浇注料种类对钢包保温性能的影响

钢包是处于炼钢和连铸之间直接盛装钢水的容器，是钢铁冶炼中重要的炉外精炼设备。随着二次精炼及连铸工艺的发展，钢水在钢包停留时间延长，钢水的温度变化直接影响转炉出钢温度、炉外精炼、连铸质量等整个工艺流程。近年来，钢包整体浇注工艺因操作简单、劳动力消耗少、内衬材料损耗小而得到迅速发展。目前国内中小型转炉钢包，大多采用铝镁浇注料整体内衬耐火材料，其优点是整体性好、耐渣侵蚀、使用寿命长，但其导热系数高、散热损失大，导致钢水温降较大，给生产带来不利影响且能耗较高。整体浇注钢包内钢水温度的变化与内衬浇注料的技术进步密切相关，内衬永久层浇注料的改进是提高整体浇注钢包保温效果的重要途径。Jin等对使用三种不同永久层材料的钢包内衬温度场进行研究，结果表明永久层的隔热作用对于降低钢水温降速率影响显著;陈义峰等提出一种“绝热保温毡+保温隔热板”结构内衬并建立有限元模型对钢包保温性能进行模拟研究，结果表明采用新型结构内衬钢包钢水温度下降速率降低0．27K/min;黄洪斌等建立三维稳态传热模型，将钢包永久层由低水泥浇注料改为轻质耐火隔热砖，结果表明钢包外壁平均温度降低443K，每小时节能折合标煤为39.9kg。本文以某钢厂90t整体浇注钢包为研究对象，利用ANSYSWorkbench14.0软件建立三维非稳态传热模型，采用数值模拟方法对钢包盛钢过程的传热行为和温度分布规律进行研究，重点比较内衬永久层采用铝镁浇注料和轻质浇注料两种材料时对钢包保温性能的影响，通过现场测试钢包外壁温度验证模型的可靠性。
(1)整体浇注钢包永久层采用轻质浇注料替代铝镁浇注料后，钢水平均温度提高7K，钢水温降速率降低0.35K/min，定量说明永久层采用轻质浇注料能够有效降低钢液温降速率，提高钢包保温效果;
(2)钢包盛钢过程钢水温度由内到外逐渐降低，钢水中心温度最高，与渣层和内衬交界处的钢水温度最低，钢水靠近包壁部分温度比靠近渣层处温度高;
(3)整体浇注钢包永久层采用轻质耐火材料替代铝镁浇注料后，钢包外壁热流密度降低0．014W/mm2，单位时间热量损失减少276kW，每小时由于钢包外表面散热的减少可以节能993．6MJ，折合标煤为33．9kg;
(4)模拟结果与测量数据基本吻合，其相对误差小于10%，对整体浇注钢包内衬永久层浇注料种类的选择及钢包保温性能的提高有一定理论指导意义。
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