Использование муллитокремнеземистых материалов

Сегодня Украина занимает одно из первых мест в мире по затратам энергии на единицу производимого валового продукта. Энергоемкость валового внутреннего продукта Украины от 5 и более раз выше, чем развитых государствах Западной Европы.

Потенциал энергосбережения составляет 45% нынешнего объема потребляемых энергоресурсов. При этом наибольшим в стране потребителем энергоресурсов является ее горно-металлургический комплекс (ГМК). Поэтому реализация энергосберегающего направления развития металлургии на нынешнем этапе рассматривается как актуальнейший путь решения проблемы энергозависимости государства. Для сохранения нынешней значимости ГМК в экономике страны нет альтернативы энергосберегающей модели его эволюции.

В нынешних условиях усилия металлургов должны быть направлены на поиск быстро реализуемых, сравнительно недорогих и быстро окупаемых решений в сфере тепло- и энергосбережения. На предприятиях ГМК Украины такой эффект достигается в результате использования современных высокотемпературных теплоизоляционных материалов. Техническое развитие металлургической промышленности требует расширения использования прогрессивных теплоизоляционных материалов при проектировании, реконструкции и модернизации всех промышленных объектов, где стоит задача теплосбережения, теплозащиты, снижения энергетических затрат в производственных процессах.

Эффективные теплоизоляционные материалы, изделия и конструкции из них сокращают потери тепла, обеспечивают экономию топлива и электроэнергии, обуславливают устойчивые режимы эксплуатации технологического оборудования, повышают безопасность условий труда персонала.

Практически на всех металлургических и машиностроительных заводах Украины в различного рода нагревательных устройствах, термических, нагревательных печах и колодцах, котлах, дымоходах и другом оборудовании в качестве рабочего незащищенного слоя футеровки и промежуточного (защищенного) слоя футеровки, где решается задача изоляции воздействия высоких температур, традиционно применяют кирпичную огнеупорную кладку. Такая же картина наблюдается на коксохимических, метизных, горнорудных предприятиях.

Недостатки применения кирпичной кладки для решения проблемы теплоизоляции и теплосбережения хорошо известны:

Увеличение габаритов и стоимости агрегатов;
Высокая теплоемкость кладки из огнеупорного кирпича при сравнительно неэффективной теплоизоляции;
Тепловая и температурная инерционность кладки, расход энергии на ее нагрев до температур эксплуатации и т. д.

В промышленности технически развитых государств кирпичная огнеупорная кладка применяется сейчас лишь в условиях, где имеется непосредственный контакт футеровки с жидким металлом или кладка может подвергаться ударным нагрузкам. Кирпичная кладка все больше и больше вытесняется пористыми или волокнистыми огнеупорными материалами нового поколения. Результат от использования прогрессивных теплоизоляционных материалов в промышленных объектах металлургии, как правило, превышает возможности уменьшения потерь тепла и снижения энергозатрат за счет выбора рациональных режимов технологических процессов.

В настоящее время в мире производится достаточно большое количество различных видов пористых теплоизоляционных материалов, отличающихся между собой структурой, свойствами, назначением. Теплоизоляционные пористые материалы изготавливают из различного сырья, применяя разные способы получения их пористого строения. В зависимости от этого поры в теплоизоляционном материале могут быть ячеистого строения, волокнистого, пластинчатого, смешанного и т. п.

Основными показателями качества теплоизоляционных материалов являются:

средняя плотность, пористость, теплопроводность, прочность, влажность, стойкость при высоких и низких температурах, биостойкость, огнеупорность, деформируемость под воздействием нагрузок, дополнительная усадка (рост), сопротивляемость агрессивным средам и др.

Среди футеровочных теплоизоляционных материалов указанными качественными показателями в наибольшей степени обладают материалы, полученные на основе супертонких муллитокремнеземистых волокон.

Достоинствами современных волокнистых материалов, к которым, в первую очередь, относятся материалы и изделия огнеупорные теплоизоляционные муллитокремнеземистые (алюмосиликатные, коалиновые), стекловолокнистые, являются: сравнительно небольшая плотность рулонного материала не более 150 кг/м³, муллитокремнеземистых изделий сложной конфигурации с кажущейся плотностью не более 500 кг/м³), низкая теплопроводность (в 5-6 раз ниже, чем огнеупорного кирпича), практически неограниченная термостойкость (в том числе способность выдерживать циклические изменения температуры при периодических нагревах и охлаждениях футеровки), отсутствие опасности разрушения футеровки, малая теплоемкость (что позволяет при необходимости быстро осуществлять разогрев и охлаждение нагревательных устройств, агрегатов, например, термических печей).

К преимуществам огнеупорных материалов и изделий на основе муллитокремнеземистого волокна относится также разнообразие их видов (вата, рулонный материал, войлок, плиты, фетр, картон), что предопределяет удобство их применения в промышленности. Кроме того, варьируя химическим составом (содержанием алюминия, хрома, циркония) можно изменять максимально возможную температуру эксплуатации муллитокремнеземистых материалов и изделий из них.

Теплоизоляционные огнеупорные муллитокремнеземистые стекловолокнистые материалы и изделия из них предназначены для применения в качестве теплоизоляционного компенсационного материала для воздухонагревателей доменных печей, изоляции стен и куполов воздухонагревателей, теплоизоляции термических, нагревательных, вертикально-секционных, цилиндрических и других типов печей, металлопроводов, укрытий желобов для чугуна и шлака, нагревательных колодцев, утепления головной части слитков и отливок из чугуна и стали и других объектов.

Указанные муллитокремнеземистые волокнистые материалы и изделия из них могут также эффективно применяться в качестве рабочего (незащищенного) слоя футеровки, не подвергающейся действию расплавов, агрессивных газовых потоков со скоростью более 10 м/с, и для промежуточного (защищенного) слоя футеровки.

Наиболее современным комплексом по производству огнеупорных теплоизоляционных муллитокремнеземистых материалов и изделий на их основе в Украине изготавливается на ООО «Синтиз».

В производственном процессе на ООО «Синтиз» использованы самые последние научно-технические достижения в соответствующей отрасли:

Кюбельная подача сырья из подготовительного отделения в плавильное обеспечила резкое уменьшение инородных примесей в готовой продукции;
Для промышленного получения огнеупорных муллитокремнеземистых волокон на ООО «Синтиз» использовали электрическую дуговую печь, которая содержит 5 графитовых электродов диаметром 150 мм. Расстояние между электродами 350 мм;
Объем печи позволяет загружать в ее пространство 5 т сырья, состоящего из глинозема и кварцевого песка. Перед выпуском расплав дополнительно подогревается в специальной камере. Выпускное отверстие расплава охлаждается водой;
Загрузка шихты в плавильную печь осуществляется в автоматическом режиме через АСУТП на основании данных поточного контроля качества готовой продукции. Применение мощного печного трансформатора и автоматизированное управление плавкой в печи через АСУТП позволяет получать качественный расплав в зоне плавления;
Специальная конструкция волокнообразующего устройства обеспечивает получение стабильного по толщине (3 мкм) и сравнительно длинного (10-70 мм) волокна во время его раздува. В потоке производственного процесса осуществляется полимеризация волокна, во время которой в волокно вводятся специальные добавки и осуществляется термическая обработка при температуре 350 °С в течение 3-4 мин. Производительность раздува волокна составляет 400 кг/ч.

Для теплоизоляции различных агрегатов металлургического производства и, в первую очередь, нагревательных и термических печей все большее распространение получает огнеупорное муллитокремнеземистое (алюмосиликатное) волокно ТМ «SINTIZ®».

На ООО «Синтиз» успешно функционирует современный комплекс по производству огнеупорного теплоизоляционного муллитокремнеземистого волокнистого материала и изделий из него (ваты, рулонного материала, войлока, плит, фетра и др.). Освоено производство цирконийсодержащего муллитокремнеземистого волокна для применения при температурах до 1600 °С.

Разработанные новые огнеупорные материалы «SINTIZ®» и изделия из муллитокремнеземистого волокна пригодные для эксплуатации при температурах до 1600 °С, обеспечивают реализацию тепло- и энерогосберегающих технологий на высокотемпературных агрегатах различных отраслей промышленности. Тепловые потери, обусловленные аккумуляцией тепла кладкой, уменьшаются на 20-40 %. Снижение теплового потока через стены и своды печей может достигать 8-10 %, а потребление газа на обогрев печей – 20-30 %. Применение огнеупоров «SINTIZ®» при строительстве новых и модернизации действующих высокотемпературных агрегатов упрощает конструкцию и облегчает на 15-20 % их массу, на порядок уменьшает расход огнеупоров и в 2-3 раза трудовые затраты на монтаж кладки.

Дальнейшее развитие технологии производства огнеупорных волокнистых материалов «SINTIZ®» будет основываться на результатах поисковых исследовательских и конструкторских работ, направленных на оптимизацию исходной шихты, снижение себестоимости готовой продукции при улучшении ее качества.

Под редакцией в 2023 г.
В. Л. Мазур (ФТИМС НАНУ), А. И. Рябов, В. В. Мазур (ООО «Синтиз»)