CN114850460A - 一种钢包及其制备方法 - Google Patents

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李权辉
陶镳
李明
唐前进
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B22D41/02Linings
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Abstract

本发明公开了一种钢包及其制备方法,所述钢包包括钢包内衬、钢包壳和钢包底,所述钢包内衬设置于钢包壳内部,由外向内依次包括保温层、永久层、过渡层、熔池工作层和渣线工作层,所述保温层包括外置保温层和内置保温层,所述钢包底包括包底工作层和包底永久层。本发明在保证炉容的前提下,通过优化设计复合保温内衬结构,使包壳温度降低100℃左右,钢水温降速率降低24.6%。既减少钢水热量损失、降低炼钢成本、稳定铸坯质量,又防止包壳高温变形。此外,本发明过渡层砖砌结构防止钢液渗入永久层,消除保温层高温粉化、失效等现象,增强整体耐材结构的强度,提高保温层使用寿命。同时,本发明的钢包结构耐材砌筑施工简单易操作,适用于大面积推广。

Description

一种钢包及其制备方法
技术领域
本发明涉及高温容器及其制备方法,具体涉及一种钢包及其制备方法。
背景技术
钢包是钢水暂储、运输、浇注钢液以及炉外精炼等过程用的高温装置。随着冶金工业技术的发展,钢包容量越来越大,钢水在钢包中的停留时间越来越长。由于钢水需在钢包中进行多项技术工艺处理,其在钢包中的滞留时间显著延长,导致热损失大,钢水温度下降较快。为了保证连铸顺利进行,不得不以提高出钢温度、在精炼时升温或在中间包中加热等方式来进行温度补偿。然而,对于提高出钢温度而言,这必然加速钢包包衬损毁的进程,显著降低钢包包龄,严重影响钢的产量;而且通过温度补偿,钢包中钢水温度明显提高,将会导致钢包内衬的使用条件更为恶劣。
钢水温降的一个重要因素就是钢包包衬材料的保温性。然而,目前钢包包衬保温结构采用的保温层结构材料保温性能与强度不能兼顾,且材料高温线收缩大,在钢包使用后期保温材料易出现粉化,保温失效等问题,导致钢包的使用寿命大大缩短。
发明内容
发明目的:为了解决现有技术存在的技术问题,本发明旨在提供一种具有优异的保温性能和使用寿命长的钢包,本发明还提供了钢包的制备方法。
技术方案:本发明所述的钢包,包括钢包内衬、钢包壳和钢包底,所述钢包内衬设置于钢包壳内部,由外向内依次包括保温层、永久层、过渡层、熔池工作层和渣线工作层,所述保温层包括外置保温层和内置保温层,外置保温层为高强纳米绝热板,内置保温层为耐高温陶瓷纤维板,所述钢包底包括包底工作层和包底永久层。
进一步的,所述熔池工作层和包底工作层为铝镁碳砖,渣线工作层为镁碳砖。
进一步的,所述永久层、包底永久层为高铝砖,高铝砖为楔形砖,有利于减少砌筑中三角缝的存在,增强钢包的安全性。
进一步的,所述过渡层为镁铝尖晶石碳砖。
进一步的,所述外置保温层的厚度为5-10mm,最高工作温度≥1050℃,常温耐压强度≥1MPa,密度为400-600Kg/m3,800℃时的导热系数≤0.04W/(m·k)。
进一步的,所述内置保温层的厚度为10-20mm,耐火度≥1500℃,常温耐压强度≥1MPa,密度为600-800Kg/m3,800℃时的导热系数≤0.16W/(m·k)。
本发明所述的钢包的制备方法,按以下步骤:
(11)清理钢包壳,放正水口座砖和透气砖模具,使用浇注料浇注钢包底部,得到包底永久层;
(12)待包底永久层养护完好,在钢包壳侧面均匀刷涂粘接剂,再从底部开始沿圆周将高强纳米绝热板严密粘贴于钢包壳的侧面,得到外置保温层;
(13)在外置保温层表面满涂粘接剂,再将耐高温陶瓷纤维板错缝粘贴于高强纳米绝热板上,得到内置保温层;
(14)进行永久层的施工;
(15)安装水口、透气座砖,砌筑包壁工作层;
(16)依次砌筑过渡层、熔池工作层和渣线工作层,最后砌筑包口,即得钢包。
进一步的,外置保温层6和内置保温层5的高度超过渣线工作层,同时低于钢包壳7包沿的高度,优选距离300-400mm。
进一步的,步骤(12)中的高强纳米绝热板尽量不裁剪,保持完整性,每层高强纳米绝热板采取错缝粘贴,确保无缝隙和空洞。
发明原理:本发明在保证现有钢包炉容的前提下,通过ANSYS有限元软件传热计算,研究不同因素下复合保温隔热材料使用过程中能量传递情况,优化配置各层耐材厚度、强度和材质选择等,结合生产实际,设计开发保温型长寿命钢包内衬。双层复合型耐高温保温层设计可以使包壳温度降低100℃左右,加上高铝砖永久层和尖晶石碳砖过渡层的保护,增强整个包衬强度且防止渗钢,使保温层使用寿命达1100炉次。同时,耐材砌筑施工简单、易操作,适合大面积推广应用。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下显著优点:
(1)具有优异的保温性能,导热系数低、强度高,双层复合型保温结构设计使保温层在高温高压使用环境下无粉化现象,钢水包壳温度可降低100℃左右;
(2)保温层使用寿命长,钢包总体强度高,降低耐材成本;
(3)制备方法简单易操作,安全性高及施工环境良好;
(4)节能降本效果明显,钢水过程温降减小,转炉出钢温度降低,同时废钢加入量增大,钢铁料消耗以及精炼过程电极电耗减少,炼钢和精炼成本降低;并且随着钢包保温性能提升,连铸过程钢水均匀性提升,钢水过热度波动减小,提高了铸坯质量稳定性。
附图说明
图1为本发明钢包整体结构示意图;
图2为本发明钢包内衬局部放大图。
具体实施方式
下面,结合具体实施例和附图进一步对本发明进行说明。
本发明钢包整体结构示意图见图1,其中,1、渣线工作层;2、熔池工作层;3、过渡层;4、永久层;5、内置保温层;6、外置保温层;7、钢包壳;8、包底工作层;9、包底永久层。
实施例1:本发明所述钢包(整体见图1,局部见图2),其中,渣线工作层1采用178mm镁碳砖,熔池工作层2和包底工作层8采用150-300mm铝镁碳砖,过渡层3为60mm镁铝尖晶石碳砖,永久层4为采用楔形转设计的高铝砖,性能要求见表1,同时确保Al2O3≥12%,MgO+Al2O3≥70%,C≥8%,体密≥2.9g/cm3,常温耐压≥40MPa,显气孔率≤4%,1400℃×0.5h时高温抗折≥6MPa,内置保温层5为5mm的耐高温陶瓷纤维板,外置保温层6为15mm的高强纳米绝热板,保温层各层保温性能指标见表2。
表1
Figure BDA0003613868150000031
表2
Figure BDA0003613868150000032
所述钢包的制备方法如下:
(1)清理干净钢包壳7表面所有的杂物,放正水口座砖和透气砖模具,使用浇注料浇注钢包底部,得到包底永久层9;
(2)待包底永久层9养护完好,在钢包壳侧面均匀刷涂粘接剂,再从底部开始沿圆周将高强纳米绝热板严密粘贴于钢包壳的侧面,得到外置保温层6,高强纳米绝热板尽量不裁剪,保持完整性,每层高强纳米绝热板采取错缝粘贴,确保无缝隙和空洞,若有切缝,采用透明胶带将切缝包住;
(3)在外置保温层表面满涂粘接剂,再将耐高温陶瓷纤维板错缝粘贴于高强纳米绝热板上,得到内置保温层5,保温层整体高度距钢包壳7的包沿300-400mm;
(4)进行永久层4的施工;
(5)安装水口、透气座砖,砌筑包壁工作层8;
(6)依次砌筑过渡层3、熔池工作层2和渣线工作层1,最后砌筑包口,即得钢包。
钢包上线后保温效果明显,包壳温度整体平均在200℃-228℃,钢水温降速率降低24.6%,连铸过程铸坯质量稳定性明显提升,按照节能降本计算吨钢降本2.4元/吨。同时,钢包内衬总体强度增强,保温层中后期未出现高温粉化等现象,寿命可达1000炉以上。
实施例2:与实施例1的不同之处在于,熔池工作层2采用203mm铝镁碳砖,永久层4为60mm厚的楔形高铝砖,内置保温层5为15mm的耐高温陶瓷纤维板,外置保温层6为5mm的高强纳米绝热板。钢包包壳温度降低120℃,钢水过热度平均提升5℃左右。按照节能降本计算,吨钢降本3.3元/吨。由于工作层与永久层之间缺少过渡层,在冷检修包时永久层存在少量烧结现象,风镐对复合保温层结构造成一定的影响。
对比例1:与实施例1的不同之处在于,永久层使用40mm标砖型蜡石砖,体密1.9g/cm3,显气孔率23.1%,常温耐压强度23.1MPa,700℃下导热系数0.897W·(m·K)-1,0.2MPa荷重软化温度1450℃。保温层使用的20mm普通镁硅保温板,800℃下导热系数0.309W·(m·K)-1。目前钢包熔池上下部平均温度在326℃。
对比例2:与实施例1的不同之处在于,未设置过渡层,永久层使用65mm标砖型高铝砖,耐火度1800℃,体密2.54g/cm3,常温耐压强度75.3MPa,600℃下导热系数1.001W·(m·K)-1,0.2MPa荷重软化温度1513℃。保温层使用15mm普通纤维保温板,800℃下导热系数0.292W·(m·K)-1。钢包包壳温度平均在343℃,在使用中后期保温层界面温度超过安全使用温度,材料粉化严重,包壳温度明显上升,失去保温效果。

Claims (10)

1.一种钢包,其特征在于,所述钢包包括钢包内衬、钢包壳(7)和钢包底,所述钢包内衬设置于钢包壳(7)内部,由外向内依次包括保温层、永久层(4)、过渡层(3)、熔池工作层(2)和渣线工作层(1),所述保温层包括外置保温层(6)和内置保温层(5),外置保温层(6)为高强纳米绝热板,内置保温层(5)为耐高温陶瓷纤维板,所述钢包底包括包底工作层(8)和包底永久层(9)。
2.根据权利要求1所述的钢包,其特征在于,所述熔池工作层(2)和包底工作层(8)为铝镁碳砖,渣线工作层(1)为镁碳砖。
3.根据权利要求1所述的钢包,其特征在于,所述永久层(4)、包底永久层(9)为高铝砖。
4.根据权利要求3所述的钢包,其特征在于,所述高铝砖为楔形砖。
5.根据权利要求1所述的钢包,其特征在于,所述过渡层(3)为镁铝尖晶石碳砖。
6.根据权利要求1所述的钢包,其特征在于,所述外置保温层(6)的厚度为5-10mm。
7.根据权利要求1所述的钢包,其特征在于,所述内置保温层(5)的厚度为10-20mm。
8.一种权利要求1所述的钢包的制备方法,其特征在于,按以下步骤:
(11)清理钢包壳(7),放正水口座砖和透气砖模具,使用浇注料浇注钢包底部,得到包底永久层(9);
(12)待包底永久层(9)养护完好,在钢包壳(7)侧面均匀刷涂粘接剂,再从底部开始沿圆周将高强纳米绝热板严密粘贴于钢包壳(7)的侧面,得到外置保温层(6);
(13)在外置保温层(6)表面满涂粘接剂,再将耐高温陶瓷纤维板错缝粘贴于高强纳米绝热板上,得到内置保温层(5);
(14)进行永久层(4)的施工;
(15)安装水口、透气座砖,砌筑包壁工作层(8);
(16)依次砌筑过渡层(3)、熔池工作层(2)和渣线工作层(1),最后砌筑包口,即得钢包。
9.根据权利要求8所述的钢包的制备方法,其特征在于,所述外置保温层(6)和内置保温层(5)的高度超过渣线工作层的高度,同时低于钢包壳(7)包沿的高度。
10.根据权利要求9所述的钢包的制备方法,其特征在于,所述外置保温层(6)和内置保温层(5)的高度距离钢包壳(7)包沿的高度300-400mm。
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