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    高密度纖維板在鋼鐵生產中的應用
    發布時間:2015-10-29 8:40:37                  點擊次數:2284

      1 前言

    當前,世界正面臨全球性金融危機,鋼鐵行業首當其沖,損失巨大。成功的鋼鐵生產企業正適應市場實際情況,努力改進精煉處理及其生產系統。同時,工業整體上表現出良好的前景,鋼鐵生產不斷提高技術水平,最大限度的節約成本和降低能耗。

    2 煉鋼用隔熱材料現狀及存在的問題和解決方案
    (1) 隔熱材料現狀
    熔融金屬的傳輸是鋼鐵生產過程中的關鍵環節,生產過程不同階段都通過不同形式的設備(魚雷罐、鐵水包、鋼包和中間包)間進行運輸或傳輸。由于熔融金屬溫度非常高,所以所有這些設備都需要隔熱。他們都面臨特殊的熱挑戰,在苛刻的壓力負荷下,隔熱系統必須能夠抵抗高溫的同時仍然保持低熱導率,這樣才能確保設備安全可靠的運行。
    通過對國內一些鋼鐵企業的調查和了解,目前在鋼鐵冶煉中主要使用的隔熱產品有普通陶瓷纖維板、鎂硅板、硅鈣板、微孔材料、蠟石磚、巖棉板和石棉板等。這些材料性質大體可以分為三類:a、熱導率低,但強度低,在負荷下耐火度低;b、高耐壓強度,但是同時具有高熱導率;c、熱導率較低,強度較高,但在負荷下耐火度較低。第一類隔熱材料的缺點是,危險系數特別高。以鋼包為例,由于熔融金屬的沖刷,工作襯受到磨損而減薄,這樣隔熱材料所承受的溫度增加,受到的熱沖擊也將增加。由于材料強度很低,當到達極限使用溫度后,很快就會垮塌,就會導致災難性的后果——漏鋼,這是鋼鐵冶煉應避免發生的事故。第二類隔熱材料的缺點是熱導率高,這樣設備的冷面溫度會很高,不利于工人現場作業操作,另外大量的熱損失,造成嚴重的能源浪費,同時加大了對環境的污染。第三類材料的缺點是不但危險系數較高,而且石棉是可以使人致癌的材料。
    (2) 存在的問題分析
    現在市場上的背襯隔熱材料存在很大的危險和能源浪費及環境污染問題。當熔融鋼液倒入鋼包時,內部溫度達1760℃甚至更高,而鋼包外部冷面溫度不能高于400℃,因為這是AISE(美國鋼鐵工程師協會)的技術報告所允許的最高溫度。如果超出這個溫度,在鋼板中很可能產生變形或者疲勞應力,伴隨而來就會帶來健康和安全危險。
    在高熱強度耐火材料工作襯和冷面板之間的不同膨脹,能夠導致很大的軸向和周向壓力,特別是在冷態鋼包快速預熱期間。在沒有伸縮余量的時候,使用樹脂結合白云石磚,或者直接結合鎂鉻磚工作襯也能導致很高得軸向和周向側壁板壓力。在逐漸加熱鋼包時,這些壓力能影響鋼包工作襯和安全襯的性能甚至厚度。通常以工作襯必須被替換的厚度作為鋼包壽命的終點。接近壽命終點時,工作襯減少到約原始后的1/3,在工作襯和安全襯之間的內表面溫度增加很多。這就要求在工作襯上使用高性能和低導熱率的耐火材料。
    如果背襯隔熱材料缺少恰當的耐壓強度或充分的耐火度,將發生收縮和變形,在隔熱襯和鋼板之間留下明顯的縫隙。這將在耐火材料襯里增加耐火磚之間接縫處的壓應力。當這些接縫損壞時,襯的使用壽命將被減少。如果隔熱系統能夠應付這些應力和需求,更長時間保持它的結構形態,這將能夠增加鋼包的使用壽命,更低的運行費用和帶來更多的能量節省。
    (3) 解決方案
    通常,材料難以同時具有高強度和低熱導率這兩個性能,但是,Unifrax為了解決這些問題,而為鋼鐵冶煉開發了一種革命性的背襯隔熱系統——杜熱TM(Silplate?)高密板,它在這一領域能夠同時滿足所有的要求:具有高的耐火度,在高溫下保持高的耐壓強度,同時保持低的熱導率。
    3 杜熱TM(Silplate?)高密板背襯隔熱系統的性質
    杜熱TM(Silplate?)高密板是目前由Unifrax提供的能夠在高溫高壓下保持其低熱導率特性的獨特產品。即使在最高工作溫度下,杜熱TM(Silplate?)高密板的物理性能完全不被改變,能夠確保整個爐襯(包襯)系統的絕對穩定,使用杜熱TM高密板,可在增加爐體(鋼包)體積的同時降低爐體(鋼包)外表的溫度,減少工作襯磚接觸處的相互作用力,確保更高的操作安全性,有效的節省能源。
    對高溫的抵抗力和低熱導率是Silplate?產品系列的主要優點,Silplate?中Fe2O3含量非常低,能夠在氧化和還原氣氛中使用,并且保持尺寸穩定。Silplate?能夠抵抗除了氫氟酸、磷酸、鹽酸、硫酸和濃堿外大多數酸和腐蝕劑的侵蝕,具有優良的耐化學腐蝕性。
    在900℃以下,除了微孔材料外,鎂硅板、鈣硅板、Silplate?1112和1308的線收縮均小于1%,表現出很好的穩定性。超過900℃以后,鎂硅板的線收縮急劇增大,尺寸穩定性不好。而Silplate? 1308在使用溫度范圍內線收縮非常小,在1300℃的高溫下,線收縮僅為3%,穩定性特別好。對于微孔板,當溫度到達900℃,其線收縮就約達3%,溫度繼續升高到1000℃達到6%左右,高溫下穩定性不好。
    通過比較,認為Silplate?是具有高耐火度,在高溫下保持高耐壓強度和低熱導率,同時又能夠保持尺寸穩定的高性能隔熱背襯材料。
    使用Silplate?背襯能夠降低鋼板溫度,在工作襯中,磚之間的接縫相互碰撞擠壓減少,在增加鋼包體積的同時帶來更高的安全使用性能和很大的能源節省。Silplate? 1308能在高達1300℃的高溫下使用。同時,隨著安全襯厚度的減少,增加了每次傳輸熔融金屬的體積,從而達到了安全和生產率之間的平衡。
    4 杜熱TM(Silplate?)高密板的應用實例
    設計杜熱TM(Silplate?)高密板的主要目的是用在運輸鋼水的設備中的背襯隔熱,降低設備的冷面溫度,增大設備的運輸能力,提高設備的安全性能。
    (1) 在鋼包中應用
    由于Silplate?優異的高溫物理性能,從2004年5月開始,阿塞西塔(Acesita)不銹鋼廠決定采用Silplate?1308用來降低90t精煉包冷面溫度和增加傳輸熔融金屬體積。不銹鋼精煉鋼包溫度高達1730℃,使用 Silplate? 1308背襯隔熱系統之后,解決了先前存在的包殼變形問題,使用5次的熱成像測出精煉包冷面平均溫度為320℃,完全符合AISE的要求。根據拆除永久層后的Silplate?情況,可以明顯的看到Silplate?顏色基本沒有改變,尺寸穩定。Acesita發現在每個壽命完成期間,它能增加每個鋼包的使用次數(最低滿足430次,超過8個月),直到至少10個壽命周期之后,才需要替換安全襯。
    由于在精煉包上的成功試驗,Acesita決定將14個更大的VOD精煉包(95t)使用25mm厚的Silplate?1308,這樣不但增加容積,而且生產效率有很大的提高,也能節約大量能耗。    (2) 在魚雷罐中的應用
    由于魚雷罐外壁溫度過高,在2006年,Ternium Group–Siderar采用16mm厚的Silplate?1112來降低罐壁的冷面溫度和提高魚雷罐的保溫性能。原先采用陶瓷纖維紙和鎂硅板,罐壁冷面溫度大約為350℃。采用Silplate?1112后溫度比用陶瓷纖維紙降低30%,溫度比用鎂硅板降低20%,并且不降低內襯的性能。由于采用Silplate?1112的試驗非常成功,Siderar隨后決定采用Silplate? 1308進行試驗,以進一步降低鋼殼溫度,并且取得了更好的效果。

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