COMO UTILIZAR MATERIAIS REFRATÁRIOS DE ISOLAMENTO TÉRMICO DE BAIXA CONDUTIVIDADE TÉRMICA PARA REDUZIR A PERDA DE CALOR DOS EQUIPAMENTOS TÉRMICOS?

O revestimento de equipamentos térmicos é construído com materiais refratários, que desempenham um papel fundamental na perda de calor, e os materiais refratários desempenham um papel fundamental nisso. Em altas temperaturas, os materiais refratários devem não apenas manter a estabilidade, mas também manter o calor o mínimo possível. Portanto, os materiais refratários devem ter propriedades de isolamento térmico. OK, menos armazenamento de calor.
1. Perda de calor do equipamento térmico
Equipamentos térmicos são geralmente grandes consumidores de energia. Quanto maior a temperatura, maior o consumo de energia. A eficiência térmica é muito baixa na maioria dos casos e a taxa de utilização de energia térmica é inferior a 30%. A perda de calor dos equipamentos térmicos geralmente possui os seguintes itens:
(1) O calor dissipado por cada parte da superfície do corpo do equipamento térmico pode atingir 10 por cento a 40 por cento do consumo unitário de energia do produto;
(2) A perda de armazenamento de calor do corpo do equipamento térmico é menos importante para o equipamento térmico que opera continuamente, e a perda de armazenamento de calor do equipamento térmico que opera intermitentemente atinge 5% a 25%;
(3) A perda de calor do resfriamento de água, como o tubo de resfriamento de água do trilho de lavagem do forno de aquecimento contínuo de laminação de aço, não é envolvida com materiais refratários e a perda de calor é superior a 25%;
(4) A perda de calor devido à má vedação de juntas, furos e portas de fornos, por exemplo, a perda de calor de portas de fornos de arco elétrico é superior a 35 por cento;
(5) Perda de calor pela exaustão de fumaça.
As perdas de calor acima estão todas relacionadas a materiais refratários, especialmente (1) ~ (4) têm uma grande relação com o desempenho de isolamento térmico de materiais refratários. A maneira básica de reduzir a perda de calor na superfície do corpo do forno é selecionar materiais de isolamento térmico apropriados para reduzir a temperatura da superfície do corpo do forno. Quando a temperatura do forno é constante, a temperatura da superfície externa depende principalmente da espessura da parede do forno e da condutividade térmica do material da parede do forno. Aumentar a espessura da parede do forno levará a um aumento no armazenamento de calor do corpo do forno, o que pode aumentar a perda de armazenamento de calor. Portanto, o uso racional de materiais de isolamento térmico tornou-se a melhor escolha.
Nos últimos anos, os materiais de isolamento térmico do meu país desenvolveram-se rapidamente. Existem não apenas produtos moldados de vários materiais, diferentes densidades aparentes e diferentes condutividades térmicas, mas também materiais refratários amorfos correspondentes, fibras refratárias e produtos de vários materiais, placa de cálcio e silício, placa de nano-isolamento, etc. diferentes especificações de aparência, indicadores físicos e químicos, diferentes efeitos de isolamento térmico e diferentes preços de mercado. Portanto, o dimensionamento do forro deve ser realizado de acordo com as condições de uso do equipamento térmico. Colete dados originais, incluindo parâmetros de temperatura (temperatura da superfície quente do equipamento térmico, temperatura da superfície fria), constantes físicas (condutividade térmica de materiais de isolamento térmico, densidade aparente, temperatura máxima de operação), parâmetros econômicos (preços de materiais refratários, preços de combustível), poder calorífico valor, coeficiente de utilização, etc.), calcule o efeito de economia de energia, analise e compare, selecione materiais de isolamento térmico adequados e formule um plano razoável.
2. Exemplos de redução da perda de dissipação de calor de equipamentos térmicos
(1) Isolamento térmico da panela
Atualmente, o consumo médio de energia da indústria siderúrgica do meu país é 50% maior que o do Japão e 30% maior para grandes empresas. A panela é um importante equipamento térmico na indústria siderúrgica. Para manter a panela aquecida, através do cálculo da dissipação de calor da panela e da pesquisa dos materiais de isolamento térmico, verifica-se que o revestimento interno da panela deve ser construído com materiais de quatro camadas, ou seja, o a superfície interna do invólucro de aço deve ser revestida com tinta economizadora de energia, e a superfície interna deve ser uma placa de nano-isolamento de 10 mm e, em seguida, para dentro é um material isolante de nano-mícron de alta resistência de 75 mm e, em seguida, para dentro é a camada de trabalho. A camada de trabalho da linha de escória adota tijolo de magnésia-carbono com baixa condutividade térmica, e a camada de trabalho de poça derretida adota tijolo não queimado de qualidade corindo-espinela. Este método é aplicado à panela de refino de 120 t, de modo que a temperatura da concha da concha na linha de escória seja de cerca de 225 graus, a temperatura da concha da panela na poça de fusão seja de cerca de 200 graus e a casca do revestimento seja de cerca de 170 graus . Esta estrutura de economia de energia alcançou bons resultados: ① Os fundidos nano-mícron de alta resistência e a camada de trabalho de baixa condutividade térmica podem proteger efetivamente a placa nano, mantê-la dentro de uma temperatura de trabalho segura por um longo tempo e melhorar significativamente a vida útil de a camada de isolamento térmico e a camada permanente; ② Completamente Pode reduzir a temperatura do revestimento em mais de 100 graus, melhorar a vida útil do revestimento, reduzir o gás usado para assar o pão, diminuir significativamente a temperatura do aço fundido, reduzir a temperatura de vazamento, melhorar o metal rendimento, melhorar a produtividade do trabalho e alcançar economia de energia, proteção ambiental e o objetivo de reduzir custos.
(2) Tijolo composto de baixa condutividade térmica para zona de onda de passagem de forno rotativo de cimento
O forno rotativo de cimento é um equipamento térmico de alto consumo de energia, especialmente nas zonas de transição frontal e traseira. O revestimento refratário não é protegido pela pele do forno e entra em contato direto com o material de cimento. A temperatura do corpo do forno é alta, o que aumenta a perda de calor e o consumo de combustível e reduz o corpo do forno. e a vida útil do rolo de suporte, tornando o material refratário fácil de danificar. A fim de reduzir a dissipação de calor e os riscos de segurança, uma estrutura de três camadas de camada de trabalho, camada de isolamento térmico e camada de isolamento térmico é adotada. Se três tipos de tijolos refratários com diferentes condutividades térmicas forem usados ​​para alvenaria, o acidente de queda de tijolos do revestimento interno geralmente ocorre quando o forno rotativo está funcionando. Portanto, o tijolo composto multicamada de baixa condutividade térmica é estudado, ou seja, o tijolo adota uma estrutura de três camadas: camada de trabalho (espessura do tijolo mulita de silício 0.140m), isolamento térmico camada (espessura de tijolo de mulita leve 0.035m), a interface de ligação dessas duas camadas adota o método de combinação de superfície sinusoidal, e a terceira camada é a camada de isolamento térmico (placa de fibra cerâmica contendo ZrO2, espessura 0,025m) . A concentração de tensão do tijolo composto multicamada é menor e a condutividade térmica abrangente do tijolo composto multicamada é reduzida de 2,74 para 1,50 W/(m·K) do tijolo original de sílica molibdênio, o que reduz a temperatura de a casca do forno em 50 ~ 70 graus.
(3) O conversor siderúrgico 260t da Anshan Iron and Steel adota placa de nano-isolamento de 20 mm de espessura em vez de placa de isolamento de fibra policristalina de 40 mm de espessura para otimizar a estrutura de revestimento do forno,
A taxa de capacidade do forno é aumentada e a produção de aço é aumentada para reduzir a temperatura do invólucro do forno em mais de 11 graus. Não há fenômeno de pulverização durante todo o processo de operação do conversor e não há queda de tijolos de revestimento. Ao mesmo tempo, também reduz o tempo de fundição e reduz o consumo de ferro fundido. .
(4) Material de compactação de carboneto de silício de alta condutividade térmica para gaseificador de carvão pulverizado refrigerado a água
A parede de água do gaseificador de carvão pulverizado é revestida com material de compactação de carboneto de silício com alta condutividade térmica. Em alta temperatura, a escória fica pendurada no revestimento do material de compactação de carboneto de silício. Devido à alta condutividade térmica do carboneto de silício, a escória toca o interior O revestimento condensa rapidamente e, à medida que a temperatura diminui, a condutividade térmica diminui (consulte a Tabela 1). Dentro e fora do forno há escória quente, escória sólida, refratário de carboneto de silício, parede de água, camada protetora de gás inerte, material refratário amorfo de alta alumina e camada protetora externa. Isso reduz a perda de calor no forno.
3. Questões que precisam de atenção ao escolher materiais de isolamento térmico
Na indústria de alta temperatura, existem muitos exemplos de uso de materiais de isolamento térmico para economizar energia e proteger o meio ambiente. O material de isolamento térmico tem alta porosidade (mais de 40 por cento ~85 por cento), baixa densidade aparente (menos de 1,5 g/cm3) e baixa condutividade térmica (menos de 1,0 W/(m·K)). No entanto, ao escolher esses materiais de isolamento térmico, preste atenção às seguintes questões:
(1) Condutividade térmica do material de isolamento térmico (λ)
A condutividade térmica também é chamada de condutividade térmica e seu recíproco 1/λ é a resistência térmica. Quanto menor a condutividade térmica, melhor o efeito de isolamento térmico. É bem conhecido que o ar tem a menor condutividade térmica.
A condutividade térmica dos materiais sólidos é muito maior que a dos gases; portanto, os poros dos materiais sólidos podem reduzir significativamente a condutividade térmica dos materiais; portanto, o material de isolamento deve ser de alta porosidade. Quanto maior a porosidade, menor o valor de λ.
Além disso, o tamanho do poro também tem certa influência no valor de λ. Em baixa temperatura, a condutividade térmica do material de isolamento térmico diminui com o aumento do tamanho dos poros, e a condutividade térmica acima de 800 graus, especialmente acima de 1000 graus, aumenta rapidamente com o aumento do tamanho dos poros. Portanto, a alta temperatura leva o material de isolamento térmico com tamanho de poro pequeno e a baixa temperatura leva o material de isolamento térmico com tamanho de poro grande. Quando a porosidade é a mesma, a condutividade térmica da microestrutura na fase contínua da fase gasosa é menor que a da fase contínua da fase sólida, e os poros no material da fibra são contínuos como a fase sólida, de modo que a condutividade térmica das fibras e produtos refratários é pequena. Na fase sólida de materiais de isolamento térmico, a resistividade térmica do material varia muito devido à diferença na composição mineral química. Geralmente, quanto mais complexa a estrutura cristalina, menor a condutividade térmica, e a condutividade térmica do vidro na fase sólida é menor que a da fase cristalina. Conforme a temperatura aumenta, a condutividade térmica da fase vítrea aumenta; a temperatura da fase cristalina aumenta, enquanto a condutividade térmica diminui. O Reino Unido desenvolveu um material de isolamento térmico composto de SiO2 ultrafino com uma densidade aparente de cerca de 0,24g/cm3, e sua condutividade térmica é menor do que a de todos os materiais de isolamento térmico, ainda menor do que a do ar parado.
(2) Resistência ao calor do material isolante de calor
Alguns materiais de isolamento térmico são usados ​​em temperaturas mais baixas. Por exemplo, placas de nanoisolamento são usadas na panela de aço de 100t da Angang Steel. Exceder a temperatura de uso será deformado sob pressão, resultando na deformação do revestimento, o que não só deteriora o desempenho do isolamento térmico, mas também traz riscos à segurança. Portanto, tem sido sugerido que o material de isolamento térmico depende principalmente da deformação por retração a uma determinada temperatura, e não do grau refratário. Internacionalmente, a temperatura na qual o encolhimento de requeima não é superior a 2% é geralmente usada como faixa de temperatura para o uso de materiais de isolamento térmico e também é uma das diferenças entre materiais de isolamento térmico e materiais refratários puros.
(3) Resistência do material de isolamento térmico
Devido à alta porosidade e baixa resistência relativa, como a placa de nano-isolamento mencionada acima, o efeito de isolamento térmico é bom, a porosidade é alta e a resistência é baixa. Para garantir as necessidades de transporte e construção, o material de isolamento deve ter uma certa resistência. Especialmente para alguns produtos de isolamento térmico que estão em contato direto com a chama, é muito importante melhorar a resistência. À medida que a densidade aparente aumenta, a resistência aumenta. Quando a densidade aparente é a mesma, a conexão da fase sólida é mais forte que a conexão da fase gasosa, que está relacionada ao tamanho dos poros. A redução do tamanho dos poros é uma medida técnica eficaz para melhorar a resistência dos materiais de isolamento térmico.
(4) Atmosfera e material de isolamento térmico
Muitos equipamentos térmicos são revestidos com materiais de isolamento térmico, e várias atmosferas protetoras também são comumente usadas, como CO, CO2, H2, N2, etc. vapor de água, Al2O3 é muito estável, portanto, em hidrogênio, materiais de isolamento de alumina devem ser selecionados. As fibras de silicato de alumínio contêm 3% a 4% de Cr2O3, que é facilmente reduzido em uma atmosfera redutora de hidrogênio; portanto, as fibras de silicato de alumínio contendo óxido de cromo não devem ser usadas em uma atmosfera redutora.
(5) Método de isolamento
No equipamento térmico em operação intermitente, a camada de isolamento térmico (folheado de fibra refratária) pode ser colocada diretamente na superfície quente do revestimento do forno, o que pode alcançar o melhor efeito de economia de energia. Melhor do que o efeito de isolamento térmico da parede interna (superfície quente).