COMMENT UTILISER DES MATÉRIAUX RÉFRACTAIRES D'ISOLATION THERMIQUE À FAIBLE CONDUCTIVITÉ THERMIQUE POUR RÉDUIRE LES PERTES THERMIQUES DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES ?

Le revêtement des équipements thermiques est constitué de matériaux réfractaires, qui jouent un rôle clé dans la perte de chaleur, et les matériaux réfractaires y jouent un rôle clé. À des températures élevées, les matériaux réfractaires doivent non seulement conserver leur stabilité, mais aussi garder la chaleur le moins possible. Par conséquent, les matériaux réfractaires doivent avoir des propriétés d'isolation thermique. OK, moins de stockage de chaleur.
1. Perte de chaleur des équipements thermiques
Les équipements thermiques sont généralement gros consommateurs d'énergie. Plus la température est élevée, plus la consommation d'énergie est importante. L'efficacité thermique est très faible dans la plupart des cas et le taux d'utilisation de l'énergie thermique est inférieur à 30 %. La perte de chaleur des équipements thermiques comprend généralement les éléments suivants :
(1) La chaleur dissipée par chaque partie de la surface du corps de l'équipement thermique peut atteindre 10 à 40 % de la consommation énergétique unitaire du produit ;
(2) La perte de stockage de chaleur du corps de l'équipement thermique est moins importante pour l'équipement thermique qui fonctionne en continu, et la perte de stockage de chaleur de l'équipement thermique qui fonctionne par intermittence atteint 5 % à 25 % ;
(3) La perte de chaleur du refroidissement par eau, telle que le tuyau de refroidissement par eau du rail d'eau grasse du four de chauffage à laminage continu d'acier, n'est pas enveloppée de matériaux réfractaires et la perte de chaleur est supérieure à 25 % ;
(4) La perte de chaleur due à une mauvaise étanchéité des joints, des trous et des portes de four, par exemple, la perte de chaleur des portes de four à arc électrique est supérieure à 35 % ;
(5) Perte de chaleur due à l'évacuation des fumées.
Les pertes de chaleur ci-dessus sont toutes liées aux matériaux réfractaires, en particulier (1) ~ (4) ont une grande relation avec les performances d'isolation thermique des matériaux réfractaires. La méthode de base pour réduire la perte de chaleur à la surface du corps du four consiste à sélectionner des matériaux d'isolation thermique appropriés pour réduire la température de surface du corps du four. Lorsque la température du four est constante, la température de la surface extérieure dépend principalement de l'épaisseur de la paroi du four et de la conductivité thermique du matériau de la paroi du four. L'augmentation de l'épaisseur de la paroi du four entraînera une augmentation du stockage de chaleur du corps du four, ce qui peut augmenter la perte de stockage de chaleur. Par conséquent, l'utilisation rationnelle des matériaux d'isolation thermique est devenue le meilleur choix.
Ces dernières années, les matériaux d'isolation thermique de mon pays se sont développés rapidement. Il existe non seulement des produits façonnés de divers matériaux, différentes densités apparente et différentes conductivités thermiques, mais également des matériaux réfractaires amorphes correspondants, des fibres réfractaires et des produits de divers matériaux, des panneaux de calcium de silicium, des panneaux de nano-isolation, etc. Ces produits d'isolation thermique ont différentes spécifications d'apparence, indicateurs physiques et chimiques, différents effets d'isolation thermique et différents prix du marché. Par conséquent, la conception du revêtement doit être réalisée en fonction des conditions d'utilisation des équipements thermiques. Recueillir des données originales, notamment des paramètres de température (température de surface chaude des équipements thermiques, température de surface froide), des constantes physiques (conductivité thermique des matériaux d'isolation thermique, densité apparente, température maximale de fonctionnement), des paramètres économiques (prix des matériaux réfractaires, prix des carburants), des paramètres calorifiques valeur, coefficient d'utilisation, etc.), puis calculez l'effet d'économie d'énergie, analysez et comparez, sélectionnez les matériaux d'isolation thermique appropriés et formulez un plan raisonnable.
2. Exemples de réduction des pertes de dissipation thermique des équipements thermiques
(1) Isolation thermique de la poche
À l'heure actuelle, la consommation moyenne d'énergie de l'industrie sidérurgique de mon pays est supérieure de 50 % à celle du Japon et de 30 % supérieure pour les grandes entreprises. La poche est un équipement thermique important dans l'industrie sidérurgique. Afin de garder la poche au chaud, grâce au calcul de la dissipation thermique de la poche et à la recherche sur les matériaux d'isolation thermique, on constate que le revêtement intérieur de la poche doit être construit avec des matériaux à quatre couches, c'est-à-dire le la surface intérieure de la coque en acier doit être recouverte d'une peinture à économie d'énergie, et la surface intérieure doit être un panneau nano-isolant de 10 mm, puis vers l'intérieur est coulable isolant nano-micron haute résistance de 75 mm, puis vers l'intérieur se trouve la couche de travail. La couche de travail de la ligne de laitier adopte une brique de magnésie-carbone à faible conductivité thermique, et la couche de travail du bain en fusion adopte une brique non brûlée de qualité corindon-spinelle. Cette méthode est appliquée à la poche de raffinage de 120 t, de sorte que la température de la coque de la poche au niveau de la ligne de laitier est d'environ 225 degrés, la température de la coque de la poche au niveau du bain de fusion est d'environ 200 degrés et la coque de revêtement est d'environ 170 degrés. . Cette structure à économie d'énergie a obtenu de bons résultats : ① Les coulables nano-micron à haute résistance et la couche de travail à faible conductivité thermique peuvent protéger efficacement la nano-carte, la maintenir à une température de fonctionnement sûre pendant une longue période et améliorer considérablement la durée de vie de la couche d'isolation thermique et la couche permanente ; ② Complètement Il peut réduire la température du revêtement de plus de 100 degrés, améliorer la durée de vie du revêtement, réduire le gaz utilisé pour la cuisson du pain, ralentir considérablement la température de l'acier fondu, réduire la température de taraudage, améliorer le métal rendement, améliorer la productivité du travail et réaliser des économies d'énergie, la protection de l'environnement et l'objectif de réduction des coûts.
(2) Brique composite à faible conductivité thermique pour la zone d'onde de passage du four rotatif à ciment
Le four rotatif à ciment est un équipement thermique très énergivore, notamment dans les zones de transition avant et arrière. Le revêtement réfractaire n'est pas protégé par la peau du four et entre directement en contact avec le matériau cimentaire. La température du corps du four est élevée, ce qui augmente la perte de chaleur et la consommation de combustible et réduit le corps du four. et la durée de vie du rouleau de support, tout en rendant le matériau réfractaire facile à endommager. Afin de réduire la dissipation thermique et les risques pour la sécurité, une structure à trois couches de couche de travail, de couche d'isolation thermique et de couche d'isolation thermique est adoptée. Si trois types de briques réfractaires avec une conductivité thermique différente sont utilisées pour la maçonnerie, l'accident de chute de briques du revêtement intérieur est souvent susceptible de se produire lorsque le four rotatif est en marche. Par conséquent, la brique composite multicouche à faible conductivité thermique est étudiée, c'est-à-dire que la brique adopte une structure à trois couches : couche de travail (épaisseur de brique de mullite de silicium 0.140m), isolation thermique couche (épaisseur de brique de mullite légère 0.035m), l'interface de liaison de ces deux couches adopte la méthode de combinaison de la surface sinusoïdale, et la troisième couche est la couche d'isolation thermique (panneau de fibres céramiques contenant ZrO2, épaisseur 0,025m) . La concentration de contraintes de la brique composite multicouche est inférieure et la conductivité thermique globale de la brique composite multicouche est réduite de 2,74 à 1,50 W/(m·K) de la brique de silice molybdène d'origine, ce qui réduit la température de la coque du four de 50 à 70 degrés.
(3) Le convertisseur sidérurgique de 260 t d'Anshan Iron and Steel adopte un panneau de nano-isolation de 20 mm d'épaisseur au lieu d'un panneau d'isolation en fibre polycristalline de 40 mm d'épaisseur pour optimiser la structure du revêtement du four,
Le rapport de capacité du four est augmenté et la production d'acier est augmentée pour abaisser la température de la coque du four de plus de 11 degrés. Il n'y a pas de phénomène de pulvérisation pendant tout le processus de fonctionnement du convertisseur et il n'y a pas de chute de briques de revêtement. En même temps, cela réduit également le temps de fusion et réduit la consommation de fer fondu. .
(4) Matériau de pilonnage en carbure de silicium à conductivité thermique élevée pour gazéificateur de charbon pulvérisé refroidi à l'eau
La paroi d'eau du gazéifieur de charbon pulvérisé est doublée d'un matériau de pilonnage en carbure de silicium à haute conductivité thermique. A haute température, le laitier s'accroche au revêtement du matériau de pilonnage en carbure de silicium. En raison de la conductivité thermique élevée du carbure de silicium, le laitier touche l'intérieur. Le revêtement se condense rapidement et, à mesure que la température diminue, la conductivité thermique diminue (voir tableau 1). À l'intérieur et à l'extérieur du four se trouvent des scories chaudes, des scories solides, un réfractaire en carbure de silicium, un mur d'eau, une couche protectrice de gaz inerte, un matériau réfractaire amorphe à haute teneur en alumine et une couche protectrice externe. Cela réduit les pertes de chaleur dans le four.
3. Questions à prendre en compte lors du choix des matériaux d'isolation thermique
Dans l'industrie des hautes températures, il existe de nombreux exemples d'utilisation de matériaux d'isolation thermique pour économiser l'énergie et protéger l'environnement. Le matériau d'isolation thermique a une porosité élevée (plus de 40 % ~ 85 % ), une faible densité apparente (moins de 1,5 g/cm3) et une faible conductivité thermique (moins de 1,0 W/(m·K)). Cependant, lors du choix de ces matériaux d'isolation thermique, faites attention aux points suivants :
(1) Conductivité thermique du matériau d'isolation thermique (λ)
La conductivité thermique est également appelée conductivité thermique et son inverse 1/λ est la résistance thermique. Plus la conductivité thermique est faible, meilleur est l'effet d'isolation thermique. Il est bien connu que l'air a la conductivité thermique la plus faible.
La conductivité thermique des matériaux solides est beaucoup plus grande que celle des gaz, de sorte que les pores des matériaux solides peuvent réduire considérablement la conductivité thermique des matériaux, de sorte que le matériau isolant doit être à haute porosité. Plus la porosité est élevée, plus la valeur λ est petite.
De plus, la taille des pores a également une certaine influence sur la valeur λ. À basse température, la conductivité thermique du matériau d'isolation thermique diminue avec l'augmentation de la taille des pores, et la conductivité thermique au-dessus de 800 degré, en particulier au-dessus de 1000 degrés, augmente rapidement avec l'augmentation de la taille des pores. Par conséquent, la haute température prend le matériau d'isolation thermique avec une petite taille de pores, et la basse température prend le matériau d'isolation thermique avec une grande taille de pores. Lorsque la porosité est la même, la conductivité thermique de la microstructure dans la phase continue en phase gazeuse est inférieure à celle de la phase continue en phase solide, et les pores du matériau fibreux sont continus comme la phase solide, de sorte que la conductivité thermique des fibres et produits réfractaires est faible. Dans la phase solide des matériaux d'isolation thermique, la résistivité thermique du matériau varie fortement en raison de la différence de composition minérale chimique. Généralement, plus la structure cristalline est complexe, plus la conductivité thermique est faible, et la conductivité thermique du verre en phase solide est inférieure à celle de la phase cristalline. Lorsque la température augmente, la conductivité thermique de la phase vitreuse augmente ; la température de la phase cristalline augmente, tandis que la conductivité thermique diminue. Le Royaume-Uni a développé un matériau d'isolation thermique composite SiO2 ultra-fin avec une densité apparente d'environ 0,24 g/cm3, et sa conductivité thermique est inférieure à celle de tous les matériaux d'isolation thermique, voire inférieure à celle de l'air immobile.
(2) Résistance à la chaleur du matériau calorifuge
Certains matériaux d'isolation thermique sont utilisés à une température plus basse. Par exemple, des panneaux de nano-isolation sont utilisés dans la poche en acier de 100 t d'Angang Steel. Le dépassement de la température d'utilisation sera déformé sous pression, entraînant la déformation de la doublure, ce qui non seulement détériore les performances d'isolation thermique, mais présente également des risques pour la sécurité. Par conséquent, il a été suggéré que le matériau d'isolation thermique dépend principalement de la déformation par retrait à une certaine température, et non du degré réfractaire. Au niveau international, la température à laquelle le retrait de recombustion n'est pas supérieur à 2% est généralement utilisée comme plage de températures pour l'utilisation de matériaux d'isolation thermique, et c'est également l'une des différences entre les matériaux d'isolation thermique et les matériaux réfractaires purs.
(3) Résistance du matériau d'isolation thermique
En raison de la porosité élevée et de la faible résistance relative, comme le panneau de nano-isolation mentionné ci-dessus, l'effet d'isolation thermique est bon, la porosité est élevée et la résistance est faible. Afin d'assurer les besoins de transport et de construction, le matériau isolant doit avoir une certaine résistance. Surtout pour certains produits d'isolation thermique qui sont en contact direct avec la flamme, il est très important d'améliorer la résistance. Lorsque la densité apparente augmente, la résistance augmente. Lorsque la densité apparente est la même, la connexion en phase solide est plus forte que la connexion en phase gazeuse, qui est liée à la taille des pores. La réduction de la taille des pores est une mesure technique efficace pour améliorer la résistance des matériaux d'isolation thermique.
(4) Atmosphère et matériau d'isolation thermique
De nombreux équipements thermiques sont revêtus de matériaux d'isolation thermique et diverses atmosphères protectrices sont également couramment utilisées, telles que CO, CO2, H2, N2, etc. Al2O3-Réfractaires de la série SiO2 dans l'hydrogène, SiO2 est renvoyé au silicium métallique et vapeur d'eau, Al2O3 est très stable, donc dans l'hydrogène, les matériaux d'isolation en alumine doivent être sélectionnés. Les fibres de silicate d'aluminium contiennent 3 à 4 % de Cr2O3, qui est facilement réduit dans une atmosphère réductrice d'hydrogène, de sorte que les fibres de silicate d'aluminium contenant de l'oxyde de chrome ne doivent pas être utilisées dans une atmosphère réductrice.
(5) Méthode d'isolation
Sur l'équipement thermique en fonctionnement intermittent, la couche d'isolation thermique (placage de fibres réfractaires) peut être directement posée sur la surface chaude du revêtement du four, ce qui permet d'obtenir le meilleur effet d'économie d'énergie. Mieux que l'effet d'isolation thermique de la paroi intérieure (surface chaude).