熱伝導率の低い断熱耐火材料を使用して、熱機器の熱損失を減らす方法は?

熱機器のライニングは、熱損失に重要な役割を果たす耐火材料で構成されており、耐火材料はその中で重要な役割を果たしています。 高温では、耐火材料は安定性を維持するだけでなく、熱をできるだけ少なく保つ必要があります。 したがって、耐火物には断熱性が必要です。 OK、蓄熱量を減らします。
1.熱機器の熱損失
熱機器は、一般的に大きなエネルギーを消費します。 温度が高いほど、より多くのエネルギーを消費します。 ほとんどの場合、熱効率は非常に低く、熱エネルギー利用率は 30% 未満です。 熱機器の熱損失には、一般的に次の項目があります。
(1) 熱機器本体の表面の各部分によって放散される熱は、製品の単位エネルギー消費量の 10% から 40% に達する可能性があります。
(2) 熱機器本体の蓄熱損失は、連続運転する熱機器ではそれほど重要ではなく、断続的に動作する熱機器の蓄熱損失は 5% から 25% に達します。
（3）連続鋼圧延加熱炉のスウィルレールの水冷パイプなどの水冷の熱損失は、耐火材料で包まれておらず、熱損失は25％を超えています。
(4) 接合部、穴、炉のドアの密閉不良による熱損失。たとえば、電気アーク炉のドアの熱損失は 35% を超えます。
(5) 排煙による熱損失。
上記の熱損失はすべて耐火物に関するもので、特に(1)～(4)は耐火物の断熱性能と大きく関係しています。 炉体表面の熱損失を低減する基本的な方法は、適切な断熱材を選択して炉体の表面温度を下げることです。 炉内温度が一定の場合、外表面温度は主に炉壁の厚さと炉壁材料の熱伝導率に依存します。 炉壁を厚くすると炉体の蓄熱量が増加し、蓄熱損失が大きくなる可能性があります。 したがって、断熱材の合理的な使用が最良の選択になりました。
近年、私の国の断熱材は急速に発展しています。 さまざまな材質、かさ密度、熱伝導率の異なる成形品だけでなく、対応するアモルファス耐火材料、耐火繊維およびさまざまな材料の製品、シリコン カルシウム ボード、ナノ断熱ボードなどがあります。これらの断熱製品には、さまざまな外観仕様、物理的および化学的指標、さまざまな断熱効果、さまざまな市場価格。 したがって、熱機器の使用条件に応じたライニング設計を行う必要があります。 温度パラメータ（熱機器の高温面温度、低温面温度）、物理定数（断熱材の熱伝導率、かさ密度、最大動作温度）、経済パラメータ（耐火物価格、燃料価格）、発熱量などの独自データを収集値、利用率など）、省エネ効果を計算し、分析および比較し、適切な断熱材を選択し、合理的な計画を立てます。
2. 熱機器の放熱損失低減事例
(1) 取鍋の保温
現在、私の国の鉄鋼業の平均エネルギー消費量は日本より 50% 高く、大企業では 30% 高くなっています。 取鍋は鉄鋼業における重要な熱設備です。 柄杓を保温するには、柄杓の熱放散の計算と断熱材の研究を通じて、柄杓の内張りを 4 層の材料で構築する必要があることがわかりました。スチールシェルの内面は省エネ塗料でコーティングする必要があり、内面は10mmのナノ断熱板である必要があり、内側は75mmの高強度ナノミクロン断熱キャスタブルであり、内側は作業層です。 スラグラインの作業層は熱伝導率の低いマグネシアカーボンレンガを採用し、溶融プールの作業層はコランダムスピネル品質の未燃レンガを採用しています。 この方法は 120t 精錬取鍋に適用され、スラグ ラインでの取鍋シェルの温度は約 225 度、溶融プールでの取鍋シェルの温度は約 200 度、クラッド シェルは約 170 度です。 . この省エネ構造は、優れた結果を達成しています: ①高強度のナノミクロンキャスタブルと低熱伝導率の作業層は、ナノボードを効果的に保護し、安全な動作温度内に長期間維持し、製品の寿命を大幅に改善します。断熱層と永久層。 ②完全に被覆の温度を100度以上下げることができ、被覆の耐用年数を改善し、パンを焼くために使用されるガスを減らし、溶鋼の温度を大幅に下げ、出鋼温度を下げ、金属を改善します。歩留まり、労働生産性を向上させ、省エネ、環境保護、およびコスト削減の目的を達成します。
(2) セメントロータリーキルン通過波帯用低熱伝導率複合れんが
セメントロータリーキルンは、特に前部と後部の移行ゾーンで、エネルギーを大量に消費する熱装置です。 耐火ライニングはキルンスキンによって保護されておらず、セメント材料と直接接触しています。 窯本体の温度が高く、熱損失と燃料消費量が増加し、窯本体が減少します。 耐火材料を損傷しやすくしながら、サポートローラーの耐用年数。 放熱と安全上の問題を軽減するために、作業層、断熱層、断熱層の3層構造を採用しています。 熱伝導率の異なる3種類の耐火煉瓦を組積造に使用すると、ロータリーキルンの運転中に内張りから煉瓦が脱落する事故が多発します。 したがって、低熱伝導率の多層複合レンガが研究されています。つまり、レンガは3層構造を採用しています：作業層（シリコンムライトレンガの厚さ0.140 m）、断熱材層（軽いムライト煉瓦の厚さ0.035m）、これら2つの層の結合界面は正弦波面の結合方法を採用し、3番目の層は断熱層（ZrO2を含むセラミック繊維板、厚さ0.025m）です。 . 多層複合レンガの応力集中は少なく、多層複合レンガの総合的な熱伝導率は元のシリカモリブデンレンガの 2.74 から 1.50W/(m・K) に減少し、温度が低下します。キルンシェルによって50～70度。
(3) 鞍山鉄鋼の 260t 製鋼転炉は、炉ライニング構造を最適化するために、厚さ 40mm の多結晶繊維断熱板の代わりに厚さ 20mm のナノ断熱板を採用しています。
炉の容量比が増加し、鋼の出力が増加して、炉殻の温度が 11 度以上低下します。 転炉全体の運転過程で微粉化現象がなく、内張りレンガの脱落もありません。 同時に、製錬時間も短縮し、溶鉄の消費量も削減します。 .
(4) 水冷微粉炭ガス化炉用高熱伝導炭化ケイ素ラミング材
微粉炭ガス化炉の水壁は、熱伝導率の高い炭化ケイ素ラミング材で裏打ちされています。 高温では、スラグが炭化ケイ素ラミング材のライニングに付着します。 炭化ケイ素の熱伝導率が高いため、スラグが内側に触れるとライニングが急速に凝縮し、温度が下がると熱伝導率が低下します (表 1 を参照)。 炉の内側と外側は、ホットスラグ、固体スラグ、炭化ケイ素耐火物、水壁、不活性ガス保護層、高アルミナアモルファス耐火物、および外側保護層です。 これにより、炉内の熱損失が減少します。
3. 断熱材選びの注意点
高温産業では、断熱材を使用してエネルギーを節約し、環境を保護する例がたくさんあります。 断熱材は、空隙率が高く (40 パーセント以上 ~85 パーセント)、嵩密度が低く (1.5g/cm3 未満)、熱伝導率が低い (1.0W/(m・K) 未満)。 ただし、これらの断熱材を選択するときは、次の問題に注意してください。
（1）断熱材の熱伝導率（λ）
熱伝導率は熱伝導率とも言い、その逆数1/λが熱抵抗です。 熱伝導率が小さいほど、断熱効果が高くなります。 空気の熱伝導率が最も低いことはよく知られています。
固体材料の熱伝導率は気体の熱伝導率よりもはるかに大きいため、固体材料の気孔は材料の熱伝導率を大幅に低下させる可能性があるため、断熱材は高気孔率でなければなりません。 気孔率が高いほど、λ値は小さくなります。
さらに、細孔径もλ値に一定の影響を与えます。 低温では、断熱材の熱伝導率は細孔サイズの増加とともに減少し、熱伝導率は80 0度以上、特に1000度以上で細孔サイズの増加とともに急速に増加します。 そのため、高温では気孔径の小さい断熱材を、低温では気孔径の大きい断熱材を採用します。 空隙率が同じ場合、気相連続相の微細構造の熱伝導率は固相連続相の熱伝導率よりも小さく、繊維材料の細孔は固相と同様に連続しているため、熱伝導率は耐火繊維および製品の量が少ない。 断熱材の固相では、化学鉱物組成の違いにより材料の熱抵抗率が大きく異なります。 一般に、結晶構造が複雑であるほど熱伝導率は低くなり、固相のガラスの熱伝導率は結晶相の熱伝導率よりも低くなります。 温度が上昇すると、ガラス相の熱伝導率が上昇します。 結晶相の温度が上昇し、熱伝導率が低下します。 英国は、かさ密度が約 0.24g/cm3 の超微細な SiO2 複合断熱材を開発しました。その熱伝導率は、すべての断熱材の熱伝導率よりも低く、静止空気の熱伝導率よりもさらに低くなります。
(2) 断熱材の耐熱性
一部の断熱材は、より低い温度で使用されます。 例えば、安江製鋼の100t鋼取鍋にはナノ断熱板が使われています。 使用温度を超えると、圧力により変形し、ライニングが変形し、断熱性能が低下するだけでなく、安全上の問題が発生します。 したがって、断熱材は、耐火度ではなく、主に特定の温度での収縮変形に依存することが示唆されています。 国際的には再焼成収縮が2%以下の温度が断熱材の使用温度域として一般的に用いられており、断熱材と純耐火物との違いの一つでもあります。
(3) 断熱材の強度
上記のナノ断熱板のように、気孔率が高く、相対強度が低いため、断熱効果が高く、気孔率が高く、強度が低い。 輸送と建設のニーズを確実にするために、断熱材には一定の強度が必要です。 特に炎に直接触れる断熱材の場合、強度の向上は非常に重要です。 かさ密度が増加すると、強度が増加します。 かさ密度が同じ場合、固相結合は気相結合よりも強く、これは細孔サイズに関連しています。 気孔径を小さくすることは、断熱材の強度を向上させる有効な技術手段です。
(4) 大気・断熱材
多くの熱機器は断熱材で裏打ちされており、CO、CO2、H2、N2 などのさまざまな保護雰囲気も一般的に使用されています。水蒸気、Al2O3 は非常に安定しているため、水素ではアルミナ絶縁材料を選択する必要があります。 ケイ酸アルミニウム繊維には 3 ～ 4 パーセントの Cr2O3 が含まれており、これは水素還元雰囲気で容易に還元されるため、酸化クロムを含むケイ酸アルミニウム繊維は還元雰囲気では使用しないでください。
(5) 絶縁方法
間欠運転中の熱設備では、断熱層（耐火繊維ベニヤ）を炉内張りの高温面に直接置くことができ、最高の省エネ効果を得ることができます。 内壁（高温面）の断熱効果よりも優れています。