新型環保絕熱保溫材料在鋼包上的應用及效益分析

陳東+賈長江

摘要：介紹了鐵路貨車行業鑄造用鋼包采用新型環保材料的技術應用，新型環保材料使用復合反射絕熱板作為絕熱層替代原有石棉，應用輕質高強澆注料作為保溫層替代耐火磚，并通過實際運行效果進行了經濟效益分析和環保效益評價，為新型環保材料在鑄造用鋼包的實際應用提供了參考經驗。

關鍵詞：環保；絕熱保溫；石棉；復合反射絕熱板

中圖分類號：TG23文獻標識碼：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、電器設備、建筑業、鑄造業等行業應用較為廣泛。在鐵路貨車行業搖枕、側架、車鉤的鑄造生產中，鑄造用10噸和25噸鋼包一般采用傳統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生的石棉粉塵不僅會造成環境污染而且嚴重損害人體健康，許多國家選擇了全面禁止使用這種危險性物質，已經引起環境學家、健康學家等社會各界越來越多的重視。同時，搖枕、側架和車鉤的生產過程中均需采用鋼包澆注方式，由于作業區域面積大，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量缺陷。為了提高鑄鋼件質量，降低生產成本，保護員工健康，避免環境污染，新型環保絕熱保溫材料的應用已經成為非常重要的專業課題。

2.鐵路貨車鑄造工序傳統絕熱保溫材料

2.1絕熱層

傳統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，污染作業環境，且產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，這是一種非常細小、肉眼幾乎看不見的纖維，當這些細小的纖維釋放以后，在大氣中能懸浮數周、數月之久，持續造成環境污染[1]。

石棉本身并無毒害，它的最大危害來自于它的粉塵，當這些細小的粉塵被吸入人體內，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，經過20到40年的潛伏期，很容易誘發肺癌等肺部疾病。石棉公害問題已經在世界各國受到不同程度關注。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行處理。

3.新型環保絕熱保溫材料的選擇

3.1絕熱層材料的選擇

近年來，隨著納米技術和納米材料的發展，傳統宏觀傳熱受到沖擊，在國際上形成新興的微觀傳熱學的技術領域，積極開展微納米尺度傳熱理論與應用研究，為新型環保絕熱材料和節能降耗技術開辟了嶄新的途徑。復合反射絕熱板以其高溫強度高、導熱系數極低、熱容量低、熱穩定性強、安全環保的優勢逐漸得到廣泛的應用。

復合絕熱反射板采用導熱系數極低的輕質、無機納米SIO2作為間隔材料，以反射較高的鋁箔為夾層材料，采取多層復合結構經過連續環繞涂布復合軋制工藝形成，其導熱系數比靜止的空氣系數還要小，保溫性能比傳統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日趨成熟，輕質高強澆注料具有體積密度低、熱導率低、耐壓強度高等特點，被廣泛應用。

澆注料的骨料采用漂珠、高鋁質多孔熟料和氧化鋁空心球復合骨料，使澆注料具有體積密度低、熱導率低、保溫性能好、耐火度高、耐壓強度大等性能。粘土熟料粉和工業氧化鋁粉作為粉料，使澆注料中Al203含量達到45%～50%。純鋁酸鈣水泥作為粘結劑，保證不降低 Al203含量的前提下，使澆注成型后具有較高的強度。同時加入一定量的電熔鎂砂維持制品的體積穩定性，使澆注料在使用中存在一定的持續膨脹，從而減少使用過程中的開裂和剝落現象，提高使用壽命[3]。

4.新型材料的應用效果

4.1 絕熱保溫層厚度的設計

根據鋼包工作層厚度、最小使用厚度、使用壽命等要求，設計的絕熱保溫層厚度應適中。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厚復合反射絕熱板，包底、包壁保溫層用輕質高強澆注料整體打結，包底打結厚度140mm，包壁打結厚度80mm。

4.2 保溫性能對比

為了檢驗新型環保材料的保溫性能，測試過程制定了嚴格的測溫步驟。以10噸鋼包為例，通過檢測鋼包出鋼前和澆注結束后包殼外表面溫度，檢驗材料導熱性能。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，檢驗澆注過程溫降速度，驗證材料保溫性能。將新型環保絕熱保溫材料鋼包同傳統鋼包對比使用，進行了數據的比較分析，可以看出新型環保絕熱保溫材料的良好性能。

4.2.1 新型鋼包與傳統鋼包出鋼前和澆注結束后包殼外表面溫度比較分析。

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

4.2.2 新型鋼包與傳統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量下降。

5.經濟和環保效益分析

某大型鐵路貨車制造企業經過一年的實際使用，新型環保絕熱保溫材料鋼包運行情況良好，絕熱保溫性能出色。以10噸鋼包為例，通過使用壽命、砌筑成本對比進行經濟性分析，新型環保絕熱保溫層鋼包一次砌筑后使用壽命達到500次以上，普通絕熱保溫層使用壽命平均25次左右，新型環保材料一次砌筑費用為1.3萬元，普通絕熱保溫層鋼包一次砌筑費用為0.22萬元。根據壽命成本法計算得出，新型環保材料鋼包比傳統鋼包使用一次節省62元，25噸鋼包使用一次能節省100元；與此同時避免了廢石棉4000元/噸的危險廢物處置費用。因此，在正常生產高頻次使用過程中經濟效益顯而易見。

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

6.結語

隨著我國經濟體制改革的不斷深入和人民生活水平的顯著提高，環境污染日趨嚴重，保持可持續性發展、建設生態文明社會已經上升到國家戰略地位。積極響應國家號召、履行社會環保責任、推廣清潔原材料應用、建設綠色環保型企業，是國有企業應盡的職責和使命。本文通過某大型鐵路貨車制造企業鑄造車間技術提升項目的實例，介紹了新型環保絕熱保溫材料技術應用并進行了經濟效益和環保效益分析，旨在為相關行業和地區相似類型鑄造用鋼包絕熱保溫提供參考和借鑒。

參考文獻

[1] 周 朝，石棉與職業健康.勞動保護，2014（3）.18-21

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

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