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    耐火技術方案

    鋁電解槽高溫隔熱解決方案

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      電解鋁行業簡介


      電解鋁就是通過電解得到的鋁?,F代電解鋁工業生產采用冰晶石-氧化鋁融鹽電解法。熔融冰晶石是溶劑,氧化鋁作為溶質,以碳素體作為陽極,鋁液作為陰極,通入強大的直流電后,在950℃-970℃下,在電解槽內的兩極上進行電化學反應,既電解。

      近年來,我國電解鋁工業取得了長足的進步,2005年我國電解鋁產量達到780萬t,是世界最大的產鋁國家。

      ●瓶頸1——鋁電解槽壽命問題

      影響我國大型鋁電解槽壽命的問題除了普遍認為的陰極炭素材料質量方面的原因外,電解槽的設計、筑爐材料、筑爐質量、焙燒啟動、正常生產操作及生產管理等方面均存在一些問題。

      一大批大型預焙電解槽在我國相繼建成,成為我國電解鋁生產的主要力量。大型預焙電解槽電流大(200~500kA),產量大,自動化程度高,環保節能和電流效率高。因而,對砌筑電解槽包括耐火材料在內的各種材料提出更高的要求,以保證電解槽有長的壽命。

      ●瓶頸2——能耗高問題

      電解鋁成本中40%的成本來源于能耗。




      新一代鋁電解槽筑爐材料:鋁電解槽背襯隔熱板


      鋁電解槽背襯隔熱板其實是一種鋁電解槽用特定規格的蘇普爾陶瓷纖維板super-164。

      鋁電解槽背襯隔熱板,主要通過降低外壁溫度,提高電流效應,改善鋁電解槽內襯保溫效果來延長鋁電解槽壽命,進而節能降耗,增加經濟效益。


      ●鋁電解槽背襯隔熱板

      該產品是以陶瓷纖維為主體材料,加入無機填料、無機結合劑、少量有機結合劑,通過真空壓榨吸濾、長網成型、烘干等工藝加工而成的纖維板。此種產品尺寸精確、導熱系數低、耐壓強度高、保溫性能好。

      ●鋁電解槽背襯隔熱板的性能:

      1.韌性好:鋁電解槽背襯保溫板,陶瓷纖維含量高,保證了纖維板具有良好的韌性,來吸收熱膨脹產生的應力,保證爐襯的安全性和穩定性,同時解決了硅酸鈣板的脆、易碎、施工破損率高的問題;

      2.幾何尺寸精度高,偏差 3mm以內,易切割成型,保證施工質量;

      3.耐火溫度高,最高使用溫度能達到1050℃;

      4.導熱系數低;

      5.化學性能穩定;

      6.尺寸規整,施工接縫少,無需留膨脹縫,延長了鋁電解槽的使用壽命。

      ●鋁電解槽背襯隔熱板主要性能指標:

    產品代碼

    super-164

    體積密度(kg/m3)

    280~320

    加熱永久線變化(%

    950℃×24h≤-3

    導熱系數(w/m.k)

    熱面(600℃≤0.12, 平均(600℃≤0.165

    含水率(%

    ≤1

    有機物含量(%

    ≤8

    耐壓強度(厚度方向壓縮10%)(MPa)

    ≥0.3

    產品規格

    9001200×600×20/30/40/50


      對比分析表一

    項目

    陶瓷纖維板

    硅酸鈣板

    詳解

    主要組成

    陶瓷纖維棉

    硅藻土+石灰+纖維

    陶瓷纖維屬無機纖維棉絮狀材料,自身交織就有強度;硅藻土和石灰均為細顆粒狀材料,雖加入一定比例纖維但抗拉、抗折強度仍較低。

    應用領域

    耐火 保溫 隔熱

    保溫 隔熱

    耐火材料是指耐火度大于1580℃的無機非金屬,陶瓷纖維板耐火度1770℃,硅鈣板1430℃。因此在使用溫度相同的情況下,陶瓷纖維板更穩定。同時更能保證良好的隔熱保溫效果。

    憎水率

    98%

    0

    陶瓷纖維板具有非常好的防水性能,簡單的實驗是將產品放在水中24小時不下沉,硅酸鈣板屬于吸水性非常強的材料,施工應用時還必須做防水處理。

    加熱線變化率%1000x24h

    -2.3

    -3

    1000℃加熱后陶瓷纖維板收縮率小,強度基本不變,硅鈣板的強度降低80%以上。

    導熱系數(W/m.k)平均溫300

    0.076-0.085

    >0.091

    陶纖板的導熱系數低

    體積密度(kg/m3)

    300

    300±20

    陶瓷纖維板常規產品體積密度300,體積密度還可以根據客戶要求進行調整250500Kg/m3。

    耐壓強度(Mpa)

    0.3

    0.5

    硅酸鋁陶瓷纖維板剛中帶柔,有韌性強度,硅酸鈣板是剛性的脆性度。0.5Mpa壓力下,硅酸鈣板被壓碎;陶纖板只是厚度被壓縮,強度基本不變。

    抗折強度(Mpa)

    0.3

    0.4

    陶纖板在做抗折時始終折不斷,只是彎曲;硅酸鈣板則很容易被折斷。

    使用溫度

    1000

    650/1000

    陶纖板最低使用溫度為1000℃,硅酸鈣板最高理論使用溫度為1000℃,經實際檢測,陶纖板制品在達到使用溫度時,強度基本不變,而硅酸鈣板強度則要低80%以上。

    幾何尺寸(mm)

    1200×600,厚10-50

    1200×1200×120

    陶瓷纖維板為流水線產品,能保證供貨周期,產品規格最大寬度為1200,厚度可以疊砌。


      對比分析表二

    抗熱震性能

    抗熱震性能是陶瓷纖維板的顯著優勢,可反復急升溫急降溫,不會產生裂紋,產品強度不會降低。硅酸鈣板是由顆粒狀材料組成,抗急冷急熱性能遠低于陶纖板,因此硅酸鈣板還必須加入一定量的纖維來增強。

    消化膨脹擠壓能力

    陶瓷纖維板具有韌性強度,作為絕熱背襯時,可及時吸收消化耐火磚或澆注料體加熱過程中產生的膨脹力,避免了因應力造成磚體或澆注料產生裂紋等現象,而且產品強度和應用效果絲毫沒有損害,這是硅酸鈣板所無法比擬的。

    重復利用性能

    陶瓷纖維板的重復利用性能很強,特別表現在窯爐墻體維修時,只要稍加注意,陶瓷纖維板是不會受損的。而硅鈣板由于燒后的強度降低幅度較大,而且是脆性材料,一般不能再重復利用。

    運輸儲存、施工

    陶瓷纖維板強度高,具有韌性,抗碰、撞、摔的能力較強,不易碎,產品在運輸和施工過程中破損率低。硅鈣板脆性材料,易碎或磕碰導致缺角少棱,在運輸、儲存和施工中破損率高達30%,加大備貨量;陶纖板好的防水性能,在南方陰雨、潮濕的環境下施工,更有優勢;硅酸鈣板吸水性強,施工時必須做防水處理;施工中陶纖板與硅鈣板更易切割,且環境污染(粉塵)更少。



      我們注重:成品的原材料

      我們重視:現場的施工細節

      我們關注:高溫設備的運行及維護


      鋁電解槽保溫隔熱結構

      在電解槽中,陶瓷纖維板的應用主要在電解槽底部和側部做為保溫層使用。

      側墻結構:工作層+氮化硅結合碳化硅磚+防滲料+super-164鋁電解槽背襯隔熱板(50~80mm)

      槽底結構:工作層+防滲料+保溫磚(65mm)+ super-164鋁電解槽背襯隔熱板(100~130mm)



      鋁電解槽背襯隔熱板使用前后效果對比案例


      公司客戶案例——鋁電解槽背襯隔熱板使用效果對比:

      經過電解鋁廠家實際使用測得,采用此保溫結構的電解槽與原保溫結構的電解槽相比較,外壁溫度下降了20℃左右。

      A電解槽背襯層:陶瓷纖維板

      B電解槽背襯層:硅酸鈣板


      ●檢測對比數據

    項目

    第一次測

    第二次測

    B電解槽

    131

    86

    A電解槽

    68

    44

    對比溫差

    63

    42

      ●以二次測試數據計算:

      設定環境溫度ta=20℃,A外壁溫度為tc=44℃,B外壁溫度為tc=86℃。

      外壁向環境散熱Qc:

      B電解槽

      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電解槽

      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

      通過以上2組計算數據,使用陶瓷纖維板襯里保溫結構后與未改造前使用硅酸鈣板襯里結構相比較,每平方米爐壁鋼板每小時向環境散熱損失減少熱量為:

     ?。?74.23-223.26)×3600=1983492J

      節煤:把減少的熱量損失折合成標煤,則為:

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

      每年每平米可以節約標煤量為:0.067682KGX24X365=593 KG

      節電:把減少的熱量損失折合成電能,則為:

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

      每年每平米可以節約電量為:0.551度X24X365=4826.5度

      工業用電按照0.8元/度進行核算比較,則每年每平米電解槽外壁可節約4826.4972X0.8=3861.2元。


      鋁電解槽背襯隔熱板安裝步驟與使用方法 

      1、首先對爐壁鋼板進行檢查、校平,并進行常規除銹、防腐處理,維修槽無法進行找平的部位需要使用氧化鋁粉進行找平;

      2、將陶瓷纖維板按照施工要求的厚度平鋪到爐壁上,塊與塊之間的接縫要對接嚴密,層與層之間需要進行錯縫搭接處理,拐角處進行切平處理,每層陶瓷纖維板施工完成后,一定要使用氧化鋁粉進行灌縫處理,以保證最大程度的達到使用效果;

      3、纖維板施工完成后,上層需要鋪設保溫磚及防滲料。


      儲藏運輸注意事項:

      ●運輸倉儲中需要防潮、防雨;

      ●裝卸時防止碰撞,儲存時防止其他硬質物品碰撞;

      ●碼垛頂部嚴禁堆放重物,高度應低于3米;


      安裝注意事項:

      ●纖維板應采用手工鋸或電鋸進行切割;

      ●施工過程中,施工人員應佩戴手套及口罩等勞保防護用品;

      ●施工過程中應注意防水、防潮;

      ●為防止使用過程中纖維氈/板發生翹曲變形,不應再有應力的條件下進行安裝施工;安裝要求平整,接縫嚴密無漏縫。


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