Vật liệu cách nhiệt vi xốp nano cho thiết bị khử khí RH: Giảm tổn thất nhiệt tuần hoàn

Trong luyện kim thứ cấp, thiết bị khử khí RH (Ruhrstahl-Heraeus) là nơi một mẻ thép đạt được thành phần hóa học cuối cùng. Thép lỏng tuần hoàn giữa thùng rót và một bình chân không lót vật liệu chịu lửa để loại bỏ hydro, nitơ và cacbon trong điều kiện chân không. Mỗi lần đi qua bình đó đều tiêu tốn nhiệt, và mỗi độ giảm nhiệt độ đều phải được bù lại bằng nhiệt quá nhiệt bổ sung tại lò chuyển hoặc lò hồ quang điện. Một lớp nền vi xốp nano mỏng phía sau lớp lót làm việc của bình là một trong những cách rẻ nhất để làm chậm sự mất mát đó.

Tại sao tổn thất nhiệt của bình RH lại quan trọng

Xử lý RH là một quá trình nhạy cảm với nhiệt độ. Thép càng tuần hoàn lâu hoặc mạnh, nhiệt càng thoát ra qua thành bình, và bể thép càng lệch xa khỏi cửa sổ nhiệt độ mục tiêu. Khi nhiệt độ xuống thấp, các vận hành viên phản ứng theo những cách đều tốn kém: tăng nhiệt độ rót, thổi lại oxy, điều chỉnh hợp kim, hoặc rút ngắn chu trình chân không trước khi quá trình khử khí hoàn tất. Nhiệt độ ổn định hơn cho phép quá trình luyện kim hoàn thành nhiệm vụ mà không phải chạy đua với thời gian.

Thành bình là điểm rò rỉ. Một lớp lót thông thường xếp một lớp đúc đặc làm việc lên trên một lớp chịu lửa nền có khả năng cách nhiệt bị giới hạn bởi độ dày và khối lượng của chính nó. Các tấm vi xốp nano thay đổi sự đánh đổi đó: chúng cung cấp cùng một khả năng chịu nhiệt như một lớp nền thông thường dày hơn nhiều, chỉ trong một lớp dày vài milimét.

Lớp nền được xây dựng như thế nào

Cấu hình lớp nền RH điển hình đặt một tấm vi xốp nano giữa vỏ thép của bình và lớp lót làm việc nguyên khối. Các tấm được lắp sát vào thành trong, sau đó lớp lót làm việc bằng vật liệu đúc được phủ lên trên chúng. Độ dày tấm thường từ 3 đến 5 mm, được chọn để phù hợp với hình học của bình và gradient nhiệt mà lớp lót làm việc được kỳ vọng chịu đựng.

• Vỏ bình được làm sạch và chuẩn bị trước khi lắp đặt.
• Các tấm vi xốp được cố định vào thành trong, cắt và lắp khớp với biên dạng của bình.
• Lớp lót làm việc bằng vật liệu đúc được lắp đặt lên trên các tấm, tạo thành lớp mặt nóng.
• Tấm dạng cuộn linh hoạt hoặc tấm có hình dạng tùy chỉnh bao phủ các phần cong và không tiêu chuẩn.

Vì tấm vi xốp nano có thể cắt bằng các dụng cụ mộc thông thường và có thể được cung cấp dưới dạng tấm mềm hoặc hình dạng định hình sẵn, nó bám theo đường viền của bình chứa mà không có khe hở gây rò rỉ nhiệt ở các cạnh.

Lớp dự phòng có tác dụng gì cho quy trình

• Giảm tổn thất nhiệt trong quá trình tuần hoàn thép, giúp bể duy trì nhiệt độ trong suốt chu trình chân không.
• Thu hẹp cửa sổ nhiệt độ, cải thiện tính lặp lại của kết quả khử khí.
• Hạ nhiệt độ mặt lạnh của lớp lót làm việc, giúp kéo dài tuổi thọ vật liệu chịu lửa.
• Tăng khối lượng và độ dày không đáng kể, phù hợp với các bình có hình học chật hẹp.

Chọn cấp tấm phù hợp

Lớp dự phòng nằm phía sau lớp đúc chịu lửa làm việc, do đó nó không tiếp xúc với nhiệt độ thép đầy đủ. Điều quan trọng là chỉ số chịu nhiệt liên tục của tấm ván phải cao hơn một cách thoải mái so với nhiệt độ giao diện mà nó thực sự sẽ trải qua. Đối với bình RH, Grade 1000 (định mức 1000 °C) là lựa chọn thông thường cho lớp dự phòng phía sau mặt nóng nguyên khối; Grade 1100 (1100 °C) có sẵn khi lớp này nằm gần mặt nóng hơn.

Thuộc tính	Grade 1000	Grade 1100
Nhiệt độ phân loại	1000 °C	1100 °C
Mật độ	220–280 kg/m³	220–280 kg/m³
Độ dẫn nhiệt, 200 °C	0,021 W/m·K	0,021 W/m·K
Độ dẫn nhiệt, 600 °C	0,028 W/m·K	0,028 W/m·K
Độ co tuyến tính (800 °C)	<2%	<2%

Tấm dày 3-5 mm là điểm khởi đầu cho thiết kế; độ dày chính xác được xác nhận bằng tính toán nhiệt theo từng lớp để tấm không bao giờ vượt quá nhiệt độ định mức của nó. Các kỹ sư của chúng tôi thực hiện kiểm tra này như một phần của thiết kế riêng cho từng dự án.

Sản phẩm được đề xuất cho ứng dụng này: vật liệu cách nhiệt vi xốp nano cho thùng thép, tấm định hình theo yêu cầu, và tấm tiêu chuẩn.

Các câu hỏi thường gặp

Tại sao nên sử dụng lớp vi xốp thay vì dùng thêm vật liệu đúc?

Vật liệu chịu lửa đúc là lớp kết cấu và chịu mài mòn, không phải chất cách nhiệt hiệu quả. Tấm vi xốp nano có hiệu quả làm chậm truyền nhiệt cao hơn khoảng ba đến bốn lần so với vật liệu chịu lửa lót nền thông thường cùng độ dày, do đó mang lại khả năng chịu nhiệt cao hơn nhiều trên mỗi milimét xây dựng.

Liệu các tấm này có thể chịu được chu trình chân không không?

Có. Các tấm hoạt động như một lớp nền cứng, không chứa sợi phía sau lớp lót làm việc, không nằm trên bề mặt chân không. Ma trận vi xốp có kích thước ổn định tại nhiệt độ giao diện mà nó tiếp xúc, giúp lớp này duy trì hiệu quả qua các chu trình xử lý lặp lại.

Liệu tấm có ảnh hưởng đến dung tích bình chứa không?

Ảnh hưởng tối thiểu và theo hướng tích cực. Vì tấm thay thế lớp nền thông thường dày hơn, lớp lót có thể mỏng hơn mà vẫn đạt hiệu suất nhiệt tương đương, trên thực tế giữ nguyên hoặc tăng nhẹ thể tích làm việc của bình chứa.

Nếu bình RH của tôi có hình dạng không tiêu chuẩn thì sao?

Tấm có hình dạng tùy chỉnh được cắt theo biên dạng bình chứa, cùng với tấm dẻo cho các phần cong, bao phủ các hình dạng bình RH không tiêu chuẩn mà không để lại khe hở rò rỉ nhiệt như tấm phẳng để lại trên bán kính.

Bạn cần kiểm tra nhiệt từng lớp cho bình RH của mình? Hãy trao đổi với các kỹ sư cách nhiệt của nhà máy thép chúng tôi để được khuyến nghị loại tấm và độ dày phù hợp cho từng dự án. Liên hệ với chúng tôi để bắt đầu.