Fornos de lareira móvel: Refratários e isolamento: projeto de revestimento, perda de calor e vida útil.
O revestimento de um forno de soleira móvel sofre um desgaste considerável. A face quente atinge temperaturas entre 950 e 1100 graus Celsius em operação contínua, com ciclos térmicos que variam da temperatura ambiente à temperatura de operação e vice-versa. A parte inferior do forno, onde a soleira móvel se desloca para dentro e para fora, sofre a carga mecânica das rodas do carrinho. O teto recebe o calor radiante da carga. Cada parte do revestimento é submetida a tensões diferentes, e um bom projeto adequa o refratário às condições locais de operação. Este não é um trabalho glamoroso, mas determina se um forno funcionará por 5 ou 15 anos entre grandes revisões.
Arquitetura de Revestimento
O revestimento de um forno de soleira móvel moderno possui três camadas. A face quente é composta por tijolos refratários de alta alumina (60 a 80% de Al₂O₃) ou um módulo de fibra cerâmica, dependendo da temperatura de projeto e das condições de serviço. Atrás da face quente, encontra-se uma camada isolante de tijolos refratários (IFB, 23 a 26% de Al₂O₃) ou uma placa de silicato de cálcio. A camada mais externa é uma manta de lã mineral ou fibra cerâmica que proporciona isolamento na face fria e protege a carcaça de aço de temperaturas excessivas.
A espessura total da parede em um projeto para 950 graus Celsius é tipicamente de 280 a 350 mm, e a temperatura da carcaça em plena operação é inferior a 60 graus Celsius. A perda de calor projetada é de 600 a 900 watts por metro quadrado de área da parede, o que se traduz em 30 a 50 kW de perda total de calor em uma área de parede de 50 metros quadrados. Esse é um custo contínuo de energia, e minimizá-lo é o que torna um forno economicamente viável.
Revestimentos de módulos de fibra cerâmica
Os módulos de fibra cerâmica substituíram em grande parte os revestimentos de tijolos no teto e nas paredes laterais dos novos fornos de soleira móvel. Os módulos de fibra são mantas de 200 a 300 mm de espessura, dobradas em formato de acordeão e montadas em ancoragens de aço inoxidável soldadas à estrutura. Os módulos comprimem-se uns contra os outros, formando uma superfície quente contínua, e a estrutura dobrada confere-lhes boa resistência ao choque térmico.
As vantagens dos módulos de fibra em relação aos módulos de fibra incandescente são significativas. A massa térmica é de 4 a 6 vezes menor, o que significa aquecimento mais rápido e menor consumo de energia durante os ciclos de aquecimento e resfriamento. A condutividade térmica a 1000 graus Celsius é de 0,15 a 0,25 watts por metro-Kelvin, contra 0,6 a 0,8 para módulos de fibra incandescente mais fibra de vidro isolante e manta térmica. A instalação é mais rápida e os reparos são mais fáceis — um módulo danificado pode ser removido e substituído em 30 minutos.
A desvantagem é a vida útil. Módulos de fibra óptica em um projeto para 950 graus Celsius duram de 5 a 8 anos antes que os módulos da face quente comecem a sinterizar e perder espessura. Acima de 1050 graus Celsius, a vida útil cai para 3 a 5 anos. Acima de 1150 graus Celsius, o uso de módulos de fibra óptica não é recomendado, e o projeto volta a utilizar módulos de fibra óptica convencionais.
Revestimentos de tijolos para serviço em alta temperatura
Para fornos de soleira móvel operando acima de 1050 graus Celsius, o revestimento de tijolos continua sendo o padrão. Tijolos de alta alumina (80 a 90% de Al₂O₃) são usados na face quente, apoiados por IFB (densidade de 1,0 a 1,4 g por cm³) e uma manta de fibra cerâmica. Os revestimentos de tijolos têm maior massa térmica e aquecimento mais lento, mas duram mais tempo em altas temperaturas – de 8 a 15 anos em um projeto de 1100 graus Celsius.
A MONTE INTELLIGENCE especifica tijolos de alta alumina nas paredes laterais e no teto de projetos de fornos de soleira móvel para altas temperaturas, com módulos de fibra na porta e na borda da soleira, onde a temperatura é mais baixa e a tensão mecânica é maior.
Revestimento de lareira Bogie
A soleira do carrinho é a parte mais solicitada do revestimento. Ela suporta o peso da carga, opera na mesma temperatura que o forno e sofre vibrações mecânicas conforme o carrinho entra e sai do forno. A construção padrão consiste em um revestimento em camadas: uma face quente de tijolos de alta alumina ou módulos de fibra de alta resistência, uma camada de suporte de IFB (tijolo refratário moldável) e uma camada estrutural de material refratário moldável para suportar o revestimento e distribuir a carga para a estrutura de aço do carrinho.
Os revestimentos da soleira do vagão geralmente têm uma vida útil mais curta do que o revestimento da fornalha, devido ao estresse mecânico. A troca do revestimento da soleira do vagão costuma ser programada a cada 5 a 8 anos, enquanto o revestimento da fornalha dura de 10 a 15 anos. O procedimento de troca do revestimento requer de 2 a 4 semanas de inatividade da fornalha.
Desempenho do isolamento e perda de calor
A perda de calor através do revestimento é um dos principais fatores que contribuem para o custo operacional de um forno de soleira móvel. Um forno bem isolado de 100 toneladas, operando a 950 graus Celsius, perde de 80 a 120 kW continuamente pelas paredes, teto e estrutura móvel. Com o preço do gás natural entre 0,30 e 0,40 USD por metro cúbico, isso representa de 50.000 a 80.000 USD por ano apenas em perdas de calor pelas paredes.
As melhorias no projeto do revestimento ao longo dos últimos 20 anos reduziram a perda de calor pela metade. Um projeto da década de 1990, utilizando tijolos e IFB (Integrated Fluid Board - Placas de Fibra Óptica), perderia de 150 a 200 kW no mesmo forno. Essa melhoria se deve aos módulos de fibra cerâmica, ao isolamento microporoso e a sistemas de ancoragem mais eficientes.
A MONTE INTELLIGENCE projeta revestimentos para fornos de soleira móvel visando a menor perda de calor possível para a temperatura de operação. Para um projeto de 950 graus Celsius, a meta é de 600 a 700 watts por metro quadrado de área da parede. Para um projeto de 1100 graus Celsius, a meta é de 800 a 900 watts por metro quadrado.
Vedações da porta e da borda do bogie
A porta e a borda do carrinho são as duas áreas de maior perda de calor em um forno de soleira móvel. A porta possui uma grande área de superfície, frequentemente de 4 a 6 metros quadrados em um forno grande, e a vedação é mecânica. A borda do carrinho possui um vão de 5 a 10 mm em relação à moldura da porta para permitir a expansão térmica, e esse vão constitui um caminho contínuo para a infiltração de ar frio.
Um bom projeto de vedação utiliza uma junta de corda de fibra cerâmica na porta, comprimida por travas hidráulicas ou mecânicas a uma compressão de 30 a 50%. A vedação da borda do truque é normalmente uma vedação de areia ou de corda de fibra, com uma pequena cortina de ar insuflada na folga para reforçar a vedação.
A perda de calor através da porta e da borda do bogie pode variar de 30 a 50 kW em um forno de 100 toneladas, o que representa aproximadamente um quarto a um terço da perda total de calor pelas paredes. Uma boa vedação se paga em 6 a 12 meses, graças à redução no consumo de combustível.
Inspeção e manutenção de revestimentos
Um bom programa de manutenção prolonga a vida útil do revestimento e evita paradas não planejadas. O programa inclui: inspeção visual mensal da face quente, levantamento anual da temperatura da carcaça da face fria e inspeção trimestral da vedação da porta. Quaisquer blocos ou módulos de fibra rachados ou ausentes devem ser substituídos imediatamente para evitar pontos quentes na carcaça.
A MONTE INTELLIGENCE oferece um serviço de inspeção de revestimento como parte do suporte pós-venda padrão. O serviço inclui: termografia do casco em temperatura de operação, perfuração de amostras em áreas suspeitas e um relatório escrito com recomendações sobre reparos e prazos de substituição.
Fale com a MONTE INTELLIGENCE sobre melhorias no revestimento.
Para compradores que estejam considerando uma nova fornalha com soleira móvel ou o revestimento de uma unidade existente, a MONTE INTELLIGENCE Engineering pode recomendar um projeto de revestimento que equilibre o custo inicial, a eficiência energética e a vida útil para as condições operacionais específicas. Visite [link]www.cnlymonte.com/products-bogie-hearth-furnace.html Para obter as especificações do produto, entre em contato conosco. Para discutir o projeto, envie um e-mail para helenxu@cnlymonte.com com o assunto "Revestimento de lareira para vagão" e detalhes sobre sua temperatura e processo de operação.
