納米復(fù)合反射絕熱板在120 t鋼包上的應(yīng)用

寧 超

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津300301）

0 引言

鋼鐵生產(chǎn)是利用鐵水、廢鋼、鐵合金為主要原料，按一定比例使用轉(zhuǎn)爐進(jìn)行吹煉的過(guò)程，待鋼水溫度和成分達(dá)到目標(biāo)值范圍時(shí)出鋼。在出鋼過(guò)程中，向鋼包中加入脫氧劑和鐵合金進(jìn)行脫氧、合金化，最后連鑄出坯。其整個(gè)流程都是高溫冶金過(guò)程，對(duì)鋼水溫度的有效控制是保證生產(chǎn)順利進(jìn)行和鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，鋼包是煉鋼工序生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的設(shè)備，其主要作用是承接鋼水。隨著科技發(fā)展，鋼水精煉處理技術(shù)日趨完善，鋼包不再是一個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)輸容器，但精煉處理延長(zhǎng)了鋼水的運(yùn)輸時(shí)間，大幅增加了鋼水的溫降，這就要求鋼包使用更現(xiàn)代的耐火材料及保溫措施來(lái)減少這些熱量損失，進(jìn)而降低成本。

1 納米復(fù)合反射絕熱板概述

1.1 納米微孔絕熱材料

納米微孔絕熱材料是微納米級(jí)硅粉的空心顆粒經(jīng)數(shù)層金屬箔復(fù)合而形成的一種高性能、高品質(zhì)的高溫絕熱材料。其隔熱性能比傳統(tǒng)纖維類的保溫材料要好3～4倍，是迄今為止隔熱性能較好的隔熱材料之一。納米微孔絕熱材料的厚薄，導(dǎo)熱系數(shù)低，應(yīng)用在一些限制絕熱材料厚度和重量的高溫設(shè)備上。

1.2 納米復(fù)合反射絕熱板材料

納米復(fù)合反射絕熱板是采用納米級(jí)硅粉與金屬鋁箔、纖維布、纖維紗多層復(fù)合而成高強(qiáng)度粘彈性的微孔絕熱材料，其表面為金屬鋁箔，底面為纖維布。

1.3 納米復(fù)合反射絕熱板工作原理

對(duì)于絕熱材料而言，熱運(yùn)動(dòng)主要有3個(gè)途徑：

熱傳導(dǎo)：主要由絕熱材料中的固體部分（顆粒斷面）來(lái)完成；熱對(duì)流：主要由絕熱材料中的空氣腔來(lái)完成；熱輻射：具有射線屏蔽和高反射率的金屬夾層來(lái)完成。

納米絕熱材料采用納米級(jí)多孔微粉顆粒和具有熱屏蔽功能的金屬箔材料，結(jié)合多種無(wú)機(jī)添加物和高效粘結(jié)劑，經(jīng)特殊工藝制備而成。其絕熱原理如下：

（1）熱傳導(dǎo)方面：多孔微粉顆粒的斷面積和顆粒間的接觸面積非常小，其熱傳導(dǎo)性較低。

（2）熱對(duì)流方面：微孔顆粒間結(jié)構(gòu)致密，空隙內(nèi)空氣極難流動(dòng)，不容易發(fā)生熱對(duì)流運(yùn)動(dòng)。

（3）熱輻射方面：具有射線屏蔽和高反射功能的多層金屬箔可以有效隔斷和反射熱輻射。

1.4 納米復(fù)合反射絕熱板規(guī)格

鋼包用納米微孔絕熱板：厚度（8±0.5）mm。

2 120 t鋼包的結(jié)構(gòu)及傳熱概述

鋼包運(yùn)輸過(guò)程中熱量散失主要為：鋼包上口大量熱氣流散熱；鋼水接觸的包壁和包底的熱傳導(dǎo)散熱。

部分熱氣流通過(guò)耐火磚磚縫、耐火泥內(nèi)部的大孔隙向包殼傳輸熱量，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)和理論研究表明，當(dāng)孔隙直徑小于氣體分子平均自由程時(shí)，所有氣體分子失去布朗運(yùn)動(dòng)能力，孔隙內(nèi)氣體分子處于靜止?fàn)顟B(tài)。由于納米復(fù)合反射絕熱板采用微納米級(jí)材料，其孔隙直徑（40 nm）小于氣體分子的平均自由程（50 nm）。因此，幾乎不存在氣體分子間碰撞引起的熱傳遞現(xiàn)象，難以產(chǎn)生氣體對(duì)流傳熱[1]。

3 實(shí)驗(yàn)方案

3.1 120 t鋼包絕熱層安裝方案

（1）清理包殼內(nèi)壁，將拆包時(shí)殘留在內(nèi)壁鐵殼上的打結(jié)料殘留物去除。盡量將包殼內(nèi)壁的塵土掃凈，以保證第一層絕熱板能緊貼在包壁上。

（2）在安裝前必須打透氣孔，務(wù)必保證透氣孔通暢。

（3）在包殼內(nèi)壁上涂膠厚度要均勻，安裝時(shí)每塊板與板之間的縫隙要盡可能的小，包底留足夠的余地給水口和座磚。

（4）絕熱板從包壁底部開(kāi)始粘貼，一直粘貼到渣線上方。

（5）絕熱板粘貼合格后進(jìn)行永久層打結(jié)，永久層必須高于絕熱板層100 mm，以保證把絕熱板層封閉在永久層打結(jié)料中。

3.2 鋼包上線使用

（1）隔熱層施工完成，進(jìn)行包壁永久層施工，永久層澆注過(guò)程必須連續(xù)進(jìn)行，不得中途間斷作業(yè)。

（2）包壁永久層澆注料澆注后，養(yǎng)護(hù)時(shí)間必須大于24h，方能進(jìn)行脫模。脫模后檢查永久層澆注質(zhì)量，若有掉塊、孔洞等缺陷必須用澆注料進(jìn)行修補(bǔ)，若包壁永久層含水量過(guò)高，繼續(xù)風(fēng)干。風(fēng)干后進(jìn)行烘烤，優(yōu)化原有烤包制度，提高烘烤效果，新絕熱板+新打結(jié)永久層要求不同烘烤階段的烘烤時(shí)間累計(jì)不小于72 h。

（3）鋼包上線安排在白天。

（4）在鋼包外殼上標(biāo)注測(cè)量點(diǎn)位（在鋼包上線裝機(jī)構(gòu)時(shí)，用耐熱油筆標(biāo)注）。

3.3 數(shù)據(jù)采集

檢驗(yàn)方式：采用紅外測(cè)溫槍測(cè)量。

檢驗(yàn)部位：鋼包一側(cè)熔池上部、中部、下部標(biāo)記一點(diǎn)（見(jiàn)圖 1）。

圖1 鋼包上中下3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)位置

測(cè)定時(shí)間：出鋼后吊走前、精煉給電5 min、連鑄機(jī)澆鋼10 min和30 min、鋼包熱修時(shí)。

4 數(shù)據(jù)分析和效果對(duì)比

從2017年9月16日開(kāi)始對(duì)鋼包加隔熱層試驗(yàn)包進(jìn)行包壁測(cè)溫跟蹤，對(duì)比實(shí)驗(yàn)鋼包數(shù)據(jù)如下：34號(hào)、35號(hào)鋼包使用隔熱材料，36號(hào)鋼包系正在使用的正常包，作為對(duì)比鋼包。

4.1 鋼包包壁測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)比

隔熱層鋼包與正常鋼包測(cè)溫情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 隔熱層鋼包與正常鋼包測(cè)溫情況統(tǒng)計(jì)

從表1可以看出，使用隔熱測(cè)的試驗(yàn)包比正常包包壁溫度低，34號(hào)鋼包平均上點(diǎn)溫度相比正常在用鋼包降低31.3℃，35號(hào)鋼包平均上點(diǎn)溫度相比正常在用鋼包降低33.0℃，；34號(hào)鋼包平均中點(diǎn)溫度相比正常在用鋼包降低30.6℃，35號(hào)鋼包平均中點(diǎn)溫度相比正常在用鋼包降低32.3℃；34號(hào)鋼包平均下點(diǎn)溫度相比正常在用鋼包降低28.2℃，35號(hào)鋼包平均下點(diǎn)溫度相比正常在用鋼包降低28.2℃。

前中后期3個(gè)階段，前期鋼包下線后主要對(duì)渣線進(jìn)行小修，中期鋼包下線后主要對(duì)渣線工作層進(jìn)行更換。從3個(gè)階段來(lái)看，上部鋼包工作層由于全部更換，侵蝕不大，下部鋼包工作層不進(jìn)行更換，侵蝕較為嚴(yán)重，鋼包隔熱層起到的作用更大，由于鋼包底部積渣嚴(yán)重，測(cè)溫不準(zhǔn)，故所得數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，不同鋼包間的數(shù)據(jù)并未明顯顯示出差異。

4.2 鋼包包壁溫降數(shù)據(jù)對(duì)比

表2數(shù)據(jù)為鋼包從精煉到澆注期間溫降，可以看出，隨著鋼包周轉(zhuǎn)，包役增加，鋼包隔熱材料的保溫效果相比原來(lái)明顯有所下降。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

表2 不同時(shí)期使用鋼包隔熱層降低鋼包包壁溫度數(shù)據(jù)對(duì)比

鋼包絕熱層的使用壽命平均為1年，納米材料絕熱板絕熱層噸鋼成本1.2元，使用新型鋼包不同鋼種的精煉電耗降低 2.25 kWh／t，合計(jì)降低成本 255.94 萬(wàn)元。

6 結(jié)論

新型鋼包散熱慢，保溫效果增強(qiáng)，減少了精煉給電時(shí)間，中包澆鑄時(shí)中包溫降減少，降低了連鑄上臺(tái)溫度，同時(shí)降低了電耗，保溫性能優(yōu)良，連鑄澆鑄過(guò)程中平均溫降減少，中間包鋼水溫度波動(dòng)降低，為連鑄的穩(wěn)定生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。經(jīng)測(cè)算，鋼包外壁溫度平均降低了46.4℃，減少了包殼熱應(yīng)力，有利于提高包殼強(qiáng)度和抗蠕變性能、降低工作環(huán)境溫度。