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高密度纤维板在钢铁生产中的应用
发布时间:2015-10-29 8:40:37                  点击次数:1286

  1 前言

当前,世界正面临全球性金融危机,钢铁行业首当其冲,损失巨大。成功的钢铁生产企业正适应市场实际情况,努力改进精炼处理及其生产系统。同时,工业整体上表现出良好的前景,钢铁生产不断提高技术水平,最大限度的节约成本和降低能耗。

2 炼钢用隔热材料现状及存在的问题和解决方案
(1) 隔热材料现状
熔融金属的传输是钢铁生产过程中的关键环节,生产过程不同阶段都通过不同形式的设备(鱼雷罐、铁水包、钢包和中间包)间进行运输或传输。由于熔融金属温度非常高,所以所有这些设备都需要隔热。他们都面临特殊的热挑战,在苛刻的压力负荷下,隔热系统必须能够抵抗高温的同时仍然保持低热导率,这样才能确保设备安全可靠的运行。
通过对国内一些钢铁企业的调查和了解,目前在钢铁冶炼中主要使用的隔热产品有普通陶瓷纤维板、镁硅板、硅钙板、微孔材料、蜡石砖、岩棉板和石棉板等。这些材料性质大体可以分为三类:a、热导率低,但强度低,在负荷下耐火度低;b、高耐压强度,但是同时具有高热导率;c、热导率较低,强度较高,但在负荷下耐火度较低。第一类隔热材料的缺点是,危险系数特别高。以钢包为例,由于熔融金属的冲刷,工作衬受到磨损而减薄,这样隔热材料所承受的温度增加,受到的热冲击也将增加。由于材料强度很低,当到达极限使用温度后,很快就会垮塌,就会导致灾难性的后果——漏钢,这是钢铁冶炼应避免发生的事故。第二类隔热材料的缺点是热导率高,这样设备的冷面温度会很高,不利于工人现场作业操作,另外大量的热损失,造成严重的能源浪费,同时加大了对环境的污染。第三类材料的缺点是不但危险系数较高,而且石棉是可以使人致癌的材料。
(2) 存在的问题分析
现在市场上的背衬隔热材料存在很大的危险和能源浪费及环境污染问题。当熔融钢液倒入钢包时,内部温度达1760℃甚至更高,而钢包外部冷面温度不能高于400℃,因为这是AISE(美国钢铁工程师协会)的技术报告所允许的最高温度。如果超出这个温度,在钢板中很可能产生变形或者疲劳应力,伴随而来就会带来健康和安全危险。
在高热强度耐火材料工作衬和冷面板之间的不同膨胀,能够导致很大的轴向和周向压力,特别是在冷态钢包快速预热期间。在没有伸缩余量的时候,使用树脂结合白云石砖,或者直接结合镁铬砖工作衬也能导致很高得轴向和周向侧壁板压力。在逐渐加热钢包时,这些压力能影响钢包工作衬和安全衬的性能甚至厚度。通常以工作衬必须被替换的厚度作为钢包寿命的终点。接近寿命终点时,工作衬减少到约原始后的1/3,在工作衬和安全衬之间的内表面温度增加很多。这就要求在工作衬上使用高性能和低导热率的耐火材料。
如果背衬隔热材料缺少恰当的耐压强度或充分的耐火度,将发生收缩和变形,在隔热衬和钢板之间留下明显的缝隙。这将在耐火材料衬里增加耐火砖之间接缝处的压应力。当这些接缝损坏时,衬的使用寿命将被减少。如果隔热系统能够应付这些应力和需求,更长时间保持它的结构形态,这将能够增加钢包的使用寿命,更低的运行费用和带来更多的能量节省。
(3) 解决方案
通常,材料难以同时具有高强度和低热导率这两个性能,但是,Unifrax为了解决这些问题,而为钢铁冶炼开发了一种革命性的背衬隔热系统——杜热TM(Silplate®)高密板,它在这一领域能够同时满足所有的要求:具有高的耐火度,在高温下保持高的耐压强度,同时保持低的热导率。
3 杜热TM(Silplate®)高密板背衬隔热系统的性质
杜热TM(Silplate®)高密板是目前由Unifrax提供的能够在高温高压下保持其低热导率特性的独特产品。即使在最高工作温度下,杜热TM(Silplate®)高密板的物理性能完全不被改变,能够确保整个炉衬(包衬)系统的绝对稳定,使用杜热TM高密板,可在增加炉体(钢包)体积的同时降低炉体(钢包)外表的温度,减少工作衬砖接触处的相互作用力,确保更高的操作安全性,有效的节省能源。
对高温的抵抗力和低热导率是Silplate®产品系列的主要优点,Silplate®中Fe2O3含量非常低,能够在氧化和还原气氛中使用,并且保持尺寸稳定。Silplate®能够抵抗除了氢氟酸、磷酸、盐酸、硫酸和浓碱外大多数酸和腐蚀剂的侵蚀,具有优良的耐化学腐蚀性。
在900℃以下,除了微孔材料外,镁硅板、钙硅板、Silplate®1112和1308的线收缩均小于1%,表现出很好的稳定性。超过900℃以后,镁硅板的线收缩急剧增大,尺寸稳定性不好。而Silplate® 1308在使用温度范围内线收缩非常小,在1300℃的高温下,线收缩仅为3%,稳定性特别好。对于微孔板,当温度到达900℃,其线收缩就约达3%,温度继续升高到1000℃达到6%左右,高温下稳定性不好。
通过比较,认为Silplate®是具有高耐火度,在高温下保持高耐压强度和低热导率,同时又能够保持尺寸稳定的高性能隔热背衬材料。
使用Silplate®背衬能够降低钢板温度,在工作衬中,砖之间的接缝相互碰撞挤压减少,在增加钢包体积的同时带来更高的安全使用性能和很大的能源节省。Silplate® 1308能在高达1300℃的高温下使用。同时,随着安全衬厚度的减少,增加了每次传输熔融金属的体积,从而达到了安全和生产率之间的平衡。
4 杜热TM(Silplate®)高密板的应用实例
设计杜热TM(Silplate®)高密板的主要目的是用在运输钢水的设备中的背衬隔热,降低设备的冷面温度,增大设备的运输能力,提高设备的安全性能。
(1) 在钢包中应用
由于Silplate®优异的高温物理性能,从2004年5月开始,阿塞西塔(Acesita)不锈钢厂决定采用Silplate®1308用来降低90t精炼包冷面温度和增加传输熔融金属体积。不锈钢精炼钢包温度高达1730℃,使用 Silplate® 1308背衬隔热系统之后,解决了先前存在的包壳变形问题,使用5次的热成像测出精炼包冷面平均温度为320℃,完全符合AISE的要求。根据拆除永久层后的Silplate®情况,可以明显的看到Silplate®颜色基本没有改变,尺寸稳定。Acesita发现在每个寿命完成期间,它能增加每个钢包的使用次数(最低满足430次,超过8个月),直到至少10个寿命周期之后,才需要替换安全衬。
由于在精炼包上的成功试验,Acesita决定将14个更大的VOD精炼包(95t)使用25mm厚的Silplate®1308,这样不但增加容积,而且生产效率有很大的提高,也能节约大量能耗。    (2) 在鱼雷罐中的应用
由于鱼雷罐外壁温度过高,在2006年,Ternium Group–Siderar采用16mm厚的Silplate®1112来降低罐壁的冷面温度和提高鱼雷罐的保温性能。原先采用陶瓷纤维纸和镁硅板,罐壁冷面温度大约为350℃。采用Silplate®1112后温度比用陶瓷纤维纸降低30%,温度比用镁硅板降低20%,并且不降低内衬的性能。由于采用Silplate®1112的试验非常成功,Siderar随后决定采用Silplate® 1308进行试验,以进一步降低钢壳温度,并且取得了更好的效果。

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