ИЗДЕЛИЕ ИЗ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к изделиям из теплоизолирующего материала.
Из уровня техники известно применение традиционной шамотной футеровки для термических и металлургических печей. Такие футеровки имеют значительную толщину футеровочного слоя, большую общую массу, ограниченный ресурс эксплуатации, высокое энергопотребление, высокую трудоемкость монтажа футеровки и низкую ремонтопригодность.
Из уровня техники известен лист из теплоизолирующего материала, изготовленного на основе асбеста. Недостатком изделий из асбеста является их канцерогенность, недостаточная механическая прочность, плотность, стойкость к газовым потокам, малая цикличность к перепадам температур. Лист из асбеста принимаем за прототип.
Задача полезной модели направлена на создание изделий из теплоизолирующего материала, обладающего высокими эксплуатационными энерго-ресурсо-сберегающими свойствами, уменьшающими тепловые потери в объектах применения, и обеспечивающего при его использовании в производстве отсутствие или минимизацию вредных компонентов, влияющих на условия труда рабочих.
Кроме того, существенно устраняются недостатки традиционной шамотной футеровки при сопоставимой стоимости 1 кв.м футеровки. Так, например, толщина футеровочного слоя снижается в 3-4 раза, общая масса футеровки уменьшается в 6-8 раз, ресурс эксплуатации печей увеличивается в 2-3 раза, энергопотребление печей снижается до 30%, значительно снижается трудоемкость монтажа футеровки и обеспечивается высокая ремонтопригодность.
Для решения поставленной задачи предлагается заявляемая полезная модель, представляющая собой группу изделий для высокотемпературной изоляции на основе алюмосиликатных волокон и неорганических связующих в виде модифицированных гидрозолей, объединенных общими основными параметрами: формой в виде параллелипипеда, имеющего длину, ширину, толщину, а также общие специфические параметры, характеризующие материал: плотность, линейная усадка, предельная температура применения. Эта группа может быть условно, но практически корректно, разделена на следующие подгруппы изделий: блоки, плиты, листы (картон), рулон (войлок «мокрый»), представляющие собой варианты изделия, технология изготовления и конкретное применение которых имеют специфические особенности.
Изменение геометрических размеров вариантов изделия в пределах заявленных интервалов по толщине, ширине, длине, а также изменение параметров плотности вариантов изделия позволяет выпускать изделия определенных размеров согласно техническим условиям производителя (заявителя), техническому заданию заказчика, исходя из технологических возможностей оборудования, в зависимости от области применения изделия. Изготовление указанных вариантов изделия (блоки, плиты, картон, мокрый войлок) по техническому заданию заказчика позволяет в значительной степени облегчить выполнение монтажных футеровочных работ.
Особое внимание следует уделить плотностным характеристикам. Так изделия с меньшей плотностью обладают меньшей теплопроводностью, но в свою очередь более подвержены различного рода механическим воздействиям, вследствие чего разрушаются. Изделия с меньшей плотностью используются для выполнения теплоизоляционных и футеровочных работ на участках тепловых агрегатов, сводов, стен печей. Изделия с большей плотностью, как правило, используются на тех участках, где предусмотрено повышенное механическое воздействие и нагрузки, таких как, например, падина (дно) печи. Интервал плотности изделия в его различных вариантах, описанных ниже, определяется следующими техническими характеристиками. Так с увеличением плотности изделия во всех его вариантах исполнения увеличивается его теплопроводность и соответственно увеличивается теплопередача в окружающее оборудование и материалы, что приводит к увеличению тепловых потерь и ухудшению эксплуатационных свойств изделия, поэтому применение материалов повышенной плотности (около 700 кг/куб.м) нужно только там, где это необходимо. Экспериментально установлено, что выше верхней границы значения плотности, приведенной в заявке применительно к каждому варианту исполнения изделия существенно увеличиваются тепловые потери и, следовательно, ухудшаются эксплуатационные свойства изделия. Экспериментально установлена и нижняя граница плотности для всех вариантов изготовления изделия, которая определяется механическими (прочностными) свойствами и является критической с точки зрения производства и монтажа.
Параметры плотности вариантов изделий, приведенные в заявке, позволяют позиционировать эти варианты изделия как энерго-ресурсо-сберегающие.
Что касается приведенных ниже температур применения изделия в различных его вариантах - 1200 град. Цельсия и 1350 град. Цельсия - то эти температуры определяются областями применения вариантов изделий и их стоимостью. Так, например, если температура работы печи составляет не более 1200 град. Цельсия, то применяется материал с температурой применения 1200 град. Цельсия, а не более дорогой, на 1350 град. Цельсия.
Изготовление изделий в диапазоне заявленных величин зафиксировано в технических условиях производителя и позволяет заказчику минимизировать затраты по монтажу, уменьшить или полностью исключить какую-либо подгонку, притирку, шлифовку, нарезку, обрезку изделий.
Изделия изготавливаются строго необходимых размеров и плотностей, как это описано в вариантах исполнения.
Вышеприведенная информация относится ко всем вариантам исполнения изделия. Особенности исполнения и применения вариантов изделия будут описаны ниже по каждому варианту. Примеры исполнения вариантов изделий не ограничены нижеприведенными к каждому варианту исполнения изделия.
Заявляемая полезная модель, как изделие из теплоизолирующего материала, отличается от прототипа тем, что оно изготовлено на основе муллитокремнеземного волокна и неорганического связующего и представляет собой блок длиной 500-2000 мм, шириной 500-600 мм, толщиной от 100 до 250 мм, плотностью от 250 до 700 кг/куб, м, имеет линейную усадку при 1273 град. Кельвина не более 3 (трех) процентов, обеспечивает предельную температуру применения 1200 град. Цельсия и огнеупорность изделия 1700 град. Цельсия.
Под огнеупорностью изделия понимается температура начала разрушения изделия.
Пример 1. Блок длиной 500 мм, шириной 500 мм, толщиной 100 мм, плотностью около 700 кг/куб.м с температурой применения 1200 град. Цельсия может быть использован на (подине) дна печи, работающей при температуре не более 1200 град. Цельсия (т.е. при высоких механических нагрузках на свою поверхность).
Пример 2. Блок длиной 500 мм, шириной 500 мм, толщиной 100 мм, плотностью 250 кг/куб.м с температурой применения 1200 град. Цельсия может быть использован в сводах печей, работающих при температуре до 1200 град. Цельсия (т.е. при низких механических нагрузках на свою поверхность).
В варианте исполнения, заявляемая полезная модель, как изделие из теплоизолирующего материала, отличается от прототипа тем, что оно изготовлено на основе муллитокремнеземного волокна и неорганического связующего и представляет собой блок длиной 500-2000 мм, шириной 500-600 мм, толщиной от 100 до 250 мм, плотностью
от 250 до 700 кг/куб, м, имеет линейную усадку при 1273 град. Кельвина не более 3,0 (трех) процентов, обеспечивает предельную температуру применения 1350 град. Цельсия и огнеупорность изделия 1730 град. Цельсия.
Пример 3. Блок длиной 500 мм, шириной 500 мм, толщиной 100 мм, плотностью около 700 кг/куб.м с температурой применения 1350 град. Цельсия может быть использован на дне печей, работающих при предельной температуре до 1350 град. Цельсия (т.е. при высоких механических нагрузках на свою поверхность и при более высокой температуре работы печи, чем в примерах 1 и 2).
Пример 4. Блок длиной 500 мм, шириной 500 мм, толщиной 100 мм, плотностью 250 кг/куб.м с температурой применения 1350 град. Цельсия может быть использован в сводах печей, работающих при предельной температуре до 1350 град. Цельсия (т.е. при низких механических нагрузках на свою поверхность и при более высокой температуре работы печи, чем в примерах 1 и 2).
Для повышения эрозионной стойкости блоки могут быть усилены за счет их дополнительной обработки. Блоки обладают высокой термической стабильностью. Волокнистая структура блоков обеспечивает необходимые теплотехнические свойства изоляции, а технология их изготовления позволяет оптимизировать параметры теплоизоляции и прочности требованиям конкретной задачи. Габариты блоков позволяют существенно снизить трудозатраты при их монтаже и использовать более простые и надежные решения конструкций изоляции. Изделия легко поддаются механической обработке ручным инструментом. Технология изготовления блоков позволяет выпускать изделия с переменной плотностью по высоте.
Заявляемая полезная модель, как изделие из теплоизолирующего материала, отличается от прототипа также тем, что оно изготовлено на основе муллитокремнеземного волокна и неорганического связующего и представляет собой плиту длиной 500-2000 мм, шириной 500-600 мм, толщиной от 20 до 100 мм, плотностью от 250 до 580 кг/куб, м, имеет линейную усадку при 1273 град. Кельвина не более 2,5-3,0 процентов, обеспечивает предельную температуру применения 1200 град. Цельсия и огнеупорность изделия 1700 град. Цельсия.
Пример 5. Плита длиной 500 мм, шириной 500 мм, толщиной около 100 мм, плотностью 580 кг/куб.м с температурой применения 1200 град. Цельсия может быть использована для футеровки рабочего слоя газовых и электрических термических печей, работающих при предельной температуре до 1200 град. Цельсия (т.е. при высоких механических нагрузках на свою поверхность).
Пример 6. Плита длиной 500 мм, шириной 500 мм, толщиной около 100 мм, плотностью 250 кг/куб.м с температурой применения 1200 град. Цельсия может быть использована для футеровки рабочего слоя газовых и электрических термических печей, работающих при предельной температуре до 1200 град. Цельсия (т.е. при низких механических нагрузках на свою поверхность).
В варианте исполнения заявляемая полезная модель, как изделие из теплоизолирующего материала, отличается от прототипа тем, что оно изготовлено на основе муллитокремнеземного волокна и неорганического связующего и представляет собой плиту длиной 500-2000 мм, шириной 500-600 мм, толщиной от 20 до 100 мм, плотностью от 280 до 650 кг/куб, м, имеет линейную усадку при 1273 град. Кельвина не более 3 (трех) процентов, обеспечивает предельную температуру применения 1200 град. Цельсия и огнеупорность изделия 1700 град. Цельсия.
Пример 7. Плита длиной 500 мм, шириной 500 мм, толщиной около 100 мм, плотностью 650 кг/куб.м с температурой применения 1200 град. Цельсия может быть использована для футеровки рабочего слоя газовых и электрических термических печей, работающих при предельной температуре до 1200 град. Цельсия (т.е. при более высоких механических нагрузках на свою поверхность, чем в примере 5).
Пример 8. Плита длиной 500 мм, шириной 500 мм, толщиной около 100 мм, плотностью 280 кг/куб.м с температурой применения 1200 град. Цельсия может быть использована для футеровки рабочего слоя газовых и электрических термических печей, работающих при предельной температуре до 1200 град. Цельсия (т.е. при низких механических нагрузках на свою поверхность).
В другом варианте исполнения, заявляемая полезная модель, как изделие из теплоизолирующего материала, отличается от прототипа тем, что оно изготовлено на основе муллитокремнеземного волокна и неорганического связующего и представляет собой плиту длиной 500-2000 мм, шириной 500-600 мм, толщиной от 20 до 100 мм, плотностью от 250 до 620 кг/куб, м, имеет линейную усадку при 1273 град. Кельвина не более 2,5-3,0 процентов, обеспечивает предельную температуру применения 1350 град. Цельсия и огнеупорность изделия 1730 град. Цельсия.
Пример 9. Плита длиной 500 мм, шириной 500 мм, толщиной около 100 мм, плотностью около 620 кг/куб.м с температурой применения 1350 град. Цельсия может быть использована для футеровки рабочего слоя газовых и электрических термических печей, работающих при температуре до 1350 град. Цельсия (т.е. при более высоких температурах, чем в примере 7).
Особенности подгруппы изделий из теплоизолирующего материала - плит заключается в следующем.
Для повышения эрозионной стойкости рабочие поверхности плит могут быть усилены за счет их дополнительной обработки. Плиты обладают низкой теплопроводностью, высокой термостойкостью и достаточной механической прочностью. Они изготовлены из материалов, не представляющих опасности для здоровья и не выделяющих при их монтаже и эксплуатации вредных веществ. Изделия легко поддаются механической обработке (пиление, сверление, вырубка), могут обрабатываться и монтироваться с помощью любого ручного инструмента.
Плиты предназначены для футеровки рабочего слоя газовых и электрических термических печей с температурой применения (службы) до 1200 и 1350 град. Цельсия и скоростью газовых потоков до 40 м/сек. На одну из поверхностей плит может наноситься дополнительно теплоотражающий экран. Дополнительная обработка рабочей поверхности плит огнеупорными составами существенно повышает их эрозионную стойкость и позволяет использовать в рабочих пространствах печи при скоростях газового потока до 70 м/сек. Кроме того, такая поверхность устойчива к газовым потокам, содержащим пылевидные частицы неорганических веществ.
Заявляемая полезная модель, как изделие из теплоизолирующего материала, отличается от прототипа также тем, что оно изготовлено на основе муллитокремнеземного волокна и неорганического или органического связующего и представляет собой лист картона длиной 500-2000 мм, шириной 500-600 мм, толщиной от 3 до 20 мм, плотностью от 300 до 530 кг/куб, м, имеет линейную усадку при 1273 град. Кельвина не более 2 (двух) процентов, обеспечивает предельную температуру применения 1200 град. Цельсия и огнеупорность изделия 1700 град. Цельсия.
Пример 10. Лист картона длиной 500 мм, шириной 500 мм, толщиной около 20 мм, плотностью 300 кг/куб.м с температурой применения 1200 град. Цельсия может быть использован для футеровки рабочего слоя газовых и электрических термических печей, работающих при температуре до 1200 град. Цельсия.
В другом варианте исполнения заявляемая полезная модель, как изделие из теплоизолирующего материала, отличается от прототипа тем, что оно изготовлено на основе муллитокремнеземного волокна и неорганического или органического связующего и представляет собой лист картона длиной 500-2000 мм, шириной 500-600 мм, толщиной от 3 до 20 мм, плотностью от 370 до 530 кг/куб, м, имеет линейную усадку при 1273 град. Кельвина не более 2 (двух) процентов, обеспечивает предельную температуру применения 1350 град. Цельсия и огнеупорность изделия 1730 град. Цельсия.
Пример 11. Лист картона длиной 500 мм, шириной 500 мм, толщиной около 20 мм, плотностью 500 кг/куб.м с температурой применения 1350 град. Цельсия может быть использован для футеровки рабочего слоя газовых и электрических термических печей, работающих при температуре до 1350 град. Цельсия.
Пример 12. Лист картона длиной 500 мм, шириной 500 мм, толщиной около 20 мм, плотностью 400 кг/куб.м с температурой применения 1350 град. Цельсия может быть использован для футеровки рабочего слоя газовых и электрических термических печей, работающих при температуре до 1350 град. Цельсия.
Особенности подгруппы изделий из теплоизолирующего материала - листов картона заключается в следующем.
Листы картона обладают низкой плотностью и теплопроводностью, высокой термостойкостью и достаточной механической прочностью. Они изготовлены из материалов, не представляющих опасности для здоровья и не выделяющих при их монтаже и эксплуатации вредных веществ. Изделия легко поддаются механической обработке (пиление, сверление, вырубка), могут обрабатываться с помощью любого ручного инструмента. Изделия на органическом связующем обладают необходимой для монтажа гибкостью и упругостью.
Листы картона из теплоизолирующего материала, согласно заявленной полезной модели, выпускаются по оригинальной технологии, обеспечивающей получение материала с заданной структурой - четкой ориентацией волокон параллельно рабочим поверхностям и перпендикулярно направлению теплового потока при эксплуатации. При этом материал характеризуется практическим отсутствием неволокнистых включений («корольков»), высоким сопротивлением теплопередаче, повышенной разрывной прочностью за счет лучшего связывания волокон между собой.
Заявляемая полезная модель, как изделие из теплоизолирующего материала, отличается от прототипа тем, что оно изготовлено на основе муллитокремнеземного волокна и неорганического связующего и представляет собой рулонный волокнистый материал, пропитанный связующим, имеющий в сухом состоянии длину 500-2000 мм, ширину 300-600 мм, толщину от 2 до 250 мм, плотность от 300 до 600 кг/куб, м, обеспечивающий предельную температуру применения 1200 град. Цельсия и огнеупорность изделия 1700 град. Цельсия.
Пример 13. Рулонный волокнистый материал, пропитанный связующим, имеющий в сухом состоянии длину 500 мм, ширину 300 мм, толщину 100 мм, плотностью 500 кг/куб.м с температурой применения 1200 град. Цельсия может быть использован для футеровки сложных поверхностей рабочего слоя газовых и электрических термических печей, работающих при температуре до 1200 град. Цельсия.
Заявляемая полезная модель, как изделие из теплоизолирующего материала, отличается от прототипа также тем, что оно изготовлено на основе муллитокремнеземного волокна и неорганического связующего и представляет собой рулонный волокнистый материал, пропитанный связующим, имеющий в сухом состоянии длину 500-2000 мм, ширину 300-600 мм, толщину от 2 до 250 мм, плотность от 300 до 720 кг/куб, м, обеспечивающий предельную температуру применения 1350 град. Цельсия и огнеупорность изделия 1730 град. Цельсия.
Пример 14. Рулонный волокнистый материал, пропитанный связующим, имеющий в сухом состоянии длину 500 мм, ширину 300 мм, толщину 100 мм, плотностью 500 кг/куб.м с температурой применения 1350 град. Цельсия может быть использован для футеровки сложных поверхностей рабочего слоя газовых и электрических термических печей, работающих при температуре до 1350 град. Цельсия.
Кроме того, изделие из теплоизолирующего материала в виде рулона после изготовления хранится и поставляется во влажном состоянии в герметичной упаковке.
Особенности подгруппы изделий из теплоизолирующего материала - рулонов войлока «мокрого» заключается в следующем.
В зависимости от концентрации количества связующего, а также степени уплотнения при монтаже во влажном состоянии войлок после высушивания в естественных условиях приобретает форму изолируемой поверхности, а также необходимые плотность и прочность.
Рулоны в виде войлока «мокрого» эффективны и удобны при высокотемпературной изоляции элементов оборудования сложной конфигурации и криволинейных поверхностей, заделки швов. После монтажа на изолируемую поверхность войлок «мокрый» при высушивании в естественных или сушке в принудительных условиях не выделяет вредных веществ. «Мокрый» войлок легко поддается раскрою. Он транспортируется в любое время года. После замерзания и последующего оттаивания обладает первоначальными свойствами.
Описанные выше варианты изделий из теплоизолирующего материала согласно заявленной полезной модели создаются на основе разработанной заявителем технологии. Принципиальная технологическая схема описана на примере изготовления войлока «мокрого» и заключается в следующем.
Применяется способ получения теплоизоляционного материала на основе минерального волокна, преимущественно муллитокремнеземистого волокна, отливом и обезвоживанием суспензии, полученной смешиванием минерального волокна, воды и связующего вещества, в качестве которого используют золь кремниевой кислоты, концентрация золя в суспензии составляет 20-35 мас.%, значение рН суспензии 8,5-9,5 обеспечивают добавлением в нее 10%-ного раствора силиката натрия, при смешивании компонентов добавляют каолин фармакопейный 15-25 мас.%, суспензия содержит однородную концентрацию связующего вещества по всему объему материала, смешивание суспензии осуществляют с помощью ролл-мешалки при скорости 800-1000 об/мин в течение 5-15 мин, подачу суспензии в формовочную емкость осуществляют из одного дозатора, суспензию подвергают горизонтальной вибрации, обезвоживание производят путем вакуумирования сверху и снизу слоя термоизоляционного материала, полученный материал оставляют во влажном виде и укладывают в герметичную упаковку с последующим длительным хранением в такой упаковке до начала его использования.
Срок хранения материала до начала использования может составлять до 6 месяцев.
Особенности технологии изготовления блоков, плит и картона, в отличие от технологии изготовления войлока «мокрого», заключаются в дополнительных операциях по прессованию и термической сушке изделий.
Как видно из заявленной полезной модели такие изделия из
огнеупорных волокон сочетают в себе свойства огнеупоров и изоляции, обладают малой плотностью, просты в монтаже и обработке, имеют значительный ассортимент. Высокотемпературные волокнистые изделия согласно заявленной полезной модели выпускаются по безобжиговой технологии в виде блоков, плит, картона и рулонов «мокрого» войлока, что является предметом заявленной полезной модели.
Свойства этих материалов и изделий позволяют создавать принципиально новые легкие конструкции футеровок стен и сводов перекрытий печей: плоских подвесных, сводчатых. При этом свод является одновременно перекрытием и теплоотражающим экраном (коэффициент черного тела материалов для диапазона температур 1000-1200 град. Цельсия составляет 0,90-0,96). Особенно эффективно применение изделий на основе огнеупорных волокон в термических печах периодического действия, т.к. они практически безинерционны (имеют низкую теплоемкость), не критичны к циклам «нагрев-охлаждение», обеспечивают выход на температурный режим при значительно меньших энергозатратах в течение 0,5-1,0 часа.
Применение в заявляемых в качестве полезной модели изделиях неорганических связующих препятствует выгоранию связки изделий (блоки, плиты, картон и войлок), что увеличивает их эксплуатационный ресурс в несколько раз по сравнению с традиционными изделиями из асбеста или шамота.
Область применения изделий из теплоизолирующего материала: металлургия (черная и цветная), машиностроение, энергетика, нефтехимическая и нефтеперерабатывающая промышленность, производство строительных материалов (цементная, стекольная, керамическая и др.), электротехническая, атомная, противопожарная защита.
Источники информации
1. Патент РФ №2127712, МПК С04В 28/24, С04В 14/38, В28В 1/52