+7 (343) 221-53-39
market@termoagregat.ru
с 8-00 до 18-00
Волокнистая теплоизоляция
Данная статья предназначена для рассмотрения преимуществ гибких волокнистых теплоизоляционных материалов. В статье рассмотрены особенности, достоинства и недостатки волокнистых теплоизоляционных материалов. Приводится сравнительный анализ различных гибких материалов и плотных, в том числе огнеупорных материалов.
Основной параметр теплоизоляционного материала это теплопроводность. Термическая обработка применяется во многих отраслях промышленности для проведения множества процессов. Практически все термические установки имеют устройства нагрева (электрические нагреватели, горелки) и материалы локализующие тепло в закрытом пространстве. Систему из нагревателя и теплоизоляции называют печью. Процессы нагрева, выдержки для сквозного прогрева могут иметь продолжительное время, а затраты на термообработку желательно минимизировать. Минимизация издержек на сам нагрев описывается в статье «Сравнение нагревателей», а в данной статье рассматриваются варианты минимизации издержек на термообработку за счет применения оптимальной теплоизоляции.
Основные параметры теплоизоляционного материала это температура применения, теплопроводность, теплоемкость. Коэффициент теплопроводности напрямую влияет на количество тепловой энергии которая пройдет сквозь футеровку за определенное время. Чем ниже этот ключевой коэффициент, тем больше задерживается передача тепловой энергии наружу. Не менее важным параметром может стать теплоёмкость, в случае если печь будет работать в периодическом режиме. Теплопроводность самих футеровочных материалов может отличаться незначительно, но значительно может отличается плотность и теплоёмкость футеровочных материалов. Поэтому при всех равных значения предпочтительным вариантом теплоизоляции окажутся материалы с меньшей массой.
Тенденция изготовления термического оборудования постепенно переводится на современные, технически более совершенные, надежные, и экономически эффективные материалы с целью уменьшить затраты на нагрев. Затраты на термообработку суммируются из следующих составляющих: тепловые потери от стен печи, пода, дверей, заслонок, свода, накоплению тепла футеровочной кладкой, издержки на обслуживание и т.д. Рассматривая показатели основных огнеупорных и теплоизоляционных материалов не сложно определить предпочтительные.
Волокнистые материалы и изделия обладают всеми необходимыми признаками для оптимальной теплоизоляции. Недостатками мягких гибких теплоизоляций является неспособность поддерживать свою форму при внешних нагрузках и воздействиях, например газовых потоках со скоростью выше 20-30м/с. Данные материалы дороже относительно плотных огнеупорных материалов, особенно шамотных кирпичей марок ША ШБ.
Преимущества волокнистой футеровки
Основным преимуществом волокнистых и мягких теплоизоляционных материалов является низкий коэффициент теплопроводности, в 2,5–5 раз меньше плотных шамотных кирпичей, теплостойкого бетона. Превосходная стойкость к термическим ударам, практически не разрушаются со временем, высокая пористость и низкая плотность, соответственно с минимальная теплоёмкость. Применяемые волокнистые материалы не содержат органических соединений и не выделяют вредных веществ, минимально изменяют геометрические размеры (усадка), не вступают в реакции с большинством химических веществ. Волокнистые материалы имеют множество вариантов надежного крепления к каркасам металлоконструкций в отличие от традиционных кирпичей и плит. Так, например, практически на всех печах свод футеруется волокнистыми материалами из-за простоты и надежности фиксации.
Низкий коэффициент теплопроводности волокнистых материалов позволяет, без увеличения теплопотерь, существенно сократить толщину футеровки, что значительно снижает массу оборудования и габаритные размеры. Волокнистая теплоизоляция конструкции исключает образование трещин при эксплуатации. Меньший вес волокнистых материалов минимизирует энергопотребление, соответственно уменьшается время на разогрев и охлаждение. Повышается равномерность температурного поля по рабочему пространству. В случае применения волокнистых материалов на печных заслонках они будут более плотно прилегать к загрузочному проему, что минимизирует подсасывание воздуха в камеру нагрева. Небольшая масса заслонки упрощает устройства закрывания и минимизирует привод. Кирпичная кладка, или футеровка плитами при перевозке может дать трещины и даже сколы, преимущественно это было замечено на крупногабаритных и разъемных конструкциях.
| Наименование показателя | Коэффициент теплопроводности λСр, при 600°С | Плотность материала кг/м3, в зависимости от сжатия | Толщина стенки, м, необходимая для снижения температуры с 1000 до 80°С | Масса футеровки 1 м2 теплоизоляции, | Теплоёмкость кДж/(кг°С) | Потери тепла, кВт, на один цикл нагрева-охлаждения до 1000°С, 1 м2 печи |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Стекловолокно керамическое Cerablanket | 0,20 | 64-160 | 0,237 | 15,2-37,9 | 0,7 | 2,9-7,22 |
| Муллитокремнеземистый мат (рулонный) МКРР 130 | 0,18 | 130 | 0,213 | 27,7 | 0,8 | 6,1 |
| Плита шамото-волокнистая ШВП-350 | 0,21 | 350 | 0,249 | 87,2 | 0,8 | 18,9 |
| Муллитокремнеземистый картон МКРКЛ-450 | 0,12 | 450 | 0,142 | 63,9 | 0,85 | 14,8 |
| Кирпич ультралегковесный марки ШТ-0,4 | 0,25 | 400 | 0,296 | 118,4 | 1,047 | 33,7 |
| Кирпич шамотный ША, ШБ | 0,6 | 1000 | 0,711 | 711 | 1,17 | 226,4 |
Формула по которой рассчитывается толщина теплоизоляции
δиз=(λСр*(tв-tk))/(αн(tk-tн)) (1)
Где αн- эмпирический коэффициент теплоотдачи от поверхности каркаса печи в пространство цеха. αн=8,14+0,06(tк-273). Для нашего случая αн=8,14+0,06((80+273)-273)=12,92 Вт/м2°С. tв- температура в печи; tк - температура на внешней границе теплоизоляции; tн -температура в помещении.
Теплоизоляцию печей практически всегда выполняют комбинированием плотных и волокнистых футеровочных материалов. Плотные материалы располагаются там, где имеются внешние нагрузки. Например: плотный огнеупорный слой применяется для кладки пода печи, практически во всех случаях. Наиболее популярный вариант волокнистой теплоизоляции это сложенные гармошкой и сдавленные рулонные керамоволокнистые маты марок «Cerablanket», или ближайший аналог, в так называемый Z-блок. Маты и рулоны из муллитокремнеземистых материалов, типа МКРВ-200, в Z-блоках не применяются из-за, относительно, коротких волокон и слабом сцеплении между собой. Z-блоки поставляются и монтируются в сжатом (сдавленном) состоянии. Плотность сжатия и является своеобразной удельной плотностью. Стандартные плотности Z-блоков: 160кг/м3, 180кг/м3, 200кг/м3. Плотность Z блока определяется из конструктивных особенностей печи и места применения.
Например более плотное сжатие может нести большие нагрузки. Например, более плотные блоки применяют, когда имеются потоки воздуха или дыма. После монтажа стягивающие ленты удаляются, а волокна Z-блока частично распрямляются, заполняя все зазоры, проемы и щели, при этом у них остается способность распрямляться и далее. При футеровании печей Z-блоками, отсутствует такой эффект как усыхание футеровки, т.е. не появляются щели, как это происходит при футеровании плитами или кирпичами. Нет необходимости выполнять температурные швы для компенсации линейных расширений.
Монтаж волокнистых блоков или матов к кожуху стен печи, своду и заслонки производится с помощью специальных крепёжных анкеров и клея.
Существуют варианты крепления волокнистых матов и шамото-волокнистых плит с поджатием по месту специальными клипсами или шайбами-грибками.
Опыт изготовления, монтажа и эксплуатации печей в различных отраслях промышленности показывает, что применение футеровок из волокнистых материалов позволяет сократить трудовые затраты на монтаж в 2 – 3 раза; уменьшить материалоемкость конструкций печей, т.е. сократить расход огнеупоров в 5- 6 раз и массу металлокаркасов на 15 – 20 %; сократить расход топлива и электроэнергии в печах периодического действия на 25 – 30 %, в печах непрерывного действия на 3 – 5 %; повысить производительность тепловых агрегатов периодического действия на 15 – 20 % благодаря более быстрому разогреву и охлаждению, а также увеличению рабочего пространства.
(территория ОАО "Уральский завод РТИ")
