КАК ДА СЕ ИЗПОЛЗВАТ ТОПЛОИЗОЛАЦИОННИ ОГНЕУПОРНИ МАТЕРИАЛИ С НИСКА ТОПЛОПРОВОДНОСТ ЗА НАМАЛЯВАНЕ НА ТОПЛИННИТЕ ЗАГУБИ НА ТЕРМООБОРУДВАНЕТО?

Облицовката на топлинното оборудване е изградена от огнеупорни материали, които играят ключова роля в топлинните загуби, а огнеупорните материали играят ключова роля в това. При високи температури огнеупорните материали трябва не само да поддържат стабилност, но и да задържат топлината възможно най-малко. Следователно огнеупорните материали трябва да имат топлоизолационни свойства. Добре, по-малко съхранение на топлина.
1. Топлинни загуби на термично оборудване
Топлинното оборудване обикновено е голям консуматор на енергия. Колкото по-висока е температурата, толкова по-голяма е консумацията на енергия. Топлинната ефективност е много ниска в повечето случаи, а коефициентът на използване на топлинната енергия е под 30 процента. Топлинните загуби на термично оборудване обикновено имат следните позиции:
(1) Топлината, разсейвана от всяка част от повърхността на тялото на термичното оборудване, може да достигне 10 процента до 40 процента от единичната консумация на енергия на продукта;
(2) Загубата на топлинно съхранение на корпуса на термичното оборудване е по-малко важна за термичното оборудване, което работи непрекъснато, а загубата на топлинно съхранение на термичното оборудване, което работи периодично, достига от 5 процента до 25 процента;
(3) Загубата на топлина при водно охлаждане, като например тръбата за водно охлаждане на релсата за помия на пещта за непрекъснато валцуване на стомана, не е обвита с огнеупорни материали и загубата на топлина е повече от 25 процента;
(4) Загубата на топлина поради лошо уплътняване на фуги, дупки и врати на пещта, например загубата на топлина на вратите на електродъгова пещ е повече от 35 процента;
(5) Топлинни загуби от изпускане на дим.
Всички горепосочени топлинни загуби са свързани с огнеупорни материали, особено (1)~(4) имат голяма връзка с топлоизолационните характеристики на огнеупорните материали. Основният начин за намаляване на топлинните загуби на повърхността на тялото на пещта е изборът на подходящи топлоизолационни материали за намаляване на температурата на повърхността на тялото на пещта. Когато температурата на пещта е постоянна, температурата на външната повърхност зависи главно от дебелината на стената на пещта и топлопроводимостта на материала на стената на пещта. Увеличаването на дебелината на стената на пещта ще доведе до увеличаване на съхранението на топлина в тялото на пещта, което може да увеличи загубата на топлина при съхранение. Следователно рационалното използване на топлоизолационни материали се превърна в най-добрия избор.
През последните години топлоизолационните материали в моята страна се развиха бързо. Има не само формовани продукти от различни материали, различни насипни плътности и различна топлопроводимост, но и съответните аморфни огнеупорни материали, огнеупорни влакна и продукти от различни материали, силициево-калциева плоскост, наноизолационна плоскост и др. Тези топлоизолационни продукти имат различни външни спецификации, физични и химични показатели, различни топлоизолационни ефекти и различни пазарни цени. Следователно дизайнът на облицовката трябва да се извърши в съответствие с условията на използване на топлинното оборудване. Съберете оригинални данни, включително температурни параметри (температура на гореща повърхност на термично оборудване, температура на студена повърхност), физически константи (топлопроводимост на топлоизолационни материали, насипна плътност, максимална работна температура), икономически параметри (цени на огнеупорни материали, цени на горива), калоричност стойност, коефициент на използване и др.), след това изчислете енергоспестяващия ефект, анализирайте и сравнете, изберете подходящи топлоизолационни материали и формулирайте разумен план.
2. Примери за намаляване на загубите на топлинно разсейване на термично оборудване
(1) Топлоизолация на черпака
Понастоящем средното потребление на енергия в стоманодобивната промишленост на моята страна е с 50 процента по-високо от това в Япония и с 30 процента по-високо за големите предприятия. Кофата е важно термично оборудване в стоманодобивната промишленост. За да се поддържа кофата топла, чрез изчисляване на разсейването на топлината от кофата и изследването на топлоизолационните материали се установява, че вътрешната облицовка на кофата трябва да бъде изградена с четирислойни материали, т.е. вътрешната повърхност на стоманената обвивка трябва да бъде покрита с енергоспестяваща боя, а вътрешната повърхност трябва да бъде 10 мм наноизолационна плоскост, а след това навътре е 75 мм високоякостна наномикронна изолационна отливка, а след това навътре е работният слой. Работният слой на линията за шлака приема магнезиево-въглеродна тухла с ниска топлопроводимост, а работният слой от разтопен басейн приема неизгоряла тухла с качество на корунд и шпинел. Този метод се прилага към 120t рафиниращ кофа, така че температурата на черупката на кофата в линията за шлака е около 225 градуса, температурата на черупката на кофата в разтопения басейн е около 200 градуса, а черупката на обвивката е около 170 градуса . Тази енергоспестяваща структура е постигнала добри резултати: ①Високоякостните нано-микронни отливки и работният слой с ниска топлопроводимост могат ефективно да защитят нано-платката, да я поддържат в рамките на безопасна работна температура за дълго време и значително да подобрят експлоатационния живот на топлоизолационния слой и постоянния слой; ②Напълно може да намали температурата на облицовката с повече от 100 градуса, да подобри експлоатационния живот на облицовката, да намали газа, използван за печене на кифла, значително да забави температурата на разтопената стомана, да намали температурата на потупване, да подобри метала добив, подобряване на производителността на труда и постигане на спестяване на енергия, опазване на околната среда и целта за намаляване на разходите.
(2) Композитна тухла с ниска топлопроводимост за зона на преминаваща вълна в циментова ротационна пещ
Циментовата ротационна пещ е топлинно оборудване с висока консумация на енергия, особено в предната и задната преходна зона. Огнеупорната облицовка не е защитена от обвивка на пещта и влиза в пряк контакт с циментовия материал. Температурата на тялото на пещта е висока, което увеличава загубата на топлина и разхода на гориво и намалява тялото на пещта. и експлоатационния живот на поддържащата ролка, като същевременно прави огнеупорния материал лесен за повреда. За да се намали разсейването на топлината и опасностите за безопасността, е приета трислойна структура от работен слой, топлоизолационен слой и топлоизолационен слой. Ако за зидария се използват три вида огнеупорни тухли с различна топлопроводимост, инцидентът с падащи тухли от вътрешната облицовка често е склонен да се случи, когато въртящата се пещ работи. Следователно се изследва многослойната композитна тухла с ниска топлопроводимост, тоест тухлата приема трислойна структура: работен слой (дебелина на тухла от силициев мулит 0.140m), топлоизолация слой (дебелина на лека мулитна тухла 0.035m), свързващият интерфейс на тези два слоя приема комбинирания метод на синусоидална повърхност, а третият слой е топлоизолационният слой (плоча от керамични влакна, съдържаща ZrO2, дебелина 0,025m) . Концентрацията на напрежение на многослойната композитна тухла е по-малка, а общата топлопроводимост на многослойната композитна тухла е намалена от 2,74 на 1,50 W/(m·K) на оригиналната силициева молибденова тухла, което намалява температурата на обвивката на пещта с 50 ~ 70 градуса.
(3) Конверторът за производство на стомана 260t на Anshan Iron and Steel използва наноизолационна плоча с дебелина 20 mm вместо изолационна плоча от поликристални влакна с дебелина 40 mm, за да оптимизира структурата на облицовката на пещта,
Съотношението на капацитета на пещта се увеличава и производството на стомана се увеличава, за да се понижи температурата на корпуса на пещта с повече от 11 градуса. Няма феномен на пулверизация по време на целия процес на работа на конвертора и няма падане на тухли за облицовка. В същото време той също така намалява времето за топене и намалява консумацията на разтопено желязо. .
(4) Уплътняващ материал от силициев карбид с висока топлопроводимост за газификатор с водно охлаждане на въглищен прах
Водната стена на газификатора на въглищен прах е облицована със силициев карбид набивен материал с висока топлопроводимост. При висока температура шлаката виси върху облицовката на набивния материал от силициев карбид. Поради високата топлопроводимост на силициевия карбид, шлаката докосва вътрешната облицовка бързо кондензира и с понижаване на температурата топлопроводимостта намалява (вижте таблица 1). Вътре и извън пещта има гореща шлака, твърда шлака, огнеупорен материал от силициев карбид, водна стена, защитен слой от инертен газ, високоалуминиев аморфен огнеупорен материал и външен защитен слой. Това намалява загубата на топлина в пещта.
3. Въпроси, на които трябва да се обърне внимание при избора на топлоизолационни материали
Във високотемпературната индустрия има много примери за използване на топлоизолационни материали за пестене на енергия и защита на околната среда. Топлоизолационният материал има висока порьозност (над 40 процента ~85 процента), ниска обемна плътност (по-малко от 1,5g/cm3) и ниска топлопроводимост (по-малко от 1,0W/(m·K)). Въпреки това, когато избирате тези топлоизолационни материали, обърнете внимание на следните въпроси:
(1) Топлопроводимост на топлоизолационния материал (λ)
Топлопроводимостта се нарича още топлопроводимост, а нейната реципрочна стойност 1/λ е термично съпротивление. Колкото по-малка е топлопроводимостта, толкова по-добър е топлоизолационният ефект. Добре известно е, че въздухът има най-ниска топлопроводимост.
Топлопроводимостта на твърдите материали е много по-голяма от тази на газовете, така че порите на твърдите материали могат значително да намалят топлопроводимостта на материалите, така че изолационният материал трябва да бъде с висока порьозност. Колкото по-висока е порьозността, толкова по-малка е стойността на λ.
В допълнение, размерът на порите също има известно влияние върху стойността на λ. При ниска температура топлопроводимостта на топлоизолационния материал намалява с увеличаването на размера на порите, а топлопроводимостта над 800 градуса, особено над 1000 градуса, нараства бързо с увеличаването на размера на порите. Следователно високата температура отнема топлоизолационния материал с малък размер на порите, а ниската температура отнема топлоизолационния материал с голям размер на порите. Когато порьозността е еднаква, топлопроводимостта на микроструктурата в непрекъснатата фаза на газовата фаза е по-малка от тази на непрекъснатата фаза на твърдата фаза, а порите във влакнестия материал са непрекъснати като твърдата фаза, така че топлопроводимостта на огнеупорните влакна и продукти е малък. В твърдата фаза на топлоизолационните материали термичното съпротивление на материала варира значително поради разликата в химичния минерален състав. Като цяло, колкото по-сложна е кристалната структура, толкова по-ниска е топлопроводимостта, а топлопроводимостта на стъклото в твърдата фаза е по-ниска от тази на кристалната фаза. С повишаване на температурата топлопроводимостта на стъклената фаза се увеличава; температурата на кристалната фаза се повишава, докато топлопроводимостта намалява. Обединеното кралство е разработило ултра фин SiO2 композитен топлоизолационен материал с обемна плътност от около 0,24g/cm3, а неговата топлопроводимост е по-ниска от тази на всички топлоизолационни материали, дори по-ниска от тази на неподвижния въздух.
(2) Топлоустойчивост на топлоизолационния материал
Някои топлоизолационни материали се използват при по-ниска температура. Например, наноизолационни плоскости се използват в 100-тонов стоманен кофа на Angang Steel. Превишаването на температурата на използване ще се деформира под налягане, което води до деформация на облицовката, което не само влошава топлоизолационните характеристики, но също така носи опасности за безопасността. Поради това се предполага, че топлоизолационният материал зависи главно от деформацията на свиване при определена температура, а не от степента на огнеупорност. В международен план температурата, при която свиването при повторно изгаряне е не повече от 2 процента, обикновено се използва като температурен диапазон за използване на топлоизолационни материали и също така е една от разликите между топлоизолационните материали и чистите огнеупорни материали.
(3) Якост на топлоизолационния материал
Поради високата порьозност и ниската относителна якост, като гореспоменатата наноизолационна плоча, топлоизолационният ефект е добър, порьозността е висока и якостта е ниска. За да се осигурят транспортните и строителните нужди, изолационният материал трябва да има определена якост. Особено за някои топлоизолационни продукти, които са в пряк контакт с пламъка, е много важно да се подобри здравината. С увеличаването на обемната плътност се увеличава якостта. Когато обемната плътност е една и съща, връзката в твърда фаза е по-силна от връзката в газова фаза, което е свързано с размера на порите. Намаляването на размера на порите е ефективна техническа мярка за подобряване на якостта на топлоизолационните материали.
(4) Атмосфера и топлоизолационен материал
Много термично оборудване е облицовано с топлоизолационни материали и често се използват различни защитни атмосфери, като CO, CO2, H2, N2 и т.н. Al2O3-SiO2 серия огнеупорни материали във водород, SiO2 се връща към метален силиций и водна пара, Al2O3 е много стабилен, така че при водород трябва да се изберат изолационни материали от алуминиев оксид. Алуминиево-силикатните влакна съдържат 3 процента до 4 процента Cr2O3, който лесно се редуцира във водородна редуцираща атмосфера, така че алуминиевите силикатни влакна, съдържащи хромен оксид, не трябва да се използват в редуцираща атмосфера.
(5) Метод на изолация
При термичното оборудване в периодична работа топлоизолационният слой (огнеупорен влакнест фурнир) може да бъде директно положен върху горещата повърхност на облицовката на пещта, което може да постигне най-добрия енергоспестяващ ефект. По-добър от топлоизолационния ефект на вътрешната стена (гореща повърхност).