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耐火技术方案

铝电解槽高温隔热解决方案

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2018/5/7     浏览次数:    



  电解铝行业简介


  电解铝就是通过电解得到的铝。现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂,氧化铝作为溶质,以碳素体作为阳极,铝液作为阴极,通入强大的直流电后,在950℃-970℃下,在电解槽内的两极上进行电化学反应,既电解。

  近年来,我国电解铝工业取得了长足的进步,2005年我国电解铝产量达到780万t,是世界最大的产铝国家。

  ●瓶颈1——铝电解槽寿命问题

  影响我国大型铝电解槽寿命的问题除了普遍认为的阴极炭素材料质量方面的原因外,电解槽的设计、筑炉材料、筑炉质量、焙烧启动、正常生产操作及生产管理等方面均存在一些问题。

  一大批大型预焙电解槽在我国相继建成,成为我国电解铝生产的主要力量。大型预焙电解槽电流大(200~500kA),产量大,自动化程度高,环保节能和电流效率高。因而,对砌筑电解槽包括耐火材料在内的各种材料提出更高的要求,以保证电解槽有长的寿命。

  ●瓶颈2——能耗高问题

  电解铝成本中40%的成本来源于能耗。




  新一代铝电解槽筑炉材料:铝电解槽背衬隔热板


  铝电解槽背衬隔热板其实是一种铝电解槽用特定规格的苏普尔陶瓷纤维板super-164。

  铝电解槽背衬隔热板,主要通过降低外壁温度,提高电流效应,改善铝电解槽内衬保温效果来延长铝电解槽寿命,进而节能降耗,增加经济效益。


  ●铝电解槽背衬隔热板

  该产品是以陶瓷纤维为主体材料,加入无机填料、无机结合剂、少量有机结合剂,通过真空压榨吸滤、长网成型、烘干等工艺加工而成的纤维板。此种产品尺寸精确、导热系数低、耐压强度高、保温性能好。

  ●铝电解槽背衬隔热板的性能:

  1.韧性好:铝电解槽背衬保温板,陶瓷纤维含量高,保证了纤维板具有良好的韧性,来吸收热膨胀产生的应力,保证炉衬的安全性和稳定性,同时解决了硅酸钙板的脆、易碎、施工破损率高的问题;

  2.几何尺寸精度高,偏差 3mm以内,易切割成型,保证施工质量;

  3.耐火温度高,最高使用温度能达到1050℃;

  4.导热系数低;

  5.化学性能稳定;

  6.尺寸规整,施工接缝少,无需留膨胀缝,延长了铝电解槽的使用寿命。

  ●铝电解槽背衬隔热板主要性能指标:

产品代码

super-164

体积密度(kg/m3)

280~320

加热永久线变化(%

950℃×24h≤-3

导热系数(w/m.k)

热面(600℃≤0.12, 平均(600℃≤0.165

含水率(%

≤1

有机物含量(%

≤8

耐压强度(厚度方向压缩10%)(MPa)

≥0.3

产品规格

9001200×600×20/30/40/50


  对比分析表一

项目

陶瓷纤维板

硅酸钙板

详解

主要组成

陶瓷纤维棉

硅藻土+石灰+纤维

陶瓷纤维属无机纤维棉絮状材料,自身交织就有强度;硅藻土和石灰均为细颗粒状材料,虽加入一定比例纤维但抗拉、抗折强度仍较低。

应用领域

耐火 保温 隔热

保温 隔热

耐火材料是指耐火度大于1580℃的无机非金属,陶瓷纤维板耐火度1770℃,硅钙板1430℃。因此在使用温度相同的情况下,陶瓷纤维板更稳定。同时更能保证良好的隔热保温效果。

憎水率

98%

0

陶瓷纤维板具有非常好的防水性能,简单的实验是将产品放在水中24小时不下沉,硅酸钙板属于吸水性非常强的材料,施工应用时还必须做防水处理。

加热线变化率%1000x24h

-2.3

-3

1000℃加热后陶瓷纤维板收缩率小,强度基本不变,硅钙板的强度降低80%以上。

导热系数(W/m.k)平均温300

0.076-0.085

>0.091

陶纤板的导热系数低

体积密度(kg/m3)

300

300±20

陶瓷纤维板常规产品体积密度300,体积密度还可以根据客户要求进行调整250500Kg/m³

耐压强度(Mpa)

0.3

0.5

硅酸铝陶瓷纤维板刚中带柔,有韧性强度,硅酸钙板是刚性的脆性度。0.5Mpa压力下,硅酸钙板被压碎;陶纤板只是厚度被压缩,强度基本不变。

抗折强度(Mpa)

0.3

0.4

陶纤板在做抗折时始终折不断,只是弯曲;硅酸钙板则很容易被折断。

使用温度

1000

650/1000

陶纤板最低使用温度为1000℃,硅酸钙板最高理论使用温度为1000℃,经实际检测,陶纤板制品在达到使用温度时,强度基本不变,而硅酸钙板强度则要低80%以上。

几何尺寸(mm)

1200×600,厚10-50

1200×1200×120

陶瓷纤维板为流水线产品,能保证供货周期,产品规格最大宽度为1200,厚度可以叠砌。


  对比分析表二

抗热震性能

抗热震性能是陶瓷纤维板的显著优势,可反复急升温急降温,不会产生裂纹,产品强度不会降低。硅酸钙板是由颗粒状材料组成,抗急冷急热性能远低于陶纤板,因此硅酸钙板还必须加入一定量的纤维来增强。

消化膨胀挤压能力

陶瓷纤维板具有韧性强度,作为绝热背衬时,可及时吸收消化耐火砖或浇注料体加热过程中产生的膨胀力,避免了因应力造成砖体或浇注料产生裂纹等现象,而且产品强度和应用效果丝毫没有损害,这是硅酸钙板所无法比拟的

重复利用性能

陶瓷纤维板的重复利用性能很强,特别表现在窑炉墙体维修时,只要稍加注意,陶瓷纤维板是不会受损的。而硅钙板由于烧后的强度降低幅度较大,而且是脆性材料,一般不能再重复利用

运输储存、施工

陶瓷纤维板强度高,具有韧性,抗碰、撞、摔的能力较强,不易碎,产品在运输和施工过程中破损率低。硅钙板脆性材料,易碎或磕碰导致缺角少棱,在运输、储存和施工中破损率高达30%,加大备货量;陶纤板好的防水性能,在南方阴雨、潮湿的环境下施工,更有优势;硅酸钙板吸水性强,施工时必须做防水处理;施工中陶纤板与硅钙板更易切割,且环境污染(粉尘)更少。



  我们注重:成品的原材料

  我们重视:现场的施工细节

  我们关注:高温设备的运行及维护


  铝电解槽保温隔热结构

  在电解槽中,陶瓷纤维板的应用主要在电解槽底部和侧部做为保温层使用。

  侧墙结构:工作层+氮化硅结合碳化硅砖+防渗料+super-164铝电解槽背衬隔热板(50~80mm)

  槽底结构:工作层+防渗料+保温砖(65mm)+ super-164铝电解槽背衬隔热板(100~130mm)



  铝电解槽背衬隔热板使用前后效果对比案例


  公司客户案例——铝电解槽背衬隔热板使用效果对比:

  经过电解铝厂家实际使用测得,采用此保温结构的电解槽与原保温结构的电解槽相比较,外壁温度下降了20℃左右。

  A电解槽背衬层:陶瓷纤维板

  B电解槽背衬层:硅酸钙板


  ●检测对比数据

项目

第一次测

第二次测

B电解槽

131

86

A电解槽

68

44

对比温差

63

42

  ●以二次测试数据计算:

  设定环境温度ta=20℃,A外壁温度为tc=44℃,B外壁温度为tc=86℃。

  外壁向环境散热Qc:

  B电解槽

  Qc=2.2(tc-ta)1.25+3.9{[(tc+273)/100]4-[(ta +273)/100]4}

  =2.2(86-20)+3.9{[(86+273)/100]4-[(20 +273)/100]4}

  =413.87+3.9(166.1-73.7)

  =774.23W/m2h

  A电解槽

  Qc=2.2(tc-ta)1.25+3.9{[(tc+273)/100]4-[(ta +273)/100]4}

  =2.2(44-20)+3.9{[(44+273)/100]4-[(20 +273)/100]4}

  =116.87+3.9(100.98-73.7)

  =223.26W/m2.h

  通过以上2组计算数据,使用陶瓷纤维板衬里保温结构后与未改造前使用硅酸钙板衬里结构相比较,每平方米炉壁钢板每小时向环境散热损失减少热量为:

  (774.23-223.26)×3600=1983492J

  节煤:把减少的热量损失折合成标煤,则为:

  1983.492KJ÷29306KJ/Kg=0.067682KG(1 KG标煤=29306KJ)

  每年每平米可以节约标煤量为:0.067682KGX24X365=593 KG

  节电:把减少的热量损失折合成电能,则为:

  1983.492KJ÷3600KJ/度=0.55097度(1度电=3600KJ)

  每年每平米可以节约电量为:0.551度X24X365=4826.5度

  工业用电按照0.8元/度进行核算比较,则每年每平米电解槽外壁可节约4826.4972X0.8=3861.2元。


  铝电解槽背衬隔热板安装步骤与使用方法 

  1、首先对炉壁钢板进行检查、校平,并进行常规除锈、防腐处理,维修槽无法进行找平的部位需要使用氧化铝粉进行找平;

  2、将陶瓷纤维板按照施工要求的厚度平铺到炉壁上,块与块之间的接缝要对接严密,层与层之间需要进行错缝搭接处理,拐角处进行切平处理,每层陶瓷纤维板施工完成后,一定要使用氧化铝粉进行灌缝处理,以保证最大程度的达到使用效果;

  3、纤维板施工完成后,上层需要铺设保温砖及防渗料。


  储藏运输注意事项:

  ●运输仓储中需要防潮、防雨;

  ●装卸时防止碰撞,储存时防止其他硬质物品碰撞;

  ●码垛顶部严禁堆放重物,高度应低于3米;


  安装注意事项:

  ●纤维板应采用手工锯或电锯进行切割;

  ●施工过程中,施工人员应佩戴手套及口罩等劳保防护用品;

  ●施工过程中应注意防水、防潮;

  ●为防止使用过程中纤维毡/板发生翘曲变形,不应再有应力的条件下进行安装施工;安装要求平整,接缝严密无漏缝。


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