钢包采用纳米隔热板作为隔热层的优势

钢铁生产流程是典型的高温冶金过程，钢水温度的有效控制是保证生产顺行和铸坯质量的关键因素之一。钢包在生产周转过程中的传热，直接影响着盛钢过程和浇铸过程钢水的温度变化。不同的钢包状态会影响出钢温降、钢水在精炼工位的升温和降温速率以及连铸中间包钢水的过热度。近十几年来，国内许多钢铁厂对钢包的散热损失、钢包热循环过程的温降问题越来越重视。

合理的钢水温度控制制度是提高钢水质量、降低生产成本的有效手段。本文重点对安钢炼轧厂100t钢包采用新型耐火材料———纳米隔热板作为钢包隔热层的工艺实践效果进行分析和研究。

1钢包传热过程的机理分析

炼钢生产中，钢水从出钢后至浇铸结束再到下一炉出钢开始，称为一个热循环周期。钢包热循环过程一般可分为如图1所示的几个主要阶段:钢包的传热可分为出钢过程、传运阶段、精炼吹氩阶段、浇铸阶段、烘烤阶段5个过程。在不同的过程中钢包的主要传热方式不尽相同，但是每个过程均存在钢水内部以热传导方式通过接触钢水的包衬向外散热。下面以钢包传运阶段的传热过程为例进行分析。

钢包传运阶段热损失主要为:经过与钢水接触的包壁和包底的热传导散热，复合保温层表面向其上方空间的辐射散热。

在上述5个传热过程中，均存在以对流、辐射、传导的方式进行传热。在正常生产过程中，排除不稳态因素，钢包包衬的蓄热量越大，对减少钢水热损失越有利。根据生产实践，钢包在连续3个周转过程以后，包衬温度的变化与采取何种精炼方式无关，而且钢包在整个周转过程中，包衬蓄热主要集中在出钢结束至精炼结束阶段，而散热主要集中在浇铸完毕至等待出钢阶段，此时由于没有了钢水的传热，钢包本身的散热损失急剧增大，钢包温降十分明显。解决方法主要是增加保温材料的厚度和降低耐火材料的传热系数，但增加保温材料的厚度会使钢包的容量减少，而降低耐火材料的传热系数则可直接影响到钢包在上述5个传热过程的散热。基于对钢包蓄热→传热→散热的机理分析，将100t钢包隔热层进行了更换，用纳米材料隔热板代替了原来的高铝喷吹毡。

2钢包结构与新型材料纳米隔热板主要理化指标

2．1钢包结构

图2为安钢100t精炼钢包结构示意图。其中钢包层内侧与高温工作层接触，外侧紧贴纳米隔热板(隔热层)及包壁，层耐材厚度70～100mm，工作层厚度230～300mm，钢包由外到内依次为包壳→隔热层→层→工作层。钢包外壳厚度30mm，包底壳厚度60mm，隔热层现采用纳米隔热版。层采用绝缘性好、导热率低、气孔率高的粘土砖。工作层材质为镁碳砖。

2．2新型材料纳米隔热板主要理化指标

新型材料纳米隔热板的主要理化指标见表1。

3试验方法及试验结果

3．1试验方法

分别在3﹟、4﹟、8﹟、19﹟、21﹟钢包隔热层试验了新型材料纳米隔热板，包底铺两层，包壁铺三层，每层厚度10mm，全包铺至包口500mm处，共使用新型隔热板130m2，平均每层约40m2。

为了检验新型材料的保温性能，试验过程制定了严格的测温步骤。测温时间则选定在精炼结束上连铸之前，对钢包表面热敏感部位进行标识，并与上线的13﹟普通隔热材料钢包进行在线、同步、分钢种对比测温，同时分析新型钢包对精炼电耗、连铸中包钢水过热度的影响。

3．2试验结果

表2是试验钢包和普通钢包上钢前的包壳温度对比。

从表2可看出，在正常生产条件下，钢包的传热与隔热层的导热系数关系较大，采用纳米隔热板隔热层可以大幅度减少钢包的散热，从而减小钢水在转运和浇铸过程中的温降，减少由于钢水温度大幅度波动给生产带来的各种不利影响。

表3是试验钢包和普通钢包LF炉精炼电耗的对比。

表3数据显示，由于新型钢包散热慢，精炼升温速率提高，不同钢种的精炼电耗降低幅度在2～8．41kW·h/t。根据安钢炼轧厂产品大纲，目前产钢量120万吨/年，预计可降低电耗成本约300万元。

表4是试验钢包和普通钢包对连铸中包钢水温度的影响。

表4数据表明，在上钢温度相同的情况下，钢包至中间包的钢水平均温降减少了5．16℃，同时中包钢水温度的波动由原来的平均12℃降低到6℃，减少了因钢水温度不合格造成的铸坯质量下降，中包钢水温度合格率由原来的85%提高到97%。协议材(指成分、性能合格，但表面存在诸如结疤等缺陷，不影响使用、协议销售的钢材)比率由原来的0．96%降低到0．8%。尤其对82B、C72DA等要求拉速低、对中包钢水过热度控制范围较窄的钢种，改善效果更为明显，改判率由原来的6．8%降到4．5%。纳米隔热板在钢包隔热层上的应用为连铸低过热度浇铸创造了条件，铸坯内部质量得到了明显提高。

4结论

炼钢厂采用纳米隔热板作为钢包的隔热层，由于该材料具备较低的导热系数和良好的保温性能，大大减少了钢包的散热，对稳定生产，降低生产成本，优化钢水温度过程控制，提高连铸坯实物质量起到了良好的作用。同时可以减少耐火材料冷热面温差，有利于提高钢包包龄。可以大幅度降低钢包外壁温度，减少包壳热应力，有利于提高包壳强度和抗蠕变性能，降低工作环境温度。