轻质高强浇注料在钢包全程加盖节能技术中的应用

1、钢包加盖的目的

近年来，由于金融危机钢铁企业产能过剩，大型钢铁企业利润逐渐减少，甚至出现逐年亏损的局面。随着连铸工艺发展，生产工艺的结构优化及节能降耗成为发展趋势，如何提高操作水平、减少钢包浇注过程温降（降低出钢温度），成为各个钢企近来研究的重要课题。控制钢水在运输，精炼及浇注过程温降，已越来越成为近阶段炼钢行业革新的关键因素。钢包热状态变化也是转炉制定钢水温度补偿制度的重要因素之一。

钢包在运输、精炼、浇注过程中，主要热损耗有两个途径：一是通过钢包内衬材料的热传导，二是上部钢水与空气接触的热传导和热辐射。钢包在周转使用过程中加上钢包盖后，对于钢包的散热起到很好的保护作用，也是钢包周转过程中的热状态更加趋于稳定，为准确控制钢包温度和温降创造条件，同时也进一步降低了钢包在周转过程的热损失。

2、钢包全程加盖在国内的发展

钢包全程加盖技术在国内一些大型炼钢企业如邯钢、唐钢、马钢、邢钢、涟钢等采用。唐钢第二轧钢厂通过采取钢包全程加盖、提高钢包周转率以及低温高拉速浇铸等技术措施，出钢至钢包底吹氨后、钢包吊运过程及浇铸工序钢水温降分别降低了20℃、11.1℃和25.9℃。邢钢通过钢包全程加盖工艺转炉出钢温度平均下降10至30℃，使连铸机的中包温度合格率提高了8%。钢包加盖后停留8h与钢包烘烤8h相比，钢包包衬温度提高了8℃，转炉生产和节能降耗创造条件。

但长期以来，国内各设计单位和钢包盖使用厂家习惯采用重质浇注料结构、浇注料纤维毯复合结构的保温，纤维毯结构。这些方式一定程度上解决了钢水温降的问题，但很难从根本上解决钢包盖轻型长寿的问题，给钢包全程加盖的推广和革新带来了障碍。究其主要原因如下：

1）重质包盖浇注料的密度较重（2.8g/cm³），在高温下吊卸时，工作面受拉力作用背面受，金属边框高温状态下力学性能低，重质浇注料承受拉力的能力较低，高温吊卸时包盖外凸变形，使包盖上盖板鼓起，从而影响包盖的使用寿命。此外，重质浇注料抗热震稳定性较差，且导热系数较大，在使用过程中钢水辐射及传导的热量损耗就大，钢包全程加盖的节能效果就不是很理想，限制了钢包加盖的发展。

2）纤维折叠块的使用在钢包全程包盖上的节能效果表现出来，且纤维折叠块的密度较小，但在钢水辐射的高温状态下，耐火纤维晶界在晶粒长大期间，不断被同类原子（质点）充填并出现固溶，这样品界处杂质富集就越来越多。而杂质其排列不规则，结合力小，对温度变化敏感性强。因此晶界处强度比晶格间的结合要弱得多，导致应力在缩径处穿透晶界，使纤维杆断裂（即粉化）。大块大块的纤维折叠块脱落，钢水辐射的高温透过脱落的纤维折叠块烧坏了包盖的铁皮，也限制了钢包全程加盖的发展。

针对上述国内现实情况，结合轻质高强浇注料产品功能化的发展，将钢包盖衬里改为轻质高强浇注料结构，并在三钢进行了应用实践，取得了令人满意的效果（大于550炉次），一般包盖的使用寿命是200—300炉次，长寿节能是耐火材料的使用要求，轻质高强浇注料将国内钢包全程加盖的保温工作推上了一个新台阶。

3、轻质高强浇注料的理化化学性能

从上世纪九十年代开始，轻质浇注料就开始兴起，早期的轻质浇注料主要是用粉煤灰、漂珠、陶粒纤维、高铝轻质骨料等作为骨料粉料生产轻质浇注料，但在使用过程中，其使用温度较低、热震稳定性较差、强度较低制约了浇注料轻质化的发展。轻质高强浇注料是以矾土基刚玉空心球为轻质骨料，铝酸钙水泥为结合剂，均化矾土细粉为基质，引入功能添加剂，增强了浇注料的抗热震稳定性和中高温的抗折强度。

以某钢厂使用轻质高强浇注料钢包加盖为例：全程钢包自动加盖系统使用轻质高强浇，经测定，可使出钢温度降低8℃一15℃。以该钢一个120吨的钢包空包为例：在20分钟内能使下一炉钢水冷却17℃一19℃。所以，为了保持浇注温度不变，只能提高转炉出钢温度，而这种措施又带来很大的能耗和物料损耗。

由以上表可知，出钢到精炼结束这一过使用轻质高强浇注料加盖与不加盖的钢水温降相比，使用轻质高强浇注料温降是90℃，不加盖降是99℃。这一阶段的温降相差9℃。

使用轻质高强浇注料包盖空置时间在4小时以内，不用进行离线烘烤，可以坐包在转炉使用。使用轻质高强浇注料加盖后，空置时间9小时空包温度下降300℃，加盖后可以不用钢包覆盖剂。

4、钢包全程加盖轻质高强浇注结果

1）钢包包盖结构特点

对钢厂钢包包盖的使用温度、使用环境详细了解以后，结合轻质高强浇注料的特点和性能，将钢包盖衬里结构确定为易损部位（钢水辐射较强的包盖中心部位，直径大约为1.5米），使用140mm的轻质高强度浇注料，其他部分采用纤维毯140mm。锚固件多采用Y型结构形式，分布间距为200mm，锚固件总高度为70mm、50mm。

2）使用轻质高强浇注料的优点

（1）具有隔热性、绝热性能好，无热膨胀应力，抗热震和机械震动等优良特性。

（2）重量轻，平均体积密度仅为1.7g/cm³，用以取代传统的重质耐火材料，能有效的强化钢包盖绝热结构，有效的降低钢包盖传动结构的承重载荷。

（3）钢包盖衬里整体结构均匀；施工方便、易修补。

3）适用范围

可满足300℃一1500℃范围内各行业、各产品形态及技术性能的需求。

5、结语

使用钢包盖轻质高强浇注料结构，确保了钢包盖自动化系统的正常运转，可使钢包盖在近乎整个钢包使用循环周期内都始终在钢包上，由此带来的效益包括：

1）大大提高了钢包盖的使用寿命，从重质浇注料的不到300炉次提高到450炉次左右，降低了生产及维修成本。

2）降低了钢包内钢水的冷却速度和空包的冷却速度，钢水出炉温度可以被降低30到40℃，可免除周转钢包在线预热。

3）减少钢水在钢包内的温度波动，减少钢包内的废钢产生，提高了产品质量。

4）降低能源消耗，改善了车间操作人员的工作环境。

5）可实现的吨钢费用节约一般在20至25元之间，每100万吨钢可节支800万至1300万元。

6）节能减排。转炉出钢吹氧升温按5Nm³/℃吨钢计算，温度降低10℃，年产500万吨钢厂节约氧气用量为2500万Nm³。在线烘烤焦炉煤气升温按400Nm³/h烘烤20min，年产500万吨钢厂节约烘烤煤气量为4000万Nm³。