Промышленные печи. Печи для термической обработки

 

     Таблиця 1.4. – Властивості теплоізоляційних листових матеріалів

 

     Основними технологічними параметрами, якими оцінюється придатність матеріалу для теплоізоляції, є теплоємність, гадана щільність, коефіцієнт теплопровідності й величина тепловипромінювання. За допомогою цих величин визначають тепловий баланс футерівки печі.

     Питома  теплоємність каолінового волокна 1,07 кДж/(кг·К).

     Якщо  помножити питому теплоємність на гадану щільність, то одержимо теплоємність волокнистого матеріалу. У зв'язку з низьким  значенням гаданої щільності отримане значення становить 5-15 % відповідного показника щільних вогнетривів.

     Еквівалентна  теплопровідність волокнистих матеріалів залежно від об’ємної густини і температури змінюється таким чином.

     Найменшу  теплопровідність в інтервалі температур 100-600 °С мають матеріали й вироби з об'ємною щільністю близько 200 кг/м³ ~0,1163 Вт/(м·К), при 600 °С.

     Вироби  й матеріали з меншою щільністю  від 50 до 200 кг/м³ внаслідок збільшення розміру пор і зменшення ступеня  їхньої замкнутості, а отже, збільшення випромінюючої й конвективної складових, мають більше високу теплопровідність. При об'ємній щільності 50 кг/м³ при 600 °С теплопровідність дорівнює 0,2326 Вт/(м·К). Теплопровідність волокнистих виробів щільністю від 200 до 400 кг/м³ перебуває приблизно на одному рівні. Зі збільшенням об’ємної щільності більше 400 кг/м³ теплопровідність збільшується й стає рівної теплопровідності ультралегковагих шамотних виробів.

     На  мал. 1.4 наведена залежність теплопровідності каолінової вати й рулонного матеріалу на повітрі від температури й об'ємної щільності.

     Теплопровідність  плит з каолінової вати до температури 1200 °С визначають вираженнями для  плит з об'ємною щільністю:

     200 кг/м³, ,

     350 кг/м³,

     Теплопровідність плит, виготовлених гідроспособом з алюмосилікатної вати з різними модифікуючими добавками з ростом температури поступово підвищується (мал. 1.5). 

        

     Мал. 1.4. Теплопровідність каолиновой вати, матів, плит і рулонного           матеріалу залежно від температури й об'ємної щільності.  

               

       

     Мал. 1.5. Залежність від температури теплопровідності теплоізоляційних плит, виготовлених з волокон складу: 1- алюмосилікатного; 2- алюмохромсилікатного (3,3% ); 3- алюмоцирконійсилікатного (8,52% ); 4- алюмоцирконійсилікатного (28,6 % ). 

     При високих температурах (>1000 К) теплопровідність більш пористих матеріалів починає перевищувати теплопровідність менш пористих.

     Ступінь випромінювання джерела залежить в основному від довжини випромінюваних хвиль й якості поверхні. Так, для зернистих вогнетривких матеріалів якість поверхні визначається шорсткістю, величиною зерна, хімічним складом і ступенем чистоти.

     При звичайному для нагрівальних печей  діапазоні температур загальний ступінь випромінювання традиційних вогнетривів перебуває в межах 0,5 - 0,8. Ступінь випромінювання волокнистих матеріалів нижче цих значень, і перебуває в межах 0,3 - 0,6.

     Волокнисті  матеріали мають високу газопроникність. Для деяких виробів Сухоложского вогнетривкого заводу, отриманих по сухому способі, газопроникність (мкм²) наведена в табл. 1.5.

     Таблиця 1.5. – Гадана густина та газопроникність  деяких вогнетривких виробів.

 

     1.2.2 Застосування волокнистих вогнетривів.  

     З оцінки фахівців, можливий річний обсяг застосування волокнистих вогнетривів у конструкціях футеровок промислових печей (30 тис. т) дозволить відмовитися від щорічного випуску 600 тис. т вогнетривів, заощадити щорічно в період експлуатації теплових агрегатів більше 2 млн. т.у.п., зменшити трудомісткість тепломонтажних робіт більш ніж на 0,5 млн люд.-дн.

     Деякі області застосування волокнистих матеріалів наведені в табл. 1.6 

     Таблиця 1.6. - Області застосування волокнистих матеріалів 

 

     Теплоізоляційні вироби з керамічних волокон дозволяють заощаджувати паливо в печах різного типу, що сприяє їхньому широкому поширенню. Найчастіше волокнисті матеріали застосовують як покриття раніше встановленого вогнетриву з метою поліпшення теплоізоляційних властивостей футерівки або як повністю волокнисту футеровку печей. Остання виконується за схемою:

     Гаряча  сторона → Керамічне волокно → Мінеральна вата → Кожух печі

     Товщина шарів футеровки розраховується по теплопровідності матеріалів і припустимих  температур на границі шарів. При  цьому приймається, що максимальна температура мінеральної шлакової вати не повинна перевищувати 780 °С, а каолінової звичайної – 1260 °С, а з добавкою оксиду хрому – 1450 °С.

     Волокнисті  матеріали кріпляться до кожуха печі за допомогою шпильок з легованої  сталі й керамічних стрижнів. Болт проходить через шар волокнистої футерівки. Шайба й гайка, що загвинчує на болт, кріплять футерівку. Гайка захищається від впливу високої температури шаром волокнистої плити, що приклеюється до футерівки.

     Часто футерівку стін і зводів печей виконують із використанням аркушів картону з керамічних волокон. Аркуші надягають на штирі й закріплюють шайбами. Аркуші дозволяють застосовувати їх у вигляді блоків, складаючи в пачки.

     Керамічне волокно може витримувати швидкості газів біля поверхні до 15 м/с. Волокно, захищене кремнеземистим цементом з утворенням твердої кірки товщиною 0,25 - 0,5 мм, може працювати при швидкості газу до 35 м/с.

     Волокниста  футерівка повинна бути захищена від механічних ударів встановлення опорних поясів, колон, додаткових опор з вогнетривкого бетону або кладкою з вогнетривких цегл.

     Основна проблема при експлуатації волокнистих футерівок – це зменшення об’єму через усадку, що обумовлена процесами рекристалізації й спікання, а також ростом кристалів при високих температурах. Приймаються різні заходи щодо підвищення стійкості футерівок, серед яких можна виділити:

     1) широке застосування волокон з більш високим змістом (муллітових, глиноземистих);

     2) застосування передової технології  при виконанні футерівки, що дозволяє конструктивними заходами звести усадку до мінімуму шляхом створення модулів, торкретування поверхні й ін.

     Однією  із складних проблем експлуатації продовжує залишатися кріплення волокнистих матеріалів – ізоляції до кожуха печі. Перспективними є штабелювання волокнистих матеріалів або виготовлення модулів. У цьому випадку монтаж ведуть модулями, що склеюють між собою. Такий метод забезпечує монтаж футерівки, стійкою до потоку газу зі швидкістю до 150 м/с.

     Економічність застосування волокнистих матеріалів для футерівок печей визначається не тільки рівнем зниження витрати теплової енергії, цінами на енергоносії й капітальними витратами на спорудження футерівок, але й стійкістю.

     

     

     У перший період нагріву кількість тепла, що проходить через стінку з футерівкой з волокон, набагато менше кількості тепла, акумульованого стінкою звичайною.

     Окупність додаткових витрат за рахунок економії палива відбувається особливо швидко, коли піч працює в циклічному режимі, оскільки тривалість кожного циклу скорочується, а продуктивність печі зростає. При тому самому тепловому потоці маса футерівки, що доводиться на 1 м² робочої поверхні печі, становить у випадку сполучення звичайної вогнетривкої цегли з теплоізоляцією - 624, у випадку сполучення вогнетривкої цегли з мінеральною ватою - 150 і для системи каолінове волокно - мінеральна вата - 14 кг. Матеріалоємність конструкції різко знижується.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     Ефективність  застосування волокнистих матеріалів проявляється в зниженні маси футеровки  в 9 - 12 разів і кількості тепла, що акумулюється кладкою, в 10 - 11 разів.

     Заміна  вогнетривкої цегли волокнистою  ізоляцією дає щорічну економію палива в печах безперервної й  періодичної дії на 12 - 14 й 33 - 40 % відповідно. При цьому підвищується продуктивність печей за рахунок збільшення обсягу садки й скорочення загального циклу обробки.

     Досвід  виготовлення, монтажу й експлуатації печей показав, що застосування нових  конструкцій дозволяє: