应用纳米绝热板技术的钢包温降控制试验研究

张庭强 李子兴

【摘要】本文首先对纳米绝热板技术进行了一番概念性的描述，然后主要通过对14号试验包和19号试验包与27号对比包的平均降温度数、平均降温速率、平均中包温差以及平均包壳温度进行对比实验，分析了应用纳米绝热板技术的钢包温降控制。结果表明，应用纳米绝热板技术进行钢包温降控制，具有非常显著地效果，可行性较高。

【关键词】纳米绝热板技术；钢包温降控制实验；应用研究

0.引言

在炼钢工序生产过程中，钢包是重要设备之一，发挥着至关重要的作用。该设备的保温性能以及使用寿命的长短与炼钢工艺是否能够顺利稳定的进行有着密切的联系，在一定程度上，直接对产品的产量和质量造成影响。在长期的实践过程中，我国大力发展了炼钢用钢水的处理技术，各种精练处理工艺应运而生，使钢水的精练处理技术逐渐得到完善。通过不断研究发现，应用纳米绝热板技术的钢包温降控制，效果十分显著，因而受到人们的广泛关注。

1.纳米绝热板技术的概述

1.1作用原理

纳米绝热板主要是采用纤维布、纤维砂、铝箔以及低导热系数材料通过复合压制而成的。纳米气凝胶是纳米绝热板内部具有低导热系数的材料，与其它类型的材料相比较，纳米气凝胶的密度和体积要明细偏小，因而大大降低了材料的导热系数。纳米绝热板上所使用的铝箔可以使物体的黑度得到有效降低，从而降低了材料对于热辐射的吸收率，使由于热辐射带来的热损失大大减少[1]。铝箔的表面具有较强的光反射能力，热辐射主要以电磁波的形式存在，而电磁波的能量属于光的红外部分，通过铝箔的光反射作用，可以使这部分的损失得到有效降低。纳米气凝胶在使用过程中，当孔隙的直径比气体平均自由程还小时，孔隙内部的气体分子会保持在静止的状态下，并且被吸附在气孔壁上，使得所有的气体分子无法进行对流，性质发生一定变化，丧失布朗运动能力，从而阻止了气体进行对流及传递热量[2]。

1.2理化指标

从化学成分方面来看，纳米绝热板的相关理化指标主要包括稀土和三氧化二铝（Al2O3）；而从物理性能方面来看，纳米绝热板的比表面积为600m2·g，反热辐射率其接触角小于25，耐压强度（压缩10%）小于或等于25，线收缩率（1000℃*3h）小于或等于1.5%，最高使用温度为1300℃，导热系数小于或等于0.05W·（m·K）-1，抗折强度大于或等于0.40，体积密度为600（±10%）kg·m-3。

2.应用纳米绝热板技术的钢包温降控制试验

2.1实验方法

本实验所采用的实验包为14号包和19号包，对比包27号包，通过实际生产和使用进行同步实验，实验时间为7天，在此过程中进行数据的跟踪和采集。

2.2实验步骤

第一步，对纳米绝热板进行安装。在安装过程中，首先在整个包壁表面贴上一层厚度约为5毫米的绝热板。

第二步，对已经贴好纳米绝热板的钢包先浇注包底部分，然后再浇注包壁部分。需要注意的是，在浇注过程中，必须防止振动棒与纳米绝热板发生碰撞，以免造成納米绝热板的损坏。一旦发现纳米绝热板掉进浇注溶液当中，必须及时将其捡出。

第三步，在使用刚包的过程中，首先应该测量包壳的温度，与此同时，将与之相对应的钢包种类、炉号等相关生产数据记录下来，并对普通钢包的温度测量记录与试验钢包的温度测量记录进行对比分析，以此对纳米绝热板的保温效果进行检测。

3.实验结果

3.1 一个钢包中间包（包役）的平均降温速率（钢包中的水吹完氩之后直到钢水开始浇筑10min之间，钢水温度的降低变化时间的比值）以及钢包包壳的平均温度，见表1。

表1实验钢包与对比钢包的温度比较

钢包类别 平均降温度数/℃ 平均降温速率/℃·min-1 平均中包温差/℃ 平均包壳温度/℃

14号实验包 46.05 2.70 4.56 308.05

19号实验包 41.02 2.28 4.23 331.73

27号对比包 50.15 2.92 5.89 370.35

3.2 实验包与对比包的平均降温度数、平均中包温差以及平均包壳温度对比图分别如图1、图2以及图3所示。

图1 实验包与对比包的平均降温度数对比图

图2 实验包与对比包的平均中包温差对比图

图3 实验包与对比包的平均包壳温度对比图

从图1、图2以及图3中我们可以看出，27号对比包的平均降温度数、平均中包温差以及平均包壳温度，14号试验包和19号试验包对比，明显偏低，由此表明，试验包纳米绝热板技术的应用能够有效降低钢水散热，效果十分显著。当代精炼工艺越来越发达，因此，对在炼钢过程中的对降低温度损失的要求也越来越高，而纳米绝热板技术完全与这一发展要求相适应。

4.讨论

自20世纪末期以来，为了使炼钢的成本得到有效控制，提高钢的质量，世界各国的研究人员经过长期的研究和实践，大力发展了炼钢用钢水的处理技术。如今，炼钢技术对钢包提出了更高的要求，它已经不在是一个简单的运输容器[3]。因此，为了满足工艺对材料的严苛要求，使用更现代化的钢包材料显得尤为重要。

综上所述，本实验通过对14号试验包和19号试验包与27号对比包的平均降温度数、平均降温速率、平均中包温差以及平均包壳温度进行对比实验，从比数据中我们发现，应用纳米绝热板技术进行钢包温降控制，具有非常显著地效果。

【参考文献】

[1]常金宝，田微，朱立光，等.渣洗对45～#钢中夹杂物的影响[J].河北联合大学学报（自然科学版），2012，66（03）：79-80.

[2]周春林，梁新维，周学宇，等.非合金结构钢生产的质量状况及改进措施[J].材料与冶金学报，2012，99（03）：1336-1337.

[3]王文山，任刚，吕庆，等.钒钛烧结矿矿物组成和显微结构对其低温还原粉化的影响[J].钢铁钒钛，2010，98（02）：146-148.