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    輕質高強澆注料在鋼包全程加蓋節能技術中的應用

    發布日期:2022-05-25 18:28:23

    1、鋼包加蓋的目的


    近年來,由于金融危機鋼鐵企業產能過剩,大型鋼鐵企業利潤逐漸減少,甚至出現逐年虧損的局面。隨著連鑄工藝發展,生產工藝的結構優化及節能降耗成為發展趨勢,如何提高操作水平、減少鋼包澆注過程溫降(降低出鋼溫度),成為各個鋼企近來研究的重要課題??刂其撍谶\輸,精煉及澆注過程溫降,已越來越成為近階段煉鋼行業革新的關鍵因素。鋼包熱狀態變化也是轉爐制定鋼水溫度補償制度的重要因素之一。


    鋼包在運輸、精煉、澆注過程中,主要熱損耗有兩個途徑:一是通過鋼包內襯材料的熱傳導,二是上部鋼水與空氣接觸的熱傳導和熱輻射。鋼包在周轉使用過程中加上鋼包蓋后,對于鋼包的散熱起到很好的保護作用,也是鋼包周轉過程中的熱狀態更加趨于穩定,為準確控制鋼包溫度和溫降創造條件,同時也進一步降低了鋼包在周轉過程的熱損失。

    2、鋼包全程加蓋在國內的發展

    鋼包全程加蓋技術在國內一些大型煉鋼企業如邯鋼、唐鋼、馬鋼、邢鋼、漣鋼等采用。唐鋼第二軋鋼廠通過采取鋼包全程加蓋、提高鋼包周轉率以及低溫高拉速澆鑄等技術措施,出鋼至鋼包底吹氨后、鋼包吊運過程及澆鑄工序鋼水溫降分別降低了20℃、11.1℃和25.9℃。邢鋼通過鋼包全程加蓋工藝轉爐出鋼溫度平均下降10至30℃,使連鑄機的中包溫度合格率提高了8%。鋼包加蓋后停留8h與鋼包烘烤8h相比,鋼包包襯溫度提高了8℃,轉爐生產和節能降耗創造條件。

     

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    但長期以來,國內各設計單位和鋼包蓋使用廠家習慣采用重質澆注料結構、澆注料纖維毯復合結構的保溫,纖維毯結構。這些方式一定程度上解決了鋼水溫降的問題,但很難從根本上解決鋼包蓋輕型長壽的問題,給鋼包全程加蓋的推廣和革新帶來了障礙。究其主要原因如下:

    1)重質包蓋澆注料的密度較重(2.8g/cm3),在高溫下吊卸時,工作面受拉力作用背面受,金屬邊框高溫狀態下力學性能低,重質澆注料承受拉力的能力較低,高溫吊卸時包蓋外凸變形,使包蓋上蓋板鼓起,從而影響包蓋的使用壽命。此外,重質澆注料抗熱震穩定性較差,且導熱系數較大,在使用過程中鋼水輻射及傳導的熱量損耗就大,鋼包全程加蓋的節能效果就不是很理想,限制了鋼包加蓋的發展。

    2)纖維折疊塊的使用在鋼包全程包蓋上的節能效果表現出來,且纖維折疊塊的密度較小,但在鋼水輻射的高溫狀態下,耐火纖維晶界在晶粒長大期間,不斷被同類原子(質點)充填并出現固溶,這樣品界處雜質富集就越來越多。而雜質其排列不規則,結合力小,對溫度變化敏感性強。因此晶界處強度比晶格間的結合要弱得多,導致應力在縮徑處穿透晶界,使纖維桿斷裂(即粉化)。大塊大塊的纖維折疊塊脫落,鋼水輻射的高溫透過脫落的纖維折疊塊燒壞了包蓋的鐵皮,也限制了鋼包全程加蓋的發展。

    針對上述國內現實情況,結合輕質高強澆注料產品功能化的發展,將鋼包蓋襯里改為輕質高強澆注料結構,并在三鋼進行了應用實踐,取得了令人滿意的效果(大于550爐次),一般包蓋的使用壽命是200—300爐次,長壽節能是耐火材料的使用要求,輕質高強澆注料將國內鋼包全程加蓋的保溫工作推上了一個新臺階。

    3、輕質高強澆注料的理化化學性能

    從上世紀九十年代開始,輕質澆注料就開始興起,早期的輕質澆注料主要是用粉煤灰、漂珠、陶粒纖維、高鋁輕質骨料等作為骨料粉料生產輕質澆注料,但在使用過程中,其使用溫度較低、熱震穩定性較差、強度較低制約了澆注料輕質化的發展。輕質高強澆注料是以礬土基剛玉空心球為輕質骨料,鋁酸鈣水泥為結合劑,均化礬土細粉為基質,引入功能添加劑,增強了澆注料的抗熱震穩定性和中高溫的抗折強度。

    以某鋼廠使用輕質高強澆注料鋼包加蓋為例:全程鋼包自動加蓋系統使用輕質高強澆,經測定,可使出鋼溫度降低8℃一15℃。以該鋼一個120噸的鋼包空包為例:在20分鐘內能使下一爐鋼水冷卻17℃一19℃。所以,為了保持澆注溫度不變,只能提高轉爐出鋼溫度,而這種措施又帶來很大的能耗和物料損耗。

    由以上表可知,出鋼到精煉結束這一過使用輕質高強澆注料加蓋與不加蓋的鋼水溫降相比,使用輕質高強澆注料溫降是90℃,不加蓋降是99℃。這一階段的溫降相差9℃。

    使用輕質高強澆注料包蓋空置時間在4小時以內,不用進行離線烘烤,可以坐包在轉爐使用。使用輕質高強澆注料加蓋后,空置時間9小時空包溫度下降300℃,加蓋后可以不用鋼包覆蓋劑。

    4、鋼包全程加蓋輕質高強澆注結果


    1)鋼包包蓋結構特點


    對鋼廠鋼包包蓋的使用溫度、使用環境詳細了解以后,結合輕質高強澆注料的特點和性能,將鋼包蓋襯里結構確定為易損部位(鋼水輻射較強的包蓋中心部位,直徑大約為1.5米),使用140mm的輕質高強度澆注料,其他部分采用纖維毯140mm。錨固件多采用Y型結構形式,分布間距為200mm,錨固件總高度為70mm、50mm。

     

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    2)使用輕質高強澆注料的優點


    (1)具有隔熱性、絕熱性能好,無熱膨脹應力,抗熱震和機械震動等優良特性。


    (2)重量輕,平均體積密度僅為1.7g/cm3,用以取代傳統的重質耐火材料,能有效的強化鋼包蓋絕熱結構,有效的降低鋼包蓋傳動結構的承重載荷。


    (3)鋼包蓋襯里整體結構均勻;施工方便、易修補。


    3)適用范圍


    可滿足300℃一1500℃范圍內各行業、各產品形態及技術性能的需求。


    5、結語

    使用鋼包蓋輕質高強澆注料結構,確保了鋼包蓋自動化系統的正常運轉,可使鋼包蓋在近乎整個鋼包使用循環周期內都始終在鋼包上,由此帶來的效益包括:

    1大大提高了鋼包蓋的使用壽命,從重質澆注料的不到300爐次提高到450爐次左右,降低了生產及維修成本。

    2降低了鋼包內鋼水的冷卻速度和空包的冷卻速度,鋼水出爐溫度可以被降低30到40℃,可免除周轉鋼包在線預熱。

    3減少鋼水在鋼包內的溫度波動,減少鋼包內的廢鋼產生,提高了產品質量。

    4降低能源消耗,改善了車間操作人員的工作環境。

    5可實現的噸鋼費用節約一般在20至25元之間,每100萬噸鋼可節支800萬至1300萬元。

    6節能減排。轉爐出鋼吹氧升溫按5Nm3/℃噸鋼計算,溫度降低10℃,年產500萬噸鋼廠節約氧氣用量為2500萬Nm3。在線烘烤焦爐煤氣升溫按400Nm3/h烘烤20min,年產500萬噸鋼廠節約烘烤煤氣量為4000萬Nm3。


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