【補(bǔ)短板大家談】研發(fā)建設(shè)第二代抑爆鋁箔項(xiàng)目(下)
2016年05月03日 9:23 4687次瀏覽 來源: 中國(guó)有色金屬報(bào) 分類: 鋁加工 作者: 王祝堂
影響抑爆材料的因素
影響抑爆材料的因素有:原材料性能、結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)、安裝與設(shè)計(jì)等。
原材料
和銅、鎳、不銹鋼相比,鋁的密度小、熱傳導(dǎo)性好、比熱容大、價(jià)格較低、可回收性強(qiáng),因此鋁成為首選材料。不過,由于鋁合金會(huì)被油品腐蝕,阻礙了它們的推廣應(yīng)用,例如運(yùn)、儲(chǔ)航空汽油、煤油的槽、罐就不敢采用3003-H18箔抑爆材料,也就是說不可用第一代防火抑爆材料,因此研發(fā)新的防爆材料,即第二代防火抑爆箔成了當(dāng)務(wù)之急,中國(guó)有關(guān)單位科學(xué)家在這方面取得了可喜的成就,研制成功性能優(yōu)秀的第二代防火抑爆鋁合金箔,居國(guó)際領(lǐng)先水平。
結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)
網(wǎng)狀鋁合金防火抑爆產(chǎn)品的抑爆性能與其比表面積、密度、單位體積網(wǎng)眼數(shù)及其尺寸有關(guān)。在生產(chǎn)制造過程中,拉伸比越小,抑爆產(chǎn)品的密度越大,比表面積就越大,網(wǎng)眼數(shù)量就越多,網(wǎng)眼尺寸也越小。當(dāng)箔條尺寸一定時(shí),抑爆產(chǎn)品拉伸比非常顯著地影響火焰?zhèn)鞑ニ俣?,而且拉伸比約為2.5時(shí),火焰?zhèn)鞑ニ俣茸钚?。因此,在抑爆產(chǎn)品制造過程中可以通過控制拉伸比來控制產(chǎn)品抑爆效果。此外,鋁箔厚度也對(duì)產(chǎn)品抑爆性能有一定影響:在同等拉伸比下,鋁箔越厚,抑爆性能越好一些。在設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮上述因素的影響和材料品質(zhì)。目前國(guó)際上用的鋁箔厚度約為0.05mm,有采用更薄一些的趨勢(shì),特別是在球形抑爆產(chǎn)品中。
結(jié)構(gòu)尺寸
國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)表明,抑爆產(chǎn)品方向性對(duì)其抑爆性能無影響;抑爆壓力隨容器留空率的增大而上升,隨網(wǎng)狀鋁合金抑爆材料密度增大而下降,而且對(duì)每一種留空率都有一個(gè)相對(duì)較佳的抑爆材料密度值。
運(yùn)轉(zhuǎn)因素
在網(wǎng)狀鋁合金抑爆產(chǎn)品工作過程中,可能會(huì)發(fā)生壓縮變形,產(chǎn)生空腔,進(jìn)而影響其抑爆性能。試驗(yàn)表明,垂直方向變形最小,產(chǎn)生的彈性變形均小于5%,而能承受的載荷卻遠(yuǎn)大于使用時(shí)的承載力;其他兩個(gè)方向的材料在長(zhǎng)時(shí)間或是受力的情況下可能產(chǎn)生永久變形,但在正常的工作載荷條件下,變形不會(huì)超過5%。
成形加工和飛行振動(dòng)對(duì)抑爆鋁箔力學(xué)性能的影響
新世紀(jì)以來,網(wǎng)狀抑爆鋁箔在飛機(jī)油箱中獲得了應(yīng)用,科學(xué)家的模擬飛行振動(dòng)實(shí)驗(yàn)對(duì)抑爆鋁箔的斷裂特性沒有影響。振動(dòng)試樣與原始試樣的抗拉強(qiáng)度Rm=58.8N/mm2~205.8Nmm2,分散厲害,這是因?yàn)榉辣W(wǎng)在成形加工時(shí)被沖擊、切削、拉彎成網(wǎng)狀,各部位受力變形程度不均勻,造成厚度不均勻,從而使其力學(xué)性能不均勻。同時(shí)加工過程鋁箔發(fā)生了不同的冷作硬化,使平均抗拉強(qiáng)度顯著增加,這說明加工硬化對(duì)防爆鋁箔的抗拉強(qiáng)度有顯著影響,但是模擬振動(dòng)實(shí)驗(yàn)沒有降低鋁箔網(wǎng)材料的力學(xué)性能。
抑爆鋁箔應(yīng)用
將抑爆3003合金箔制的網(wǎng)或球裝填于儲(chǔ)存易燃易爆氣體、液體容器中,可以有效地防止著火爆炸,即使在發(fā)生火災(zāi)的情況下,也可以抑制爆炸,將損失降到最低,為救火勢(shì)贏得寶貴時(shí)間。當(dāng)油箱發(fā)出破損時(shí),無需放空油,即可帶油、氣電焊、氣焊直接修補(bǔ)。
這種鋁箔抑爆產(chǎn)品在國(guó)外工商業(yè)汽油容器已得到廣泛應(yīng)用,公共汽車、卡車、防彈高級(jí)轎車、運(yùn)油車、特種警車、消防車、運(yùn)鈔車等的油箱和直升機(jī)的外油箱中都裝有鋁箔抑爆網(wǎng)或球。抑爆材料可應(yīng)用于汽油、酒精、稀料、丙酮、乙醚、煤氣、乙炔、液化石油氣、液化天然氣等易燃易爆產(chǎn)品的儲(chǔ)存容器,以防意外事故時(shí)發(fā)生爆炸。國(guó)內(nèi)軍用車輛油箱正在試用。隨著人們對(duì)安全問題的日益重視,抑爆產(chǎn)品將在油料、易燃易爆化工產(chǎn)品的儲(chǔ)運(yùn)容器中得到廣泛應(yīng)用。
海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間美國(guó)直升機(jī)和戰(zhàn)車的油箱內(nèi)均裝有3003合金箔抑爆網(wǎng)。2005年4月,國(guó)家安監(jiān)局批準(zhǔn)了《汽車加油(氣)站、輕質(zhì)燃油和液化石油氣汽車罐車用阻隔抑爆儲(chǔ)罐技術(shù)要求(AQ3001-2005)》為強(qiáng)制性安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),將進(jìn)一步推動(dòng)阻隔抑爆技術(shù)的發(fā)展和抑爆材料的研發(fā)。
飛機(jī)和直升機(jī)油箱中裝填抑爆材料后,即使遭到射擊也不會(huì)發(fā)生爆炸。鋁合金抑爆材料在水面艦艇上也得到應(yīng)用,美國(guó)拉莫公司(RAMO)生產(chǎn)的輕型攻擊型巡邏艦462L油箱中裝有鋁箔抑爆產(chǎn)品后,遭受300發(fā)電光彈與穿甲燃燒彈的射擊試驗(yàn)沒有發(fā)生爆炸。
加拿大防務(wù)研究委員會(huì)(Defence Research Board)在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中,采用6個(gè)按1/5比例縮小的液化石油氣罐,罐由6mm鋼板制成,容積947L,其中4個(gè)裝有網(wǎng)狀鋁箔抑爆產(chǎn)品,罐中裝有85%液化石油氣,周圍用Jp-4煤油燒,達(dá)到1094℃,2個(gè)沒有裝抑爆產(chǎn)品的罐在8min內(nèi)爆炸,而另4個(gè)裝有抑爆鋁箔的罐直至里面的液化石油氣干了也沒有爆炸。
英國(guó)布爾維克斯公司(Blvex)在抑爆鋁箔表面涂了一種特別的起泡涂料,當(dāng)加熱到120℃以上時(shí),該涂料可形成高效的碳基隔熱層,將這種稱為“隔火墻”的材料包在被保護(hù)容器外面,可以直接限制進(jìn)入容器熱量。英國(guó)健康安全署(Health and Safety Executive)用400L的液化石油氣罐做了試驗(yàn):將罐暴露在輸出熱量為4.5MW的丙烷火焰柜中,保持25min后,用“隔火墻”包覆的容器內(nèi)的最大壓力為900N/mm2,液體的最高溫度僅17℃,而沒有涂“隔火墻”涂料的容器在加熱3min后容器內(nèi)部壓力就高達(dá)2758N/mm2。
市場(chǎng)潛力大
宜建設(shè)第二代抑爆箔項(xiàng)目
鋁合金防火抑爆箔是一種市場(chǎng)廣泛潛力巨大的材料,在油品與其他易燃易爆危險(xiǎn)品的運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用過程中的容器內(nèi)填裝這種材料可以有效地預(yù)防與抑制燃燒、爆炸,在國(guó)外已普遍采用,也在某些特殊部門有所應(yīng)用,對(duì)保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全起了很大作用。裝填量占1%容器容積至2%容器容積。這種抑爆產(chǎn)品有網(wǎng)狀的也有球形的,網(wǎng)狀產(chǎn)品可以在中、小容器制造時(shí)預(yù)先裝入,對(duì)于大型容器例如使用中的油罐可以隨時(shí)裝入。
中國(guó)是一個(gè)能源生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó),易燃易爆危險(xiǎn)品的運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用量很大,如果每種容器都裝入抑爆產(chǎn)品,按2015年消費(fèi)的油品、石油液化氣及保有的運(yùn)輸車輛、儲(chǔ)罐及液化氣瓶估算(裝填量按1.5%容器容積)需要抑爆產(chǎn)品約900kt。當(dāng)前,抑爆產(chǎn)品是用0.05mm厚的3003-H18或-H28合金箔制造的,這是常規(guī)的箔,生產(chǎn)工藝復(fù)雜,加工費(fèi)用不高,但遺憾的是,用這種第一代抑爆鋁箔制造的抑爆產(chǎn)品在油、液化氣之類易燃易爆危險(xiǎn)品中浸泡1a左右就會(huì)由于腐蝕不能再用,必須更換。因此,研發(fā)與生產(chǎn)使用壽命長(zhǎng)不受油品、液化氣等腐蝕的第二代防火抑爆材料是當(dāng)務(wù)之急,是中國(guó)鋁工業(yè)的短板,有待補(bǔ)上。
中國(guó)研發(fā)出有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第二代防火抑爆鋁合金
通過前面的介紹我們知道,第一代防火抑爆產(chǎn)品是用3003-H18合金箔制造的,國(guó)內(nèi)外的研究與使用證明,它的力學(xué)性能可以滿足要求,但是使用壽命僅1a,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求,因此應(yīng)尋求一種抗蝕性更高的鋁合金。從常識(shí)和理論分析可知,防火抑爆鋁合金必須有較高的力學(xué)性能與強(qiáng)的抗油品腐蝕性能,3xxx系合金對(duì)油品的抗蝕性既不足,那么1xxx、4xxx、8xxx系合金在油品與液化氣中的使用期限也長(zhǎng)不了多少,況且它們的力學(xué)強(qiáng)度更不足以抗衡汽車顛簸與航空器振動(dòng),2xxx及7xxx系合金雖有高的強(qiáng)度性能,但抗蝕性很低,因此第二代防火抑爆鋁合金只能到5xxx系及6xxx合金中去找。通過多年的研發(fā),中國(guó)某知名大學(xué)材料系的教授已研發(fā)出有全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)的防火抑爆鋁箔合金,實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)與道路實(shí)驗(yàn)證明它的使用期限遠(yuǎn)長(zhǎng)于3003-H18合金箔的,屬世界首創(chuàng)。雖然當(dāng)前尚未公布其成分,但是它不是一種5xxx系合金,就是一種6xxx系合金,對(duì)廣為應(yīng)用的民用合金成分遲早會(huì)廣為人知。
當(dāng)務(wù)之急是建一個(gè)生產(chǎn)能力50kt/a的第二代防火抑爆鋁箔專業(yè)廠
有了第二代防火抑箔鋁合金后,下一步工作是應(yīng)建一個(gè)工業(yè)化生產(chǎn)的鋁箔廠,專業(yè)生產(chǎn)防火抑爆箔,可與擁有此種箔知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大學(xué)合作,建一個(gè)合資企業(yè),學(xué)校出技術(shù)出人才,投資者出資金,負(fù)責(zé)工廠管理等。建設(shè)一個(gè)生產(chǎn)能力50kt/a的專業(yè)生產(chǎn)厚0.05mm,采用專業(yè)箔材軋機(jī)軋3道就可以由0.28mm毛坯帶材達(dá)到0.05mm的箔材。主要設(shè)備(不含熔鑄車間的):1臺(tái)1650mm4錕可逆式熱軋機(jī),2臺(tái)1500mm5錕不可逆式冷軋機(jī),6臺(tái)1500mm4錕不可逆式大軋制力箔軋機(jī),30臺(tái)退火爐,縱剪機(jī)列3條,其他輔助設(shè)備等,一些自動(dòng)化工藝參數(shù)控制一起還需進(jìn)口,但數(shù)量不多,費(fèi)用不大,據(jù)匡算,設(shè)備等固定資產(chǎn)投資約2.8億元。
還應(yīng)研發(fā)瓶罐外表面隔熱涂料
將這種涂料涂于裝有易燃易爆物質(zhì)瓶罐表面應(yīng)有很強(qiáng)的絕熱性能,可以防止外部熱量傳入瓶罐內(nèi),使其內(nèi)部壓力不升高或升高的不多,不會(huì)爆炸。這種外部隔熱涂料與內(nèi)部抑爆產(chǎn)品相結(jié)合就能確保安全,萬無一失。
責(zé)任編輯:王慧
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