COME UTILIZZARE MATERIALI REFRATTARI PER L'ISOLAMENTO TERMICO A BASSA CONDUCIBILITÀ TERMICA PER RIDURRE LA DISPERSIONE DI CALORE DEGLI APPARECCHI TERMICI?

Il rivestimento delle apparecchiature termiche è costruito con materiali refrattari, che svolgono un ruolo chiave nella perdita di calore, e i materiali refrattari svolgono un ruolo chiave in esso. Ad alte temperature, i materiali refrattari devono non solo mantenere la stabilità, ma anche trattenere il meno possibile il calore. Pertanto, i materiali refrattari devono avere proprietà di isolamento termico. OK, meno accumulo di calore.
1. Perdita di calore delle apparecchiature termiche
Le apparecchiature termiche sono generalmente un grande consumatore di energia. Maggiore è la temperatura, maggiore è il consumo di energia. L'efficienza termica è molto bassa nella maggior parte dei casi e il tasso di utilizzo dell'energia termica è inferiore al 30%. La perdita di calore delle apparecchiature termiche ha generalmente i seguenti elementi:
(1) Il calore dissipato da ciascuna parte della superficie del corpo dell'apparecchiatura termica può raggiungere dal 10% al 40% del consumo energetico unitario del prodotto;
(2) La perdita di accumulo di calore del corpo dell'apparecchiatura termica è meno importante per l'apparecchiatura termica che funziona in modo continuo e la perdita di accumulo di calore dell'apparecchiatura termica che funziona in modo intermittente raggiunge dal 5% al ​​25%;
(3) La perdita di calore del raffreddamento ad acqua, come il tubo di raffreddamento ad acqua della rotaia di scorrimento del forno di riscaldamento a laminazione continua in acciaio, non è avvolta con materiali refrattari e la perdita di calore è superiore al 25%;
(4) La perdita di calore dovuta alla scarsa tenuta di giunti, fori e porte del forno, ad esempio, la perdita di calore delle porte del forno elettrico ad arco è superiore al 35%;
(5) Dispersione termica dallo scarico fumi.
Le suddette perdite di calore sono tutte correlate ai materiali refrattari, in particolare (1)~(4) hanno un ottimo rapporto con le prestazioni di isolamento termico dei materiali refrattari. Il modo fondamentale per ridurre la perdita di calore sulla superficie del corpo del forno è selezionare materiali di isolamento termico appropriati per ridurre la temperatura superficiale del corpo del forno. Quando la temperatura del forno è costante, la temperatura della superficie esterna dipende principalmente dallo spessore della parete del forno e dalla conduttività termica del materiale della parete del forno. L'aumento dello spessore della parete del forno porterà ad un aumento dell'accumulo di calore del corpo del forno, che può aumentare la perdita di accumulo di calore. Pertanto, l'uso razionale dei materiali di isolamento termico è diventato la scelta migliore.
Negli ultimi anni, i materiali di isolamento termico del mio paese si sono sviluppati rapidamente. Non ci sono solo prodotti sagomati di vari materiali, densità apparenti diverse e conducibilità termica diversa, ma anche corrispondenti materiali refrattari amorfi, fibre refrattarie e prodotti di vari materiali, pannelli di silicio-calcio, pannelli nanoisolanti, ecc. Questi prodotti di isolamento termico hanno diverse specifiche di aspetto, indicatori fisici e chimici, diversi effetti di isolamento termico e diversi prezzi di mercato. Pertanto, la progettazione del rivestimento deve essere eseguita in base alle condizioni di utilizzo delle apparecchiature termiche. Raccogliere i dati originali, inclusi i parametri di temperatura (temperatura della superficie calda delle apparecchiature termiche, temperatura della superficie fredda), costanti fisiche (conducibilità termica dei materiali di isolamento termico, densità apparente, temperatura massima di esercizio), parametri economici (prezzi del materiale refrattario, prezzi del carburante), potere calorifico valore, coefficiente di utilizzo, ecc.), quindi calcolare l'effetto di risparmio energetico, analizzare e confrontare, selezionare materiali di isolamento termico adeguati e formulare un piano ragionevole.
2. Esempi di riduzione della perdita per dissipazione del calore delle apparecchiature termiche
(1) Isolamento termico della siviera
Attualmente, il consumo medio di energia dell'industria siderurgica del mio paese è superiore del 50% a quello del Giappone e del 30% superiore per le grandi imprese. La siviera è un'importante apparecchiatura termica nell'industria siderurgica. Per mantenere caldo il mestolo, attraverso il calcolo della dissipazione termica del mestolo e la ricerca sui materiali di isolamento termico, si è riscontrato che il rivestimento interno del mestolo dovrebbe essere costruito con materiali a quattro strati, cioè il la superficie interna del guscio in acciaio deve essere rivestita con vernice a risparmio energetico e la superficie interna deve essere un pannello nanoisolante da 10 mm, quindi verso l'interno è un materiale isolante nano-micron ad alta resistenza da 75 mm, quindi verso l'interno è lo strato di lavoro. Lo strato di lavoro della linea di scorie adotta mattoni di magnesia-carbonio con bassa conducibilità termica e lo strato di lavoro della piscina fusa adotta mattoni incombusti di qualità corindone-spinello. Questo metodo viene applicato alla siviera di raffinazione da 120 t, in modo che la temperatura del guscio della siviera sulla linea delle scorie sia di circa 225 gradi, la temperatura del guscio della siviera nella piscina fusa sia di circa 200 gradi e il guscio del rivestimento sia di circa 170 gradi . Questa struttura a risparmio energetico ha ottenuto buoni risultati: ① I getti nano-micron ad alta resistenza e lo strato di lavoro a bassa conduttività termica possono proteggere efficacemente la nano-scheda, mantenerla a lungo a una temperatura di lavoro sicura e migliorare significativamente la durata di vita di lo strato di isolamento termico e lo strato permanente; ②Completamente Può ridurre la temperatura del rivestimento di oltre 100 gradi, migliorare la durata del rivestimento, ridurre il gas utilizzato per cuocere il panino, rallentare significativamente la temperatura dell'acciaio fuso, ridurre la temperatura di spillatura, migliorare il metallo resa, migliorare la produttività del lavoro e raggiungere il risparmio energetico, la tutela dell'ambiente e lo scopo di ridurre i costi.
(2) Mattone composito a bassa conducibilità termica per la zona dell'onda passante del forno rotante del cemento
Il forno rotante per cemento è un'apparecchiatura termica ad alto consumo energetico, soprattutto nelle zone di transizione anteriore e posteriore. Il rivestimento refrattario non è protetto dalla pelle del forno ed è a diretto contatto con il materiale cementizio. La temperatura del corpo del forno è elevata, il che aumenta la perdita di calore e il consumo di combustibile e riduce il corpo del forno. e la durata del rullo di supporto, rendendo il materiale refrattario facilmente danneggiabile. Al fine di ridurre la dissipazione del calore e i rischi per la sicurezza, viene adottata una struttura a tre strati di strato di lavoro, strato di isolamento termico e strato di isolamento termico. Se per la muratura vengono utilizzati tre tipi di mattoni refrattari con diversa conducibilità termica, l'incidente della caduta dei mattoni dal rivestimento interno è spesso soggetto a verificarsi quando il forno rotante è in funzione. Pertanto, viene studiato il mattone composito multistrato a bassa conducibilità termica, ovvero il mattone adotta una struttura a tre strati: strato di lavoro (spessore del mattone di mullite di silicio 0.140 m), isolamento termico strato (spessore del mattone di mullite leggera 0.035 m), l'interfaccia di incollaggio di questi due strati adotta il metodo di combinazione della superficie sinusoidale e il terzo strato è lo strato di isolamento termico (pannello in fibra ceramica contenente ZrO2, spessore 0,025 m) . La concentrazione delle sollecitazioni del mattone composito multistrato è inferiore e la conducibilità termica complessiva del mattone composito multistrato è ridotta da 2,74 a 1,50 W/(m·K) del mattone originale in silice-molibdeno, il che riduce la temperatura di le coperture del forno da 50~70 gradi.
(3) Il convertitore per la produzione di acciaio da 260 t di Anshan Iron and Steel adotta un pannello isolante nano di 20 mm di spessore invece di un pannello isolante in fibra policristallina di 40 mm di spessore per ottimizzare la struttura del rivestimento del forno,
Il rapporto di capacità del forno viene aumentato e la produzione di acciaio viene aumentata per abbassare la temperatura del guscio del forno di oltre 11 gradi. Non vi è alcun fenomeno di polverizzazione durante l'intero processo di funzionamento del convertitore e non vi è alcuna caduta dei mattoni di rivestimento. Allo stesso tempo, riduce anche il tempo di fusione e riduce il consumo di ferro fuso. .
(4) Materiale di speronamento in carburo di silicio ad alta conduttività termica per gassificatore di carbone polverizzato raffreddato ad acqua
La parete d'acqua del gassificatore di carbone polverizzato è rivestita con materiale di speronamento in carburo di silicio ad alta conduttività termica. Ad alta temperatura, la scoria si blocca sul rivestimento del materiale di speronamento in carburo di silicio. A causa dell'elevata conducibilità termica del carburo di silicio, la scoria tocca l'interno Il rivestimento si condensa rapidamente e, al diminuire della temperatura, diminuisce la conducibilità termica (vedere Tabella 1). All'interno e all'esterno del forno sono presenti scorie calde, scorie solide, refrattario al carburo di silicio, parete d'acqua, strato protettivo di gas inerte, materiale refrattario amorfo ad alto contenuto di allumina e strato protettivo esterno. Ciò riduce la perdita di calore nel forno.
3. Questioni che richiedono attenzione nella scelta dei materiali di isolamento termico
Nell'industria delle alte temperature, ci sono molti esempi di utilizzo di materiali di isolamento termico per risparmiare energia e proteggere l'ambiente. Il materiale di isolamento termico ha un'elevata porosità (oltre il 40 percento ~85 percento), bassa densità apparente (meno di 1,5 g/cm3) e bassa conducibilità termica (meno di 1,0 W/(m·K)). Tuttavia, quando si scelgono questi materiali di isolamento termico, prestare attenzione ai seguenti problemi:
(1) Conduttività termica del materiale termoisolante (λ)
La conducibilità termica è anche chiamata conducibilità termica e il suo reciproco 1/λ è la resistenza termica. Minore è la conduttività termica, migliore è l'effetto di isolamento termico. È noto che l'aria ha la conducibilità termica più bassa.
La conducibilità termica dei materiali solidi è molto maggiore di quella dei gas, quindi i pori dei materiali solidi possono ridurre significativamente la conduttività termica dei materiali, quindi il materiale isolante deve essere ad alta porosità. Maggiore è la porosità, minore è il valore λ.
Inoltre, anche la dimensione dei pori ha una certa influenza sul valore λ. A bassa temperatura, la conducibilità termica del materiale isolante termico diminuisce con l'aumento della dimensione dei pori e la conduttività termica sopra 800 gradi, specialmente sopra i 1000 gradi, aumenta rapidamente con l'aumento della dimensione dei pori. Pertanto, l'alta temperatura prende il materiale di isolamento termico con una piccola dimensione dei pori, e la bassa temperatura prende il materiale di isolamento termico con una grande dimensione dei pori. Quando la porosità è la stessa, la conduttività termica della microstruttura nella fase continua in fase gassosa è inferiore a quella della fase continua in fase solida, e i pori nel materiale in fibra sono continui come la fase solida, quindi la conducibilità termica delle fibre e dei prodotti refrattari è piccola. Nella fase solida dei materiali termoisolanti, la resistività termica del materiale varia notevolmente a causa della diversa composizione chimica minerale. In generale, più complessa è la struttura cristallina, minore è la conducibilità termica e la conduttività termica del vetro nella fase solida è inferiore a quella della fase cristallina. All'aumentare della temperatura, aumenta la conduttività termica della fase vetrosa; la temperatura della fase cristallina aumenta, mentre la conducibilità termica diminuisce. Il Regno Unito ha sviluppato un materiale isolante termico composito SiO2 ultra fine con una densità apparente di circa 0,24 g/cm3 e la sua conduttività termica è inferiore a quella di tutti i materiali isolanti termici, anche inferiore a quella dell'aria ferma.
(2) Resistenza al calore del materiale termoisolante
Alcuni materiali di isolamento termico vengono utilizzati a una temperatura inferiore. Ad esempio, i pannelli nanoisolanti sono utilizzati in una siviera d'acciaio da 100 tonnellate di Angang Steel. Il superamento della temperatura di utilizzo si deformerà sotto pressione, con conseguente deformazione del rivestimento, che non solo deteriora le prestazioni di isolamento termico, ma comporta anche rischi per la sicurezza. Pertanto, è stato suggerito che il materiale termoisolante dipenda principalmente dalla deformazione da ritiro ad una certa temperatura, non dal grado di refrattarietà. A livello internazionale, la temperatura alla quale il ritiro da ricombustione non è superiore al 2 percento viene generalmente utilizzata come intervallo di temperatura per l'uso di materiali isolanti termici, ed è anche una delle differenze tra materiali isolanti termici e materiali refrattari puri.
(3) Resistenza del materiale di isolamento termico
A causa dell'elevata porosità e della bassa resistenza relativa, come il suddetto pannello nanoisolante, l'effetto di isolamento termico è buono, la porosità è elevata e la resistenza è bassa. Per garantire le esigenze di trasporto e costruzione, il materiale isolante deve avere una certa resistenza. Soprattutto per alcuni prodotti di isolamento termico che sono a diretto contatto con la fiamma, è molto importante migliorare la resistenza. All'aumentare della densità apparente, aumenta la forza. Quando la densità apparente è la stessa, la connessione in fase solida è più forte della connessione in fase gassosa, che è correlata alla dimensione dei pori. La riduzione della dimensione dei pori è una misura tecnica efficace per migliorare la resistenza dei materiali di isolamento termico.
(4) Atmosfera e materiale di isolamento termico
Molte apparecchiature termiche sono rivestite con materiali di isolamento termico e sono comunemente utilizzate anche varie atmosfere protettive, come CO, CO2, H2, N2, ecc. Refrattari della serie Al2O3-SiO2 in idrogeno, SiO2 viene restituito al silicio metallico e vapore acqueo, Al2O3 è molto stabile, quindi nell'idrogeno dovrebbero essere selezionati materiali isolanti in allumina. Le fibre di silicato di alluminio contengono dal 3% al 4% di Cr2O3, che viene facilmente ridotto in un'atmosfera riducente l'idrogeno, pertanto le fibre di silicato di alluminio contenenti ossido di cromo non devono essere utilizzate in un'atmosfera riducente.
(5) Metodo di isolamento
Sulle apparecchiature termiche in funzionamento intermittente, lo strato di isolamento termico (impiallacciatura in fibra refrattaria) può essere posato direttamente sulla superficie calda del rivestimento del forno, ottenendo il miglior effetto di risparmio energetico. Migliore dell'effetto di isolamento termico della parete interna (superficie calda).