作者:南宇鹏
冶金焦炉作为冶金行业的关键设备,其炉衬材料对炉内温度和化学反应起着决定性作用。目前常用的炉衬材料有硅砖和黏土砖。黏土砖价格亲民,可导热系数不给力,导致炉内升温慢,成焦效率低下;硅砖虽说导热性能不错,但焦炉内冷热交替频繁,硅砖容易损坏,炉衬的更换和维护成本蹭蹭往上涨。为了解决这些问题,研究人员提出在黏土砖中添加高导热相的方案,像添加SiC来提高导热系数。不过现有方法存在缺陷,添加过多高导热材料会降低黏土砖的耐火性能,使用寿命缩短,而且成本也高,所以急需找到一种既能提升导热系数,又能维持良好耐火性能和成本优势的方法。
以此为探索方向,南宇鹏同学带领其团队聚焦于冶金焦炉用黏土砖导热系数提升的行业难题,提出了一种通过添加高导热相并优化制备工艺的创新解决方案。传统黏土砖虽成本较低,但导热性能不足,而硅砖易损且维护成本高。该技术通过精确控制高导热材料的添加量,结合混合、成型、烧结工艺优化,成功开发出导热系数≥3 W/(m·K)的新型黏土砖,在提升成焦效率的同时,保持了良好的耐火性能和成本优势。
研发过程分四阶段推进:概念设计阶段筛选材料与配方,详细设计阶段优化工艺参数,测试阶段通过质量检测与问题改进,最终定型并形成技术文档。生产环节依托混碾机、全自动压砖机及高温隧道窑等设备,确保产品一致性。项目预算涵盖研发、设备采购、原材料及市场推广等费用,核心成本集中于高导热材料与能源消耗。
在研发过程中,南宇鹏同学负责核心技术开发和产品设计,他从添加高导热相、优化添加量以及制备工艺优化三个方面功能特点上有所改良和创新:添加高导热相提高黏土砖导热系数的同时保持其良好的耐火性能,从而提高冶金焦炉成焦效率的技术问题。同时,该方案也解决了添加过多高导热材料导致黏土砖耐火性能下降的问题和高成本的问题,同时也有效减缓了过多高导热材料燃绕导致的一氧化碳,氮硫化物等有毒气体及二氧化碳等温室气体的释放,在一定程度上体现了环保绿色生产理念。
最终,本次研发成果取得了第十一届全国大学生能源经济学术创意大赛总决赛省级二等奖,校级二等奖的不错成绩,未来,该团队还将继续深入该领域方向的研究,在技术方案上继续完善和打磨。
