Растущее использование нержавеющей стали, содержащей молибден, в бумажной промышленности

За последние 15 лет цифровизация привела к резкому падению спроса на полиграфическую бумажную продукцию, такую ​​как газетная бумага и бумага для печати. ​​С 2010 по 2017 год спрос сокращался в среднем на 2,4% в год. После 2018 года падение быстро ускорилось, достигнув 6,2% в 2021 году. Однако, несмотря на спад в полиграфической бумажной продукции, наблюдался рост в других бумажных изделиях, таких как оберточная бумага, картон и предметы домашнего обихода и гигиены, что было обусловлено быстрым ростом электронной коммерции и растущим спросом со стороны развивающихся экономик, таких как Индия. Эти тенденции удерживали общие годовые чистые темпы роста бумажной промышленности на уровне около 1% -2% с 2010 года. Супераустенитные и дуплексные нержавеющие стали играют важную и растущую роль в этой растущей отрасли.

Процессы сушки целлюлозы являются энергоемкими. Процесс производства бумаги начинается с древесной щепы или макулатуры. Наиболее распространенным методом является сульфатная варка, при которой древесина преобразуется в целлюлозу для производства бумажной продукции. Процесс начинается со смешивания древесной щепы с горячей смесью воды, гидроксида натрия и сульфида натрия, а затем варки в скороварке. Этот процесс варки превращает древесную щепу в целлюлозную массу из целлюлозных волокон, которая является основным компонентом бумаги. После варки сырую целлюлозу собирают, промывают и отбеливают, обычно раствором диоксида хлора, для достижения желаемого белого цвета. Иногда отбеливание также проводят перекисью водорода или озоном. Переработанная макулатура не требует варки, но из нее удаляют пластик и другие отходы, затем промывают и отбеливают.

В обоих случаях отбеленная целлюлоза подается в большую бумагоделательную машину, называемую Фурдринье, для скручивания в рулоны. Целлюлоза разбавляется до состояния пульпы и распыляется на сетку, образуя волокнистую массу, которая затем обезвоживается, сушится и прокатывается для получения готового бумажного продукта. Бумага проходит через машину Фурдринье со скоростью до 100 км/ч, и конечный продукт представляет собой гигантский рулон бумаги, который затем проверяется, разрезается и продается.

Бумагоделательные машины часто называют Фурдринье, в честь Генри Фурдринье, который изобрел первую промышленную бумагоделательную машину в 1806 году.

Сушка целлюлозы для производства бумаги — очень энергоёмкий процесс, поскольку необходимо удалить большое количество воды. Европейская ассоциация тепловых насосов (EHPA) подсчитала, что в среднем бумажной фабрике требуется достаточно электроэнергии для обеспечения электроэнергией более 30 000 домов в течение года. Технологический прогресс позволил усовершенствовать процессы обезвоживания, повысить рекуперацию тепла, а комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ) может сделать бумажную промышленность более энергоэффективной и одновременно сократить выбросы.

Десятилетиями целлюлозно-бумажные комбинаты использовали когенерацию для сбора тепла пара, которое в противном случае тратилось бы впустую. Теперь тепловые насосы позволяют рекуперировать больше тепла.

Европейская конфедерация бумажной промышленности (CEPI) и EHPA совместно работают над более широким внедрением высокотемпературных промышленных тепловых насосов, которые используют отходящее тепло, образующееся в процессе сушки целлюлозы. Тепловые насосы используют тепло от источника с более низкой температурой и «разгоняют» его до более высокой температуры для удовлетворения потребностей процесса в тепле. Недавние разработки позволили крупным тепловым насосам и паровым компрессорам работать при температурах до 200 °C. Подсчитано, что при использовании этой технологии можно добиться экономии энергии более 50% в процессе сушки целлюлозы. В зависимости от коррозионной активности поступающего отходящего пара, компоненты теплового насоса, такие как трубки теплообменника, могут быть изготовлены из нержавеющей стали марки 304 или 316.

Нержавеющая сталь играет важную роль в бумажной промышленности. Более 70 лет целлюлозно-бумажная промышленность использует нержавеющую сталь и другие коррозионно-стойкие сплавы для увеличения срока службы и надежности оборудования. Выбор оптимального конструкционного материала для оборудования бумажных фабрик зависит от конкретного процесса и применяемой технологии, но нержавеющие стали с содержанием молибдена широко используются на всех этапах производства.

Дуплексные нержавеющие стали всё чаще используются в целлюлозно-бумажной промышленности благодаря своей высокой прочности и стойкости к хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением и щелочной коррозии. Например, дуплексная нержавеющая сталь марки 2205 используется в варочных котлах сульфатной и сульфитной варки целлюлозы. Более высоколегированная дуплексная нержавеющая сталь марки 2507 также широко используется для изготовления труб и компонентов в отбельном отделении завода.

Благодаря превосходной коррозионной стойкости и усталостной стойкости дуплексная нержавеющая сталь также является идеальным материалом для отсасывающих валов бумагоделательных машин, которые удаляют воду из процесса производства бумаги. Дуплексная нержавеющая сталь марки 3ER60 часто используется для отсасывающих валов, наряду с другими дуплексными марками, такими как 2205, 2101 и 2304.

Отсасывающие валы имеют большой размер и изготавливаются с жёсткими допусками. Длина заготовки валка 3RE60 составляет 12 метров, а диаметр — почти 2 метра.

Процесс отбеливания на стадии D является наиболее коррозионным этапом в процессе производства бумаги, и материалы оборудования часто подвергаются воздействию хлора и диоксида хлора при высоких температурах от 70 до 80 °C. Для насосов и реакционных сосудов в этом кислотном процессе используются супераустенитные и супердуплексные нержавеющие стали благодаря их высокой устойчивости к локальной коррозии.

Рулон почти готовой бумаги проходит через Фурдринье

По мере того, как целлюлозно-бумажная промышленность адаптирует свои производственные мощности к меняющимся условиям мирового рынка и внедряет технологические достижения для повышения эффективности предприятий, отрасль будет продолжать расти. В условиях трансформации бумажной промышленности молибденсодержащие нержавеющие стали остаются важным конструкционным материалом для оборудования целлюлозно-бумажной промышленности.