纳米材料助力钢铁冶金行业低碳减排

作者: cnpim CNPIM 2023年05月10日

为全面贯彻落实二十大报告关于“积极稳妥推进碳达峰碳中和”重要部署,积极落实碳达峰碳中和“1+N”政策体系对标准化工作部署,加快构建结构合理、层次分明、适应经济社会高质量发展的碳达峰碳中和标准体系,国家标准委4月17日联合国家发展改革委、国家林草局、工业和信息化部、自然资源部、生态环境部、住房城乡建设部、交通运输部、中国人民银行、中国气象局、国家能源局等11部委出台《碳达峰碳中和标准体系建设指南》。

钢铁在日常生产、生活中的应用占据着非常重要的位置,可以说没有钢铁社会将无法发展到当今水平。我们可以看到无论是建筑、汽车、家电、机械、船舶、基建……各个行业无不需要大量的钢铁来支撑,而目前钢铁冶炼的能耗已占到全国总能耗的15%左右!显而易见,钢铁行业节能会给整个社会的节能环保事业带来根本性的利好,更能帮助我们达到双碳目标。

2022年底,工业和信息化部印发《国家工业和信息化领域节能技术装备推荐目录(2022年版)》,钢铁行业14项节能提效技术入选,其中“降低热损耗”、“深度热回收”、“余热阶梯利用”、“余热发电”等词汇在14项技术中反复被提及,可见在钢铁冶炼过程中保温隔热以及富裕热能的二次应用是钢铁行业节能减排的重要技术手段。

隔热材料是钢铁生产设备的重要组成,对设备能耗具有较大影响。纳米微孔隔热材料被认为是已知隔热效果*好的高温材料,目前正逐步应用在炼钢设备上,极大地降低设备表面温度,明显降低设备的热损耗,提高生产效率,降低钢铁的生产成本。

纳米微孔隔热材料的隔热效果是传统隔热材料的4-10倍,以纳米颗粒(SiO2)、遮光剂、增强纤维等为原料,经搅拌、压板、烘烤等工艺制得。具有轻质、耐高温、孔隙率高、导热系数等优点。

根据应用场景不同,纳米微孔隔热材料表面可采取玻璃纤维布、铝箔、塑料膜等包覆,常用形态有平板型、毡型、卷型、砌块型等。平板与砌块型用于平面或弧度不大的炉壁,毡型可用于钢包等空间有严格限制的设备,卷型主要用于管道系统。

纳米微孔隔热材料具有良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,长期使用温度可保持在1000℃左右。

高温线收缩和导热系数是纳米微孔隔热材料两个重要技术指标,*的纳米微孔隔热材料在1000℃工况下收缩率低于1%,在800℃时其导热系数保持在0.03左右。在隔热层设计时应避免过厚,保证隔热材料的热面温度不高于*高使用温度,可设置一定的冗余量。

绝大部分绝热材料的导热系数由以下4个部分构成:

其中,λs—固相导热系数; λg—气相导热系数; λc—气相对流导热系数; λr—辐射导热系数。

纳米微孔隔热材料的隔热原理:

以下,我们可以看到纳米微孔隔热材料在炼钢行业的具体应用

一、在钢包中的应用

安装方式:清理钢包内壁,安装纳米微孔隔热毡,砌筑*层,砌筑工作层。

使用效果:减少钢包外壳热损失,降低转炉出钢温度,减少钢包烘烤所需热量。降低钢包壳温度,增加钢包寿命和安全性。替代过厚隔热砖,增加钢水容积,连铸周期内钢包不需要再烘烤。降低耐火砖冷热面温差,延长耐火砖寿命,钢包外围设备寿命延长。

二、在中间包上的应用

安装方式:包壁内侧平铺纳米微孔隔热板,安装浇注料。

使用效果:减少连铸过程中的热量损失,减少钢水温度变化,提高连铸质量。

三、在鱼雷包上的应用

安装方式:包壁内侧平铺纳米微孔隔热板,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,降低了转炉能耗,并且为鱼雷包运输途中的脱磷处理创造条件。

四、步进式加热炉水冷柱上的应用

安装方式:在水冷管上包裹纳米微孔隔热板,用细铁丝固定,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约20%。

在纳米保温绝热科技的加持下钢铁冶炼过程的节能降耗、降低碳排放进程有了更好的选择。随着新的材料技术不断发展,纳米微孔隔热材料正在进入各个行业,虽初期项目成本会有一定增加但其为各行业进一步降低能耗、减少碳排放释放出足够的空间,在长期使用来看更为行业降低成本、提升效率打下良好基础。



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