纳米微孔隔热板在钢铁冶金生产中的应用

1、纳米微孔隔热板在钢铁冶金生产中的应用孙广颖赵瑞林 天津固特节能环保科技有限公司摘要：本文介绍一种纳米微孔隔热板，其隔热性能是通常材料3至4倍，且耐温较高，特别适合川于钢铁设 备的绝热保温，达到节能减排效果，在发达国家己得到广泛应用。木文重点介绍了该材料在钢铁厂的应用悄况，包括在钢包、屮间包、鱼雷包、热风管道、步进式加热 炉水冷柱、csp连续炉等设备上的应川方法和效果。根据钢包的使用情况计算节能数量。关键词：纳米微孔隔热板、纳米微孔隔热材料、钢铁、节能减排前言：钢铁生产的能耗山到全国总能耗的10%左右，钢铁行业节能会给整个社会的节能环保事业带來根木性 的利好。隔热材料是钢铁生产设备的重要组成，对

2、设备能耗貝有较大影响。纳米微孔隔热材料被认为是已 知隔热效果最好的高温材料，现在已经被逐步接受并应用在炼钢设备上，极大地降低设备表面温度，明显 降低设备的热损耗，改善产品品质，提高生产效率，降低钢铁的生产成本。纳米微孔隔热材料的介绍纳米微孔隔热材料的隔热效果是传统隔热材料的2-10倍，是一种基于微孔隔热原理研制而成的新型 材料，主要成份为直径7至20nm的超细二氧化硅粉末，混合热辐射遮蔽材料、高强度超细纤维、高温抗 收缩材料等，经特殊工艺压制而成。产品表血有玻璃纤维布、铝箔、鴉料膜等包覆，常用形态有平板型、毡型、卷帘型、砌块型等。平板 型用于平面炉壁或弧度不太人的炉壁，毡型叮用于钢包等空间有严

3、格限制的设备，卷帘型主要用于管道系 统。纳米微孔隔热材料具有很好的机械加工性和增加材料的强度，安装使用方便，易切割成型。纳米微孔 隔热材料可在较广温度的范围内保持很低的导热系数，它能够在瞬间温度1100°c的工况下使用，长期使用 温度可保持在iooo°c,纳米微孔隔热材料的主要性能指标产品名称纳米微孔隔热板纳米微孔隔热板纳米微孔隔热毡纳米微孔隔热毡产品代码n1p-950nip-1050x1f-1050n1f-1100熔点n1200°cm1200°c$>1200 °cn1200°c最高使用温度950°c1050°

4、;c1050°c1100°c密度(±10%)320±20kg/m3320±20kg/m3420±20kg/m3420±20kg/m3比热 400°c0.8 kj/kgk0.8 kj/kgk1. 0 kj/kgk1.0 kj/kgk抗压强度(压缩10%)0. 3mpa0. 3mpa0. 6mpa0. 6mpa线收缩率2% (800 °c)2% (900 °c)2%(950°c)2%(950°c)导执八、系数(w/mk)50 °c0. 0180. 0220. 0210.

5、 022100°c0. 0190. 0230. 0220. 023200°c0. 0200. 0240. 0240. 025300°c0. 0220. 0260. 0260. 027400°c0. 0240. 0320. 0390. 030500 °c0. 0270. 0370. 0320. 033600°c0. 0310. 0440. 0350. 036700°c0. 0350. 0520. 0400. 042800°c0. 0400. 0620. 0450. 046使用温度和导热系数是纳米微孔隔热材料最重要的两

6、个技术指标，纳米微孔隔热材料的最高使用温度 是衡量产品高温性能的指标，在此温度卜材料可短期使用，并门线性收缩率低于2%,在设计隔热层厚度时 应避免过厚，保证隔热材料的热面温度不高于最高使用温度，一般的设计冗余量在100°c。导热系数是衡量材料在高温时隔热性能的重要指标。由于材料内部形成的微孔直径小于空气分了的平均口由行程，分子间的碰撞传热受到抑制，再加上热辐射遮蔽成分的作用，使该材料在高温下可达到比静 隔热材料导热系数对比止空气还低的导热系数。玻璃棉-矿棉 100kg/>3陶瓷纤维128kg/jn>静止空气亠纳米微孔隔热材料23验/於纳米微孔隔热材料在炼钢行业的应用1纳米

7、微孔隔热材料在钢包屮的应用使川方法：清理钢包内壁，在包壁上涂一高温胶，贴纳米微孔隔热毡，依次砌筑永久层，工作层。纳米级微孔隔热板与传统保温材料比较166o*10x：l1650t?848t/v80t/wimha-a1 工作层2-永久层3-隔热板4-包壳5-传统保温材料使用效果：1) 减少钢包外壳热损失。2) 降低转炉出钢温度3) 减少钢包烘烤所盂热量4) 降低钢包壳温度，增加钢包寿命和安全性5) 替代过厚隔热砖，增加钢水容积6) 降低耐火砖冷热面温差，延长耐火砖寿命案例130吨钢包耐火层结构：(山外向内)(1)纳米微孔隔热毡7 mm(2) 60%高铝砖63nun(3)浇注料25mm(4)镁碳砖1

8、50mm效果：包壳温度降低80c100c:酸化附着物明显减少；连铸周期内钢包不需耍再烘烤；钢包外围设备寿 命延长；钢水容屋增加。2纳米微孔隔热材料在中间包上的应用应用方法：在屮间包包樂内侧，避开包樂上的爪钉，平铺一层纳米微孔隔热板，然后安装浇注料。i於1«1;2豪棒；3浸入式*口： 4透气条:5-&长*:10-*久僂、11中包淹面使用效果：减少连铸过程屮的热量损失，减少钢水温度变化，提高了连铸质量。3鱼雷包上的应用应用方法：在鱼雷包包壁内侧，平铺一层纳米微孔隔热板，然后安装耐火砖。使用效果：降低了铁水运输过程中的热损失，提高铁水到达转炉时的温度（约降40°c）,降低

9、了转炉能耗, 并.l为鱼雷包运输途中的脱磷处理创造条件。4步进式加热炉水冷柱上的应用应用方法：在水冷管上包裹2层纳米微孔隔热板，用细铁丝i古i定，然示安装浇注料。使用效果：与陶瓷纤维隔热层相比，通过冷却水带走的热量减少了约24%。纳米微孔隔热材料应用的经济效益计算1、钢包散热的理论公式推导纳米微孔隔热材料的应用使210吨钢包表面温度从310°c降到220°co把钢包看作一个表面恒温的向 外散热的热源，这里只单独考察此热源在不同表而温度下散失热录的羌异。也就是把钢包和钢包内承装的 钢水作为一个整体对彖來考察，由于盛满钢水的钢包所具冇的热量远大于其表面散热量，钢包内部温度远 高

10、于环境温度，钢包外表血无强制冷却介质，因此可将钢包作为一个表血恒温的圆柱体。其散热大小与里 面所盛钢水的温度无关，只与钢包表面温度和环境条件等因素有关。根据传热学理论，钢包散热损失主要由钢包外壁的自然对流散热和辐射散热两种形式组成。厂房空间 表而积远人于钢包表而积，厂房容积远人于钢包体积，由以上分析可以认为钢包的散热过程可以简化为： 一个表面恒温的竖直圆柱体在无限人空间内进行辐射传热和自然对流换热。依据上述简化进行建模，來建 立传热过程计算。钢包传热损失的热功0 = 0+02,其中©钢包辐射传热，02 钢包対流传热。按照物体辐射热流量 的计算公式（玻尔兹曼公式） 0】-/；）（单位：

11、w）,其中：f钢包表面温度，单位:k° 一环境温度，单位：k£黑度，可认为是1”一玻尔兹曼常量，值为5.67 x 10'8w/（m2k4）a钢包表面积，n?0可看作竖圆柱的对流传热，适用于以下对流传热公式e严ah、（单位：w）,其中：力一表面传热系数，力一传热表面面积，圆柱表面温度和外界温度 的温差2h = nujf其中：wu努赛尔特数，久一导热系数，2定性尺寸，这里釆用圆柱高度nu = c(grpq",其中：g厂一格拉晓夫数，pf普朗特数，c,n常数gr=sc_，其中：重力加速度，a _体积膨胀系数，“运动粘度厂2、计算结果及分析因为钢包表面的散热其立体

12、构形无关，只与表面积有关，因此可以把钢包看作一个圆柱体，已知钢 包平均直径：3761mm,高度/=4.46m,算得钢包的表面积a=52.65m2,从第一部分分析可知，令钢包在贴绝热板前后的外壁温度分别片为310°c和220°c,把这些已知条件 分别代入以上的传热学公式，可算出对比包和实验包散热损失热功0对比和0试紛0对比二2.47x10w 0试验=1.55x 106w0 対比(p 试鮒=0. 92 x 10 w又散热量q =(/)tf t钢包运行时间，查钢水在16oo°c1700°c下的比热c”为o.837kj/kg°c,假设 包钢水的总质量为

13、加，那么在钢包外壁温度31()°c和220°c下的散热差能使整包钢水升高的温度 山= = ,这是t和加的函数，在钢水质量一定的情况下，只与周转时间7有关。mc 卩 mcp假定钢水的平均质量为2iot,得出ar = 0.00523t ,3、统计分析，钢包的平均周转时间大约为100分钟，即可以得出钢水的温度损失为：ar = 0.00523 * 6000 = 31.38°c应用难点由于微孔隔热材料的主耍原料是不定形二氧化硅，其耐热稳定不如耐火砖或一些高标号陶瓷纤维，n1e-1050型和nif-1100型纳米微孔隔热毡反期使用温度为1000°c和1050°c,当超出该使用温度时材料的 收缩率会增人，带来安全隐患。所以在设计耐火层和隔