จะใช้วัสดุทนไฟที่เป็นฉนวนความร้อนที่มีค่าการนำความร้อนต่ำเพื่อลดการสูญเสียความร้อนของอุปกรณ์ระบายความร้อนได้อย่างไร

การบุของอุปกรณ์ระบายความร้อนนั้นสร้างจากวัสดุทนไฟซึ่งมีบทบาทสำคัญในการสูญเสียความร้อน และวัสดุทนไฟก็มีบทบาทสำคัญในมัน ที่อุณหภูมิสูง วัสดุทนไฟไม่เพียงต้องรักษาความเสถียรเท่านั้น แต่ยังต้องรักษาความร้อนให้น้อยที่สุดด้วย ดังนั้นวัสดุทนไฟจึงต้องมีคุณสมบัติเป็นฉนวนป้องกันความร้อน ตกลง เก็บความร้อนน้อยลง
1. การสูญเสียความร้อนของอุปกรณ์ระบายความร้อน
อุปกรณ์ระบายความร้อนโดยทั่วไปเป็นผู้ใช้พลังงานจำนวนมาก ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้นก็ยิ่งใช้พลังงานมากขึ้น ประสิทธิภาพเชิงความร้อนจะต่ำมากในกรณีส่วนใหญ่ และอัตราการใช้พลังงานความร้อนน้อยกว่า 30 เปอร์เซ็นต์ การสูญเสียความร้อนของอุปกรณ์ระบายความร้อนโดยทั่วไปมีรายการต่อไปนี้:
(1) ความร้อนที่กระจายไปตามแต่ละส่วนของพื้นผิวของตัวอุปกรณ์ระบายความร้อนสามารถสูงถึงร้อยละ 10 ถึงร้อยละ 40 ของการใช้พลังงานต่อหน่วยของผลิตภัณฑ์
(2) การสูญเสียการเก็บความร้อนของตัวอุปกรณ์ระบายความร้อนมีความสำคัญน้อยกว่าสำหรับอุปกรณ์ระบายความร้อนที่ทำงานอย่างต่อเนื่อง และการสูญเสียการเก็บความร้อนของอุปกรณ์ระบายความร้อนที่ทำงานเป็นระยะถึง 5 เปอร์เซ็นต์ถึง 25 เปอร์เซ็นต์
(3) การสูญเสียความร้อนของการระบายความร้อนด้วยน้ำ เช่น ท่อระบายความร้อนด้วยน้ำของราง swill ของเตาหลอมเหล็กรีดร้อนแบบต่อเนื่อง ไม่ได้ห่อหุ้มด้วยวัสดุทนไฟ และการสูญเสียความร้อนมากกว่า 25 เปอร์เซ็นต์
(4) การสูญเสียความร้อนเนื่องจากการปิดผนึกรอยต่อ รู และประตูเตาหลอมที่ไม่ดี ตัวอย่างเช่น การสูญเสียความร้อนของประตูเตาอาร์คไฟฟ้ามากกว่า 35 เปอร์เซ็นต์
(5) การสูญเสียความร้อนจากควันไอเสีย
การสูญเสียความร้อนข้างต้นล้วนเกี่ยวข้องกับวัสดุทนไฟ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง (1)~(4) มีความสัมพันธ์อย่างมากกับประสิทธิภาพการกันความร้อนของวัสดุทนไฟ วิธีพื้นฐานในการลดการสูญเสียความร้อนที่พื้นผิวของตัวเตาคือการเลือกวัสดุฉนวนความร้อนที่เหมาะสมเพื่อลดอุณหภูมิพื้นผิวของตัวเตา เมื่ออุณหภูมิเตาคงที่ อุณหภูมิพื้นผิวด้านนอกส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความหนาของผนังเตาและค่าการนำความร้อนของวัสดุผนังเตา การเพิ่มความหนาของผนังเตาจะนำไปสู่การเพิ่มการเก็บความร้อนของตัวเตา ซึ่งสามารถเพิ่มการสูญเสียการเก็บความร้อนได้ ดังนั้นการใช้วัสดุฉนวนความร้อนอย่างมีเหตุผลจึงเป็นทางเลือกที่ดีที่สุด
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วัสดุฉนวนกันความร้อนในประเทศของฉันมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ไม่เพียงแต่มีผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างของวัสดุต่างๆ ความหนาแน่นรวมที่แตกต่างกัน และการนำความร้อนที่แตกต่างกันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวัสดุทนไฟอสัณฐานที่สอดคล้องกัน เส้นใยทนไฟและผลิตภัณฑ์จากวัสดุต่างๆ แผ่นแคลเซียมซิลิกอน แผ่นฉนวนนาโน ฯลฯ ผลิตภัณฑ์ฉนวนกันความร้อนเหล่านี้มี ตัวบ่งชี้ทางกายภาพและทางเคมีที่แตกต่างกัน ผลกระทบของฉนวนความร้อนที่แตกต่างกัน และราคาตลาดที่แตกต่างกัน ดังนั้นควรออกแบบซับในตามเงื่อนไขการใช้งานของอุปกรณ์ระบายความร้อน รวบรวมข้อมูลต้นฉบับ รวมถึงพารามิเตอร์อุณหภูมิ (อุณหภูมิพื้นผิวร้อนของอุปกรณ์ระบายความร้อน อุณหภูมิพื้นผิวเย็น) ค่าคงที่ทางกายภาพ (การนำความร้อนของวัสดุฉนวนความร้อน ความหนาแน่นรวม อุณหภูมิในการทำงานสูงสุด) พารามิเตอร์ทางเศรษฐกิจ (ราคาวัสดุทนไฟ ราคาเชื้อเพลิง) , ความร้อน ค่าสัมประสิทธิ์การใช้ประโยชน์ ฯลฯ) จากนั้นคำนวณผลการประหยัดพลังงาน วิเคราะห์และเปรียบเทียบ เลือกวัสดุฉนวนกันความร้อนที่เหมาะสม และกำหนดแผนงานที่เหมาะสม
2. ตัวอย่างการลดการสูญเสียการกระจายความร้อนของอุปกรณ์ระบายความร้อน
(1) ฉนวนกันความร้อนของกระบวย
ในปัจจุบัน การใช้พลังงานโดยเฉลี่ยของอุตสาหกรรมเหล็กในประเทศของฉันสูงกว่าของญี่ปุ่น 50 เปอร์เซ็นต์ และสูงกว่า 30 เปอร์เซ็นต์สำหรับองค์กรขนาดใหญ่ กระบวยเป็นอุปกรณ์ระบายความร้อนที่สำคัญในอุตสาหกรรมเหล็ก เพื่อรักษาความอบอุ่นของกระบวย จากการคำนวณการกระจายความร้อนของกระบวยและการวิจัยเกี่ยวกับวัสดุฉนวนความร้อน พบว่าการบุด้านในของกระบวยควรสร้างด้วยวัสดุ 4 ชั้น ซึ่งก็คือ พื้นผิวด้านในของเปลือกเหล็กควรเคลือบด้วยสีประหยัดพลังงานและพื้นผิวด้านในควรเป็นแผ่นฉนวนนาโน 10 มม. จากนั้นด้านในคือฉนวนนาโนไมครอนความแข็งแรงสูง 75 มม. ที่หล่อได้ จากนั้นด้านในคือชั้นการทำงาน ชั้นการทำงานของเส้นตะกรันใช้อิฐแมกนีเซีย-คาร์บอนที่มีค่าการนำความร้อนต่ำ และชั้นการทำงานของสระหลอมเหลวใช้อิฐคุณภาพคอรันดัม-สปิเนลที่ไม่ได้เผาไหม้ วิธีนี้ใช้กับทัพพีการกลั่น 120t เพื่อให้อุณหภูมิของเปลือกทัพพีที่เส้นตะกรันอยู่ที่ประมาณ 225 องศา อุณหภูมิของเปลือกทัพพีที่สระหลอมเหลวอยู่ที่ประมาณ 200 องศา และเปลือกหุ้มอยู่ที่ประมาณ 170 องศา . โครงสร้างประหยัดพลังงานนี้ได้รับผลลัพธ์ที่ดี: ①ชั้นเคลือบนาโนไมครอนที่มีความแข็งแรงสูงและชั้นการทำงานการนำความร้อนต่ำสามารถปกป้องนาโนบอร์ดได้อย่างมีประสิทธิภาพ เก็บไว้ในอุณหภูมิการทำงานที่ปลอดภัยเป็นเวลานาน และปรับปรุงอายุการใช้งานของ ชั้นฉนวนกันความร้อนและชั้นถาวร ②โดยสมบูรณ์ สามารถลดอุณหภูมิของส่วนหุ้มได้มากกว่า 100 องศา ปรับปรุงอายุการใช้งานของส่วนหุ้ม ลดก๊าซที่ใช้ในการอบซาลาเปา ทำให้อุณหภูมิของเหล็กหลอมเหลวช้าลงอย่างมาก ลดอุณหภูมิการกรีด ปรับปรุงโลหะ ผลผลิต ปรับปรุงผลิตภาพแรงงาน และบรรลุเป้าหมายการประหยัดพลังงาน การปกป้องสิ่งแวดล้อม และวัตถุประสงค์ในการลดต้นทุน
(2) อิฐคอมโพสิตการนำความร้อนต่ำสำหรับโซนคลื่นผ่านเตาเผาแบบหมุนซีเมนต์
เตาเผาแบบหมุนด้วยซีเมนต์เป็นอุปกรณ์ระบายความร้อนที่ใช้พลังงานสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริเวณเปลี่ยนผ่านด้านหน้าและด้านหลัง พื้นผิววัสดุทนไฟไม่ได้รับการปกป้องจากผิวของเตาเผาและสัมผัสกับวัสดุซีเมนต์โดยตรง อุณหภูมิของตัวเตาเผาสูง ซึ่งจะเพิ่มการสูญเสียความร้อนและการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง และลดตัวเตาเผา และอายุการใช้งานของลูกกลิ้งรองรับในขณะที่ทำให้วัสดุทนไฟเสียหายได้ง่าย เพื่อลดการกระจายความร้อนและอันตรายจากความปลอดภัย จึงมีการใช้โครงสร้างสามชั้นของชั้นการทำงาน ชั้นฉนวนกันความร้อน และชั้นฉนวนกันความร้อน หากใช้อิฐทนไฟสามชนิดที่มีค่าการนำความร้อนต่างกันในการก่ออิฐ อุบัติเหตุของอิฐที่หล่นลงมาจากวัสดุบุด้านในมักจะเกิดขึ้นได้ง่ายเมื่อเตาโรตารี่กำลังทำงาน ดังนั้นจึงมีการศึกษาอิฐคอมโพสิตหลายชั้นที่มีค่าการนำความร้อนต่ำ นั่นคืออิฐใช้โครงสร้างสามชั้น: ชั้นการทำงาน (ความหนาของอิฐซิลิกอนมัลไลท์ 0.140m) ฉนวนกันความร้อน ชั้น (ความหนาของอิฐมัลไลท์อ่อน 0.035 ม.) ส่วนต่อประสานของชั้นทั้งสองนี้ใช้วิธีการรวมพื้นผิวไซน์ และชั้นที่สามคือชั้นฉนวนกันความร้อน (แผ่นใยเซรามิกที่มี ZrO2 ความหนา 0.025 ม.) . ความเข้มข้นของความเค้นของอิฐคอมโพสิตหลายชั้นมีค่าน้อยกว่า และค่าการนำความร้อนที่ครอบคลุมของอิฐคอมโพสิตหลายชั้นจะลดลงจาก 2.74 เป็น 1.50W/(m·K) ของอิฐซิลิก้าโมลิบดีนัมดั้งเดิม ซึ่งช่วยลดอุณหภูมิของ เปลือกเตาเผา 50~70 องศา
(3) ตัวแปลงการผลิตเหล็ก 260t ของ Anshan Iron and Steel ใช้แผ่นฉนวนนาโนหนา 20 มม. แทนแผ่นฉนวนใยโพลีคริสตัลไลน์หนา 40 มม. เพื่อปรับโครงสร้างซับในเตาให้เหมาะสมที่สุด
อัตราส่วนความจุเตาเพิ่มขึ้น และผลผลิตเหล็กเพิ่มขึ้นเพื่อลดอุณหภูมิของเปลือกเตาลงมากกว่า 11 องศา ไม่มีปรากฏการณ์การบดเป็นผงในระหว่างขั้นตอนการทำงานของเครื่องแปลงทั้งหมด และไม่มีการร่วงหล่นของก้อนอิฐที่บุ ในขณะเดียวกัน มันยังลดเวลาการหลอมและลดการใช้เหล็กหลอมเหลวอีกด้วย .
(4) วัสดุกระแทกซิลิกอนคาร์ไบด์การนำความร้อนสูงสำหรับเครื่องผลิตก๊าซถ่านหินแบบบดที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ
ผนังน้ำของเครื่องผลิตแก๊สถ่านหินแบบบดละเอียดนั้นบุด้วยวัสดุกระแทกซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีค่าการนำความร้อนสูง ที่อุณหภูมิสูง ตะกรันจะเกาะอยู่ที่เยื่อบุของวัสดุกระแทกซิลิคอนคาร์ไบด์ เนื่องจากการนำความร้อนสูงของซิลิกอนคาร์ไบด์ ตะกรันจะสัมผัสด้านใน เยื่อบุจะควบแน่นอย่างรวดเร็ว และเมื่ออุณหภูมิลดลง ค่าการนำความร้อนจะลดลง (ดูตารางที่ 1) ภายในและภายนอกเตาประกอบด้วยตะกรันร้อน ตะกรันแข็ง ซิลิกอนคาร์ไบด์ทนไฟ ผนังน้ำ ชั้นป้องกันก๊าซเฉื่อย วัสดุทนไฟอสัณฐานอลูมินาสูง และชั้นป้องกันด้านนอก ซึ่งช่วยลดการสูญเสียความร้อนในเตา
3. เรื่องที่ต้องให้ความสนใจเมื่อเลือกวัสดุฉนวนความร้อน
ในอุตสาหกรรมที่มีอุณหภูมิสูง มีตัวอย่างมากมายของการใช้วัสดุฉนวนความร้อนเพื่อประหยัดพลังงานและรักษาสิ่งแวดล้อม วัสดุฉนวนกันความร้อนมีความพรุนสูง (มากกว่า 40 เปอร์เซ็นต์ ~85 เปอร์เซ็นต์ ) ความหนาแน่นรวมต่ำ (น้อยกว่า 1.5g/cm3) และการนำความร้อนต่ำ (น้อยกว่า 1.0W/(m·K)) อย่างไรก็ตาม เมื่อเลือกวัสดุฉนวนความร้อนเหล่านี้ ให้ใส่ใจกับประเด็นต่อไปนี้:
(1) การนำความร้อนของวัสดุฉนวนความร้อน (λ)
ค่าการนำความร้อนเรียกอีกอย่างว่าค่าการนำความร้อน และ 1/λ ที่กลับกันคือค่าความต้านทานความร้อน ค่าการนำความร้อนยิ่งน้อย ผลของฉนวนความร้อนก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น เป็นที่ทราบกันดีว่าอากาศมีค่าการนำความร้อนต่ำที่สุด
ค่าการนำความร้อนของวัสดุที่เป็นของแข็งมีขนาดใหญ่กว่าของก๊าซ ดังนั้นรูพรุนของวัสดุที่เป็นของแข็งสามารถลดค่าการนำความร้อนของวัสดุได้อย่างมาก ดังนั้นวัสดุฉนวนจึงต้องมีความพรุนสูง ยิ่งความพรุนสูง ค่า λ ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น
นอกจากนี้ ขนาดรูพรุนยังมีอิทธิพลต่อค่า λ อีกด้วย ที่อุณหภูมิต่ำ ค่าการนำความร้อนของวัสดุฉนวนความร้อนจะลดลงเมื่อขนาดรูพรุนเพิ่มขึ้น และค่าการนำความร้อนที่สูงกว่า 800 องศา โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่สูงกว่า 1,000 องศา จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อขนาดรูพรุนเพิ่มขึ้น ดังนั้นอุณหภูมิที่สูงจะใช้วัสดุฉนวนความร้อนที่มีขนาดรูพรุนเล็ก และอุณหภูมิต่ำจะใช้วัสดุฉนวนความร้อนที่มีขนาดรูพรุนขนาดใหญ่ เมื่อความพรุนเท่ากัน ค่าการนำความร้อนของโครงสร้างจุลภาคในเฟสต่อเนื่องของเฟสแก๊สจะเล็กกว่าเฟสต่อเนื่องของเฟสของแข็ง และรูพรุนในวัสดุไฟเบอร์จะต่อเนื่องเหมือนเฟสของแข็ง ดังนั้นค่าการนำความร้อน ของเส้นใยทนไฟและผลิตภัณฑ์มีขนาดเล็ก ในเฟสของแข็งของวัสดุฉนวนความร้อน ความต้านทานความร้อนของวัสดุจะแปรผันอย่างมากเนื่องจากความแตกต่างขององค์ประกอบแร่ธาตุทางเคมี โดยทั่วไป โครงสร้างผลึกยิ่งซับซ้อน ค่าการนำความร้อนยิ่งต่ำ และค่าการนำความร้อนของแก้วในเฟสของแข็งจะต่ำกว่าเฟสคริสตัล เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ค่าการนำความร้อนของเฟสแก้วจะเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของเฟสผลึกเพิ่มขึ้นในขณะที่ค่าการนำความร้อนลดลง สหราชอาณาจักรได้พัฒนาวัสดุฉนวนความร้อนคอมโพสิต SiO2 ที่ละเอียดเป็นพิเศษ โดยมีความหนาแน่นประมาณ 0.24 กรัม/ซม.3 และค่าการนำความร้อนต่ำกว่าวัสดุฉนวนความร้อนทั้งหมด ต่ำกว่าอากาศนิ่งด้วยซ้ำ
(2) ความต้านทานความร้อนของวัสดุฉนวนความร้อน
วัสดุฉนวนความร้อนบางชนิดใช้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า ตัวอย่างเช่น กระดานฉนวนนาโนใช้ในทัพพีเหล็ก 100 ตันของอังกังสตีล อุณหภูมิการใช้งานที่สูงเกินไปจะเสียรูปภายใต้แรงกด ส่งผลให้เยื่อบุเสียรูป ซึ่งไม่เพียงแต่ทำให้ประสิทธิภาพของฉนวนความร้อนลดลงเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดอันตรายต่อความปลอดภัยอีกด้วย ดังนั้นจึงมีข้อเสนอแนะว่าวัสดุฉนวนกันความร้อนส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนรูปการหดตัวที่อุณหภูมิหนึ่ง ไม่ใช่ระดับวัสดุทนไฟ ในระดับสากล อุณหภูมิที่การหดตัวจากการเผาไหม้กลับไม่เกินร้อยละ 2 โดยทั่วไปจะใช้เป็นช่วงอุณหภูมิสำหรับการใช้วัสดุฉนวนความร้อน และยังเป็นหนึ่งในความแตกต่างระหว่างวัสดุฉนวนความร้อนกับวัสดุทนไฟบริสุทธิ์
(3) ความแข็งแรงของวัสดุฉนวนความร้อน
เนื่องจากความพรุนสูงและความแข็งแรงสัมพัทธ์ต่ำ เช่น แผ่นฉนวนนาโนที่กล่าวถึงข้างต้น ฉนวนกันความร้อนจึงดี ความพรุนสูง และความแข็งแรงต่ำ เพื่อให้แน่ใจว่าความต้องการในการขนส่งและการก่อสร้างวัสดุฉนวนต้องมีความแข็งแรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับผลิตภัณฑ์ฉนวนกันความร้อนบางชนิดที่สัมผัสโดยตรงกับเปลวไฟ การปรับปรุงความแข็งแรงเป็นสิ่งสำคัญมาก เมื่อความหนาแน่นรวมเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงก็เพิ่มขึ้น เมื่อความหนาแน่นรวมเท่ากัน การเชื่อมต่อเฟสของแข็งจะแข็งแรงกว่าการเชื่อมต่อเฟสแก๊ส ซึ่งสัมพันธ์กับขนาดของรูพรุน การลดขนาดรูพรุนเป็นมาตรการทางเทคนิคที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงความแข็งแรงของวัสดุฉนวนความร้อน
(4) บรรยากาศและวัสดุฉนวนความร้อน
อุปกรณ์ระบายความร้อนจำนวนมากบุด้วยวัสดุฉนวนความร้อน และบรรยากาศการป้องกันต่างๆ ยังใช้กันทั่วไป เช่น CO, CO2, H2, N2 เป็นต้น Al2O3-ชุดวัสดุทนไฟ SiO2 ในไฮโดรเจน SiO2 จะถูกส่งกลับไปยังโลหะซิลิคอนและ ไอน้ำ Al2O3 มีความเสถียรมาก ดังนั้นในไฮโดรเจน ควรเลือกวัสดุฉนวนอลูมินา เส้นใยอะลูมิเนียมซิลิเกตมี 3 เปอร์เซ็นต์ถึง 4 เปอร์เซ็นต์ของ Cr2O3 ซึ่งถูกรีดิวซ์ได้ง่ายในบรรยากาศที่ลดไฮโดรเจน ดังนั้นจึงไม่ควรใช้ไฟเบอร์อะลูมิเนียมซิลิเกตที่มีโครเมียมออกไซด์ในบรรยากาศรีดิวซ์
(5) วิธีการฉนวน
สำหรับอุปกรณ์ระบายความร้อนในการทำงานเป็นระยะ สามารถวางชั้นฉนวนกันความร้อน (แผ่นไม้อัดไฟเบอร์ทนไฟ) ลงบนพื้นผิวที่ร้อนของเยื่อบุเตาได้โดยตรง ซึ่งสามารถบรรลุผลการประหยัดพลังงานที่ดีที่สุด ดีกว่าฉนวนกันความร้อนของผนังด้านใน (พื้นผิวร้อน)