HOE THERMISCHE ISOLATIE VUURVASTBARE MATERIALEN MET EEN LAGE THERMISCHE GELEIDBAARHEID GEBRUIKEN OM HET WARMTEVERLIES VAN THERMISCHE APPARATUUR TE VERMINDEREN?

De bekleding van thermische apparatuur is gemaakt van vuurvaste materialen, die een sleutelrol spelen bij warmteverlies, en vuurvaste materialen spelen daarin een sleutelrol. Vuurvaste materialen moeten bij hoge temperaturen niet alleen stabiel blijven, maar ook zo min mogelijk warmte vasthouden. Daarom moeten vuurvaste materialen thermische isolatie-eigenschappen hebben. Oké, minder warmteopslag.
1. Warmteverlies van thermische apparatuur
Thermische apparatuur is over het algemeen een grote energieverbruiker. Hoe hoger de temperatuur, hoe hoger het energieverbruik. De thermische efficiëntie is in de meeste gevallen erg laag en de benuttingsgraad van thermische energie is minder dan 30 procent. Het warmteverlies van thermische apparatuur heeft over het algemeen de volgende items:
(1) De warmte die door elk deel van het oppervlak van de thermische apparatuur wordt afgegeven, kan 10 tot 40 procent van het energieverbruik per eenheid van het product bedragen;
(2) Het warmteopslagverlies van de thermische apparatuur is minder belangrijk voor de thermische apparatuur die continu werkt, en het warmteopslagverlies van de thermische apparatuur die met tussenpozen werkt, bereikt 5 procent tot 25 procent;
(3) Het warmteverlies van waterkoeling, zoals de waterkoelpijp van de spoelrail van de continue stalen rollende verwarmingsoven, is niet omwikkeld met vuurvaste materialen en het warmteverlies is meer dan 25 procent;
(4) Het warmteverlies als gevolg van slechte afdichting van voegen, gaten en ovendeuren, bijvoorbeeld het warmteverlies van vlamboogovendeuren is meer dan 35 procent;
(5) Warmteverlies door rookafvoer.
De bovenstaande warmteverliezen houden allemaal verband met vuurvaste materialen, vooral (1) ~ (4) hebben een grote relatie met de thermische isolatieprestaties van vuurvaste materialen. De basismanier om het warmteverlies op het oppervlak van het ovenlichaam te verminderen, is het selecteren van geschikte thermische isolatiematerialen om de oppervlaktetemperatuur van het ovenlichaam te verlagen. Wanneer de oventemperatuur constant is, hangt de temperatuur van het buitenoppervlak voornamelijk af van de dikte van de ovenwand en de thermische geleidbaarheid van het materiaal van de ovenwand. Het vergroten van de dikte van de ovenwand zal leiden tot een toename van de warmteopslag van het ovenlichaam, wat het warmteopslagverlies kan vergroten. Daarom is het rationele gebruik van thermische isolatiematerialen de beste keuze geworden.
In de afgelopen jaren hebben de thermische isolatiematerialen van mijn land zich snel ontwikkeld. Er zijn niet alleen gevormde producten van verschillende materialen, verschillende bulkdichtheden en verschillende thermische geleidbaarheid, maar ook overeenkomstige amorfe vuurvaste materialen, vuurvaste vezels en producten van verschillende materialen, siliciumcalciumplaat, nano-isolatieplaat, enz. Deze thermische isolatieproducten hebben verschillende uiterlijke specificaties, fysische en chemische indicatoren, verschillende thermische isolatie-effecten en verschillende marktprijzen. Daarom moet het voeringontwerp worden uitgevoerd volgens de gebruiksomstandigheden van thermische apparatuur. Verzamel originele gegevens, waaronder temperatuurparameters (hete oppervlaktetemperatuur van thermische apparatuur, koude oppervlaktetemperatuur), fysische constanten (thermische geleidbaarheid van thermische isolatiematerialen, bulkdichtheid, maximale bedrijfstemperatuur), economische parameters (prijzen van vuurvast materiaal, brandstofprijzen), calorische waarde, gebruikscoëfficiënt, etc.), bereken vervolgens het energiebesparende effect, analyseer en vergelijk, selecteer geschikte thermische isolatiematerialen en formuleer een redelijk plan.
2. Voorbeelden van het verminderen van warmteverlies van thermische apparatuur
(1) Thermische isolatie van de gietpan
Op dit moment is het gemiddelde energieverbruik van de staalindustrie in mijn land 50 procent hoger dan dat van Japan, en 30 procent hoger voor grote ondernemingen. Pollepel is een belangrijk thermisch materiaal in de staalindustrie. Om de pollepel warm te houden, blijkt uit de berekening van de warmteafvoer van de pollepel en het onderzoek naar de thermische isolatiematerialen dat de binnenvoering van de pollepel moet worden gebouwd met vierlaagse materialen, dat wil zeggen de binnenoppervlak van de stalen schaal moet worden gecoat met energiebesparende verf, en het binnenoppervlak moet 10 mm nano-isolatieplaat zijn, en dan naar binnen is 75 mm zeer sterke nano-micron isolerende castable, en dan naar binnen is de werklaag. De werklaag van de slakkenlijn gebruikt magnesia-koolstofsteen met een lage thermische geleidbaarheid, en de werklaag van gesmolten poel gebruikt onverbrande baksteen van korund-spinelkwaliteit. Deze methode wordt toegepast op de 120t-raffinagepan, zodat de temperatuur van de pollepelschaal bij de slaklijn ongeveer 225 graden is, de temperatuur van de pollepelschaal bij het smeltbad ongeveer 200 graden is en de bekledingsschaal ongeveer 170 graden is . Deze energiebesparende structuur heeft goede resultaten opgeleverd: ①Hoge sterkte nano-micron gietstukken en een werklaag met lage thermische geleidbaarheid kunnen het nanobord effectief beschermen, het lange tijd binnen een veilige werktemperatuur houden en de levensduur aanzienlijk verbeteren van de thermische isolatielaag en de permanente laag; ② Volledig Het kan de temperatuur van de bekleding met meer dan 100 graden verlagen, de levensduur van de bekleding verbeteren, het gas verminderen dat wordt gebruikt voor het bakken van het broodje, de temperatuur van het gesmolten staal aanzienlijk vertragen, de taptemperatuur verlagen, het metaal verbeteren opbrengst, verbetering van de arbeidsproductiviteit en het bereiken van energiebesparing, milieubescherming en het doel om kosten te verlagen.
(2) Composietsteen met laag warmtegeleidingsvermogen voor de passerende golfzone van de cementrotatieoven
Cement draaitrommeloven is een energieverslindende thermische apparatuur, vooral in de voorste en achterste overgangszones. De vuurvaste bekleding wordt niet beschermd door de ovenhuid en komt rechtstreeks in contact met het cementmateriaal. De temperatuur van het ovenlichaam is hoog, wat het warmteverlies en het brandstofverbruik verhoogt en het ovenlichaam vermindert. en de levensduur van de ondersteunende rol, terwijl het vuurvaste materiaal gemakkelijk te beschadigen is. Om warmteafvoer en veiligheidsrisico's te verminderen, wordt een drielaagse structuur van werklaag, thermische isolatielaag en thermische isolatielaag toegepast. Als drie soorten vuurvaste stenen met verschillende thermische geleidbaarheid worden gebruikt voor metselwerk, kan het ongeluk van vallende stenen uit de binnenbekleding vaak voorkomen wanneer de draaitrommeloven draait. Daarom wordt de meerlaagse composietsteen met lage thermische geleidbaarheid bestudeerd, dat wil zeggen dat de steen een drielaagse structuur aanneemt: werklaag (silicium mulliet baksteendikte 0.140m), thermische isolatie laag (lichte mulliet baksteendikte 0.035m), de verbindingsinterface van deze twee lagen neemt de combinatiemethode van sinusoïdaal oppervlak aan, en de derde laag is de thermische isolatielaag (keramische vezelplaat met ZrO2, dikte 0.025m) . De spanningsconcentratie van de meerlaagse composietsteen is minder en de uitgebreide thermische geleidbaarheid van de meerlaagse composietsteen is verminderd van 2,74 tot 1,50 W/(m·K) van de originele silicamolybdeensteen, waardoor de temperatuur van de ovenschaal met 50 ~ 70 graden.
(3) De 260t staalconvertor van Anshan Iron and Steel gebruikt een 20 mm dikke nano-isolatieplaat in plaats van een 40 mm dikke polykristallijne vezelisolatieplaat om de structuur van de ovenvoering te optimaliseren,
De capaciteitsverhouding van de oven wordt verhoogd en de staalproductie wordt verhoogd om de temperatuur van de ovenschaal met meer dan 11 graden te verlagen. Er is geen verpulveringsverschijnsel tijdens het gehele bewerkingsproces van de converter en er vallen geen voeringstenen. Tegelijkertijd vermindert het ook de smelttijd en vermindert het het verbruik van gesmolten ijzer. .
(4) Siliciumcarbide stampmateriaal met hoge thermische geleidbaarheid voor watergekoelde poederkoolvergasser
De waterwand van de poederkoolvergasser is bekleed met siliciumcarbide stampmateriaal met een hoge thermische geleidbaarheid. Bij hoge temperatuur hangt de slak aan de bekleding van het siliciumcarbide stampmateriaal. Vanwege de hoge thermische geleidbaarheid van siliciumcarbide raakt de slak de binnenkant. De voering condenseert snel en naarmate de temperatuur daalt, neemt de thermische geleidbaarheid af (zie tabel 1). Binnen en buiten de oven bevinden zich hete slakken, vaste slakken, vuurvast materiaal van siliciumcarbide, watermuur, beschermlaag voor inert gas, amorf vuurvast materiaal met hoog aluminiumoxide en een buitenste beschermlaag. Dit vermindert het warmteverlies in de oven.
3. Aandachtspunten bij het kiezen van thermische isolatiematerialen
In de hogetemperatuurindustrie zijn er veel voorbeelden van het gebruik van thermische isolatiematerialen om energie te besparen en het milieu te beschermen. Het thermische isolatiemateriaal heeft een hoge porositeit (meer dan 40 procent ~85 procent), een lage bulkdichtheid (minder dan 1,5 g/cm3) en een lage thermische geleidbaarheid (minder dan 1,0 W/(m·K)). Let bij het kiezen van deze thermische isolatiematerialen echter op de volgende zaken:
(1) Thermische geleidbaarheid van thermisch isolatiemateriaal (λ)
Thermische geleidbaarheid wordt ook wel thermische geleidbaarheid genoemd, en de wederzijdse 1/λ is thermische weerstand. Hoe kleiner de thermische geleidbaarheid, hoe beter het thermische isolatie-effect. Het is algemeen bekend dat lucht de laagste thermische geleidbaarheid heeft.
De thermische geleidbaarheid van vaste materialen is veel groter dan die van gassen, dus de poriën van vaste materialen kunnen de thermische geleidbaarheid van materialen aanzienlijk verminderen, dus het isolatiemateriaal moet een hoge porositeit hebben. Hoe hoger de porositeit, hoe kleiner de λ-waarde.
Daarnaast heeft ook de poriegrootte een zekere invloed op de λ-waarde. Bij lage temperaturen neemt de thermische geleidbaarheid van het thermische isolatiemateriaal af met de toename van de poriegrootte, en de thermische geleidbaarheid boven 800 graden, vooral boven de 1000 graden, neemt snel toe met de toename van de poriegrootte. Daarom neemt de hoge temperatuur het thermische isolatiemateriaal met een kleine poriegrootte en de lage temperatuur neemt het thermische isolatiemateriaal met een grote poriegrootte. Wanneer de porositeit hetzelfde is, is de thermische geleidbaarheid van de microstructuur in de gasfase continue fase kleiner dan die van de vaste fase continue fase, en zijn de poriën in het vezelmateriaal continu zoals de vaste fase, dus de thermische geleidbaarheid van de vuurvaste vezels en producten is klein. In de vaste fase van thermische isolatiematerialen varieert de thermische weerstand van het materiaal sterk vanwege het verschil in chemische minerale samenstelling. Over het algemeen geldt: hoe complexer de kristalstructuur, hoe lager de thermische geleidbaarheid, en de thermische geleidbaarheid van het glas in de vaste fase is lager dan die van de kristalfase. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de thermische geleidbaarheid van de glasfase toe; de temperatuur van de kristallijne fase neemt toe, terwijl de thermische geleidbaarheid afneemt. Het Verenigd Koninkrijk heeft een ultrafijn SiO2-composiet thermisch isolatiemateriaal ontwikkeld met een bulkdichtheid van ongeveer 0,24 g/cm3, en het warmtegeleidingsvermogen is lager dan dat van alle thermische isolatiematerialen, zelfs lager dan dat van stilstaande lucht.
(2) Hittebestendigheid van warmte-isolerend materiaal
Sommige thermische isolatiematerialen worden bij een lagere temperatuur gebruikt. Nano-isolatieplaten worden bijvoorbeeld gebruikt in een 100t stalen gietpan van Angang Steel. Het overschrijden van de gebruikstemperatuur zal onder druk worden vervormd, wat resulteert in de vervorming van de voering, wat niet alleen de thermische isolatieprestaties verslechtert, maar ook veiligheidsrisico's met zich meebrengt. Daarom is gesuggereerd dat het thermische isolatiemateriaal voornamelijk afhangt van de krimpvervorming bij een bepaalde temperatuur, niet van de vuurvastheid. Internationaal wordt de temperatuur waarbij de herverbrandingskrimp niet meer dan 2 procent bedraagt, over het algemeen gebruikt als het temperatuurbereik voor het gebruik van thermische isolatiematerialen, en het is ook een van de verschillen tussen thermische isolatiematerialen en pure vuurvaste materialen.
(3) Sterkte van thermisch isolatiemateriaal
Vanwege de hoge porositeit en lage relatieve sterkte, zoals de bovengenoemde nano-isolatieplaat, is het thermische isolatie-effect goed, is de porositeit hoog en is de sterkte laag. Om de transport- en constructiebehoeften te waarborgen, moet het isolatiemateriaal een bepaalde sterkte hebben. Vooral voor sommige thermische isolatieproducten die in direct contact staan ​​met de vlam, is het erg belangrijk om de sterkte te verbeteren. Naarmate de bulkdichtheid toeneemt, neemt de sterkte toe. Wanneer de bulkdichtheid hetzelfde is, is de verbinding in de vaste fase sterker dan de verbinding in de gasfase, wat verband houdt met de poriegrootte. Het verkleinen van de poriegrootte is een effectieve technische maatregel om de sterkte van thermische isolatiematerialen te verbeteren.
(4) Atmosfeer en thermisch isolatiemateriaal
Veel thermische apparatuur is bekleed met thermische isolatiematerialen en verschillende beschermende atmosferen worden ook vaak gebruikt, zoals CO, CO2, H2, N2, enz. Al2O3-SiO2-serie vuurvaste materialen in waterstof, SiO2 wordt teruggevoerd naar metaalsilicium en waterdamp, Al2O3 is zeer stabiel, dus in waterstof moeten aluminiumoxide-isolatiematerialen worden gekozen. Aluminiumsilicaatvezels bevatten 3 tot 4 procent Cr2O3, dat gemakkelijk wordt gereduceerd in een waterstofreducerende atmosfeer, dus aluminiumsilicaatvezels die chroomoxide bevatten mogen niet worden gebruikt in een reducerende atmosfeer.
(5) Isolatiemethode
Op de thermische apparatuur in intermitterende werking kan de thermische isolatielaag (vuurvast vezelfineer) direct op het hete oppervlak van de ovenbekleding worden gelegd, wat het beste energiebesparende effect kan bereiken. Beter dan de warmte-isolerende werking van de binnenwand (heet oppervlak).