Tại sao các nhà máy thép sử dụng lớp lót gốm chịu mài mòn?

Trong quá trình sản xuất, một lượng lớn thiết bị và đường ống phải tiếp xúc với vật liệu có nhiệt độ cao, độ cứng cao (như quặng sắt, xỉ thép, than nghiền và khí lò nung nhiệt độ cao) trong thời gian dài. Tác động, xói mòn và mài mòn của các vật liệu này có thể gây hư hỏng nghiêm trọng cho thiết bị, làm giảm tuổi thọ, đòi hỏi sửa chữa thường xuyên và làm gián đoạn sản xuất. Lớp lót gốm chịu mài mòn, với khả năng chống mài mòn tuyệt vời, chịu nhiệt độ cao và ổn định hóa học, bảo vệ hiệu quả các thiết bị quan trọng của nhà máy thép, trở thành một vật liệu quan trọng để giảm chi phí sản xuất và đảm bảo sản xuất liên tục.

Điểm đau chính của nhà máy thép: Mài mòn thiết bị nổi bật
Mài mòn trong các nhà máy thép chủ yếu phát sinh từ hai tình huống, trực tiếp xác định nhu cầu cứng nhắc đối với vật liệu chịu mài mòn:

Mài mòn do va đập/xói mòn vật liệu:Trong quá trình vận chuyển nguyên liệu thô (như băng tải và máng trượt), nghiền quặng và đường ống phun than vào lò cao, quặng có độ cứng cao và than nghiền va đập hoặc trượt vào thành trong của thiết bị với tốc độ cao, gây ra sự mỏng đi nhanh chóng của kim loại, rỗ và thậm chí là thủng.

Mài mòn ở nhiệt độ cao và ăn mòn hóa học:Thiết bị nhiệt độ cao, chẳng hạn như lò chuyển đổi thép, thùng chứa và lò cao gió nóng, không chỉ bị mài mòn vật lý từ xỉ và vật liệu nạp liệu mà còn bị oxy hóa ở nhiệt độ cao và ăn mòn hóa học từ thép nóng chảy và xỉ. Vật liệu kim loại thông thường (như thép carbon và thép không gỉ) bị giảm độ cứng đột ngột ở nhiệt độ cao, làm tăng tốc độ mài mòn lên 5-10 lần.

Nếu không có lớp lót chịu mài mòn, tuổi thọ trung bình của thiết bị có thể bị rút ngắn xuống còn 3-6 tháng, đòi hỏi thời gian ngừng hoạt động thường xuyên để thay thế linh kiện. Điều này không chỉ làm tăng chi phí bảo trì (nhân công và phụ tùng) mà còn làm gián đoạn quá trình sản xuất liên tục, dẫn đến tổn thất công suất đáng kể.

Các kịch bản ứng dụng chính của lớp lót gốm chịu mài mòn trong nhà máy thép

Các thiết bị khác nhau thể hiện các đặc tính mài mòn khác nhau, đòi hỏi các loại lớp lót gốm cụ thể (chẳng hạn như gốm alumina cao, gốm silicon carbide và gốm composite). Các kịch bản ứng dụng chính bao gồm:

Hệ thống vận chuyển nguyên liệu thô:phễu băng tải, máng trượt và lớp lót silo.

Điểm đau:Va đập và mài mòn trượt từ các vật liệu rời rơi xuống như quặng và than cốc có thể dễ dàng dẫn đến thủng phễu.

Giải pháp:Lớp lót gốm alumina cao thành dày (10-20mm), được cố định bằng hàn hoặc liên kết, chịu được va đập và chống mài mòn.

Hệ thống phun than vào lò cao: ống phun than, bộ phân phối than nghiền

Điểm đau:Than nghiền tốc độ cao (tốc độ dòng chảy 20-30 m/s) gây xói mòn và mài mòn, với mức độ mài mòn nghiêm trọng nhất ở các khuỷu ống, dẫn đến mòn thủng và rò rỉ.

Giải pháp:Sử dụng ống gốm chịu mài mòn thành mỏng (5-10 mm) với thành trong nhẵn để giảm sức cản và khuỷu tay dày hơn, dẫn đến tuổi thọ 3-5 năm (so với 3-6 tháng đối với ống thép thông thường).

Thiết bị luyện thép: Ống khói lò chuyển đổi, Lớp lót thùng chứa, Con lăn đúc liên tục

Điểm đau:Xói mòn xỉ nhiệt độ cao (trên 1500°C) và tấn công hóa học dẫn đến tích tụ xỉ và mài mòn nhanh chóng trong ống khói, đòi hỏi lớp lót thùng chứa phải chịu nhiệt và chịu mài mòn.

Giải pháp:Lớp lót gốm silicon carbide chịu nhiệt độ cao (1600°C) có khả năng chống xói mòn xỉ mạnh, giảm tần suất làm sạch xỉ ống khói và kéo dài tuổi thọ thùng chứa.

Hệ thống xử lý bụi/xỉ thải: Ống hút bụi và các bộ phận bơm bùn
Điểm đau:Khí thải chứa bụi, nhiệt độ cao và bùn (bao gồm các hạt xỉ thép) gây mài mòn và hao mòn trên đường ống và máy bơm, dẫn đến rò rỉ.
Giải pháp:Lớp lót composite gốm (gốm + đế kim loại) được sử dụng, mang lại khả năng chống mài mòn và va đập để ngăn ngừa hư hỏng thiết bị do rò rỉ bùn.

So sánh với vật liệu truyền thống: Lớp lót gốm chịu mài mòn mang lại hiệu quả kinh tế tốt hơn​
Các nhà máy thép đã từng sử dụng rộng rãi các vật liệu chịu mài mòn truyền thống như thép mangan, đá đúc và hợp kim chịu mài mòn. Tuy nhiên, có những khoảng cách đáng kể về cả kinh tế và hiệu suất khi so sánh với lớp lót gốm chịu mài mòn:

Về lâu dài, mặc dù chi phí mua ban đầu của lớp lót gốm chịu mài mòn cao hơn so với thép mangan và thép carbon, nhưng tuổi thọ cực kỳ dài của chúng (gấp 3-10 lần so với vật liệu truyền thống) và yêu cầu bảo trì cực kỳ thấp có thể giảm tổng chi phí từ 40%-60% trong chu kỳ 10 năm, đồng thời tránh được những tổn thất sản xuất do hỏng hóc thiết bị (tổn thất ngừng sản xuất một ngày đối với một nhà máy thép có thể lên tới hàng triệu nhân dân tệ).

Các nhà máy thép sử dụng lớp lót gốm chịu mài mòn, tận dụng khả năng chống mài mòn cao, chịu nhiệt độ cao và các đặc tính bảo trì thấp để giải quyết các vấn đề mài mòn của thiết bị cốt lõi. Cuối cùng, cách tiếp cận này đạt được ba mục tiêu chính là kéo dài tuổi thọ thiết bị, giảm chi phí bảo trì và đảm bảo sản xuất liên tục. Với những tiến bộ trong công nghệ sản xuất gốm (chẳng hạn như gốm alumina độ tinh khiết cao, chi phí thấp và lớp lót composite gốm-kim loại), ứng dụng của chúng trong các nhà máy thép tiếp tục mở rộng, khiến chúng trở thành một vật liệu quan trọng để giảm chi phí và tăng hiệu quả trong ngành công nghiệp thép hiện đại.