Вогнетривка цегла Morgan Thermal Ceramics
На даний момент компанією Morgan Thermal Ceramics налагоджено виробництво легкої вогнетривкої цегли в країнах Північної Америки, Азії та Європи. Технології виробництва цегли в різних країнах відрізняється. У країнах Азії цегла виробляється методом EXTRUSION (екструзія), Північна Америка - методом CAST (заливка), Європа CAST (заливка) і SLINGER (строповка).
Виробнича лінійка вогнетривких цеглин.
Стандартна класифікація вогнетривкої цегли:
| Ідентифікаційна група | Лінійна усадка не більш як 2% при розігріві протягом 24 годин до температури, °С | Щільність не більше, , г/см3 |
| Група 16 | 845 | 0,545 |
| Група 20 | 1065 | 0,641 |
| Група 23 | 1230 | 0,769 |
| Група 26 | 1400 | 0,865 |
| Група 28 | 1510 | 0,962 |
| Група 30 | 1620 | 1,09 |
| Група 32 | 1735 | 1,52 |
| Група 33 | 1790 | 1,52 |
Збільшення класифікаційної температури залежить від хімічного складу вогнетривкої цегли.
Основними областями застосування вогнетривкої цегли є кольорова і чорна металургія, нафтохімічна промисловість і виробництво кераміки.
Розглянемо порівняння виробництва вогнетривкої цегли за усіма методами.
1. Метод EXTRUSION (екструзія) - суміш для цегли пропускається через прес прямого пресування через екструзійні грати, яка утворена корпусом екструдера. Після чого за допомогою відрізного пристрою відбувається розподіл отриманого бруса на задані розміри. Вогнетривку цеглу, вироблений таким способом, має зовні більш високу щільність, ніж усередині.
2. Метод SLINGER (строповка) - вологу суміш з глини, води і тирси екстрідіруют при низькому тиску. Далі екструдований матеріал потрапляє на стрічку для отримання додаткової пористості. Далі матеріал ріжеться на потрібні розміри і відправляється на випал.
3. Метод CAST (заливка) - в даному випадку заздалегідь підготовлена суміш заливається в окремі форми і відправляється в піч на сушку. Даний метод дозволяє домогтися максимальної однорідності та щільності своєї структури, що в кінцевому підсумку покращує теплофізичні властивості, в порівнянні з іншими методами виробництва, на 30%.
Порівняння характеристик вогнетривкої цегли 23 класу при різних способах виробництва.
| Параметри | Cast (заливка) | Slinger (строповка) | Extrussion (екструзія) |
| Щільність (кг/м3) | 483 | 611 | 569 |
| Межа міцності на вигин МПа) | 1 | 0,7 | 0,9 |
| Межа міцності на стиск (МПа) | 1,2 | 0,9 | 1,1 |
| PLC (%) | -0,2 | 0,0 | -0,2 |
| Лінійна усадка (%) | 0,5 | 0,6 | 0,6 |
Теплопровідність при різних способах виробництва.
Порівняння характеристик вогнетривкої цегли 26 класу при різних способах виробництва.
| Параметри | Cast (заливка) | Slinger (строповка) | Extrussion (екструзія) |
| Щільність (кг/м3) | 656 | 810 | 858 |
| Межа міцності на виги (МПа) | 0,9 | 1,5 | 1,6 |
| Межа міцності на стиск (МПа) | 1,3 | 1,6 | 1,7 |
| PLC (%) | -0,3 | -0,2 | -0,7 |
| Лінійна усадка (%) | 0,6 | 0,7 | 0,7 |
Теплопровідність при різних способах виробництва.
Енергоспоживання при використанні 23 і 26 класів вогнетривкої цегли.
Метою експерименту є надати кількісну оцінку енергоспоживання при використанні вогнетривких цегли виробленої різними методами.
Печі аналогічні і оснащені датчиками температури.
У першому випадку піч нагріли до температури 800 °С і утримували впродовж 15 годин, після чого дали можливість охолонути до температури навколишнього середовища.
У другому випадку піч нагріли до температури 1000 °С і утримували впродовж 15 годин, після чого також дали можливість охолонути до температури навколишнього середовища.
Результати енергоспоживання при нагріванні до 800 °С із застосуванням вогнетривкої цегли 23 класу.
| Тест № 1 (800 °С впродовж 15 годин) | Cast (заливка) | Extrussion (экструзія) |
| Теплопровідність (Вт/м*К) | 0,17 | 0,28 |
| Температура двері при охолодженні (°С) | 59 | 69 |
| Температура кришки при охолодженні (°С) | 52 | 90 |
| Енергоспоживання під час розігріву (кВт*ч) | 2,0 | 2,9 |
| Загальне енергоспоживання (кВт*ч) | 9,2 | 14,4 |
| Загальне енергоспоживання (кВт*ч) | 11,2 | 17,3 |
| Економія енергоспоживання (%) | 35 |
| Параметр | Cast (заливка) | Slinger (строповка) | Extrussion (экструзія) |
| Енергоспоживання при при нагріванні до 800°С, кВт | 11,2 | 15,1 | 17,3 |
| Різниця з застосуванням цегли CAST, % | - | 34,8 | 54,5 |
| Економія енергоспоживання із застосуванням цегли CAST при нагріванні до 800°С, % | - | 25,8 | 35,2 |
| Енергоспоживання при нагріванні до 1000°С, кВт | 16,0 | 20,9 | 25,4 |
| Різниця з застосуванням цегли CAST, % | - | 30,6 | 58,8 |
| Економія енергоспоживання із застосуванням цегли CAST при нагріванні до 1000°С, % | - | 23,4 | 37,4 |
| Параметр | Cast (заливка) | Slinger (строповка) | Extrussion (экструзія) |
| Енергоспоживання при при нагріванні до 800°С, кВт | 11,2 | 15,1 | 17,3 |
| Різниця з застосуванням цегли CAST, % | - | 34,8 | 54,5 |
| Економія енергоспоживання із застосуванням цегли CAST при нагріванні до 800°С, % | - | 25,8 | 35,2 |
| Енергоспоживання при нагріванні до 1000°С, кВт | 16,0 | 20,9 | 25,4 |
| Різниця з застосуванням цегли CAST, % | - | 30,6 | 58,8 |
| Економія енергоспоживання із застосуванням цегли CAST при нагріванні до 1000°С, % | - | 23,4 | 37,4 |
Така велика різниця між теплопровідності вогнетривкої цегли, виготовлених за різними технологіями, визначається їх внутрішньою структурою і тим, як вони взаємодіють з 3 механізмами теплопередачі:
- Теплове випромінювання (Radiation) - енергія передається фотонами
- Кондукція (Conduction) - енергія передається від одного атома іншому
- Конвекція (Convection) - енергія, що передається частинками газу (напр. Радіатор центрального опалення)
Мікроструктура вогнетривких цегли виробленої різними технологіями.
Розподіл розміру пір для вогнетривкої цегли 23 класу, виготовленого різними методами.
Розподіл розміру пір вогнетривкої цегли.
Аналіз теплообміну:
Результати лабораторних досліджень підтверджують, що при використанні для кладки печей вогнетривкої цегли, виготовленої методом CAST (заливка), енергоспоживання можна знизити: на 37% для вогнетривкої цегли 23 класу і на 38% для вогнетривкої цегли 26 класу.
Щоб дати відповідь, як застосування різних вогнетривких цеглин впливає на реальне енергоспоживання промислових печей ми провели оцінку теплопередачі і розрахунок експлуатаційних витрат промислових печей, використовуваних виробниками керамічного посуду. При цьому застосовувалися ті ж вогнетривкі цеглини, що і в лабораторних дослідженнях.
Пропозиція з аналізу теплопередачі:
| Площа нагрівальної секції (м2) | 150 |
| Робоча температура (°С) | 1300 |
| Температура навколишнього середовища (°С) | 25 |
| Число робочих тижнів на рік | 48 |
| Ефективність печі (%) | 80 |
Запропонована схема футерування для аналізу теплообміну:
Розрахунок теплообміну:
Розрахунок енергозбереження:
Економія між двома печами при однаковій площі нагріву 150 м2 становить 22,8 кВт. Застосовуючи вогнетривку цеглу виготовлений методом CAST (заливка) можна досягти економії 230 000 кВт / год, в порівнянні з цеглою, який виготовлений методом EXTRUSION (екструзія). Щорічна економія становить 115 000,00 € (при ціні на газ 0,05 € / кВт * год). Так як середній термін служби футеровки становить в середньому 10 років, то загальна економія протягом терміну служби печі рівна 115 000,00 €.
Розрахунок окупності:
Для футерування печі площею 150 м2 потрібно 8500 штук вогнетривкої цегли стандартного розміру. Беручи різницю у вартості між цеглинами CAST (заливка) і EXTRUSION (екструзія) термін окупності становить 4 місяці. Після чого протягом строку корисної експлуатації (10 років) відбувається економія витрат за рахунок зниження енергоспоживання.
Поліпшення екологічних показників:
Використання для футерування вогнетривкої цегли CAST (заливка) дозволяє знизити споживання газу на 22000 м3 / рік. Це економія 830000 МДж / рік. Природний газ виробляє 37,8 МДж / м3. 1 м3 природного газу виробляє приблизно 1м3 СО2, з цього скорочення викидів СО2 скорочується на 22000 м3 / рік. Маса 1 м3 СО2 становить 1,96 кг, що відповідає 43 т / рік або 430 т протягом терміну служби футеровки.
Висновки:
- Вогнетривку цеглу, виготовлений методом CAST (заливка) має найменшу теплопровідність серед аналогів.
- Зниження енергоспоживання становить 37% для вогнетривкої цегли 23 класу і 38% для вогнетривкої цегли 26 класу.
- При виборі виробів для футеровки печі слід звернути увагу на теплопровідність.
- Щільність не є критерієм для оцінки теплоізоляційних здібностей матеріалу.
- Зазначена теплопровідність матеріалу повинна відповідати міжнародному стандарту ASTM C-182 і бути мінімальною.
- Вибір вогнетривкої цегли за вартістю може виявитися помилковим і неекономічним в довгостроковій перспективі.
