鋼鐵生產(chǎn)流程是典型的高溫冶金過(guò)程，鋼水溫度的有效控制是保證生產(chǎn)順行和鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。鋼包在生產(chǎn)周轉(zhuǎn)過(guò)程中的傳熱，直接影響著盛鋼過(guò)程和澆鑄過(guò)程鋼水的溫度變化。不同的鋼包狀態(tài)會(huì)影響出鋼溫降、鋼水在精煉工位的升溫和降溫速率以及連鑄中間包鋼水的過(guò)熱度。近十幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多鋼鐵廠對(duì)鋼包的散熱損失、鋼包熱循環(huán)過(guò)程的溫降問(wèn)題越來(lái)越重視。

合理的鋼水溫度控制制度是提高鋼水質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的有效手段。本文重點(diǎn)對(duì)安鋼煉軋廠100t鋼包采用新型耐火材料———納米隔熱板作為鋼包隔熱層的工藝實(shí)踐效果進(jìn)行分析和研究。

1鋼包傳熱過(guò)程的機(jī)理分析

煉鋼生產(chǎn)中，鋼水從出鋼后至澆鑄結(jié)束再到下一爐出鋼開(kāi)始，稱(chēng)為一個(gè)熱循環(huán)周期。鋼包熱循環(huán)過(guò)程一般可分為如圖1所示的幾個(gè)主要階段:鋼包的傳熱可分為出鋼過(guò)程、傳運(yùn)階段、精煉吹氬階段、澆鑄階段、烘烤階段5個(gè)過(guò)程。在不同的過(guò)程中鋼包的主要傳熱方式不盡相同，但是每個(gè)過(guò)程均存在鋼水內(nèi)部以熱傳導(dǎo)方式通過(guò)接觸鋼水的包襯向外散熱。下面以鋼包傳運(yùn)階段的傳熱過(guò)程為例進(jìn)行分析。

鋼包傳運(yùn)階段熱損失主要為:經(jīng)過(guò)與鋼水接觸的包壁和包底的熱傳導(dǎo)散熱，復(fù)合保溫層表面向其上方空間的輻射散熱。

在上述5個(gè)傳熱過(guò)程中，均存在以對(duì)流、輻射、傳導(dǎo)的方式進(jìn)行傳熱。在正常生產(chǎn)過(guò)程中，排除不穩(wěn)態(tài)因素，鋼包包襯的蓄熱量越大，對(duì)減少鋼水熱損失越有利。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，鋼包在連續(xù)3個(gè)周轉(zhuǎn)過(guò)程以后，包襯溫度的變化與采取何種精煉方式無(wú)關(guān)，而且鋼包在整個(gè)周轉(zhuǎn)過(guò)程中，包襯蓄熱主要集中在出鋼結(jié)束至精煉結(jié)束階段，而散熱主要集中在澆鑄完畢至等待出鋼階段，此時(shí)由于沒(méi)有了鋼水的傳熱，鋼包本身的散熱損失急劇增大，鋼包溫降十分明顯。解決方法主要是增加保溫材料的厚度和降低耐火材料的傳熱系數(shù)，但增加保溫材料的厚度會(huì)使鋼包的容量減少，而降低耐火材料的傳熱系數(shù)則可直接影響到鋼包在上述5個(gè)傳熱過(guò)程的散熱。基于對(duì)鋼包蓄熱→傳熱→散熱的機(jī)理分析，將100t鋼包隔熱層進(jìn)行了更換，用納米材料隔熱板代替了原來(lái)的高鋁噴吹氈。

2鋼包結(jié)構(gòu)與新型材料納米隔熱板主要理化指標(biāo)

2．1鋼包結(jié)構(gòu)

圖2為安鋼100t精煉鋼包結(jié)構(gòu)示意圖。其中鋼包層內(nèi)側(cè)與高溫工作層接觸，外側(cè)緊貼納米隔熱板(隔熱層)及包壁，層耐材厚度70～100mm，工作層厚度230～300mm，鋼包由外到內(nèi)依次為包殼→隔熱層→層→工作層。鋼包外殼厚度30mm，包底殼厚度60mm，隔熱層現(xiàn)采用納米隔熱版。層采用絕緣性好、導(dǎo)熱率低、氣孔率高的粘土磚。工作層材質(zhì)為鎂碳磚。

2．2新型材料納米隔熱板主要理化指標(biāo)

新型材料納米隔熱板的主要理化指標(biāo)見(jiàn)表1。

3試驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果

3．1試驗(yàn)方法

分別在3﹟、4﹟、8﹟、19﹟、21﹟鋼包隔熱層試驗(yàn)了新型材料納米隔熱板，包底鋪兩層，包壁鋪三層，每層厚度10mm，全包鋪至包口500mm處，共使用新型隔熱板130m2，平均每層約40m2。

為了檢驗(yàn)新型材料的保溫性能，試驗(yàn)過(guò)程制定了嚴(yán)格的測(cè)溫步驟。測(cè)溫時(shí)間則選定在精煉結(jié)束上連鑄之前，對(duì)鋼包表面熱敏感部位進(jìn)行標(biāo)識(shí)，并與上線的13﹟普通隔熱材料鋼包進(jìn)行在線、同步、分鋼種對(duì)比測(cè)溫，同時(shí)分析新型鋼包對(duì)精煉電耗、連鑄中包鋼水過(guò)熱度的影響。

3．2試驗(yàn)結(jié)果

表2是試驗(yàn)鋼包和普通鋼包上鋼前的包殼溫度對(duì)比。

從表2可看出，在正常生產(chǎn)條件下，鋼包的傳熱與隔熱層的導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)系較大，采用納米隔熱板隔熱層可以大幅度減少鋼包的散熱，從而減小鋼水在轉(zhuǎn)運(yùn)和澆鑄過(guò)程中的溫降，減少由于鋼水溫度大幅度波動(dòng)給生產(chǎn)帶來(lái)的各種不利影響。

表3是試驗(yàn)鋼包和普通鋼包LF爐精煉電耗的對(duì)比。

表3數(shù)據(jù)顯示，由于新型鋼包散熱慢，精煉升溫速率提高，不同鋼種的精煉電耗降低幅度在2～8．41kW·h/t。根據(jù)安鋼煉軋廠產(chǎn)品大綱，目前產(chǎn)鋼量120萬(wàn)噸/年，預(yù)計(jì)可降低電耗成本約300萬(wàn)元。

表4是試驗(yàn)鋼包和普通鋼包對(duì)連鑄中包鋼水溫度的影響。

表4數(shù)據(jù)表明，在上鋼溫度相同的情況下，鋼包至中間包的鋼水平均溫降減少了5．16℃，同時(shí)中包鋼水溫度的波動(dòng)由原來(lái)的平均12℃降低到6℃，減少了因鋼水溫度不合格造成的鑄坯質(zhì)量下降，中包鋼水溫度合格率由原來(lái)的85%提高到97%。協(xié)議材(指成分、性能合格，但表面存在諸如結(jié)疤等缺陷，不影響使用、協(xié)議銷(xiāo)售的鋼材)比率由原來(lái)的0．96%降低到0．8%。尤其對(duì)82B、C72DA等要求拉速低、對(duì)中包鋼水過(guò)熱度控制范圍較窄的鋼種，改善效果更為明顯，改判率由原來(lái)的6．8%降到4．5%。納米隔熱板在鋼包隔熱層上的應(yīng)用為連鑄低過(guò)熱度澆鑄創(chuàng)造了條件，鑄坯內(nèi)部質(zhì)量得到了明顯提高。

4結(jié)論

煉鋼廠采用納米隔熱板作為鋼包的隔熱層，由于該材料具備較低的導(dǎo)熱系數(shù)和良好的保溫性能，大大減少了鋼包的散熱，對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化鋼水溫度過(guò)程控制，提高連鑄坯實(shí)物質(zhì)量起到了良好的作用。同時(shí)可以減少耐火材料冷熱面溫差，有利于提高鋼包包齡?？梢源蠓冉档弯摪獗跍囟?，減少包殼熱應(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。