新型环保绝热保温材料在钢包上的应用及效益分析

摘要：介绍了铁路货车行业铸造用钢包采用新型环保材料的技术应用，新型环保材料使用复合反射绝热板作为绝热层替代原有石棉，应用轻质高强浇注料作为保温层替代耐火砖，并通过实际运行效果进行了经济效益分析和环保效益评价，为新型环保材料在铸造用钢包的实际应用提供了参考经验。

关键词：环保；绝热保温；石棉；复合反射绝热板

中图分类号：TG23文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017） 01（a）-0000-00

1.前言

石棉具有高度耐火性、电绝缘性和绝热性，是重要的防火、绝缘和保温材料。其石棉制品在汽车、化工、电器设备、建筑业、铸造业等行业应用较为广泛。在铁路货车行业摇枕、侧架、车钩的铸造生产中，铸造用10吨和25吨钢包一般采用传统的石棉板和耐火砖作为绝热保温材料。钢包用石棉板的安装和拆卸过程产生的石棉粉尘不仅会造成环境污染而且严重损害人体健康，许多国家选择了全面禁止使用这种危险性物质，已经引起环境学家、健康学家等社会各界越来越多的重视。同时，摇枕、侧架和车钩的生产过程中均需采用钢包浇注方式，由于作业区域面积大，浇注间隔时间长，浇注过程中钢水温降较大，容易造成铸件裂纹等质量缺陷。为了提高铸钢件质量，降低生产成本，保护员工健康，避免环境污染，新型环保绝热保温材料的应用已经成为非常重要的专业课题。

2.铁路货车铸造工序传统绝热保温材料

2.1绝热层

传统钢包绝热层使用的是5mm或10mm厚石棉板，用耐火泥浆粘贴，绝热效果较差，危害职工健康，污染作业环境，且产生的危险废物增加处置成本。石棉的最大危害来自于它的元纤维，1千克石棉约含100万根元纤维。元纤维的直径一般为0.5微米，长度在5微米以下，这是一种非常细小、肉眼几乎看不见的纤维，当这些细小的纤维释放以后，在大气中能悬浮数周、数月之久，持续造成环境污染[1]。

石棉本身并无毒害，它的最大危害来自于它的粉尘，当这些细小的粉尘被吸入人体内，就会附着并沉积在肺部，造成肺部疾病，石棉已被国际癌症研究中心认定为一级致癌物。极其微小的石棉粉尘飞散到空中，被吸入到人体的肺后，经过20到40年的潜伏期，很容易诱发肺癌等肺部疾病。石棉公害问题已经在世界各国受到不同程度关注。目前已有40 多个国家禁止使用包括石棉板各类石棉的制品。

2.2保温层

传统的钢包保温层使用的是粘土砖，用耐火泥浆砌筑，砌筑工艺烦琐、劳动强度大、存在砖缝、容易渗钢，拆包过程极易与渗钢一同拆除，寿命较短。在拆包、翻包时，保温层砖一部分被倒出，作为一般固体废弃物进行处理。

3.新型环保绝热保温材料的选择

3.1绝热层材料的选择

近年来，随着纳米技术和纳米材料的发展，传统宏观传热受到冲击，在国际上形成新兴的微观传热学的技术领域，积极开展微纳米尺度传热理论与应用研究，为新型环保绝热材料和节能降耗技术开辟了崭新的途径。复合反射绝热板以其高温强度高、导热系数极低、热容量低、热稳定性强、安全环保的优势逐渐得到广泛的应用。

复合绝热反射板采用导热系数极低的轻质、无机纳米SIO2作为间隔材料，以反射较高的铝箔为夹层材料，采取多层复合结构经过连续环绕涂布复合轧制工艺形成，其导热系数比静止的空气系数还要小，保温性能比传统的纤维类的保温材料要高1-5倍[2]，是迄今为止性能最好的保温绝热材料。

3.2 保温层材料的选择

不定型耐火材料的技术日趋成熟，轻质高强浇注料具有体积密度低、热导率低、耐压强度高等特点，被广泛应用。

浇注料的骨料采用漂珠、高铝质多孔熟料和氧化铝空心球复合骨料，使浇注料具有体积密度低、热导率低、保温性能好、耐火度高、耐压强度大等性能。粘土熟料粉和工业氧化铝粉作为粉料，使浇注料中Al203含量达到45%～50%。纯铝酸钙水泥作为粘结剂，保证不降低 Al203含量的前提下，使浇注成型后具有较高的强度。同时加入一定量的电熔镁砂维持制品的体积稳定性，使浇注料在使用中存在一定的持续膨胀，从而减少使用过程中的开裂和剥落现象，提高使用寿命[3]。

4.新型材料的应用效果

4.1 绝热保温层厚度的设计

根据钢包工作层厚度、最小使用厚度、使用寿命等要求，设计的绝热保温层厚度应适中。综合考虑钢包使用的安全性、施工性，确定包底和包壁铺两层10mm厚复合反射绝热板，包底、包壁保温层用轻质高强浇注料整体打结，包底打结厚度140mm，包壁打结厚度80mm。

4.2 保温性能对比

为了检验新型环保材料的保温性能，测试过程制定了严格的测温步骤。以10吨钢包为例，通过检测钢包出钢前和浇注结束后包壳外表面温度，检验材料导热性能。通过检测钢水浇注开始温度和浇注中期钢水温度，浇注开始与浇注中期测温时间间隔8分钟，检验浇注过程温降速度，验证材料保温性能。将新型环保绝热保温材料钢包同传统钢包对比使用，进行了数据的比较分析，可以看出新型环保绝热保温材料的良好性能。

4.2.1 新型钢包与传统钢包出钢前和浇注结束后包壳外表面温度比较分析。

试验钢包在浇注结束后包壳外表面的温度比普通钢包低20℃左右。表明在正常生产条件下，钢包的传热与绝热层、保温层的材料关系较大，采用新型绝热保温材料保温性能良好，可以减少散热，从而降低钢水在转运和浇注过程中的温差，提高浇筑钢件质量。

4.2.2 新型钢包与传统钢包浇注过程中钢水温度降低情况比较分析。

钢水浇注过程中的温降速度由原来的1.72℃/min减小到0.73℃/min，10吨钢水整个浇注时间按20min计算，浇注过程可以减少降温20℃左右。浇注过程中钢水温度的波动范围由原来的平均32℃降低到12℃，减少了因钢水温度波动大造成的铸件质量下降。

5.经济和环保效益分析

某大型铁路货车制造企业经过一年的实际使用，新型环保绝热保温材料钢包运行情况良好，绝热保温性能出色。以10吨钢包为例，通过使用寿命、砌筑成本对比进行经济性分析，新型环保绝热保温层钢包一次砌筑后使用寿命达到500次以上，普通绝热保温层使用寿命平均25次左右，新型环保材料一次砌筑费用为1.3万元，普通绝热保温层钢包一次砌筑费用为0.22万元。根据寿命成本法计算得出，新型环保材料钢包比传统钢包使用一次节省62元，25吨钢包使用一次能节省100元；与此同时避免了废石棉4000元/吨的危险废物处置费用。因此，在正常生产高频次使用过程中经济效益显而易见。

相对于经济效益新型绝热保温材料产生的环保效益更为显著。公司普通绝热保温层中使用石棉作为绝热层，达到使用寿命期限后将作为危险废物进行处置，在砌筑和拆卸过程中，产生的元纤维在大气中能悬浮数周、数月之久，持续地造成环境污染。被吸入人体内，就会附着并沉积在肺部，造成肺部疾病，很容易引发肺癌。而且，避免了保温层废弃的耐火砖产生大量的一半固体垃圾。新型环保绝热保温材料的应用，有效的解决了以上问题，避免了石棉造成的环境污染，保护了职工身体健康。

6.结语

随着我国经济体制改革的不断深入和人民生活水平的显著提高，环境污染日趋严重，保持可持续性发展、建设生态文明社会已经上升到国家战略地位。积极响应国家号召、履行社会环保责任、推广清洁原材料应用、建设绿色环保型企业，是国有企业应尽的职责和使命。本文通过某大型铁路货车制造企业铸造车间技术提升项目的实例，介绍了新型环保绝热保温材料技术应用并进行了经济效益和环保效益分析，旨在为相关行业和地区相似类型铸造用钢包绝热保温提供参考和借鉴。

参考文献

[1] 周 朝，石棉与职业健康.劳动保护，2014（3）.18-21

[2] 钟凯等，复合反射纳米绝岚逶210吨钢包上的试验研究.2012年全国炼铁用耐火材料技术交流会，2012.70-71

[3] 李红霞，耐火材料手册 [M].北京：冶金工业出版社，2007.353-356