一种钢包用耐火砖保温性能提升方法与流程

本发明属于炼钢用耐火材料，具体涉及一种钢包用耐火砖保温性能提升方法。

背景技术：

1、钢包作为炼钢过程中盛放钢水和钢水精炼的容器，钢水温度高达1500℃-1600℃，从电炉或转炉中出钢到连浇结束整个盛放钢水时间达到2小时左右，钢包壳温度普遍在350℃-400℃之间，能量通过辐射散失，造成能耗浪费。这一现象在国内钢厂普遍存在，已经成为钢铁冶金行业节能降耗不可回避的问题。

2、精炼出钢到连浇前，必须保证20-30℃的温降空间。提高钢包的保温性能可以减少连浇时的温降。从而可以降低精炼出钢温度，降低能耗，经初步估算，100t的钢水每减少1℃的温降，可减少电耗13度。经过试验跟踪测试，本发明方案优化后的耐火砖可以使精炼出钢温度至少降低温1℃，则100t钢水可减少成本12元左右，年产钢4千万吨的钢企一年可节省电耗约500万元。并且长期高温的工况使钢包壳产生蠕变，钢壳变形使用寿命减短，钢包壳降温后，钢包壳使用寿命延长，也有巨大的经济效益。另外，钢包在使用后期，壳体温度更高，有时甚至能达到500℃，钢包发红甚至穿包的风险，给生产带来安全隐患。所以，降低钢包壳温度势在必行。

3、钢包包括耐热钢板焊接成的外壳，内衬从内到外依次为隔热层12mm左右、永久层、保温层、工作层，工作层用于在钢包冶炼时直接与钢水钢渣相接触，受到钢水和钢渣的冲刷侵蚀，并且易受较大温差，因此工作层所用的耐火材料常常损坏比较严重，需要定期检测和更换；永久层在工作层内侧，永久层起着钢包主体骨架作用，对防止钢水泄漏和维护钢包安全运行有着至关重要的作用，因此钢包的安全性就与这一层的质量有关，这一层一般采用黏土和高铝砖砌筑，通常采用综合砌筑的方式；保温层，为一些轻质、导热系数低的耐火材料制作的保温砖；隔热层在内衬部位的最外一层，靠近钢包壳，隔热层的作用主要是起保温钢水的作用，减少钢水热量的损耗，降低炼钢能耗。工作层从开始投入使用到损坏的过程一般为一个月左右，称为1个包役，每个包役之后更换工作层；永久层从开始投入使用到损坏的过程一般为8个包役，每8个包役后重新砌筑永久层。

4、降低钢包壳温度主要是提高钢包保温层和永久层砌筑用耐火材料的保温性能。不同材质不同成分配比、不同生产方式对耐火砖的保温性能有重要影响，施工时的砌筑施工方式对耐火砖的保温性能也有重要影响。耐火砖研发企业对不同耐火砖保温性能的实验往往时间很短，没法测试全流程长周期的保温性能变化，同时，实验室实验环境也无法模拟耐火砖在钢包中实际的工况，理论性强、实践性差，使开发新型保温耐火砖周期长，保温效果达不到预期。

技术实现思路

1、解决的技术问题：针对上述现有技术中存在钢包用耐火砖无法在真实使用工况试验、无法比较不同耐火砖在同一工况中的保温性能差异以及不同材质耐火砖全寿命周期保温温性能变化的问题，本发明提供一种钢包用耐火砖保温性能提升方法，具备同一环境中不同材质、不同生产工艺、不同砌筑方式耐火砖的保温性能的比较，加快摸索出不同材质、不同生产工艺、不同砌筑方式对耐火砖的保温性能的影响，加快筛选和研制保温性能最好的保温砖，可以掌握不同耐火砖随着使用时间的延长保温性能的变化规律，制定合理的下线更换周期等优点。

2、技术方案：一种钢包用耐火砖保温性能提升方法，所述钢包放置于连铸平台上表面，钢包从外到内依次包括钢包壳、隔热层、永久层、保温层和工作层，将钢包内衬从上到下分为渣线区、熔池区和包底区，所述钢包用耐火砖保温性能提升方法包括以下步骤：

3、步骤一.设计钢包内衬用耐火砖的材质、成分配比和生产工艺，以及砌筑施工工艺；

4、步骤二.分区，将渣线区平均分为8个区域，分别为渣线区域1~8，熔池区平均分为8个区域，分别为熔池区域1~8，包底区四等分成4个区域，分别为包底区域1~4，共20个区域；

5、步骤三.砌筑，并将每一区域耐火保温砖编号并喷涂，记录每一区域耐火砖材质、成分配比和生产工艺，使每一编号耐火砖成分配比和生产工艺参数可以追溯；

6、步骤四.对钢包内衬砌筑全程录像，20个区域分别录像，记录砌筑施工工艺参数，包括砌筑时砖与砖之间错开方式、渣线区上下台之间厚度差以及渣线区与熔池区交界处厚度差，根据录像分析是否是施工工艺因素导致的钢包包壳温度过高；

7、步骤五.采用热成像技术全流程全生命周期跟踪钢包各分区温度，分析各种成分和生产过程的耐火砖保温性能随工况和使用时间长短的变化：在连铸平台钢包的周边5米位置放置两台热成像红外测温仪，两台热成像红外测温仪夹角180°，单个热成像红外测温仪完全覆盖半个钢包壳，在连铸平台、钢包底端距离5米处放置一台热成像红外测温仪，完全覆盖钢包下部，将3台热成像红外测温仪的信号输出端与红外热成像温度预警系统的信号输入端连接，对钢包连浇全过程在线测温，记录各区域温度，利用红外热成像温度预警系统抓取高温区域，所述高温区域为320℃以上温度区域，结合各区域耐火砖的成分配比和生产过程参数，以及砌筑时砖与砖之间错开方式，拆下生命周期结束的耐火砖做的理化分析，与砌筑时的成分、相、组织结构作对比，分析高温环境对耐火砖内部组织和性能的影响，分析比较耐火砖保温性能的差异，并分析哪种材质、成分配比和生产工艺的耐火砖保温性能较好，相应调整成分和组织结构，进一步提升耐火砖的保温性能；

8、步骤六.调整钢包壳温度在320℃以上温度区域的耐火砖的成分配比、材质、砌筑时砖与砖之间错开方式、渣线区上下台之间厚度差以及渣线区与熔池区交界处厚度差，再次从步骤一进行实验，将改善前后同一区域钢包壳温度前后对比，判断改善，效果，从而确定最优耐火砖的成分配比、砌筑工艺、砌筑时砖与砖之间错开方式、渣线区上下台之间厚度差以及渣线区与熔池区交界处厚度差工艺。

9、作为优选，所述内衬为永久层、保温层和工作层。

10、作为优选，所述步骤三中，具体编号如下：将砌筑在渣线区域1~8、熔池区域1~8和包底区域1~4的保温砖按区域依次编号z-1-1至z-1-110，z-2-1至z-2-110，z-3-1至z-3-110，z-4-1至z-4-110，z-5-1至z-5-110，z-6-1至z-6-110，z-7-1至z-7-110，z-8-1至z-8-110，r-1-1至r-1-100，r-2-1至r-2-100，r-3-1至r-3-100，r-4-1至r-4-100；r-5-1至r-5-100，r-6-1至r-6-100，r-7-1至r-7-100，r-8-1至r-48-100；d-1-1至d-1-30，d-2-1至d-2-30，d-3-1至d-3--30，d-4-1至d-4-30。

11、作为优选，所述步骤五中对钢包连浇全过程在线测温，记录各区域温度，包括对同一区域长期测温，跟踪一个包役，比较不同包龄工作层耐火砖的保温性能变化；跟踪全流程8个包役，比较永久层耐火砖保温性能的变化。

12、作为优选，所述步骤五中分析比较耐火砖保温性能时，比较同处渣线区、熔池区或包底区附近区域钢包分区的温度，比较处于同一工况的耐火砖的保温性能，每一个包役的温度由系统自动记录本包役内每个包龄的平均温度求出本包役的平均温度，比较不同耐火砖的保温效果。

13、作为优选，所述步骤五中理化分析的项目包括导热系数、显气孔率、体积密度、常温耐压强度、高温抗折、mgo含量和al2o3含量。

14、作为优选，所述步骤三中耐火砖可以为轻质莫来石-刚玉耐火砖、轻质保温砖、六铝酸钙耐火砖或叶腊石砖。

15、进一步地，所述轻质莫来石-刚玉耐火砖、轻质保温砖、六铝酸钙耐火砖或叶腊石砖成分配比和生产过程参数具体为如下：

16、轻质莫来石-刚玉耐火砖（低导热砖）：高铝矾土(al2o394.55%,d50=44um)和冶金硅灰石(sio292.32%)做原料，聚苯乙烯球（＜3mm）做造孔剂，盐酸和氨水调节浆料ph值，利用凝胶注模工艺制备出高强轻质莫来石-刚玉制品，在1550℃烧制，气孔率87.37%，成砖后强度2.17mpa，热导率0.22w/(m.k ) ；

17、轻质保温砖：成分配比（质量分数）：矾土熟料1;al2o3＞85%,fe2o3≤2.5%，ro≤0.7%；矾土熟料2:55%-75%, fe2o3≤2.5%，ro≤0.8%；多孔粘土熟料40%-45%，sio2：50-52%,fe2o3:2.1-2.7%,ro: ≤0.17%,r2o≤0.5-1.2%。结合粘土：al2o3≥33%，fe2o3≤1.5%，漂珠：al2o3 :35%-43%,sio2:50-61%,fe2o3=1.1%-3.3%,ro:0.7-2.2,r2o：0.4%-1.6 %；

18、六铝酸钙耐火砖（瑞凯格砖）：六铝酸钙组成成分（wt%）：al2o3 ：87%，cao:6.75%，结合剂;6.8%，球磨3h，成型，长时间升温干燥，高温合成；

19、叶腊石砖：组成成分（wt%）：高岭土：37%，铝氧化粉：25%，叶腊石20%，石英砂：8%，碳化硅：7%，膨化剂：2%，其他1%。烧制温度1350℃；

20、以上根据测温结果对成份和生产工艺进行改进。

21、有益效果：

22、（1）本发明在钢包不同分区分别砌筑不同的耐火保温砖，可以在同一工况下比较不同保温砖的保温性能，可以追溯不同成分和不同生产工艺对保温砖保温性能的影响。

23、（2）本发明通过录像记录砌筑过程施工工艺，可以全生命周期检测不同保温砖的保温性能变化，找到保温砖保温性能随着使用寿命的延长保温性能变化的规律。

24、（3）本发明对在连铸平台上的钢包壳温度全流程检测，监测钢包壳温度，过高时做出预警，预防包壳发红、穿包的安全事故发生。

25、通过本发明的方法，可以在同一环境中比较不同材质、不同生产工艺、不同砌筑方式耐火砖的保温性能，加快摸索出不同材质、不同生产工艺、不同砌筑方式对耐火砖的保温性能的影响，加快筛选和研制保温性能最好的保温砖，可以掌握不同耐火砖随着使用时间的延长保温性能的变化规律，制定合理的下线更换周期。