高导热硅砖的制备及性能的研究

高导热硅砖的制备及性能的研究中钢集团耐火材料有限公司主要内容研究背景1高导热硅砖的制备2高导热硅砖的性能3高导热硅砖的经济效益与社会效益4一、研究背景1节能的需要在炼焦的过程中，同样的时间，同样的触煤面面积，如果能将燃烧室内更多的热量传递到炭化室内部，便起到了节能的作用。一般节能的方法有两种：减薄炉墙厚度、提高炉墙材质的导热系数。因炭化室炉墙是强度比较薄弱的部位，往往对整个焦炉的使用寿命起到决定性的作用，所以减薄炉墙厚度势必降低炉墙结构单元的强度，对焦炉的整体使用寿命有一定的影响。因此，提高炉墙材质的导热系数对炉墙整体的结构性与功能性的均衡有着更重要的意义。2环保的需要由于燃料的消耗减少，排放到大气中的SO2、NOx等污染物必然也会减少。二、高导热硅砖的制备性能的均衡热导率的提高基础性能设计思路高效减水剂对制品性能的影响减水剂的使用主要有两个方面的作用：1、减少水分的引入，为成品孔隙度的降低提供好的基础。2、促进部分添加剂的流动性和分散型。新型纳米级矿化剂对性能的影响纳米级矿化剂的弥散分布能力更优于传统的矿化剂，矿化效果更好，有助于制品性能的均一性其它添加物对性能的影响非氧化物纳米矿化剂高温方石英一定温度下玻璃相制品截面玻璃相有效地缓解由于晶型转变过快而引起的应力释放，同时对制品内的空隙起到了填充作用，使得主晶相与基质间结合得更紧密，这也为提高热导率的提高提供了基础条件。化学应力集中区域高导热硅砖普通硅砖高导热硅砖与普通硅砖结构的对比高导热硅砖放大15倍照片普通硅砖放大15倍照片高导热硅砖性能的研究一、热导率二、基础性能热导率检测方法检测方法：平行热线法测量1100℃的热导率。检测标准：GB/T5990-2006检测设备：RXD-04平行热线导热仪（中钢洛阳耐火材料研究院生产）热导率的比较高导热硅砖的热导率平均值：2.33w/m·k普通硅砖的热导率平均值：1.90w/m·k其它基础性能的检测项目普通焦炉硅砖（平均值）高导热硅砖（平均值）ω（SiO2）,%95.295.1ω（Al2O3）,%0.840.82ω（Fe2O3）,%1.010.95ω（CaO）,%2.462.44显气孔率，%21.621.3常温耐压强度，MPa42.748.20.2MPa的荷重软化温度（T0.6），℃≥16501655真密度，g/cm3≤2.3232.316残余石英，%≤0.90.85加热永久线变化(1450℃×2h),%0.050.03热膨胀率（1000℃），（w/m·k）1.281.27四、经济效益与社会效益（一）经济效益（二）社会效益关于燃烧室火焰温度下降的计算为了计算方便，假设焦侧与机侧的宽度相等，忽略由于炉头散热的损失对炭化室温度的影响。因炉墙长度与宽度远大于厚度，所以将燃烧室内各火道向炭化室内传递热量的过程近似为平壁稳态一维导热，其计算热量的公式[1]如下：Q=(λ/δ)（t1-t2）F(1)Q为单位时间、通过一定面积的热量；λ为热导率；δ为炉墙厚度；t1为燃烧室火道温度，t2为炭化室温度；F为触煤面面积。当普通硅砖的热导率为1.90（w/m·k）时，假设燃烧室火道的温度为1320℃、炭化室的温度为1100℃时；其单位时间、通过一定面积的热量Q为：Q=(λ/δ)（t1-t2）F=(1.9/δ)×（1320-1100）F在炭化室内结焦时间、温度曲线等工艺条件都不变的前提下，普通硅砖改用高导热硅砖时，在一个周期内，其传递到炭化室内的热量应相同，改变的只是燃烧室内火道的温度。因此，当高导热硅砖的热导率为2.33（w/m·k）时，设定燃烧室内火道的温度为t，其单位时间、通过一定面积的热量Q为：Q=(λ/δ)（t1-t2）F=(2.33/δ)×（t-1100）F则有：（1.9/δ）×(1320-1100)F=（2.33/δ）×(t-1100)F得：t≈1279℃则：燃烧室内火焰温度可降△t=1320-1279=41℃高导热硅砖的经济效益测算以7.63m焦炉为例：触煤面的长度为18.802m,高度为7.63m，则触煤面的面积S=18.802×7.63=143.46m2焦炉孔数按70计算，每个孔有两个触煤面，则共有侧壁触煤面总面积∑S=143.46×70×2=20084.4m2每年的工作天数按365天计算，则总时间为t=365×24×60×60=31536000秒。根据前面计算的燃烧室火道温度下降过程可知，换成高导热硅砖后在保持炭化室原有工艺条件不变的条件下，焦炉的实际炉墙厚度（δ）为0.1米。据此，计算使用高导热硅砖大约可以节约的能源量：在同一工况条件下，热量从燃烧室传递到炭化室的过程中，通过高导热硅砖传递的热量会更多，这部分能量日积月累可以节约非常可观的能量量。假设燃烧室火焰温度为1320℃，炭化室温度为1100℃，此时节约的总能量△Q△Q=（2.33/δ）(1320-1100)∑St-（1.90/δ）(1320-1100)∑St=(2.33/0.1)×220×20084.4×31536000-(1.90/0.1)×220×20084.4×31536000=5.99×1011KJ一般情况下，焦炉煤气热值为17000千焦/m3，假设其热值利用效率为80%，则焦炉煤气的热值利用为13600千焦/m3，则使用高导热硅砖后，每年可节约焦炉煤气5.99×1011/13600=4404万m3，假设焦炉煤气的价格为0.65元/m3,则每年可节省0.65×4404=2862.6万元，焦炉的使用寿命按照40年计算，则总共节省2862.6×40=114504万元。通常标准煤的热值为7000千卡/kg，按1卡=4.186焦计算，则可将每年节省的4404万m3的焦炉煤气热值折算成约为25550.4吨标准煤的热值，那么40年可节省25550.4×40=102.2万吨标准煤。以上对高导热硅砖的节能效益为初步测算，因为焦炉煤气的价格具有不确定性，所以上述的资金节约额只是一个大概的测算。另外，与实际生产中的节能效果相比可能会有一定的差别。1280℃1320℃NO2浓度降低566-433=133mg/cm3根据前面火焰温度下降的计算的数据，测算NO2浓度的下降情况由此可见，在高温情况下，温度的下降对NO2浓度的下降是很可观的高导热硅砖的社会效益随着国家对环境的重视程度的加深，必然出台很多鼓励企业节能减排的政策，使得企业在获得区域政策性支持和扶植上必然会下更大的功夫，而高导热硅砖会成为节能减排标志性的产品，那么其无形中的附加值必然给使用企业和生产企业带来很多额外的利润空间。参考文献[1]姜金宁，耐火材料工业热工过程及设备[M].北京：冶金工业出版社,1984:52