Известно, что термическое оборудование на металлургических предприятиях является одним из наиболее энергозатратных. Поэтому и сегодня остается актуальным вопрос об использовании новейших, более энергоэкономичных, материалов, конструкций и технологий и реконструкции действующего термического парка. Применение волокнистых футеровочных и теплоизоляционных материалов ‒ один из путей решения данной проблемы, позволяющий существенно снизить энергопотребление при эксплуатации парка печей и термического оборудования.
Развитие
Во всем мире в металлургической отрасли сегодня достаточно интенсивно развивается направление по усовершенствованию качественных и количественных показателей огнеупорных изделий. Уже сейчас видна устойчивая тенденция к снижению потребления огнеупоров и высокотемпературной теплоизоляции. Только за последние три десятилетия удельный расход огнеупоров на производство 1 тонны металлопродукции в мире уменьшился в 4-5 раз (с 40-45 кг до 8-10 кг).
В Украине также в последнее время уделяется достаточно много внимания развитию огнеупорных изделий высокой эксплуатационной стойкости. Однако пока по многим показателям, в частности по стойкости футеровки, отечественные материалы несколько отстают от зарубежных аналогов. Это связано, в первую очередь, с советским наследием. В СССР индустрия огнеупоров и высокотемпературной теплоизоляции развивалась, в основном, в направлении производства изделий традиционного формата. Гнались больше не за качеством, а за количеством. Причем, еще долго после распада СССР эту тенденцию было сложно изменить.
Тем не менее, в настоящее время и в украинских НИИ разработано достаточное количество высокоэффективных, малоинерционных огнеупорных и теплоизоляционных материалов, способных обеспечить надежную долговечную работу при максимальной температуре длительного применения. Волокнистые материалы – один из наиболее перспективных их видов.
Волокнистые огнеупорные материалы в металлургии
Волокнистые материалы сегодня по праву считаются материалами нового поколения. Сочетание высокотемпературных, огнеупорных и изоляционных свойств, низкая теплопроводность и малоинерционность позволяют применять их вместо традиционных для футеровки почти всего термического оборудования. В частности, в металлургии такие материалы можно использовать для изоляции слоев газоходов установок для обжига руды; футеровки установок восстановления железорудных окатышей и печей нагрева металла перед прокаткой; термоизоляции стен, купола и воздуховодов воздухонагревателей доменных печей и мартеновских печей; изоляции котлов-утилизаторов печей, конвекторов и ковшей разлива металла и т.п.
Производство волокнистых материалов осуществляется на основе муллитокремнеземистых и базальтовых волокон с применением высокотемпературных неорганических связующих. Волокнистые материалы обладают эластичностью, малой плотностью и теплопроводностью, трещиноустойчивостью, высокой прочностью на разрыв и изгиб, термосткойкостью.
Наиболее эффективно применение волокнистых материалов в термических печах периодического действия, с постоянными колебаниями температуры печного пространства и в печах, работающих не в полную загрузку («рваный режим»). Благодаря низкой теплопроводности и низкой плотности волокнистых материалов массу футеровки печи можно снизить в несколько (до 10) раз, что дает возможность уменьшить габариты печи за счет толщины футеровки. Как следствие, аккумулируемая во время разогрева теплота также уменьшается в несколько раз, тем самым резко сокращая время разогрева печи и позволяя экономить не только энергоресурсы, но и снижать время непроизводительной работы печи и обслуживающего персонала.
В среднем достигаемая экономия энергоносителя в печах периодического действия достигает 40% (в печах непрерывного действия – до 25%). Срок выхода на режим сокращается до 1,5-2 часов. Срок окупаемости проектов по применению волокнистых огнеупорных и теплоизоляционных материалов для футеровки промышленных печей периодического действия составляет до 6 месяцев (для печей, работающих непрерывно, – 1-1,5 года).
Применение волокнистых материалов позволяет также значительно снижать трудоемкость футеровочных работ за счет простоты и удобства монтажа, а при механическом повреждении обеспечивает высокую ремонтопригодность футеровки. Такие материалы легко обрабатываются и не очень чувствительны к перепадам температур, в частности к циклам нагрев-охлаждение. Количество термосмен без видимых изменений качества материала достигает от 1 тыс. до 2 тыс.
Футеровка из волокнистых материалов зачастую многослойна. Внутренний слой обычно представляет собой плиту из муллитокремнеземистого волокна на высокотемпературном неорганическом связующем. Он рассчитан на более высокую температуру эксплуатации. У следующих слоев, как правило, ниже теплопроводность и они дешевле (например, второй слой ‒ один из самых дешевых материалов – перлитобентонитовый кирпич, а третий ‒ плита из базальтового волокна). Такая многослойность позволяет использовать лучшие качества материалов, а также добиться оптимального соотношения цены и качества.
Отличительным достоинством волокнистых огнеупорных материалов на основе муллитокремнеземистых волокон можно также считать их высокую степень черноты, которая для диапазона температур 1000-1200 градусов Цельсия составляет 0,9-0,95 (для сравнения: степень черноты шамота при тех же условиях равна 0,6-0,72). Данное качество позволяет создавать на основе волокнистых материалов печи с системами радиационного нагрева. Такие системы, включающие плоскопламенные и дискофакельные горелки и футеровку из волокнистых материалов, на раскаленной поверхности которой происходит полное и эффективное сгорание газа с радиационным излучением тепловой энергии во внутренний объем печи, обеспечивают равномерный нагрев и значительное снижение образования окалины на термообрабатываемых изделиях из металла.
В Украине
В украинской металлургии волокнистые огнеупорные материалы пока не нашли широкого применения. К настоящему времени накоплен лишь небольшой опыт их использования.
В частности, на «Запорожстали» около пяти лет назад была начата модернизация колпаковых газовых печей цеха холодной прокатки ЦХП-1 с применением новых волокнистых материалов. К настоящему времени проведена реконструкция 30 печей ЦХП-1 для отжига рулонов стального листа. Экономия природного газа реконструированных печей при замене старой шамотной футеровки на волокнистую составила порядка 30%. В настоящее время реконструкция цеха продолжается. На предприятии планируют полностью заменить старую футеровку колпаковых печей на волокнистую легковесную.
На Запорожском сталепрокатном заводе футеровка колпаковых электрических печей для отжига бухт проволоки при их реконструкции также была выполнена из волокнистых материалов. Реальная экономия электроэнергии составила 28%.
Таким образом, применение новых волокнистых огнеупорных материалов на практике подтвердило свою высокую эффективность и реальную экономию энергоресурсов.
