鋼鐵生產(chǎn)流程是典型的高溫冶金過程，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)過程中的傳熱，直接影響著盛鋼過程和澆鑄過程鋼水的溫度變化。不同的鋼包狀態(tài)會影響出鋼溫降、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熱度。近十幾年來，國內(nèi)許多鋼鐵廠對鋼包的散熱損失、鋼包熱循環(huán)過程的溫降問題越來越重視。

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。本文重點對安鋼煉軋廠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踐效果進行分析和研究。

1鋼包傳熱過程的機理分析

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始，稱為一個熱循環(huán)周期。鋼包熱循環(huán)過程一般可分為如圖1所示的幾個主要階段:鋼包的傳熱可分為出鋼過程、傳運階段、精煉吹氬階段、澆鑄階段、烘烤階段5個過程。在不同的過程中鋼包的主要傳熱方式不盡相同，但是每個過程均存在鋼水內(nèi)部以熱傳導(dǎo)方式通過接觸鋼水的包襯向外散熱。下面以鋼包傳運階段的傳熱過程為例進行分析。

鋼包傳運階段熱損失主要為:經(jīng)過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個傳熱過程中，均存在以對流、輻射、傳導(dǎo)的方式進行傳熱。在正常生產(chǎn)過程中，排除不穩(wěn)態(tài)因素，鋼包包襯的蓄熱量越大，對減少鋼水熱損失越有利。根據(jù)生產(chǎn)實踐，鋼包在連續(xù)3個周轉(zhuǎn)過程以后，包襯溫度的變化與采取何種精煉方式無關(guān)，而且鋼包在整個周轉(zhuǎn)過程中，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，此時由于沒有了鋼水的傳熱，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個傳熱過程的散熱。基于對鋼包蓄熱→傳熱→散熱的機理分析，將100t鋼包隔熱層進行了更換，用納米材料隔熱板代替了原來的高鋁噴吹氈。

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)見表1。

3試驗方法及試驗結(jié)果

3．1試驗方法

分別在3﹟、4﹟、8﹟、19﹟、21﹟鋼包隔熱層試驗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。

為了檢驗新型材料的保溫性能，試驗過程制定了嚴格的測溫步驟。測溫時間則選定在精煉結(jié)束上連鑄之前，對鋼包表面熱敏感部位進行標(biāo)識，并與上線的13﹟普通隔熱材料鋼包進行在線、同步、分鋼種對比測溫，同時分析新型鋼包對精煉電耗、連鑄中包鋼水過熱度的影響。

3．2試驗結(jié)果

表2是試驗鋼包和普通鋼包上鋼前的包殼溫度對比。

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)運和澆鑄過程中的溫降，減少由于鋼水溫度大幅度波動給生產(chǎn)帶來的各種不利影響。

表3是試驗鋼包和普通鋼包LF爐精煉電耗的對比。

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120萬噸/年，預(yù)計可降低電耗成本約300萬元。

表4是試驗鋼包和普通鋼包對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℃，同時中包鋼水溫度的波動由原來的平均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)議銷售的鋼材)比率由原來的0．96%降低到0．8%。尤其對82B、C72DA等要求拉速低、對中包鋼水過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，對穩(wěn)定生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化鋼水溫度過程控制，提高連鑄坯實物質(zhì)量起到了良好的作用。同時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，有利于提高包殼強度和抗蠕變性能，降低工作環(huán)境溫度。