КАК ИСПОЛЬЗОВАТЬ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ С НИЗКОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ТЕПЛОПОТЕРЬ ТЕПЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ?

Футеровка теплового оборудования изготавливается из огнеупорных материалов, которые играют ключевую роль в теплопотерях, а тугоплавкие материалы играют в ней ключевую роль. При высоких температурах огнеупорные материалы должны не только сохранять стабильность, но и как можно меньше удерживать тепло. Поэтому огнеупорные материалы должны обладать теплоизоляционными свойствами. Хорошо, меньше накопления тепла.
1. Тепловые потери теплового оборудования
Тепловое оборудование, как правило, является крупным потребителем энергии. Чем выше температура, тем больше потребление энергии. Тепловой КПД в большинстве случаев очень низок, а коэффициент использования тепловой энергии составляет менее 30 процентов. Тепловые потери теплового оборудования обычно имеют следующие позиции:
(1) Тепло, рассеиваемое каждой частью поверхности корпуса теплового оборудования, может достигать от 10 до 40 процентов удельного энергопотребления изделия;
(2) Потери тепла корпуса теплового оборудования менее важны для теплового оборудования, которое работает непрерывно, а потери тепла теплового оборудования, которое работает с перерывами, достигают от 5 до 25 процентов;
(3) Тепловые потери водяного охлаждения, такие как труба водяного охлаждения шламового рельса нагревательной печи непрерывной прокатки стали, не покрыты огнеупорными материалами, а тепловые потери составляют более 25 процентов;
(4) потери тепла из-за плохой герметизации стыков, отверстий и дверей печи, например, потери тепла дверей электродуговой печи составляют более 35 процентов;
(5) Потери тепла от дымовых газов.
Вышеупомянутые тепловые потери связаны с огнеупорными материалами, особенно (1) ~ (4) имеют тесную связь с теплоизоляционными характеристиками огнеупорных материалов. Основным способом снижения теплопотерь на поверхности корпуса печи является выбор соответствующих теплоизоляционных материалов для снижения температуры поверхности корпуса печи. Когда температура печи постоянна, температура наружной поверхности в основном зависит от толщины стенки печи и теплопроводности материала стенки печи. Увеличение толщины стенки печи приведет к увеличению теплоаккумуляции корпуса печи, что может увеличить потери теплоаккумулирования. Поэтому оптимальным выбором стало рациональное использование теплоизоляционных материалов.
В последние годы теплоизоляционные материалы моей страны быстро развивались. Существуют не только формованные изделия из различных материалов, различной насыпной плотности и различной теплопроводности, но также соответствующие аморфные огнеупорные материалы, огнеупорные волокна и изделия из различных материалов, кремнийкальциевые плиты, наноизоляционные плиты и т. д. Эти теплоизоляционные изделия имеют разные характеристики внешнего вида, физические и химические показатели, разные теплоизоляционные эффекты и разные рыночные цены. Поэтому расчет футеровки должен осуществляться с учетом условий эксплуатации теплового оборудования. Собрать исходные данные, в том числе температурные параметры (температура горячей поверхности теплового оборудования, температура холодной поверхности), физические константы (теплопроводность теплоизоляционных материалов, объемная плотность, максимальная рабочая температура), экономические параметры (цены на огнеупорные материалы, цены на топливо), теплотворная способность значение, коэффициент использования и т. д.), затем рассчитать эффект энергосбережения, проанализировать и сравнить, выбрать подходящие теплоизоляционные материалы и сформулировать разумный план.
2. Примеры снижения тепловых потерь теплового оборудования
(1) Теплоизоляция ковша
В настоящее время среднее энергопотребление сталелитейной промышленности моей страны на 50 процентов выше, чем в Японии, и на 30 процентов выше для крупных предприятий. Ковш является важным термическим оборудованием в сталелитейной промышленности. Для сохранения тепла ковша путем расчета тепловыделения ковша и исследования теплоизоляционных материалов было установлено, что внутренняя футеровка ковша должна быть изготовлена ​​из четырехслойных материалов, т.е. внутренняя поверхность стального корпуса должна быть покрыта энергосберегающей краской, а внутренняя поверхность должна быть 10-мм наноизоляционной плитой, а затем внутрь - 75-мм высокопрочный нано-микронный изоляционный литейный материал, а затем внутрь - рабочий слой. Рабочий слой линии шлака выполнен из магнезиально-углеродистого кирпича с низкой теплопроводностью, а рабочий слой расплавленной ванны - из необожженного кирпича корундово-шпинелевого качества. Этот метод применяется к 120-тонному рафинировочному ковшу, так что температура кожуха ковша на линии шлака составляет около 225 градусов, температура кожуха ковша в расплавленной ванне составляет около 200 градусов, а плакирующего кожуха составляет около 170 градусов. . Эта энергосберегающая структура дала хорошие результаты: ①Высокопрочные наномикронные отливки и рабочий слой с низкой теплопроводностью могут эффективно защитить наноплиту, поддерживать ее в пределах безопасной рабочей температуры в течение длительного времени и значительно увеличить срок службы теплоизоляционный слой и постоянный слой; ②Полностью может снизить температуру облицовки более чем на 100 градусов, увеличить срок службы облицовки, уменьшить количество газа, используемого для выпекания булочки, значительно снизить температуру расплавленной стали, снизить температуру выпуска, улучшить качество металла. выход, повысить производительность труда и добиться энергосбережения, защиты окружающей среды и снижения затрат.
(2) Композитный кирпич с низкой теплопроводностью для зоны прохождения волны цементной вращающейся печи
Цементная вращающаяся печь является высокоэнергоемким тепловым оборудованием, особенно в передней и задней переходных зонах. Огнеупорная футеровка не защищена кожухом печи и напрямую контактирует с цементным материалом. Температура тела печи высока, что увеличивает потери тепла и расход топлива и уменьшает тело печи. и срок службы опорного ролика, при этом огнеупорный материал легко повредить. Для уменьшения рассеивания тепла и угроз безопасности используется трехслойная структура рабочего слоя, теплоизоляционного слоя и теплоизоляционного слоя. Если для кладки используются три вида огнеупорного кирпича с разной теплопроводностью, то во время работы вращающейся печи часто возникает опасность падения кирпича с внутренней футеровки. Таким образом, исследуется многослойный композиционный кирпич с низкой теплопроводностью, то есть кирпич имеет трехслойную структуру: рабочий слой (силико-муллитовый кирпич толщиной 0,140 м), теплоизоляция слой (легкий муллитовый кирпич толщиной 0,035 м), поверхность склеивания этих двух слоев использует комбинированный метод синусоидальной поверхности, а третий слой представляет собой теплоизоляционный слой (плита из керамического волокна, содержащая ZrO2, толщина 0,025 м) . Концентрация напряжений многослойного композитного кирпича меньше, а общая теплопроводность многослойного композитного кирпича снижена с 2,74 до 1,50 Вт/(м·К) исходного кремнеземолибденового кирпича, что снижает температуру корпус печи на 50~70 градусов.
(3) 260-тонный конвертер Anshan Iron and Steel использует наноизоляционную плиту толщиной 20 мм вместо изоляционной плиты из поликристаллического волокна толщиной 40 мм для оптимизации структуры футеровки печи.
Коэффициент мощности печи увеличен, а выход стали увеличен, чтобы снизить температуру кожуха печи более чем на 11 градусов. В течение всего процесса работы конвертера не наблюдается явления пылеобразования, а также падения футеровочного кирпича. В то же время это также сокращает время плавки и снижает расход расплавленного чугуна. .
(4) Набивной материал из карбида кремния с высокой теплопроводностью для газификатора пылевидного угля с водяным охлаждением
Водяная стенка пылегазификатора футерована набивным материалом из карбида кремния с высокой теплопроводностью. При высокой температуре шлак зависает на футеровке карбидокремниевого набивного материала. Из-за высокой теплопроводности карбида кремния шлак соприкасается с внутренней футеровкой, быстро конденсируется, и при понижении температуры теплопроводность уменьшается (см. табл. 1). Внутри и снаружи печи находятся горячий шлак, твердый шлак, огнеупор из карбида кремния, водяная стена, защитный слой из инертного газа, аморфный огнеупорный материал с высоким содержанием глинозема и внешний защитный слой. Это снижает потери тепла в печи.
3. Вопросы, требующие внимания при выборе теплоизоляционных материалов
В высокотемпературной промышленности есть много примеров использования теплоизоляционных материалов для экономии энергии и защиты окружающей среды. Теплоизоляционный материал имеет высокую пористость (более 40 процентов ~85 процентов), низкую объемную плотность (менее 1,5 г/см3) и низкую теплопроводность (менее 1,0 Вт/(м·К)). Однако при выборе этих теплоизоляционных материалов обратите внимание на следующие вопросы:
(1) Теплопроводность теплоизоляционного материала (λ)
Теплопроводность также называется теплопроводностью, а ее обратная величина 1/λ представляет собой тепловое сопротивление. Чем меньше теплопроводность, тем лучше эффект теплоизоляции. Известно, что воздух имеет наименьшую теплопроводность.
Теплопроводность твердых материалов намного больше, чем у газов, поэтому поры твердых материалов могут значительно снизить теплопроводность материалов, поэтому изоляционный материал должен быть высокопористым. Чем выше пористость, тем меньше значение λ.
Кроме того, размер пор также оказывает определенное влияние на значение λ. При низкой температуре теплопроводность теплоизоляционного материала уменьшается с увеличением размера пор, а теплопроводность выше 800 градусов, особенно выше 1000 градусов, быстро увеличивается с увеличением размера пор. Поэтому при высокой температуре принимается теплоизоляционный материал с малым размером пор, а при низкой температуре – теплоизоляционный материал с большим размером пор. Когда пористость одинакова, теплопроводность микроструктуры в газообразной непрерывной фазе меньше, чем в твердофазной непрерывной фазе, а поры в волокнистом материале непрерывны, как и в твердой фазе, поэтому теплопроводность огнеупорных волокон и изделий невелика. В твердой фазе теплоизоляционных материалов удельное тепловое сопротивление материала сильно различается из-за различия химического минерального состава. Как правило, чем сложнее кристаллическая структура, тем ниже теплопроводность, а теплопроводность стекла в твердой фазе ниже, чем в кристаллической фазе. С повышением температуры теплопроводность стеклофазы увеличивается; температура кристаллической фазы увеличивается, а теплопроводность уменьшается. В Соединенном Королевстве разработан сверхтонкий композитный теплоизоляционный материал SiO2 с объемной плотностью около 0,24 г/см3, а его теплопроводность ниже, чем у всех теплоизоляционных материалов, даже ниже, чем у неподвижного воздуха.
(2) Теплостойкость теплоизоляционного материала
Некоторые теплоизоляционные материалы используются при более низкой температуре. Например, наноизоляционные плиты используются в 100-тонном сталеразливочном ковше компании Angang Steel. Превышение температуры использования будет деформироваться под давлением, что приведет к деформации футеровки, что не только ухудшит теплоизоляционные характеристики, но и создаст угрозу безопасности. Поэтому было высказано предположение, что теплоизоляционный материал в основном зависит от усадочной деформации при определенной температуре, а не от степени огнеупорности. На международном уровне температура, при которой усадка при повторном сжигании составляет не более 2 процентов, обычно используется в качестве диапазона температур для использования теплоизоляционных материалов, и это также является одним из различий между теплоизоляционными материалами и чистыми огнеупорными материалами.
(3) Прочность теплоизоляционного материала
Из-за высокой пористости и низкой относительной прочности, таких как вышеупомянутая наноизоляционная плита, теплоизоляционный эффект хороший, пористость высокая, а прочность низкая. Для обеспечения транспортных и строительных нужд теплоизоляционный материал должен обладать определенной прочностью. Повышение прочности особенно важно для некоторых теплоизоляционных изделий, находящихся в непосредственном контакте с пламенем. С увеличением объемной плотности увеличивается прочность. Когда насыпная плотность одинакова, твердофазное соединение сильнее, чем газофазное, что связано с размером пор. Уменьшение размера пор является эффективной технической мерой повышения прочности теплоизоляционных материалов.
(4) Атмосфера и теплоизоляционный материал
Многие тепловые установки футерованы теплоизоляционными материалами, а также обычно используются различные защитные атмосферы, такие как CO, CO2, H2, N2 и т. д. Огнеупоры серии Al2O3-SiO2 в водороде, SiO2 возвращают в металлический кремний и водяной пар, Al2O3 очень стабилен, поэтому в водороде следует выбирать изоляционные материалы из оксида алюминия. Алюмосиликатные волокна содержат от 3 до 4% Cr2O3, который легко восстанавливается в восстановительной атмосфере водорода, поэтому алюмосиликатные волокна, содержащие оксид хрома, не следует использовать в восстановительной атмосфере.
(5) Метод изоляции
На термическом оборудовании, работающем в повторно-кратковременном режиме, теплоизоляционный слой (облицовка из огнеупорного волокна) может быть уложен непосредственно на горячую поверхность футеровки печи, что позволяет добиться наилучшего эффекта энергосбережения. Лучше, чем теплоизоляционный эффект внутренней стены (горячая поверхность).