在以連鑄為中心的煉鋼生產(chǎn)組織中，為控制鋼水溫度，首先是盡可能減少鋼水過(guò)程溫降，降低出鋼溫度;其次是盡可能穩(wěn)定煉鋼操作，提高出鋼溫度的命中率，避免高溫出鋼;第三是加強(qiáng)生產(chǎn)調(diào)度和鋼包周轉(zhuǎn)等物流管理。澆鑄溫度過(guò)高，中間包耐火材料侵蝕嚴(yán)重，容易造成鋼流控制失控，產(chǎn)生澆鑄事故，而且鑄坯易產(chǎn)生裂紋、中心偏析、疏松等缺陷，還會(huì)加劇鋼水的二次氧化;而澆鑄溫度過(guò)低，則易使鋼水凍結(jié)而中斷澆鑄，或使鋼水黏度增大，導(dǎo)致夾雜物上浮困難，鑄坯表面品質(zhì)差，而且造成中間包內(nèi)殘鋼量增多，金屬收得率降低。通常將中間包內(nèi)鋼水溫度波動(dòng)控制在5℃以內(nèi)?？梢?jiàn)，中間包鋼水保溫技術(shù)不僅僅是節(jié)能，還關(guān)系到鋼水及其產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題和生產(chǎn)安全問(wèn)題。

目前，寶鋼股份1930CCM連鑄機(jī)中間包是磚砌型中間包，其耐火材料結(jié)構(gòu)是采用75mm厚黏土磚作為永久襯，采用145mm厚的黏土磚、燒成莫來(lái)石磚、鋁鋯預(yù)制磚作為預(yù)備工作襯(包底、熔池大部采用黏土磚，渣線采用燒成莫來(lái)石磚和鋁鋯預(yù)制磚，包底沖擊區(qū)及水口座磚易沖刷部位采用燒成莫來(lái)石磚)。目前，中間包內(nèi)襯的隔熱保溫效果不明顯。對(duì)于煉鋼中間包來(lái)說(shuō)，采用隔熱保溫技術(shù)不僅能減緩中間包殼體變形，更重要的是減少了鋼水溫降，對(duì)降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度、提高鋼材品質(zhì)、延長(zhǎng)包殼壽命以及減少鋼水溫度過(guò)低而造成的斷澆事故，均有很大的好處。因此，對(duì)寶鋼中間包進(jìn)行隔熱保溫技術(shù)研究顯得尤為重要。

由于鋼水在中間包中的熱量損失主要有三種形式:中間包上部表面散熱、包內(nèi)襯蓄熱、通過(guò)內(nèi)襯向包外殼傳導(dǎo)散熱，因此，擬通過(guò)優(yōu)化寶鋼中間包內(nèi)襯保溫配置研究，獲得減少中間包澆鑄過(guò)程中的溫降和溫度波動(dòng)的中間包內(nèi)襯耐火材料配置技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)中間包安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)壽、節(jié)能運(yùn)行。

保溫中間包內(nèi)襯材料的配置

寶鋼保溫中間包采用納米微孔隔熱板隔熱層、輕質(zhì)保溫磚以及低水泥半輕質(zhì)莫來(lái)石澆注料整體澆注。

1.1保溫材料的性能研究

1.1.1納米微孔隔熱板

納米微孔隔熱板(簡(jiǎn)稱“納米板”)是一種基于納米微孔原理研制而成的新型隔熱材料，主要是采用超細(xì)SiO?和熱輻射吸收材料等經(jīng)特殊工藝壓制而成的多孔板狀物，它具有超低的熱導(dǎo)率(比靜止空氣的還低)。目前在寶鋼保溫中間包上試用的納米板WDS最高使用溫度可達(dá)1100℃，在800℃下的熱導(dǎo)率為0.043W·(m·K)-?，其組成(w)為:SiO?50%，ZrSiO?45%，其他5%;體積密度為(430±10)kg·m-?。對(duì)使用前的新板進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，其在500℃下的熱導(dǎo)率為0.027W·(m·K)-1，于1100℃保溫5h的燒后線變化率為-1.75%。觀察在中間包上經(jīng)1000℃使用5h后的納米板發(fā)現(xiàn)，無(wú)明顯燒結(jié)或收縮現(xiàn)象，用后板保持良好狀態(tài)(見(jiàn)圖1);而且其500℃時(shí)的熱導(dǎo)率為0.028W·(m·K)-1，保溫性能幾乎沒(méi)有變化?？梢?jiàn)，該納米板在1000℃的高溫下可以使用。

1.1.2輕質(zhì)保溫磚———漂珠磚

為了保護(hù)納米板，還選用了一種輕質(zhì)保溫磚———漂珠磚來(lái)隔熱，用于永久層和納米板之間。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)擬選用的2種漂珠磚進(jìn)行了性能對(duì)比分析，具體見(jiàn)表1。綜合評(píng)價(jià)為:1#漂珠磚在1250℃保溫2h燒后的收縮很大，出現(xiàn)了過(guò)度燒結(jié)現(xiàn)象，因磚“瓷化”而造成強(qiáng)度高;2#漂珠磚在1250℃保溫2h燒后的收縮率符合國(guó)標(biāo)中小于2%的要求，而且耐高溫性能較好。因此，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中以采用2#漂珠磚為宜。

1.2整體澆注料的性能研究

寶鋼現(xiàn)用中間包永久襯采用磚砌施工，為了實(shí)施中間包保溫技術(shù)，擬用澆注料整體澆注成永久襯來(lái)取代磚砌的黏土磚與莫來(lái)石磚等。中間包永久襯澆注料的使用過(guò)程為:連鑄前在其表面施工工作層涂料→中間包烘烤升溫→連鑄澆鋼時(shí)受到鋼水的高溫和靜壓力作用→連澆結(jié)束→中間包冷卻→涂料解體→表面再施工涂料，如此反復(fù)。由于永久襯澆注料的使用壽命要求較長(zhǎng)(一般在600爐以上)，且要防止涂料解體、翻包時(shí)永久層澆注料松動(dòng)，因此對(duì)其抗熱震性、強(qiáng)度(尤其是高溫?zé)髲?qiáng)度)、體積穩(wěn)定性都提出了較高的要求。此外，由于中間包涂料的氣孔率較高，渣往往會(huì)穿過(guò)涂料層滲透到永久襯中，因此還要確保永久襯具有較好的抗渣性。為使永久襯澆注料兼具以上性能要求，可采取如表2所示的措施。

中間包永久襯澆注料必須具備的性能和措施

為了確保中間包永久襯的抗熱震性，澆注料的Al?O?含量要適當(dāng)控制。采用Al?O?含量為50%～65%(w)的較好，其物相主要是莫來(lái)石，具有良好的抗熱震性。采用超低水泥結(jié)合技術(shù)，水泥含量低，高溫下形成的CaO-Al?O?-SiO?低熔點(diǎn)物相很少。對(duì)于正在實(shí)施的中間包保溫項(xiàng)目，除了在鋼殼處設(shè)置隔熱層之外，還應(yīng)采用半輕質(zhì)澆注料做永久襯，并控制適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，不要過(guò)分追求較低的熱導(dǎo)率。表3列出了分別在16#和6#中間包上試用的半輕質(zhì)永久襯澆注料的實(shí)測(cè)性能指標(biāo)。

中間包保溫的實(shí)施和效果

2.1中間包耐火材料配置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為降低中間包熱量損失，增加一層隔熱襯，隔熱襯采用5mm厚的納米板隔熱保溫層和30mm厚的輕質(zhì)磚;永久襯采用半輕質(zhì)莫來(lái)石澆注料，包壁厚度為185mm，包底澆注區(qū)厚度為185mm，沖擊區(qū)部位厚度為330mm;工作層涂料厚度為40mm，渣線及局部沖刷區(qū)域45～50mm。

2.2中間包熱平衡時(shí)理論計(jì)算

通過(guò)中間包熱平衡時(shí)模擬計(jì)算各界面溫度，以評(píng)估中間包各種材料的使用安全性。模擬計(jì)算時(shí)設(shè)定的邊界條件為:鋼板厚度30mm，納米板厚度5mm，輕質(zhì)磚厚度30mm，永久襯澆注料厚度185mm，工作層涂料厚度40mm;工作層涂料與鋼水界面溫度1550℃。達(dá)到平衡時(shí)各界面溫度模擬計(jì)算結(jié)果為:涂料與澆注料的界面溫度為1430℃，澆注料與輕質(zhì)磚的為956℃，輕質(zhì)磚與隔熱板的為737℃，隔熱板與鋼殼的為202℃。模擬計(jì)算結(jié)果表明，各種材料均在安全使用范圍內(nèi)，但相比原用黏土磚的中間包，工作層涂料與永久襯澆注料的界面溫度有所提高。

對(duì)現(xiàn)用的磚砌型中間包(以下簡(jiǎn)稱“磚砌包”)耐火材料結(jié)構(gòu)和上述試驗(yàn)中間包(以下簡(jiǎn)稱“試驗(yàn)包”)的耐火材料結(jié)構(gòu)均進(jìn)行了熱平衡后傳熱模擬計(jì)算，結(jié)果如表5所示。可以看出，原磚砌包達(dá)到熱態(tài)平衡時(shí)的鋼殼溫度為298.2℃，通過(guò)中間包鋼殼的熱量損失為6749.8W·m-?;試驗(yàn)包達(dá)到熱態(tài)時(shí)的鋼殼溫度為201.6℃，通過(guò)中間包鋼殼的熱量損失為3237.5W·m-?。此計(jì)算結(jié)果是在達(dá)到熱態(tài)平衡時(shí)模擬的結(jié)果，雖然中間包在使用中往往不能達(dá)到熱態(tài)平衡，但可以說(shuō)明一種趨勢(shì)，即:在中間包趨向熱平衡的狀態(tài)時(shí)，各層材料均在安全使用范圍內(nèi)，同時(shí)與原磚砌包采用的耐火材料相比具有一定的保溫效果和較少的熱量損失。

2.3連鑄過(guò)程中間包保溫效果評(píng)估

對(duì)砌有隔熱襯和澆注料永久襯的6#試驗(yàn)包和現(xiàn)用磚砌包在連鑄過(guò)程中進(jìn)行了全程的鋼殼溫度監(jiān)測(cè)。采用非接觸式紅外測(cè)溫儀對(duì)對(duì)象包監(jiān)測(cè)的相同部位的3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行了溫度測(cè)量并記錄，從表6的監(jiān)測(cè)溫度記錄來(lái)看，隨著中間包使用爐齡的增加，無(wú)論是磚砌包還是有隔熱襯的包，鋼殼溫度均升高，熱量損失增加;試驗(yàn)包與磚砌中間包相比，同一澆次澆鑄后期的鋼殼溫度要低得多，具有明顯的保溫隔熱效果，熱量損失減少，節(jié)能效果明顯。按目前澆鑄6爐計(jì)，與磚砌包相比，優(yōu)化配置后的保溫中間包鋼殼溫度從第1爐的降低17℃到第6爐的降低83℃，說(shuō)明隨著連澆爐數(shù)增多，鋼殼降溫更加明顯。

又對(duì)上述兩種中間包的鋼水溫降情況進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如表7所示(X與σ分別是鋼水溫降的均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差)。與現(xiàn)用磚砌包相比，試驗(yàn)包的保溫效果良好，可以明顯延緩連鑄過(guò)程中包內(nèi)鋼水溫度的降低。

通過(guò)優(yōu)化寶鋼中間包內(nèi)襯保溫配置研究，將普通的磚砌型中間包改為采用納米微孔隔熱板、輕質(zhì)保溫磚以及低水泥結(jié)合半輕質(zhì)莫來(lái)石澆注料的中間包。按澆鑄6爐計(jì)，優(yōu)化配置后的保溫中間包鋼殼溫度從第1爐的降低17℃到第6爐的降低83℃，隨著連澆爐數(shù)增多，包殼降溫更加明顯;鋼水溫降的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ降低10.39%，波動(dòng)幅度明顯收窄，有利于提高連鑄澆鋼過(guò)程中鋼水溫度的穩(wěn)定性，提高鑄坯品質(zhì)。