新型環(huán)保絕熱保溫材料在鋼包上的應(yīng)用及效益分析

陳東+賈長江

摘要：介紹了鐵路貨車行業(yè)鑄造用鋼包采用新型環(huán)保材料的技術(shù)應(yīng)用，新型環(huán)保材料使用復(fù)合反射絕熱板作為絕熱層替代原有石棉，應(yīng)用輕質(zhì)高強(qiáng)澆注料作為保溫層替代耐火磚，并通過實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益分析和環(huán)保效益評價，為新型環(huán)保材料在鑄造用鋼包的實(shí)際應(yīng)用提供了參考經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：環(huán)保；絕熱保溫；石棉；復(fù)合反射絕熱板

中圖分類號：TG23文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017） 01（a）-0000-00

1.前言

石棉具有高度耐火性、電絕緣性和絕熱性，是重要的防火、絕緣和保溫材料。其石棉制品在汽車、化工、電器設(shè)備、建筑業(yè)、鑄造業(yè)等行業(yè)應(yīng)用較為廣泛。在鐵路貨車行業(yè)搖枕、側(cè)架、車鉤的鑄造生產(chǎn)中，鑄造用10噸和25噸鋼包一般采用傳統(tǒng)的石棉板和耐火磚作為絕熱保溫材料。鋼包用石棉板的安裝和拆卸過程產(chǎn)生的石棉粉塵不僅會造成環(huán)境污染而且嚴(yán)重?fù)p害人體健康，許多國家選擇了全面禁止使用這種危險性物質(zhì)，已經(jīng)引起環(huán)境學(xué)家、健康學(xué)家等社會各界越來越多的重視。同時，搖枕、側(cè)架和車鉤的生產(chǎn)過程中均需采用鋼包澆注方式，由于作業(yè)區(qū)域面積大，澆注間隔時間長，澆注過程中鋼水溫降較大，容易造成鑄件裂紋等質(zhì)量缺陷。為了提高鑄鋼件質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，保護(hù)員工健康，避免環(huán)境污染，新型環(huán)保絕熱保溫材料的應(yīng)用已經(jīng)成為非常重要的專業(yè)課題。

2.鐵路貨車鑄造工序傳統(tǒng)絕熱保溫材料

2.1絕熱層

傳統(tǒng)鋼包絕熱層使用的是5mm或10mm厚石棉板，用耐火泥漿粘貼，絕熱效果較差，危害職工健康，污染作業(yè)環(huán)境，且產(chǎn)生的危險廢物增加處置成本。石棉的最大危害來自于它的元纖維，1千克石棉約含100萬根元纖維。元纖維的直徑一般為0.5微米，長度在5微米以下，這是一種非常細(xì)小、肉眼幾乎看不見的纖維，當(dāng)這些細(xì)小的纖維釋放以后，在大氣中能懸浮數(shù)周、數(shù)月之久，持續(xù)造成環(huán)境污染[1]。

石棉本身并無毒害，它的最大危害來自于它的粉塵，當(dāng)這些細(xì)小的粉塵被吸入人體內(nèi)，就會附著并沉積在肺部，造成肺部疾病，石棉已被國際癌癥研究中心認(rèn)定為一級致癌物。極其微小的石棉粉塵飛散到空中，被吸入到人體的肺后，經(jīng)過20到40年的潛伏期，很容易誘發(fā)肺癌等肺部疾病。石棉公害問題已經(jīng)在世界各國受到不同程度關(guān)注。目前已有40 多個國家禁止使用包括石棉板各類石棉的制品。

2.2保溫層

傳統(tǒng)的鋼包保溫層使用的是粘土磚，用耐火泥漿砌筑，砌筑工藝煩瑣、勞動強(qiáng)度大、存在磚縫、容易滲鋼，拆包過程極易與滲鋼一同拆除，壽命較短。在拆包、翻包時，保溫層磚一部分被倒出，作為一般固體廢棄物進(jìn)行處理。

3.新型環(huán)保絕熱保溫材料的選擇

3.1絕熱層材料的選擇

近年來，隨著納米技術(shù)和納米材料的發(fā)展，傳統(tǒng)宏觀傳熱受到?jīng)_擊，在國際上形成新興的微觀傳熱學(xué)的技術(shù)領(lǐng)域，積極開展微納米尺度傳熱理論與應(yīng)用研究，為新型環(huán)保絕熱材料和節(jié)能降耗技術(shù)開辟了嶄新的途徑。復(fù)合反射絕熱板以其高溫強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)極低、熱容量低、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、安全環(huán)保的優(yōu)勢逐漸得到廣泛的應(yīng)用。

復(fù)合絕熱反射板采用導(dǎo)熱系數(shù)極低的輕質(zhì)、無機(jī)納米SIO2作為間隔材料，以反射較高的鋁箔為夾層材料，采取多層復(fù)合結(jié)構(gòu)經(jīng)過連續(xù)環(huán)繞涂布復(fù)合軋制工藝形成，其導(dǎo)熱系數(shù)比靜止的空氣系數(shù)還要小，保溫性能比傳統(tǒng)的纖維類的保溫材料要高1-5倍[2]，是迄今為止性能最好的保溫絕熱材料。

3.2 保溫層材料的選擇

不定型耐火材料的技術(shù)日趨成熟，輕質(zhì)高強(qiáng)澆注料具有體積密度低、熱導(dǎo)率低、耐壓強(qiáng)度高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。

澆注料的骨料采用漂珠、高鋁質(zhì)多孔熟料和氧化鋁空心球復(fù)合骨料，使?jié)沧⒘暇哂畜w積密度低、熱導(dǎo)率低、保溫性能好、耐火度高、耐壓強(qiáng)度大等性能。粘土熟料粉和工業(yè)氧化鋁粉作為粉料，使?jié)沧⒘现蠥l203含量達(dá)到45%～50%。純鋁酸鈣水泥作為粘結(jié)劑，保證不降低 Al203含量的前提下，使?jié)沧⒊尚秃缶哂休^高的強(qiáng)度。同時加入一定量的電熔鎂砂維持制品的體積穩(wěn)定性，使?jié)沧⒘显谑褂弥写嬖谝欢ǖ某掷m(xù)膨脹，從而減少使用過程中的開裂和剝落現(xiàn)象，提高使用壽命[3]。

4.新型材料的應(yīng)用效果

4.1 絕熱保溫層厚度的設(shè)計

根據(jù)鋼包工作層厚度、最小使用厚度、使用壽命等要求，設(shè)計的絕熱保溫層厚度應(yīng)適中。綜合考慮鋼包使用的安全性、施工性，確定包底和包壁鋪兩層10mm厚復(fù)合反射絕熱板，包底、包壁保溫層用輕質(zhì)高強(qiáng)澆注料整體打結(jié)，包底打結(jié)厚度140mm，包壁打結(jié)厚度80mm。

4.2 保溫性能對比

為了檢驗(yàn)新型環(huán)保材料的保溫性能，測試過程制定了嚴(yán)格的測溫步驟。以10噸鋼包為例，通過檢測鋼包出鋼前和澆注結(jié)束后包殼外表面溫度，檢驗(yàn)材料導(dǎo)熱性能。通過檢測鋼水澆注開始溫度和澆注中期鋼水溫度，澆注開始與澆注中期測溫時間間隔8分鐘，檢驗(yàn)澆注過程溫降速度，驗(yàn)證材料保溫性能。將新型環(huán)保絕熱保溫材料鋼包同傳統(tǒng)鋼包對比使用，進(jìn)行了數(shù)據(jù)的比較分析，可以看出新型環(huán)保絕熱保溫材料的良好性能。

4.2.1 新型鋼包與傳統(tǒng)鋼包出鋼前和澆注結(jié)束后包殼外表面溫度比較分析。

試驗(yàn)鋼包在澆注結(jié)束后包殼外表面的溫度比普通鋼包低20℃左右。表明在正常生產(chǎn)條件下，鋼包的傳熱與絕熱層、保溫層的材料關(guān)系較大，采用新型絕熱保溫材料保溫性能良好，可以減少散熱，從而降低鋼水在轉(zhuǎn)運(yùn)和澆注過程中的溫差，提高澆筑鋼件質(zhì)量。

4.2.2 新型鋼包與傳統(tǒng)鋼包澆注過程中鋼水溫度降低情況比較分析。

鋼水澆注過程中的溫降速度由原來的1.72℃/min減小到0.73℃/min，10噸鋼水整個澆注時間按20min計算，澆注過程可以減少降溫20℃左右。澆注過程中鋼水溫度的波動范圍由原來的平均32℃降低到12℃，減少了因鋼水溫度波動大造成的鑄件質(zhì)量下降。

5.經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益分析

某大型鐵路貨車制造企業(yè)經(jīng)過一年的實(shí)際使用，新型環(huán)保絕熱保溫材料鋼包運(yùn)行情況良好，絕熱保溫性能出色。以10噸鋼包為例，通過使用壽命、砌筑成本對比進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，新型環(huán)保絕熱保溫層鋼包一次砌筑后使用壽命達(dá)到500次以上，普通絕熱保溫層使用壽命平均25次左右，新型環(huán)保材料一次砌筑費(fèi)用為1.3萬元，普通絕熱保溫層鋼包一次砌筑費(fèi)用為0.22萬元。根據(jù)壽命成本法計算得出，新型環(huán)保材料鋼包比傳統(tǒng)鋼包使用一次節(jié)省62元，25噸鋼包使用一次能節(jié)省100元；與此同時避免了廢石棉4000元/噸的危險廢物處置費(fèi)用。因此，在正常生產(chǎn)高頻次使用過程中經(jīng)濟(jì)效益顯而易見。

相對于經(jīng)濟(jì)效益新型絕熱保溫材料產(chǎn)生的環(huán)保效益更為顯著。公司普通絕熱保溫層中使用石棉作為絕熱層，達(dá)到使用壽命期限后將作為危險廢物進(jìn)行處置，在砌筑和拆卸過程中，產(chǎn)生的元纖維在大氣中能懸浮數(shù)周、數(shù)月之久，持續(xù)地造成環(huán)境污染。被吸入人體內(nèi)，就會附著并沉積在肺部，造成肺部疾病，很容易引發(fā)肺癌。而且，避免了保溫層廢棄的耐火磚產(chǎn)生大量的一半固體垃圾。新型環(huán)保絕熱保溫材料的應(yīng)用，有效的解決了以上問題，避免了石棉造成的環(huán)境污染，保護(hù)了職工身體健康。

6.結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)體制改革的不斷深入和人民生活水平的顯著提高，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，保持可持續(xù)性發(fā)展、建設(shè)生態(tài)文明社會已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略地位。積極響應(yīng)國家號召、履行社會環(huán)保責(zé)任、推廣清潔原材料應(yīng)用、建設(shè)綠色環(huán)保型企業(yè)，是國有企業(yè)應(yīng)盡的職責(zé)和使命。本文通過某大型鐵路貨車制造企業(yè)鑄造車間技術(shù)提升項(xiàng)目的實(shí)例，介紹了新型環(huán)保絕熱保溫材料技術(shù)應(yīng)用并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益分析，旨在為相關(guān)行業(yè)和地區(qū)相似類型鑄造用鋼包絕熱保溫提供參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 周 朝，石棉與職業(yè)健康.勞動保護(hù)，2014（3）.18-21

[2] 鐘凱等，復(fù)合反射納米絕熱板在210噸鋼包上的試驗(yàn)研究.2012年全國煉鐵用耐火材料技術(shù)交流會，2012.70-71

[3] 李紅霞，耐火材料手冊 [M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.353-356