鋼包是處于煉鋼和連鑄之間直接盛裝鋼水的容器，是鋼鐵冶煉中重要的爐外精煉設(shè)備。隨著二次精煉及連鑄工藝的發(fā)展，鋼水在鋼包停留時(shí)間延長(zhǎng)，鋼水的溫度變化直接影響轉(zhuǎn)爐出鋼溫度、爐外精煉、連鑄質(zhì)量等整個(gè)工藝流程。近年來(lái)，鋼包整體澆注工藝因操作簡(jiǎn)單、勞動(dòng)力消耗少、內(nèi)襯材料損耗小而得到迅速發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)中小型轉(zhuǎn)爐鋼包，大多采用鋁鎂澆注料整體內(nèi)襯，其優(yōu)點(diǎn)是整體性好、耐渣侵蝕、使用壽命長(zhǎng)，但其導(dǎo)熱系數(shù)高、散熱損失大，導(dǎo)致鋼水溫降較大，給生產(chǎn)帶來(lái)不利影響且能耗較高。整體澆注鋼包內(nèi)鋼水溫度的變化與內(nèi)襯澆注料的技術(shù)進(jìn)步密切相關(guān)，內(nèi)襯永久層澆注料的改進(jìn)是提高整體澆注鋼包保溫效果的重要途徑。Jin等對(duì)使用三種不同永久層材料的鋼包內(nèi)襯溫度場(chǎng)進(jìn)行研究，結(jié)果表明永久層的隔熱作用對(duì)于降低鋼水溫降速率影響顯著;陳義峰等提出一種“絕熱保溫氈+保溫隔熱板”結(jié)構(gòu)內(nèi)襯并建立有限元模型對(duì)鋼包保溫性能進(jìn)行模擬研究，結(jié)果表明采用新型結(jié)構(gòu)內(nèi)襯鋼包鋼水溫度下降速率降低0．27K/min;黃洪斌等建立三維穩(wěn)態(tài)傳熱模型，將鋼包永久層由低水泥澆注料改為輕質(zhì)耐火隔熱磚，結(jié)果表明鋼包外壁平均溫度降低443K，每小時(shí)節(jié)能折合標(biāo)煤為39.9kg。本文以某鋼廠(chǎng)90t整體澆注鋼包為研究對(duì)象，利用ANSYSWorkbench14.0軟件建立三維非穩(wěn)態(tài)傳熱模型，采用數(shù)值模擬方法對(duì)鋼包盛鋼過(guò)程的傳熱行為和溫度分布規(guī)律進(jìn)行研究，重點(diǎn)比較內(nèi)襯永久層采用鋁鎂澆注料和輕質(zhì)澆注料兩種材料時(shí)對(duì)鋼包保溫性能的影響，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試鋼包外壁溫度驗(yàn)證模型的可靠性。
(1)整體澆注鋼包永久層采用輕質(zhì)澆注料替代鋁鎂澆注料后，鋼水平均溫度提高7K，鋼水溫降速率降低0.35K/min，定量說(shuō)明永久層采用輕質(zhì)澆注料能夠有效降低鋼液溫降速率，提高鋼包保溫效果;
(2)鋼包盛鋼過(guò)程鋼水溫度由內(nèi)到外逐漸降低，鋼水中心溫度最高，與渣層和內(nèi)襯交界處的鋼水溫度最低，鋼水靠近包壁部分溫度比靠近渣層處溫度高;
(3)整體澆注鋼包永久層采用輕質(zhì)澆注料替代鋁鎂澆注料后，鋼包外壁熱流密度降低0．014W/mm2，單位時(shí)間熱量損失減少276kW，每小時(shí)由于鋼包外表面散熱的減少可以節(jié)能993．6MJ，折合標(biāo)煤為33．9kg;
(4)模擬結(jié)果與測(cè)量數(shù)據(jù)基本吻合，其相對(duì)誤差小于10%，對(duì)整體澆注鋼包內(nèi)襯永久層澆注料種類(lèi)的選擇及鋼包保溫性能的提高有一定理論指導(dǎo)意義。