ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЯ І ТЕПЛОЗБЕРЕЖЕННЯ В МЕТАЛУРГІЇ І МАШИНОБУДУВАННІ.

Перспективи застосування волокнистих вогнетривів.
Ефект від використання прогресивних теплоізоляційних матеріалів у промислових об’єктах металургійних підприємств перевершує можливості зниження енерговитрат за рахунок вибору раціональних режимів технологічних процесів, наприклад, режимів обтискання на листових та сортових станах [1-3].
На жаль, у прокатних цехах металургійних заводів України цьому питанню приділяється недостатньо уваги. Зокрема, питанням зниження енерговитрат на нагрівання та термообробку металу перед та після прокатки. Сказане такою ж мірою відноситься і до інших металургійних переділів (домінному, сталеплавильному та ін.).
На більшості металургійних і машинобудівних заводів при виробництві прокату, в різних нагрівальних пристроях, термічних, нагрівальних печах і колодязях, котлах, димоходах та іншому обладнанні в якості робочого незахищеного шару футеровки та проміжного (захищеного) шару футеровки, де вирішується завдання ізоляції впливу високих температур, зазвичай застосовують цегляну вогнетривку кладку. Недоліки застосування цегляної кладки для вирішення проблеми теплоізоляції, теплозбереження добре відомі (збільшення габаритів та вартості агрегатів, висока теплоємність кладки з вогнетривкої цегли при порівняно неефективній теплоізоляції, теплова та температурна інерційність кладки, витрата енергії на її нагрівання до температур експлуатації та інш.).
У сучасних виробництвах цегляна кладка вогнетривка застосовується лише в умовах, де має безпосередній контакт футеровки з рідким металом або кладка може піддаватися ударним навантаженням. У нагрівальних пристроях прокатних цехів цегляна кладка дедалі більше витісняється пористими або волокнистими вогнетривкими матеріалами нового покоління.
Перевагами сучасних волокнистих матеріалів, до яких в першу чергу відносяться матеріали та вироби вогнетривкі теплоізоляційні мулітокремнеземисті (алюмосилікатні) скловолокнисті, є: порівняно невелика щільність (рулонного матеріалу не більше 150 кг/м^, муллитокремнеземистих виробів складної конфігурації з щільністю не більше 50) низька теплопровідність (в 5-6 разів нижче, ніж вогнетривкої цегли), практично необмежена термостійкість, у тому числі здатність витримувати циклічні зміни температури при періодичних нагріваннях і охолодженнях футерування, відсутність небезпеки руйнування футерування), мала теплоємність, що дозволяє при необхідності швидко здійснювати розігрів та охолодження нагрівальних пристроїв, агрегатів, наприклад, термічних печей.
ТОВ «Синтиз» випускає вогнетривку теплоізоляційну продукцію під торговою маркою «SINTIZ®» – вата, рулонний матеріал, повсть, плити, фетр, картон, що знаходить
переваги вогнетривких матеріалів та виробів на основі муллітокремнеземистого волокна та визначає зручність їх застосування в промисловості. Крім того, варіюючи хімічним складом (змістом алюмінію, хрому, цирконію) можна змінювати максимально можливу температуру.

Відповідно до чинних стандартів, теплоізоляційні вогнетривкі мулітокремнеземисті скловолокнисті матеріали та вироби з них можна застосовувати при температурах до 1350 °C як теплоізоляційний компенсаційний матеріал для теплоізоляції термічних, нагрівальних, вертикально-секційних, циліндричних та інших типів печей, нагрівальних колодязів та інших теплових агрегатів прокатних цехів.

В першу чергу волокнисте футерування рекомендоване для термічних печей листопрокатних і сортопрокатних цехів. У методичних нагрівальних печах рекомендовано виконувати з керамоволокнистих блоків «SINTIZ®» (плит, виробів складної форми), «торці» верхніх зон, а з волокнистого рулонного матеріалу та матів (повсті, фетру) ізоляцію глісажних та опорних труб, ущільнення стін, склепінь та пальникових вузлів. В обтискних цехах найбільший ефект забезпечує заміна цегляного футерування кришок нагрівальних колодязів волокнистими вогнетривкими матеріалами «SINTIZ®».

Найбільш широко волокнисті вогнетривкі мулітокремнеземисті матеріали «SINTIZ®» використовують для футерування стін та склепінь ковпакових печей у листопрокатному виробництві. В результаті знижується тепловий потік через стіни та склепіння печі, зменшується теплоємність футерування. Це забезпечує зменшення витрати палива, збільшення продуктивності печі за рахунок скорочення циклу розігріву та охолодження агрегату.
За даними Українського науково-дослідного інституту вогнетривів ім. А. С. Бережного заміна вогнетривкої цегляної кладки на волокнисту футеровку для однієї термічної печі з викоченим подом площею 27 м дозволяє знизити витрату палива в 20 разів. Тому в термічних печах різного типу (камерних зі стаціонарним та висувним подом, вертикальних, конвеєрних, з крокуючими балками або подом та ін.) склепіння та стіни рекомендується повністю виконувати з волокнистих вогнетривких матеріалів. У загальному випадку в металургії та машинобудуванні 1 т вогнетривких волокнистих матеріалів замінює від 10 до 23 т традиційної вогнетривкої цегли.

Особливо ефективним є застосування волокнистих вогнетривких матеріалів в електропечах періодичної дії. При використанні волокнистих вогнетривких матеріалів SINTIZ® на 1/3 зменшуються втрати тепла і, відповідно, витрати електроенергії.

В агрегатах такого типу волокнисті вогнетриви використовуються для виконання всіх елементів футерування за винятком завантажувального вікна та подавання печей. Волокнисті теплоізоляційні матеріали «SINTIZ®», враховуючи їх високий тепловий опір, дають можливість виконати енергозберігаючу реконструкцію печей, що діють, і будівництво більш економічних теплових агрегатів. Огороджувальні конструкції, виконані з мулітокремнеземистих матеріалів, мають ряд переваг перед вогнетривкою цегляною кладкою: по-перше, малу масу волокнистої футеровки пічних агрегатів через невелику щільність високопористої теплоізоляції, що подається, і, по-друге, незначну акумуляцію.

У печах, що періодично працюють, теплові втрати, зумовлені акумуляцією тепла кладкою з волокнистих матеріалів, менше на 20-40%, ніж при цегляному футеруванні. У печах, які працюють у безперервному режимі, економія теплової енергії внаслідок зменшення теплового потоку через стінки печі може досягати 8-10%. У безперервно працюючих нагрівальних штовхальних або з кроками балками печах прокатних цехів втрати тепла через кладку можуть бути меншими, в межах 2-5%.

Необхідно особливо підкреслити, що використання розглянутих вогнетривких матеріалів «SINTIZ®» спрощує та полегшує металоконструкції (масу металокаркасів на 15-20%) для печей, що знову проектуються, прискорює процес нагрівання металу і спрощує його регулювання. Витрата вогнетривів зменшується до 10-12 разів, а трудові витрати на монтаж кладки у 2-3 рази. Застосування волокнистих муллитокремнеземистих матеріалів і виробів у ряді випадків обмежується використанням їх в ізоляційних шарах футеровок печей тільки в комбінації з цегляною та бетонною кладками. Вироби з волокнистих матеріалів, що допускають вищі максимальні температури застосування (до 1600 °С), дозволяють досягати більшого ефекту за рахунок можливості використання їх у робочому шарі теплового огородження печей.

Сучасний комплекс із виробництва вогнетривких теплоізоляційних мулітокремнеземистих матеріалів та виробів на їх основі експлуатуються на ТОВ «Синтиз» (м. Синельникове, Дніпропетровської області) [1-3]. Показово, що безпосередньо в ТОВ «Синтиз» вогнетривкими блоками «SINTIZ®» розмірами 300x300x70 мм з муллітокремнеземистого волокна футерували частину робочого простору прохідної тунельної печі довжиною 120 м, призначеної для випалу виробів при температурі 1000 °С. В результаті витрати газу на обігрів печі скоротилися на 45%. Названа тунельна піч подібна, наприклад, до печей для нормалізації гарячекатаних товстих листів, що експлуатуються в багатьох прокатних цехах металургійних і машинобудівних заводів.

За редакцією у 2023 р.

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.