В современном мире одним из важнейших аспектов повышения экологической безопасности является сокращение выбросов продуктов сгорания органического топлива в атмосферу. Это объясняется тем, что углекислота, содержавшаяся в продуктах сгорания любого органического топлива, оказывает разрушающее действие на озоновый слой. В связи с этим, согласно Киотскому протоколу, каждое государство получает квоту на выбросы парниковых газов в атмосферу. Если есть подтверждение, что реально выбрасывается меньшее количество газов, часть квоты может быть продана другим государствам. В связи с этим, а также сложной ситуацией на мировом рынке топливных ресурсов возникает острая необходимость создания технологий, позволяющих расходовать меньшее количество топлива для решения конкретных задач тепловой обработки материалов.

    Для многих отечественных агрегатов удельный расход топлива на нагрев металла под прокатку с холодного посада достигает величины 120 кг.усл.топл./т, в то время как при прочих равных условиях в иностранной практике приводятся сведения об удельном расходе топлива порядка 40 кг.усл.топл./т. Расход топлива при нагреве определяется величиной теплопотерь рабочей камеры и количеством тепла, уходящего из агрегата с продуктами сгорания. В данной работе вопрос сокращения расхода топлива решается за счет уменьшения теплопотерь рабочей камеры печи. Эта цель может быть достигнута при использовании современных керамоволокнистых материалов, которые, при реконструкции печей, наносятся на внутренний слой базовой футеровки агрегата.

    Современные керамоволокнистые огнеупорные материалы обеспечивают при их применении существенное снижение тепловых потерь через футеровку, а значит и снижение расхода топлива. Традиционные материалы имеют относительно высокий коэффициент теплопроводности 0,8-1,5 Вт/(мК) и сравнительно высокую плотность 2000-2900 кг/м3. Все это определяет значительную массу футеровки и, следовательно, необходимость расходования большего количества тепла на прогрев футеровки. Керамоволокнистые материалы имеют огнеупорность свыше 1400, коэффициент теплопроводности 0,1-0,2 Вт/(мК) плотность 100-200 кг/м3. Поэтому применение керамоволокнистых материалов из-за существенного снижения их массы позволяет более, чем в 100 раз снизить расход тепла на аккумуляцию футеровкой, что практически исключает ее инертность. В ряде случаев применение керамоволокна позволяет экономить порядка 40 % топлива.

    В данной работе предложена методика для создания инструментов анализа эффективности реконструкции футеровки нагревательных и термических печей. Рассматривается вариант реконструкции, базирующийся на нанесении внутреннего слоя керамоволокнистых материалов на базовую футеровку агрегата.

    Сущность методики заключается в том, что предложены зависимости тепловых потерь через футеровку агрегата до и после реконструкции.

где – средний по длине печи температурный перепад ,; F – площадь внутренней поверхности футеровки, м2; – итоговое термическое сопротивление на пути тепла через футеровку печи (сумма термических сопротивлений конвективной и лучистой отдаче тепла от газов к внутренней поверхности футеровки, теплопроводности через слой (слои) футеровки, конвективной и лучистой теплоотдаче от наружной поверхности футеровки в окружающую среду, ;

– толщина добавленного слоя футеровки, м;

– коэффициент теплопроводности материала добавленного слоя футеровки, Вт/(мК);

    Выполняя ряд преобразований, получим зависимость термического сопротивления добавленного слоя керамоволокнистого материала от требуемой относительной экономии топлива:

где - разница теплопотерь агрегата до и после реконструкции, Вт;

m – производительность агрегата по нагреву материала, кг/с;

c – средняя теплоемкость нагреваемого материала, посчитанная для диапазона температур тепловой обработки, Дж/(кгК);

– изменение среднемассовой температуры материала в процессе тепловой обработки, ;

-относительная экономия топлива, Вт.

    Выводы:

1. Развитие науки позволяет создавать и совершенствовать подходы по защите окружающей среды от факторов антропогенной деятельности.
2. Разработка ресурсоэнергосберегающих технологий тепловой обработки материалов в печах позволяет существенно сократить выброс продуктов сгорания органического топлива в атмосферу./li>
3. Сокращение расхода топлива также является актуальной задачей с экономической точки зрения, определяемой сложной ситуацией на мировом рынке топливных ресурсов.
4. Расход топлива зависит от величины теплопотерь камер печей через футеровку.
5. Разработаны зависимости для анализа эффективности реконструкции футеровки печей, позволяющие определять требуемую величину добавленного сопротивления для достижения заданной экономии топлива и срок окупаемости проектов по реконструкции.