50t整體澆注鋼包上的納米技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐研究

摘要：本文將納米復(fù)合絕熱板應(yīng)用在50t整體澆注鋼包上，通過(guò)測(cè)定試驗(yàn)鋼包與對(duì)比鋼包在盛鋼水時(shí)的包殼表面溫度差、平均溫降速度和鋼水澆注結(jié)束時(shí)鋼包表面溫度差，從而闡述了運(yùn)用納米技術(shù)控制鋼包控制溫降的效果較為顯著。

關(guān)鍵詞：鋼包;納米復(fù)合絕熱板;溫降;納米硅空心穎粒

鋼包是煉鋼轉(zhuǎn)爐和鑄機(jī)之間的銜接設(shè)備，鋼包的保溫性能對(duì)降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度，提高包襯使用壽命、降低包壁散熱乃至生產(chǎn)成本控制至關(guān)重要。作為煉鋼的核心設(shè)備，鋼包隨著全連鑄工藝的成熟以及鋼包二次精煉重要位置的確立，對(duì)鋼包的保溫性能要求更加嚴(yán)格。傳統(tǒng)的鋼包內(nèi)襯材質(zhì)一般由整體澆注的高鋁質(zhì)永久層和鎂鋁碳、鋁鎂質(zhì)工作襯構(gòu)成，Al-Mg 尖晶石澆注料的導(dǎo)熱系數(shù)在1000℃時(shí)為6.63W/m.k。這些耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)較大，澆注前后溫差大，造成熱損失比較高，同時(shí)，鋼包也容易變形而損壞。納米絕熱板是一種超級(jí)絕熱材料，它首先在英美等發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)入投入使用，納米絕熱板具有優(yōu)異的高溫絕熱性能，它在冶金領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，它的出現(xiàn)為開(kāi)發(fā)新型絕熱材料和進(jìn)行節(jié)能降耗技術(shù)開(kāi)發(fā)提供了嶄新的途徑。為了提高鋼包的保溫性能，減少鋼包熱損失，本文將復(fù)合納米絕熱板應(yīng)用于鋼包上，并與傳統(tǒng)鋼包進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，闡述了運(yùn)用納米技術(shù)控制鋼包控制溫降的效果。

1 實(shí)施方案

1.1 納米復(fù)合絕熱板以及絕熱原理

納米應(yīng)用于鋼包進(jìn)行保溫性能提升主要是在鋼包內(nèi)貼一層納米復(fù)合絕熱板，

納米復(fù)合絕熱板是采用鋁箔、陶瓷微粉、納米硅空心顆粒及各種添加劑，并采取特殊的工藝而加工成的。鋼水熱能主要通過(guò)對(duì)流、傳導(dǎo)、輻射方式進(jìn)行傳遞熱量的，相應(yīng)的，納米復(fù)合絕熱板則通過(guò)降低熱傳導(dǎo)、阻隔熱輻射、阻止熱運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行絕熱的。首先，用于符合絕熱板的加工材料鋁箔、陶瓷微粉 納米硅空心顆粒都具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)。鋁箔的導(dǎo)熱系數(shù)為0.038- 0.042 W/m.k，納米硅空心顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)為0.01 6-0.0 024 W/m.k，陶瓷微粉的導(dǎo)熱系數(shù)也較低。阻隔熱輻射是通過(guò)表面光滑、亮度高、熱反射率強(qiáng)的鋁箔反射回去，鋁箔反射率高達(dá)87%以上。陶瓷微粉對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外線和可見(jiàn)光具有較好的反射和輻射功能。阻止熱運(yùn)動(dòng)主要是由于納米空心顆粒的氣孔尺寸（50nm）小于空氣平均分子自由程。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，空氣平均分子自由程近似70nm，根據(jù)氣體平均自由程方程，在使用溫度的情況下，氣體平均分子自由程要大于70nm，所以納米空心顆粒能夠在此形成一道屏障阻礙了氣體分子熱運(yùn)動(dòng)。納米復(fù)合絕熱板通過(guò)鋁箔、納米硅空心顆粒、陶瓷微粉共同作用來(lái)發(fā)揮保溫效果的，其保溫機(jī)理概述如下：鋼水熱能通過(guò)輻射、對(duì)流、傳導(dǎo)的方式傳到納米復(fù)合絕熱板表面，首先納米復(fù)合絕熱板通過(guò)熱反射率強(qiáng)的鋁箔反射回去部分熱量，剩余熱量繼續(xù)向外傳遞，進(jìn)人二氧化硅納米空心顆粒及陶瓷微粉組成的熱阻層，在此，氣體分子熱運(yùn)動(dòng)得到了阻礙。

1.2 納米復(fù)合絕熱板的理化指標(biāo)

由于鋁箔、納米硅空心顆粒、陶瓷微粉的含量不同，生產(chǎn)的納米復(fù)合絕熱板的理化指標(biāo)會(huì)存在不同，本試驗(yàn)采用的是厚度為5cm的絕熱板。

1.3 試驗(yàn)方案

采用相同條件下的鋼包，經(jīng)過(guò)三次包齡周轉(zhuǎn)跟蹤，并進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用同一把非接觸紅外線測(cè)溫槍采集。納米絕熱板的安裝是在澆注好包底的試驗(yàn)鋼包內(nèi)壁貼一層納米絕熱板，厚度控制為5cm。自下而上粘貼納米絕熱板，將纖維布一面涂膠水與鋼包內(nèi)壁相貼，上塊板的下邊緣與下塊板的上邊緣相壓的重疊量為3cm。貼好復(fù)合納米絕熱板后，澆注包壁。澆注時(shí)要防止振動(dòng)棒碰到納米絕熱板而使納米絕熱板遭到破壞。如果納米絕熱板混人澆注料中，應(yīng)立即清理干凈。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集與分析

2.1 鋼包放完鋼水吹氫結(jié)束時(shí)，試驗(yàn)鋼包與對(duì)比鋼包溫度差值試驗(yàn)

數(shù)據(jù)采集是在鋼包放完鋼水吹氫結(jié)束時(shí)測(cè)量而進(jìn)行的。進(jìn)行溫度值分析，溫度差值是對(duì)比鋼包溫度減去試驗(yàn)鋼包溫度。第一次包齡共收集了80組數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。包齡越高，溫度差值越大，保溫效果越好。在鋼包包齡相同的情況下，當(dāng)鋼包裝滿鋼水時(shí)，其包殼表面溫度差大于30℃的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為89.2%。

2.3試驗(yàn)鋼包與對(duì)比鋼包鋼包溫降對(duì)比試驗(yàn)

數(shù)據(jù)采集是在鋼包放完鋼吹氫結(jié)束時(shí)進(jìn)行第一次測(cè)量，開(kāi)澆5min后再次進(jìn)行第二次測(cè)量。兩次測(cè)量的位置點(diǎn)都選擇鋼包機(jī)構(gòu)上方800mm，共采集溫降試驗(yàn)數(shù)據(jù)40組。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在相同條件下生產(chǎn)使用時(shí)，對(duì)比鋼包平均溫降速度2.92℃/min，試驗(yàn)鋼包平均溫降速度2.06℃/min，由此說(shuō)明試驗(yàn)號(hào)鋼包比對(duì)比鋼包的保溫效果好。

2.4：鋼包澆注結(jié)束倒完渣時(shí)，試驗(yàn)鋼包與對(duì)比鋼包溫度差值試驗(yàn)

數(shù)據(jù)采集是在鋼包澆注結(jié)束倒完渣時(shí)測(cè)量得到的。在第一次試驗(yàn)采集點(diǎn)的基礎(chǔ)上，增加兩個(gè)采集點(diǎn)，試驗(yàn)鋼包與對(duì)比鋼包整個(gè)包齡時(shí)期共采集了50組數(shù)據(jù)，在同包齡的情況下，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，包齡在40爐的情況下，試驗(yàn)鋼包與對(duì)比鋼包的溫度差值不大;在20℃-30℃之間的溫度差值所占比例為41%;包齡40爐后，隨著包齡的增加溫度差值越來(lái)越大，最大差值為115℃，溫度差值大于30℃的溫度差值數(shù)比例為59%。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上試驗(yàn)，應(yīng)用納米技術(shù)的鋼包比普通鋼包表面溫度低30- 70℃，平均降溫速度少0.86℃/min，在鋼包內(nèi)壁貼5mm的納米復(fù)合絕熱板對(duì)鋼包的保溫效果較好。結(jié)果有力證明了納米復(fù)合絕熱板在鋼包上的應(yīng)用，可明顯提高周轉(zhuǎn)鋼包的溫度，減少在線烘烤鋼包的時(shí)間，節(jié)約鋼鐵廠的煤氣用量。同時(shí)因?yàn)殇摪鼩さ臏囟冉档?，可降低包殼變形的概率，從而延長(zhǎng)了鋼包包殼得使用壽命。

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