ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ И ТЕПЛОСБЕРЕЖЕНИЕ В МЕТАЛЛУРГИИ И МАШИНОСТРОЕНИИ.
Перспективы применения волокнистых огнеупоров.
Эффект от использования прогрессивных теплоизоляционных материалов в промышленных объектах металлургических предприятий превосходит возможности снижении энергозатрат за счет выбора рациональных режимов технологических процессов, например, режимов обжатий на листовых и сортовых станах [1-3].
К сожалению, в прокатных цехах металлургических заводов Украины этому вопросу уделяется недостаточно внимания. В частности, вопросам снижении энергозатрат на нагрев и термообработку металла перед и после прокатки. Сказанное в такой же мере относится и к другим металлургическим переделам (доменному, сталеплавильному и др.).
На большинстве металлургических и машиностроительных заводов при производстве проката, в различных 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. Недостатки применения кирпичной кладки для решения проблемы теплоизоляции, теплосбережения хорошо известны (увеличение габаритов и стоимости агрегатов, высока 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 современных производствах кирпичная огнеупорна кладка применяется лишь в условиях, где имеет непосредственный контакт футеровки с жидким металлом или кладка может подвергаться ударным нагрузкам. В нагревательных устройствах прокатных цехов кирпичная кладка все больше и больше вытесняется пористыми или волокнистыми огнеупорными материалами нового поколения.
Достоинствами современных волокнистых материалов, к которым в первую очередь относятся материалы и изделия огнеупорные теплоизоляционные муллитокремнеземистые (алюмосиликатные) стекловолокнистые, являются: сравнительно небольшая плотность (рулонного материала не более 150 кг/м^, муллитокремнеземистых изделий сложной конфигурации с кажущейся плотностью не более 500 кг/м^), низкая теплопроводность (в 5-6 раз ниже, чем огнеупорного кирпича), практически неограниченна 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.
ООО «Синтиз» выпускает огнеупорную теплоизоляционую продукцию под торговой маркой «SINTIZ®» — вата, рулонный материал, войлок, плиты, фетр, картон, что находит
преимущества огнеупорных материалов и изделий на основе муллитокремнеземистого волокна и предопределяет удобство их применения в промышленности. Кроме того, варьируя химическим составом (содержанием алюминия, хрома, циркония) можно изменять максимально возможную температуру.
В соответствии с действующими стандартами, теплоизоляционные огнеупорные муллитокремнеземистые стекловолокнистые материалы и изделия из них можно применять при температурах до 1350 °C в качестве теплоизоляционного компенсационного материала для теплоизоляции термических, нагревательных, вертикально-секционных, цилиндрических и других типов печей, нагревательных колодцев и других тепловых агрегатов прокатных цехов.
В первую очередь волокнистая футеровка рекомендована для термических печей листопрокатных и сортопрокатных цехов. В методических нагревательных печах рекомендовано выполнять из керамоволокнистых блоков «SINTIZ®» (плит, изделий сложной формы) «торцы» верхних зон, а из волокнистого рулонного материала и матов (войлока, фетра) изоляцию глиссажных и опорных труб, уплотнении стен, сводов и горелочных узлов. В обжимных цехах наибольший эффект обеспечивает замена кирпичной футеровки крышек нагревательных колодцев волокнистыми огнеупорными материалами «SINTIZ®».
Наиболее широко волокнистые огнеупорные муллитокремнеземистые материалы «SINTIZ®» используют для футеровки стен и сводов колпаковых печей в листопрокатном производстве. В результате снижается тепловой поток через стены и свод печи, уменьшается теплоемкость футеровки. Это обеспечивает уменьшение расхода топлива, увеличение производительности печи за счет сокращения цикла разогрева и охлаждения агрегата. По данным Украинского научно-исследовательского института огнеупоров им. А. С. Бережного замена огнеупорной кирпичной кладки на волокнистую футеровку для одной термической печи с выкатным подом площадью 27 м позволяет снизить расход топлива в 20 раз. Поэтому в термических печах различного типа (камерных со стационарным и выдвижным подом, вертикальных, конвейерных, с шагающими балками или подом и др.) свод и стены рекомендуется полностью выполнять из волокнистых огнеупорных материалов. В общем случае в металлургии и машиностроении 1 т огнеупорных волокнистых материалов заменяет от 10 до 23 т традиционных огнеупорного кирпича.
Особо эффективно применение волокнистых огнеупорных материалов в электропечах периодического действия. При использовании волокнистых огнеупорных материалов «SINTIZ®» на 1/3 уменьшаются потери тепла и, соответственно, затраты электроэнергии. В агрегатах такого типа волокнистые огнеупоры используются для выполнения всех элементов футеровки за исключением загрузочного окна и пода печей. Волокнистые теплоизоляционные материалы «SINTIZ®», учитывая их высокое тепловое сопротивление, дают возможность выполнить энергосберегающую реконструкцию действующих печей и строительство более экономичных тепловых агрегатов. Ограждающие конструкции, выполненные из муллитокремнеземистых материалов, имеют ряд преимуществ перед огнеупорной кирпичной кладкой: во-первых, малую массу волокнистой футеровки печных агрегатов из-за небольшой кажущейся плотности высокопористой теплоизоляции, и, во-вторых, незначительную аккумуляцию тепла. В периодически работающих печах тепловые потери, обусловленные аккумуляцией тепла кладкой из волокнистых материалов, меньше на 20-40%, чем при кирпичной футеровке. В печах, работающих в непрерывном режиме, экономия тепловой энергии в результате уменьшения теплового потока через стенки печи может достигать 8-10%. В непрерывно работающих нагревательных толкательных или с шагающими балками печах прокатных цехов потери тепла через кладку могут быть меньшими, в пределах 2-5%.
Необходимо особо подчеркнуть, что использование рассмотренных огнеупорных материалов «SINTIZ®» упрощает и облегчает металлоконструкции (массу металлокаркасов на 15-20%) для вновь проектируемых печей, ускоряет процесс нагрева металла и упрощает его регулирование. Расход огнеупоров уменьшается до 10-12 раз, а трудовые затраты на монтаж кладки в 2-3 раза. Применение волокнистых муллитокремнеземистых материалов и изделий в ряде случаев ограничивается использованием их в изоляционных слоях футеровок печей только в комбинации с кирпичной и бетонной кладками. Изделия из волокнистых материалов, которые допускают более высокие максимальные температуры применения (до 1600 °С), позволяют достигать большего эффекта за счет возможности использования их в рабочем слое теплового ограждения печей.
Современный комплекс по производству огнеупорных теплоизоляционных муллитокремнеземистых материалов и изделий на их основе эксплуатируются на ООО «Синтиз» (г. Синельниково, Днепропетровской области) [1-3]. Показательно, что непосредственно в ООО «Синтиз» огнеупорными блоками «SINTIZ®» размерами 300x300x70 мм из муллитокремнеземистого волокна футеровали часть рабочего пространства проходной туннельной печи длиной 120 м, предназначенной для обжига изделий при температуре 1000 °С. В результате расход газа на обогрев печи сократился на 45%. Названная туннельная печь подобна, например, печам для нормализации горячекатаных толстых листов, эксплуатируемых во многих прокатных цехах металлургических и машиностроительных заводов.
Под редакцией в 2023 г.
1. Мазур В.Л., Рябов А.И., Мазур В.В. Проблемы теплосбережения и теплоизоляции в металлургии и пути их решения // Металлургическая и горнорудная промышленность. — 2007. — № 1. — С. 68-71.
2. Мазур В.Д., Рябов А.И., Мазур В.В. «Мягкие» огнеупоры — эффективный путь тепло- и энергосбережени в металлургии // Металлургическая и горнорудная промышленность. — 2008. — № 2. — С. 82- 86.
3. Мазур В.Л. Некоторые пути решения проблемы теплосбережения в прокатном производстве // Сучасні проблеми металургії. Наукові Вісті. Том 8. Пластична деформація металів. — Дніпропетровськ.: «Системні технології». — 2005. -576 с.