CN108436069A - 一种基于保温材料的铸造用钢包 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于保温材料的铸造用钢包，包括设置于钢包一侧的控制器、与所述控制器信号连接的PC机、包壳和设置于包壳上方的盖板，包壳中依次设置有复合反射绝热板和包衬，复合反射绝热板包括依次连接设置的硅油纸、压敏胶、玻纤布、用于反射热辐射的金属箔、用于阻止气体分子热运动的纤维纱，纤维纱中设置有的用于阻隔热辐射铝箔、用于降低复合反射绝热板热传导的纤维和用于阻止热量对流的纳米硅微粉，硅油纸与包壳接触连接，纤维纱与包衬接触连接。复合反射绝热板具有高温强度高、导热率低、热容量低、热稳定性强，能同时隔绝热传导、热对流、热辐射，是一种绝热性能良好，安全环保的绝热材料。

Description

一种基于保温材料的铸造用钢包
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，尤其涉及一种基于保温材料的铸造用钢包。
背景技术
铁路铸钢件的生产采甩塞杆式浇注，10t钢水最多浇20箱以上，水口开关次数多，浇注时间长，浇注过程中钢水温降较大，容易造成铸件裂纹、缩松、烧不足等缺陷，提高钢包的保温性能；传统钢包的绝热保温材料寿命低、成本髙、保温效果差、造成环境污染、工人劳动强度大等缺点。为了提髙铸钢件质量，降低生产成本，降低环境污染，减轻工人劳动强度，新型绝热保温材料的应用是非常重要的工艺措施。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于保温材料的铸造用钢包，复合反射绝热板具有高温强度高、导热率低、热容量低、热稳定性强，能同时隔绝热传导、热对流、热辐射，是一种绝热性能良好，安全环保的绝热材料。
本发明提出的一种基于保温材料的铸造用钢包，包括设置于钢包一侧的控制器、与所述控制器信号连接的PC机、包壳和设置于包壳上方的盖板，包壳中依次设置有复合反射绝热板和包衬；
复合反射绝热板包括依次连接设置的硅油纸、压敏胶、玻纤布、用于反射热辐射的金属箔、用于阻止气体分子热运动的纤维纱，纤维纱中设置有的用于阻隔热辐射铝箔、用于降低复合反射绝热板热传导的纤维和用于阻止热量对流的纳米硅微粉，硅油纸与包壳接触连接，纤维纱与包衬接触连接；
包衬中设置有覆盖剂，所述覆盖剂通过球壁导热仪测量导热系数，所述球壁导热仪包括内球壳、包衬试样、外球壳、热电偶，内球壳内部设置有电加热器，电加热器通过输电导线与供电装置连接，内球壳与外球壳之间均匀填充包衬试样，热电偶包括第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶和第四热电偶，内球壳外表面轴向对称的位置设置所述第一热电偶和所述第二热电偶，外球壳外表面轴向对称的位置设置所述第三热电偶和所述第四热电偶；
包衬内表面设置有与液体接触的第一传感器、检测所述发热剂发热温度的第二传感器、检测所述保温剂保温温度的第三传感器、检测所述触发剂引燃发热剂引燃时间的第四传感器；
控制器分别与所述第一传感器、所述第二传感器、所述第三传感器、所述第四传感器、所述第一热电偶、所述第二热电偶、所述第三热电偶、所述第四热电偶信号连接。
进一步地，所述覆盖剂在液体浇注时涂撒在包衬上，通过JSM-35CF型扫描电镜对所述覆盖剂液体渣层结构微观形貌进行观察分析，当液体熔化升温至1550℃后，恒温2h，然后迅速将适量的各个配方的所述覆盖剂投入到铸件钢包周围，所述覆盖剂冷却后，在其表面取样，经真空镀银后在JSM-35CF型扫描电镜下观察所述覆盖剂液体渣层的微观形貌。
进一步地，所述覆盖剂按重量百分比包括：对钢包中液体进行加热的发热剂5-10％，对钢包中液体进行保温的保温剂80-90％，和用于加快加热剂引燃时间的触发剂5-10％。
进一步地，所述覆盖剂中所述发热剂为6wt％、所述保温剂为90％、所述触发剂为4％。
进一步地，所述发热剂包括Al2O3、Fe2O3和C，所述保温剂包括Si02、CaO、NaNO3和MgO，所述触发剂包括CaF2。
进一步地，金属箔与纤维纱依次循环设置6层。
进一步地，所述控制器包括控制面板和PLC控制系统，所述控制面板包括开机界面、输入端口显示界面、输出端口显示界面、参数设置界面和报警界面。
本发明提供的一种基于保温材料的铸造用钢包的优点在于：本发明结构中提供的一种基于保温材料的铸造用钢包，复合反射绝热板具有高温强度高、导热率低、热容量低、热稳定性强，能同时隔绝热传导、热对流、热辐射，是一种绝热性能良好，安全环保的绝热材料；复合反射绝热板孔隙均匀，气体分子能够均匀地储存在微小颗粒孔隙之间，保温效果显著，高效地阻断了气体分子的热运动，其导热系数比传统的有机或无机绝热材料都低，甚至比静止的空气还要小；覆盖剂的原材料大多来自工业废料，用作覆盖剂原材料后不仅消除了污染，又变废为宝，SiO2熔点较高，在覆盖剂中起到耐高温骨架作用，使保温层能保持泡沫状松散态，覆盖剂中SiO2的存在形成了多孔的组织结构，有效的起到保温作用，SiO2与Fe2O3的结合降低了覆盖剂的熔化温度，Al2O3与CaF2的结合缩短了覆盖剂中发热剂的发热时间；再加入膨胀石墨后覆盖剂的铺展性能和保温性能明显提高，其在一定范围内膨胀石墨加入量越多，保温性能越好；覆盖剂与复合反射绝热板的接触，覆盖剂利用复合反射绝热板所具有的高温强度高、导热率低的特点，提高覆盖剂的保温效果，在扫描电镜下观察，覆盖剂在高温下的微观组织呈层片状，内部多孔洞，具有很好的膨胀性和铺展性，良好的隔热保温性能。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于保温材料的铸造用钢包结构示意图；
图2为本发明提出的一种基于保温材料的铸造用钢包的复合反射绝热板结构示意图；
图3为本发明提出的一种基于保温材料的铸造用钢包的球壁导热仪结构示意图；
图4为本发明提出的一种基于保温材料的铸造用钢包覆盖剂中酸化石墨的膨化效果曲线图；
图5为本发明提出的一种基于保温材料的铸造用钢包覆盖剂中发热剂含量变化对钢包性能影响的曲线图；
图6为本发明提出的一种基于保温材料的铸造用钢包覆盖剂中触发剂含量变化对钢包性能影响的曲线图；
其中，1、硅油纸，2、压敏胶，3、玻纤布，4、金属箔，5、纤维纱，6、盖板，7、包壳，8、复合反射绝热板，9、包衬，10、内球壳，11、包衬试样，12、外球壳，13、电加热器，14、热电偶。
具体实施方式
如图1所示，图1为本发明公开的一种基于保温材料的铸造用钢包，复合反射绝热板具有高温强度高、导热率低、热容量低、热稳定性强，能同时隔绝热传导、热对流、热辐射，是一种绝热性能良好，安全环保的绝热材料。
参照图1、图2、图3，本发明提出的一种基于保温材料的铸造用钢包，包括设置于钢包一侧的控制器、与所述控制器信号连接的PC机、包壳7和设置于包壳7上方的盖板6，包壳7中依次设置有复合反射绝热板8和包衬9；
复合反射绝热板8包括依次连接设置的硅油纸1、压敏胶2、玻纤布3、用于反射热辐射的金属箔4、用于阻止气体分子热运动的纤维纱5，纤维纱5中设置有的用于阻隔热辐射铝箔、用于降低复合反射绝热板8热传导的纤维和用于阻止热量对流的纳米硅微粉，硅油纸1与包壳7接触连接，纤维纱5与包衬9接触连接；金属箔4与纤维纱5依次循环设置6层。
包衬9中设置有覆盖剂所述覆盖剂按重量百分比包括：对钢包中液体进行加热的发热剂5-10％，对钢包中液体进行保温的保温剂80-90％，和用于加快加热剂引燃时间的触发剂5-10％；所述覆盖剂通过球壁导热仪测量导热系数，所述球壁导热仪包括内球壳10、包衬试样11、外球壳12、热电偶14，内球壳10内部设置有电加热器13，电加热器13通过输电导线与供电装置连接，内球壳10与外球壳12之间均匀填充包衬试样11，热电偶14包括第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶和第四热电偶，内球壳10外表面轴向对称的位置设置所述第一热电偶和所述第二热电偶，外球壳12外表面轴向对称的位置设置所述第三热电偶和所述第四热电偶；包衬9内表面设置有与液体接触的第一传感器、检测所述发热剂发热温度的第二传感器、检测所述保温剂保温温度的第三传感器、检测所述触发剂引燃发热剂引燃时间的第四传感器；
控制器分别与所述第一传感器、所述第二传感器、所述第三传感器、所述第四传感器、所述第一热电偶、所述第二热电偶、所述第三热电偶、所述第四热电偶信号连接。所述控制器包括控制面板和PLC控制系统，所述控制面板包括开机界面、输入端口显示界面、输出端口显示界面、参数设置界面和报警界面。
所述覆盖剂在液体浇注时涂撒在包衬9上，通过JSM-35CF型扫描电镜对所述覆盖剂液体渣层结构微观形貌进行观察分析，当液体熔化升温至1550℃后，恒温2h，然后迅速将适量的各个配方的所述覆盖剂投入到铸件钢包周围，所述覆盖剂冷却后，在其表面取样，经真空镀银后在JSM-35CF型扫描电镜下观察所述覆盖剂液体渣层的微观形貌。所述覆盖剂中所述发热剂为6wt％、所述保温剂为90％、所述触发剂为4％。所述发热剂包括Al2O3、Fe2O3和C，所述保温剂包括Si02、CaO、NaNO3和MgO，所述触发剂包括CaF2。
选用球壁导热仪测量覆盖剂的导热系数，实验测定原理：圆球法测定绝热材料的导热系数是以同心球壁稳定导热规律作为基础；实验时，在不同直径的内球壳10和外球壳12的两个同心圆球的圆壳之间均匀地填充包衬试样11(可为粉状、粒状或纤维状)，在内球壳10中则装有球形电加热器13。当加热时间足够长时，球壁导热仪将达到热稳定状态，内外壁面温度分别恒为T1和T2。然后利用一下啊公式进行计算得到隔热材料的导热系数λ：
式中，Q为单位时间内发热量，d1为内球壳直径，d2为外球壳直径，T1为内球壳温度，T2为外球壳温度。
图4是酸化石墨对覆盖剂膨化效果的影响。由图可以看出，覆盖剂的膨胀倍数随着酸化石墨含量的增加而增加。当覆盖剂中酸化石墨质量分数超过18％以后，覆盖剂的保温效果开始下降，覆盖剂表面出现细小裂纹；当酸化石墨的质量分数超过25％，覆盖剂的保温性能明显下降，覆盖剂表面裂纹增大、增多，宽度增大到2～4mm，膨化后的覆盖剂体积增大2～6倍。呈蓬松的棉花状。由此可见，酸化石墨的质量分数不宜高于18％。在800℃炉膛中同质量的试验样品膨化后，其体积比模拟冒口浇注作用下的膨胀倍数大2～6倍，这是因为模拟冒口浇注作用下，覆盖剂是单向受热，只有少部分酸化石墨膨化，而在800℃炉膛中是整个体系受热，导致多数酸化石墨膨胀，所以体积比较大。酸化石墨对保温性能有很大的影响，合适的含量能够使覆盖剂获得更好的保温效果。试验表明合理的膨胀倍数为1.1～1.3，此时覆盖剂保温层下面完全膨化，保温层中上部分基本不膨化，这时的覆盖剂拥有较低的体密度，导热系数最低，又能保持完整的保温层，减小了对流传热。由图3可以看出，覆盖剂中酸化石墨合理的质量分数为8％～18％时，覆盖剂的膨胀倍数在1.1～1.3，此时覆盖剂拥有较好的保温性能。
图5是发热剂含量变化对覆盖剂性能的影响。如图所示，酸化石墨：珍珠岩：粉煤灰分别设置为1:1:1、1:1:2和1:1:3，当覆盖剂中保温材料的配比及触发剂的加入量一定时，随着发热剂含量的降低，覆盖剂中的峰值温度是逐步下降的。由图可见，覆盖剂的温度－时间曲线中存在一个最高峰值温度Tmax＝1230℃，随着发热剂含量的降低，峰值温度依次下降，说明覆盖剂中的发热剂在高温(1300℃)作用下可以反应并发生放热反应，放出的热量完全可以使刚玉坩埚内的覆盖剂体系的温度上升。由此可以看出，覆盖剂中发热剂的含量对覆盖剂的Tmax有着明显的影响。当发热剂含量较高时(如11wt％)，发热剂发生放热反应放出的热量较多，使覆盖剂的温度较快上升并达到最大峰值1230℃；相反，如果发热剂的含量较低(如3wt％)时，则覆盖剂中放出的热量相对较少，体系的温度同样上升一个峰值，但由于发热剂较少，放出的热量有限，所以峰值温度仅有930℃。由此可见，在该试验条件下，覆盖剂中的发热剂能够发生放热反应，使覆盖剂体系的温度上升。而且，随着发热剂含量的增加，覆盖剂的温度随之提高。试验结果表明，发热剂的含量不宜过高，因为过高的发热剂含量虽然可以使体系获得较多的热量补偿，但同时却极大的降低了体系的保温效果，同时又增加了成本。大量的试验表明，发热剂的质量分数在6％左右是比较适宜的，这样既可以保证覆盖剂体系拥有良好的发热性能，又使得体系拥有良好保温性能，并且也保证了覆盖剂的成本适中。
不同触发剂含量对覆盖剂发热性能的影响结果见图6。由图可见，当覆盖剂中发热剂的含量及保温剂的配比一定时，触发剂加入量对覆盖剂的最高温度有着显著的影响。当无发热剂时，覆盖剂中的发热剂只发生少量的放热反应，覆盖剂的最高峰值温度为860℃；当加入1wt％的触发剂时，覆盖剂中的发热剂的放热反应增强，其峰值温度上升至930℃；随着触发剂加入量继续增加至3wt％，覆盖剂中的放热反应较快，而且反应比较充分，反应放出大量的热量使覆盖剂的温度迅速上升至1143℃。由此可见，为了促进覆盖剂中发热剂的放热反应，并保证该反应的顺利完全进行，在覆盖剂中添加一定的触发剂是非常必要的。
信号连接包括有线连接，无线连接；有线连接包括宽带连接、光纤连接；无线连接包括WIFI连接、无线电连接。
综上所述，本发明结构中提供的一种基于保温材料的铸造用钢包，本发明结构中提供的一种基于保温材料的铸造用钢包，复合反射绝热板具有高温强度高、导热率低、热容量低、热稳定性强，能同时隔绝热传导、热对流、热辐射，是一种绝热性能良好，安全环保的绝热材料；复合反射绝热板孔隙均匀，气体分子能够均匀地储存在微小颗粒孔隙之间，保温效果显著，高效地阻断了气体分子的热运动，其导热系数比传统的有机或无机绝热材料都低，甚至比静止的空气还要小；覆盖剂的原材料大多来自工业废料，用作覆盖剂原材料后不仅消除了污染，又变废为宝，SiO2熔点较高，在覆盖剂中起到耐高温骨架作用，使保温层能保持泡沫状松散态，覆盖剂中SiO2的存在形成了多孔的组织结构，有效的起到保温作用，SiO2与Fe2O3的结合降低了覆盖剂的熔化温度，Al2O3与CaF2的结合缩短了覆盖剂中发热剂的发热时间；再加入膨胀石墨后覆盖剂的铺展性能和保温性能明显提高，其在一定范围内膨胀石墨加入量越多，保温性能越好；覆盖剂与复合反射绝热板的接触，覆盖剂利用复合反射绝热板所具有的高温强度高、导热率低的特点，提高覆盖剂的保温效果，在扫描电镜下观察，覆盖剂在高温下的微观组织呈层片状，内部多孔洞，具有很好的膨胀性和铺展性，良好的隔热保温性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于保温材料的铸造用钢包，其特征在于，包括设置于钢包一侧的控制器、与所述控制器信号连接的PC机、包壳(7)和设置于包壳(7)上方的盖板(6)，包壳(7)中依次设置有复合反射绝热板(8)和包衬(9)；
复合反射绝热板(8)包括依次连接设置的硅油纸(1)、压敏胶(2)、玻纤布(3)、用于反射热辐射的金属箔(4)、用于阻止气体分子热运动的纤维纱(5)，纤维纱(5)中设置有的用于阻隔热辐射铝箔、用于降低复合反射绝热板(8)热传导的纤维和用于阻止热量对流的纳米硅微粉，硅油纸(1)与包壳(7)接触连接，纤维纱(5)与包衬(9)接触连接；
包衬(9)中设置有覆盖剂，所述覆盖剂通过球壁导热仪测量导热系数，所述球壁导热仪包括内球壳(10)、包衬试样(11)、外球壳(12)、热电偶(14)，内球壳(10)内部设置有电加热器(13)，电加热器(13)通过输电导线与供电装置连接，内球壳(10)与外球壳(12)之间均匀填充包衬试样(11)，热电偶(14)包括第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶和第四热电偶，内球壳(10)外表面轴向对称的位置设置所述第一热电偶和所述第二热电偶，外球壳(12)外表面轴向对称的位置设置所述第三热电偶和所述第四热电偶；
包衬(9)内表面设置有与液体接触的第一传感器、检测所述发热剂发热温度的第二传感器、检测所述保温剂保温温度的第三传感器、检测所述触发剂引燃发热剂引燃时间的第四传感器；
控制器分别与所述第一传感器、所述第二传感器、所述第三传感器、所述第四传感器、所述第一热电偶、所述第二热电偶、所述第三热电偶、所述第四热电偶信号连接。
2.根据权利要求1所述的基于保温材料的铸造用钢包，其特征在于，所述覆盖剂在液体浇注时涂撒在包衬(9)上，通过JSM-35CF型扫描电镜对所述覆盖剂液体渣层结构微观形貌进行观察分析，当液体熔化升温至1550℃后，恒温2h，然后迅速将适量的各个配方的所述覆盖剂投入到铸件钢包周围，所述覆盖剂冷却后，在其表面取样，经真空镀银后在JSM-35CF型扫描电镜下观察所述覆盖剂液体渣层的微观形貌。
3.根据权利要求1所述的基于保温材料的铸造用钢包，其特征在于，所述覆盖剂按重量百分比包括：对钢包中液体进行加热的发热剂5-10％，对钢包中液体进行保温的保温剂80-90％，和用于加快加热剂引燃时间的触发剂5-10％。
4.根据权利要求3所述的基于保温材料的铸造用钢包，其特征在于，所述覆盖剂中所述发热剂为6wt％、所述保温剂为90％、所述触发剂为4％。
5.根据权利要求1所述的基于保温材料的铸造用钢包，其特征在于，所述发热剂包括Al2O3、Fe2O3和C，所述保温剂包括Si02、CaO、NaNO3和MgO，所述触发剂包括CaF2。
6.根据权利要求1所述的基于保温材料的铸造用钢包，其特征在于，金属箔(4)与纤维纱(5)依次循环设置6层。
7.根据权利要求1所述的基于保温材料的铸造用钢包，其特征在于，所述控制器包括控制面板和PLC控制系统，所述控制面板包括控制界面和控制按钮，所述控制界面包括开机界面、输入端口显示界面、输出端口显示界面、参数设置界面和报警界面。
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