內容主要包括：鋼包唯一性標志完好情況；包殼、包沿、包底外表面開裂、鼓包、變形、熔損情況；包殼上排氣孔的布置及堵塞情況；加強箍、耳軸、耳軸套、耳軸座、加強筋、傾翻機構及底座的熔損、變形、破損情況；耳軸、耳軸套、傾翻機構的銷軸磨損情況；需指出的是，耳軸磨損超過原軸直徑的10%應報廢[6]，銷軸參照執(zhí)行；包殼主焊縫，以及包殼、加強箍、耳軸、耳軸座、加強筋、傾翻機構和底座等各部件之間連接焊縫的布置及開裂、受損情況；螺栓緊固件松動、脫落情況；鋼包底部水口、水口磚、透氣口、透氣磚的開裂和破損情況；鋼包襯里耐火層的破損、侵蝕、脫落情況。鋼包宏觀檢驗可參照NB/T 47013.7—2012《承壓設備無損檢測 第7部分：目視檢測》[14]標準執(zhí)行。

2.3" 光譜分析

光譜分析通過測量材料發(fā)出或吸收的光譜線來確定材料中合金元素的種類和含量，從而確認材料是否符合設計要求和標準規(guī)范，避免錯誤用材導致的鋼包性能問題。文本中鋼包耳軸材質為18MnMoNb，屬于合金材料，另外，隨著鋼包容量不斷增大，如350 t超大鋼包，其包殼材質使用15CrMo等合金材料，那么首次檢驗時，對于鋼包中的合金材料包括與其相連的焊縫應進行光譜分析復核，確保材質與設計相符或滿足使用要求。光譜分析可參照DL/T 991—2022《電力設備金屬發(fā)射光譜分析技術導則》[15]標準執(zhí)行。

2.4" 磁粉檢測

對鐵磁性材料的表面和近表面缺陷進行無損檢測應優(yōu)先選用磁粉檢測。本文中鋼包包殼、耳軸的材質分別為Q345B、18MnMoNb，都屬于鐵磁性材料，并且鋼包在運行過程中耳軸、水口、透氣口和焊縫等部位容易產生裂紋、損傷等缺陷。因此，對于耳軸套缺失或損壞的，耳軸外表面應進行磁粉檢測；鋼包底部的水口、透氣口及其附近母材區(qū)域也應進行磁粉檢測。對包殼主焊縫，包殼、加強箍、耳軸、耳軸座、加強筋、傾翻機構和底座等各部件之間連接焊縫及本體外表面宏觀檢驗過程中發(fā)現(xiàn)有懷疑的區(qū)域，應進行磁粉檢測復核，以進一步確認是否有缺陷。若因結構原因無法進行檢測的，可用滲透檢測代替，或輔之以其他檢測方法。磁粉檢測可參照NB/T 47013.4—2015《承壓設備無損檢測 第4部分：磁粉檢測》[16]標準執(zhí)行，I級合格。

2.5" 超聲波探傷

超聲波探傷主要用于金屬部件或焊縫內部缺陷的檢測，可預防因內部缺陷導致的安全事故。鋼包耳軸在承受交變應力和循環(huán)熱應力的情況下容易產生橫向疲勞裂紋，因此，耳軸及其連接焊縫是超聲波檢測的重點。可用直探頭超聲波檢測方法從耳軸端面進行掃查，以檢測耳軸內部的橫向缺陷。對于耳軸、耳軸座與包殼相連接的焊縫則應采用斜探頭超聲波檢測方法。在檢測現(xiàn)場，因結構問題，耳軸與包殼的連接焊縫被包裹在耳軸座和耐火磚內而使得常規(guī)超聲波檢測和相控陣超聲檢測無法實施時，有條件的話可輔之以聲發(fā)射檢測[9]。對于包殼上其余的連接焊縫，若宏觀檢驗過程中發(fā)現(xiàn)有懷疑的地方，應使用斜探頭超聲波檢測方法進行進一步確認。另外，對鼓包、變形、熔損等壁厚有懷疑的區(qū)域可采用直探頭超聲波檢測方法對其壁厚進行確認，看看厚度是否異常。超聲波探傷可參照NB/T 47013.3—2023《承壓設備無損檢測 第3部分：超聲檢測》[17]標準執(zhí)行，I級合格。

2.6" 紅外熱成像檢測

對于鋼包內襯的檢驗檢測是個難點，因為在用鋼包停下來冷卻后，內表面被鋼膜覆蓋，除非內襯大面積破損脫落否則無法直接觀察到內襯耐材的破損脫落情況。然而，鋼包內襯與高溫鋼水、爐渣長時間接觸，受到主流沖刷和爐渣侵蝕嚴重，容易破損脫落。在鋼包工作過程中（鋼包內裝有鋼水）對其外表面進行紅外熱成像檢測，即進行溫度監(jiān)測和成像，實現(xiàn)對鋼包外表面溫度場分布的顯示和精確測量，可反推分析鋼包內襯的溫度場分布和鋼包各部位的受侵蝕情況。檢測過程中注意多角度布控成像，確保覆蓋到整個鋼包外表面和底部。紅外熱成像檢測可由使用單位進行也可由檢測機構進行，主要用在定期巡檢、重點跟蹤和配合檢修等情形中。紅外熱成像檢測可參照GB/T 28706—2012《無損檢測 機械及電氣設備紅外熱成像檢測方法》[18]標準執(zhí)行，具體的判斷依據(jù)可由檢測機構和使用單位雙方協(xié)商確定。鼓勵使用單位建立鋼包紅外熱成像在線監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對鋼包壁溫全程實時監(jiān)控、記錄和預警，以便采取相應的維護保養(yǎng)措施，防止穿包事故發(fā)生。

關于檢驗周期，資料審查、磁粉檢測和超聲波探傷每年至少進行一次；光譜分析在鋼包首次檢驗時進行；宏觀檢驗一般每半年進行一次并根據(jù)需要及時開展；紅外熱成像檢測一般每個季度進行一次并根據(jù)需要及時開展。當鋼包使用頻繁時，企業(yè)應根據(jù)生產實際情況合理縮短檢驗周期。每次定期檢驗均應作好記錄并出具相應報告以備查，同時也為下次定期檢驗提供參考。

3" 結束語

鋼包檢驗檢測要素主要包括資料審查、宏觀檢驗、光譜分析、磁粉檢測、超聲波探傷和紅外熱成像檢測等。其中，無損檢測應在宏觀檢驗合格之后進行，并應對宏觀檢驗中可疑部位進行進一步確認。資料審查有助于確保鋼包的設計、制造和使用符合安全標準。宏觀檢驗是鋼包質量控制過程中重要的基礎性環(huán)節(jié)。光譜分析、磁粉檢測、超聲波探傷可分別檢測鋼包材質成分、表面及近表面缺陷、內部缺陷。紅外熱成像檢測可通過監(jiān)測裝有鋼水的鋼包外表面溫度，反推分析鋼包內襯的溫度場分布和鋼包各部位的受侵蝕情況，是保障在線鋼包安全的一種可靠手段。鼓勵使用單位建立鋼包紅外熱成像在線監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對鋼包壁溫全程實時監(jiān)控、記錄和預警。企業(yè)在做好鋼包定期安全檢查的同時每年應自覺做好鋼包的檢驗檢測，對不同程度受損的鋼包及時進行修復或更換，避免事故發(fā)生。

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