与不锈同行 | 不锈钢在纸浆造纸工业中的应用

发布日期：2018-11-2 点击次数：1359 标签：

文明发展对纸的看法处于一种矛盾的心态。一方面，它是生活中许多最美好事物的载体，如诗歌和水彩画;我们也用它来写信、记录电话、罗列购物单等。另一方面，纸常常和官僚主义、红头文件联系在一起，“文书工作”已经成了一个贬意词。同时，造纸也被认为是一个造成环境污染的工业，会大量消耗树木、能源和水。

对原料的需求正在增长。在IT革命刚刚开始的1980年，全球纸的需求量为1.7亿吨;据SPG传媒公司的统计，2010年全球纸需求量将增长到4.01亿吨，而到2015年将增长到4.53亿吨。看来计算机的出现刺激而不是降低了对纸张的需求，预期的“无纸化社会”并未实现。市场在以每年约2.1%的速率缓慢但稳定地增长。由于亚洲、东欧及拉美的需求强劲，2006年全球纸张、纸板的需求量增长了3.3%。由于“特色”食品，特别是奶制品，对包装材料需求的增长，拉动包装行业成为纸制品市场的主要增长点之一。

造纸业已逐渐从北美、西欧、日本这样的传统造纸国转移到成本较低的发展中国家，如俄罗斯、印度和中国，这些地区的需求增速最快。Andritz公司指出：“新制浆机及产能增加项目(2006年)持续集中在南半球(南美、南非、澳大利亚及东南亚)和中国。”而欧洲和北美则主要集中在对现有工厂的现代化升级和改造方面。2006年中国达到了一个惊人的增速，仅上海纸的产量就增加了14%。中国的包装业现已成为继美国和日本之后世界最大的包装材料生产国。

近年来南美已成为林业、造纸及包装工业的全球主要工业区。Pricewaterhouse Coopers预测，到2011年，全球10大制浆企业将有5家落户南美。而2006年年底只有两家。智利、阿根廷、哥伦比亚和乌拉圭都有制浆造纸工业，但影响最大的国家是巴西。在巴西南马托格罗索州的Tres Lagoas正在建设世界上最大的制浆厂，承建商中包括Andritz和Metso Paper这两家在全球纸浆造纸厂改造、新建中占有重要地位的公司。

在欧洲，纸浆及纸张生产商们承受着急需提高效率、降低成本的巨大压力。根据Frost &Sullivan的研究分析师分析，欧洲ACS (自动化和控制系统) 市场增长的驱动力将主要来自“为提高效益改进现有制浆和造纸设备”这一需求的增长。对更新落后技术的推动，引发大量设备改造，特别是在芬兰和瑞典，在法国、西班牙、葡萄牙、英国、德国和波兰等国也有这方面的需求。

在北美，2000年到2006年间，纸和纸板的产能实际上在以年均0.7%的速率减少，但预计2009年会有小幅增长。同欧洲一样，出于对效率和成本的考虑，在美国和加拿大已有数个厂宣布对设备进行改造。同时，Kimberly-Clark已于2007至2008年投资3.5亿美元在墨西哥建厂。

奥托昆普的Lena Wegrelius估算，一家大型制浆造纸综合企业要使用1万吨不锈钢。在蒸煮(硫酸纤维消化器)、洗涤、过筛、漂白、化学药品回收、纸浆回收及造纸机等不同工序用到多种不同的合金材料。硫酸纤维消化器以及洗涤、过筛工序采用了封闭式系统以减少污染排放，这增强了生产环境的腐蚀性。因此从使用非合金钢转向采用不锈钢(首选316L或双相钢，其次选用304L或316L)。在Cl2和ClO2漂白工序也采用了高钼奥氏体不锈钢254 SMO®来解决封闭式处理系统带来的腐蚀问题;且根据不同的环境条件，可选择SAF 2507或2205作为替代材料。另一处用奥氏体不锈钢或双相不锈钢替代碳钢的部位是化学药品回收的药液贮槽，这里因腐蚀需对设备进行较多的维护。

运行泵是造纸加工中的基本设备，因此泵制造商非常重视采用特殊材料来应对腐蚀和磨损问题。例如，作为造纸工业标准设备的GouldsModel 3175泵，所用的材料有铸铁、316不锈钢或317、317L、316L、20合金、CD4MCu、904L、254 SMO®、钛及Hastelloy B&C合金等各种可进行机加工的合金材料。Flowserve公司在合金开发方面处于领先地位，可生产多种用于制浆造纸工业的泵。该公司已采用了多种合金材料，包括20合金(CN7M)——高耐蚀性奥氏体合金、X-Cavalloy——耐气蚀专利材料、Durcomet 100(CD4MCuN)——第一个双相不锈钢、DC8——钴基专利合金等。该公司还设计了用于造纸工业的第一台环氧树脂泵和第一台全聚四乙烯衬体泵。

奥氏体不锈钢可能仍将是制浆造纸工业使用的主要合金材料，但如果镍和钼的价格持续保持在高位的话，这种情况就有可能改变。1988年，新西兰一家造纸厂在硫酸纤维消化器上使用双相不锈钢，这是双相钢首次使用于造纸工业。现在，用于蒸煮木片的蒸煮器和氧脱木质处理及漂白处理中的反应器都已采用了双相钢。所有其他工艺设备中，双相钢的使用量也在增加。在竞争激烈的行业，降低成本是非常紧迫的问题。由于双相钢具有高的强度/重量比，与碳钢相比可使设备壁厚减薄50%，与复合钢相比可使设备壁厚减薄35%。因此很多造纸厂在大量设备中用双相钢替代奥氏体不锈钢以降低成本。例如，硫酸盐法制浆设备广泛采用316L，但2205、LDX 2101和2304等双相钢具有较高的耐蚀性。在洗涤和过筛设备中采用表面硬度极高的2304、2205和LDX2101双相钢可以降低维护成本。在氧化反应设备中，2205和2304双相钢由于能够抵抗外部应力腐蚀裂纹(SCC)而成为应用最广泛的材料。其应用示例见图1和图2。在化学药品回收装置、机械制浆及废浆处理设备、流浆箱、造纸机吸水辊外壳等设备中，双相钢的用量也在增加。2205双相钢在分批蒸煮和连续蒸煮器中得到普遍使用，该钢种也适用于氧脱木质器和加压式过氧化反应器。

奥托昆普的LDX 2101双相不锈钢对SCC、点蚀和缝隙腐蚀具有很高的抵抗力，已应用于造纸机(用于流浆箱并作为框体和内衬材料替代复合钢板)。该钢种在碱性环境中也具有耐蚀性，可用于硫酸盐法制浆机中与碱性物接触的部件。因LDX 2101较高的强度(与2205相当)，还可用于制造空心结构件、栏杆、通道、支柱和楼梯等。