50t整體澆注鋼包上的納米技術應用實踐研究

摘要：本文將納米復合絕熱板應用在50t整體澆注鋼包上，通過測定試驗鋼包與對比鋼包在盛鋼水時的包殼表面溫度差、平均溫降速度和鋼水澆注結束時鋼包表面溫度差，從而闡述了運用納米技術控制鋼包控制溫降的效果較為顯著。

關鍵詞：鋼包;納米復合絕熱板;溫降;納米硅空心穎粒

鋼包是煉鋼轉爐和鑄機之間的銜接設備，鋼包的保溫性能對降低轉爐出鋼溫度，提高包襯使用壽命、降低包壁散熱乃至生產成本控制至關重要。作為煉鋼的核心設備，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，對鋼包的保溫性能要求更加嚴格。傳統的鋼包內襯材質一般由整體澆注的高鋁質永久層和鎂鋁碳、鋁鎂質工作襯構成，Al-Mg 尖晶石澆注料的導熱系數在1000℃時為6.63W/m.k。這些耐火材料導熱系數較大，澆注前后溫差大，造成熱損失比較高，同時，鋼包也容易變形而損壞。納米絕熱板是一種超級絕熱材料，它首先在英美等發達國家進入投入使用，納米絕熱板具有優異的高溫絕熱性能，它在冶金領域具有良好的應用前景，它的出現為開發新型絕熱材料和進行節能降耗技術開發提供了嶄新的途徑。為了提高鋼包的保溫性能，減少鋼包熱損失，本文將復合納米絕熱板應用于鋼包上，并與傳統鋼包進行對比試驗，闡述了運用納米技術控制鋼包控制溫降的效果。

1 實施方案

1.1 納米復合絕熱板以及絕熱原理

納米應用于鋼包進行保溫性能提升主要是在鋼包內貼一層納米復合絕熱板，

納米復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。鋼水熱能主要通過對流、傳導、輻射方式進行傳遞熱量的，相應的，納米復合絕熱板則通過降低熱傳導、阻隔熱輻射、阻止熱運動方式進行絕熱的。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熱系數。鋁箔的導熱系數為0.038- 0.042 W/m.k，納米硅空心顆粒的導熱系數為0.01 6-0.0 024 W/m.k，陶瓷微粉的導熱系數也較低。阻隔熱輻射是通過表面光滑、亮度高、熱反射率強的鋁箔反射回去，鋁箔反射率高達87%以上。陶瓷微粉對不同波長的紅外線和可見光具有較好的反射和輻射功能。阻止熱運動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。在標準狀態下，空氣平均分子自由程近似70nm，根據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動。納米復合絕熱板通過鋁箔、納米硅空心顆粒、陶瓷微粉共同作用來發揮保溫效果的，其保溫機理概述如下：鋼水熱能通過輻射、對流、傳導的方式傳到納米復合絕熱板表面，首先納米復合絕熱板通過熱反射率強的鋁箔反射回去部分熱量，剩余熱量繼續向外傳遞，進人二氧化硅納米空心顆粒及陶瓷微粉組成的熱阻層，在此，氣體分子熱運動得到了阻礙。

1.2 納米復合絕熱板的理化指標

由于鋁箔、納米硅空心顆粒、陶瓷微粉的含量不同，生產的納米復合絕熱板的理化指標會存在不同，本試驗采用的是厚度為5cm的絕熱板。

1.3 試驗方案

采用相同條件下的鋼包，經過三次包齡周轉跟蹤，并進行對比試驗，試驗數據應用同一把非接觸紅外線測溫槍采集。納米絕熱板的安裝是在澆注好包底的試驗鋼包內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。貼好復合納米絕熱板后，澆注包壁。澆注時要防止振動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，應立即清理干凈。

2 試驗數據收集與分析

2.1 鋼包放完鋼水吹氫結束時，試驗鋼包與對比鋼包溫度差值試驗

數據采集是在鋼包放完鋼水吹氫結束時測量而進行的。進行溫度值分析，溫度差值是對比鋼包溫度減去試驗鋼包溫度。第一次包齡共收集了80組數據，對數據進行處理。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，當鋼包裝滿鋼水時，其包殼表面溫度差大于30℃的試驗數據為89.2%。

2.3試驗鋼包與對比鋼包鋼包溫降對比試驗

數據采集是在鋼包放完鋼吹氫結束時進行第一次測量，開澆5min后再次進行第二次測量。兩次測量的位置點都選擇鋼包機構上方800mm，共采集溫降試驗數據40組。由試驗結果可以看出，在相同條件下生產使用時，對比鋼包平均溫降速度2.92℃/min，試驗鋼包平均溫降速度2.06℃/min，由此說明試驗號鋼包比對比鋼包的保溫效果好。

2.4：鋼包澆注結束倒完渣時，試驗鋼包與對比鋼包溫度差值試驗

數據采集是在鋼包澆注結束倒完渣時測量得到的。在第一次試驗采集點的基礎上，增加兩個采集點，試驗鋼包與對比鋼包整個包齡時期共采集了50組數據，在同包齡的情況下，進行數據分析，包齡在40爐的情況下，試驗鋼包與對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越大，最大差值為115℃，溫度差值大于30℃的溫度差值數比例為59%。

3 結束語

通過以上試驗，應用納米技術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，在鋼包內壁貼5mm的納米復合絕熱板對鋼包的保溫效果較好。結果有力證明了納米復合絕熱板在鋼包上的應用，可明顯提高周轉鋼包的溫度，減少在線烘烤鋼包的時間，節約鋼鐵廠的煤氣用量。同時因為鋼包包殼的溫度降低，可降低包殼變形的概率，從而延長了鋼包包殼得使用壽命。

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