Тепловое ограждение нагревательных и термических печей

Попов А.Г.

Ульяновский ГТУ, 2006 г.

Теплоизоляция рабочей камеры печи

Теплоизоляция образует наружные слои в тепловом ограждении печей. Обычно огнеупорность (или температура плавления) теплоизоляционных материалов ниже 1580 °С, но при этом они имеют малую теплопроводность, высокую пористость, механическую и химическую стойкость.

По ГОСТ 16381-77 теплоизоляционные материалы классифицируют по следующим основным признакам:

По форме и внешнему виду выделяют изделия штучные (плиты, кирпичи, полуцилиндры и блоки), рулонные, рыхлые и сыпучие материалы.

По плотности теплоизоляционные материалы делятся на: особо низкой плотности (до 75 кг/м³), низкой плотности (до 175 кг/м³), средней плотности (до 350 кг/м ) и плотные.

По структуре различают волокнистые, ячеистые и зернистые материалы.

По жесткости материалы делят на: мягкие (относительная деформация более 30 % при нагрузке 2 кПа), полужесткие (от 6 до 30 %), жесткие (до 6 %), повышенной жесткости (не более 10 % при нагрузке 40 кПа) и твердые (не более 10 % при нагрузке 100 кПа).

По теплопроводности при 25 °С различают три класса материалов: низкая теплопроводность (до 0,06 Вт/мК), средняя теплопроводность (до 0,115 Вт/мК) и повышенная теплопроводность (до 0,175 Вт/мК).

В качестве теплоизоляции в нагревательных и термических печах применяют легковесные огнеупорные изделия, волокнистые теплоизоляционные материалы и зернистые засыпки.

Легковесные огнеупорные изделия применяются в ограждениях только в тех местах, где они не подвергаются механическим воздействиям (удару, истиранию), а также не соприкасаются с жидкими шлаками. В большинстве случаев они используются в качестве высокотемпературной изоляции.

Легковесные огнеупорные изделия с массой менее 1 г/см³ относятся к группе ультралегковесных. Ультралегковесные материалы применяются при температурах не более 1250 °С, а при объемной массе примерно 0,4 г/см³ не более 1150 °С. Легковесные огнеупоры изготавливаются из шамотных и каолиновых порошков, которые смешиваются с выгорающими добавками или пенообразующими веществами. При изготовлении обычные легковесные огнеупорные изделия перед обжигом формуются в заготовки, а после обжига из них выпиливаются и шлифуются для получения необходимых размеров изделия.

Теплофизические свойства легковесных огнеупорных материалов и изделий приведены в таблице прил. 2.

Волокнистые теплоизоляционные материалы обладают малой теплопроводностью вследствие их высокой пористости. Они должны обладать стабильными в условиях эксплуатации физико-механическими и теплотехническими свойствами, не выделять пыли и токсичных веществ в количествах, превышающих предел допустимой концентрации; иметь кажущуюся плотность не более 600 кг/м³.

Примером нового футеровочного и теплозащитного материала является высокоглиноземистый алюмосиликатный (муллитокремнеземистый) легковесный волокнистый материал нового поколения «ТИЗОЛИТ». Этот материал обладает высокими огнеупорными и теплоизоляционными характеристиками, выдерживает термические воздействия до 1450 °С без разрушений, имеет теплопроводность от 0,22 до 0,18 Вт/м К (при средней температуре образца 1000 ° С), плотность от 250 до 380 кг/м³ (в зависимости от технологии изготовления и назначения готовых изделий), достаточно высокую механическую прочность и звукопоглощающую способность. «ТИЗОЛИТ» стоек к «тепловому удару», воздействию кислот (за исключением плавиковой и горячей фосфорной) и слабых щелочей. При нагревании не выделяет вредных для здоровья веществ, материал является диэлектриком. По своим тешюфизическим свойствам «ТИЗОЛИТ» значительно превосходит традиционные огнеупорные и теплоизоляционные материалы (шамотные, динасовые, асбестосодержащие и др.). Материал «ТИЗОЛИТ» может выпускаться в виде футеровочных кирпичей размером 230x115x65; плит -размером 400x400x45, 460x460x45, 460x460x65, 400x450x65, 400x450x40; картона - размером 400x400, 480x480, толщиной от 4 до 10 мм; изделий сложной геометрической формы, бумаги. Материал хорошо формуется и обрабатывается. Применение «ТИЗОЛИТа» обеспечивает существенную экономию энергоресурсов, высокий уровень пожарозащиты, тепло-, звуко и электроизоляции. К наиболее перспективным областям применения «ТИЗОЛИТа» относятся: высокоэкономичные, высокотемпературные электрические и газовые пламенные печи кузнечного производства.

Теплофизические свойства волокнистых и зернистых теплоизоляционных материалов приведены в таблице прил. 3.

Теплозащита загрузочных окон и устройства подвод энергии

Загрузочные окна, через которые происходит размещение садки в рабочую камеру печи и выгрузка нагретых изделий (см. рис. 1), снабжают заслонками с защитной рамой из стали или литого чугуна, огнеупорной футеровкой, теплоизоляционным слоем, а также средствами герметизации и механизированного перемещения.

Материалы огнеупорной футеровки и теплоизоляции в заслонках загрузочных окон используют такие же, как и для рабочей камеры печи (см. разд. 1.2 и 13). Из-за частых открываний и ударов в нагревательных печах футеровка заслонок загрузочных окон разрушается через 20-30 дней. Для повышения срока работы используют сварные стальные водоохлаждаемые заслонки, футерованные огнеупорным слоем и теплоизоляцией, но при этом потери теплоты через загрузочные окна увеличиваются в несколько раз.

Устройства для подвода энергии в виде газовых горелок для пламенных печей или электрических вводов для электропечей не только отделяют от рабочей камеры теплоизоляцией, но и охлаждают потоком воздуха, поступающим в газовые горелки, или от механической вентиляции.

Загрузочные окна и устройства для подвода энергии являются существенными источниками потерь теплоты в печи и их рекомендуют оценивать, увеличивая общие потери теплоты через тепловое ограждение на 10% [4].