V segmentu zpracování železných a neželezných kovů je klíčové zajištění vnitřních vyzdívek pro všechny typy pecí. Nelze použít řešení z jedné pece na jiné, neboť každá pec je jedinečná a vyžaduje specifické materiály, aplikační technologie a dostatek času pro jejich návrh a vývoj. Důkladná příprava a odborné konzultace se v této oblasti několikanásobně vyplatí.
Typy pecí a jejich aplikace
Existuje široká škála pecí používaných v průmyslových procesech, z nichž každá má své specifické využití a nároky na izolaci a vyzdívku:
- Tavicí pece
- Ustalovací pece
- Indukční tavicí pece a tavicí kelímky
- Kupolové pece
- Ohřívací (žíhací) pece
- Tunelové pece
- Poklopové pece
- Komorové pece (ohřívací, žíhací, popouštěcí, kalicí)
- Válečkové žíhací pece
- Kalicí pece
- Popouštěcí pece
- Průběžné pece pro tepelné zpracování pásu z neželezných kovů
- Elektrické obloukové pece
- Pánve (licí, transportní, ASEA atd.)
- Vozové ohřívací a žíhací pece
- Šachtové pece pro tepelné zpracování
- Krokové pece
- Karuselové pece
- Narážecí pece
Specifické použití tunelových pecí
Společnost Angelantoni díky svému výzkumu a vývoji zvýšila svůj podíl v oblasti obnovitelných zdrojů energie výrobou tunelových pecí pro zpracování žíháním a potahováním přijímacích trubek pro termodynamické solární elektrárny. Za tímto účelem bylo nejprve vytvořeno zařízení pro provádění teplotních zkoušek do 650 °C a programovatelných ramp pro vytápění / chlazení na vzorcích. To umožnilo určit nejlepší tepelný cyklus pro trubky v cyklu zpracování tunelové pece, aby byla zaručena jejich nejlepší výkonnost a spolehlivost.
Pec GMS se používá k žíhání skleněných / kovových spojů (GMS) vyrobených z kusů trubice z borokřemičitého skla s kovovými kroužky, které jsou k nim přivařeny. Rychlost posuvu dopravního pásu GMS lze regulovat tak, aby se dosáhlo nejvhodnějšího tepelného cyklu pro požadovaný profil.
AR pec byla navržena pro antireflexní povrchovou úpravu na borosilikátových skleněných pláštích solárních trubek.
Čtěte také: Průvodce kročejovou izolací
Tepelné zpracování - popouštění
Popouštění je tepelné zpracování oceli, během něhož se vhodným ohřevem ovlivňují její vlastnosti, zejména se odstraňuje vnitřní pnutí po předchozím kalení. Ocel se vždy po kalení popouští. Provádí se pomalým ohřátím materiálu na tzv. popouštěcí teplotu, která je nižší než teplota kritického bodu A1, tj. bez fázových a strukturních přeměn. Teplota popouštění se může lišit v závislosti na požadavcích a složení oceli od 160 °C do 500 °C či více. Popouštění se normálně provádí v popouštěcích pecích, které lze volitelně vybavit ochrannou atmosférou. Ochranná atmosféra zabraňuje oxidaci povrchu během procesu a používá se zejména při vyšších teplotách popouštění.
U některých typů ocelí je doba popouštění velmi důležitá, delší doba popouštění odpovídá vyšší teplotě popouštění. V závislosti na chemickém složení oceli se při určitých teplotních intervalech může objevit fenomén označovaný jako popouštěcí křehkost. Popouštění v rámci této teploty by se normálně nemělo provádět. Maximální tvrdost oceli, které lze dosáhnout kalením, uděluje materiálu nízkou houževnatost. Popouštění snižuje tvrdost materiálu a zvyšuje jeho houževnatost.
Typy popouštění podle teploty
- Popouštění při nízké teplotě (160 °C až 300 °C): Používá se pro cementované komponenty a za studena tvářené nástrojové oceli. Obvykle je požadována tvrdost okolo 60 HRC.
- Popouštění pružinových ocelí (300 °C až 500 °C): Používá se na pružinové oceli a obdobné použití.
- Popouštění při vysoké teplotě (500 °C či vyšší): Používá se pro kalené a popouštěné oceli, za tepla tvářené nástrojové oceli a rychlořezné oceli. Tvrdost se bude pohybovat mezi 300 HB po 65 HRC v závislosti na materiálu. Některé více legované oceli získávají při popouštění vyšší tzv. zušlechťování.
Zušlechťování oceli je v podstatě kalení a popouštění na nižší tvrdost (pevnost). Používá se u konstrukčních uhlíkových a nízkolegovaných ocelí, tzv. „ocelí k zušlechťování“. Při menších kovářských pracích, jako je kování nástrojů a jejich následné zakalení, se používá tzv. napouštění, což je popouštění „na barvu“ vnitřním zbytkovým teplem.
Tepelné izolace pro pece
Hlavním úkolem tepelných izolací je zabránit prostupu tepla stěnami, podlahami, stropy či střechami. Mají nejen udržet teplo v domě, ale také zabránit přehřívání interiéru v letním období. Materiálově lze tepelné izolace rozdělit na pěnové materiály, minerální vláknité a rostlinné materiály. Všechny se vyznačují velmi nízkým součinitelem tepelné vodivosti.
Tepelně izolační materiály, jako jsou žárovzdorné cihly a žáruvzdorné hmoty, jsou obvykle požadovány pro žáruvzdornou vyzdívku průmyslových vysokoteplotních procesů, jako jsou pece. Díky své vysoké porozitě a nízké tepelné vodivosti snižují tepelné ztráty a přispívají tím ke snížení nároků na ohřev procesu.
Čtěte také: IPA asfaltová izolace: Co potřebujete vědět
Tradiční izolační materiály
Mezi nejstarší tepelné izolace patří přírodní materiály, tedy seno, lišejníky či sláma. Specifickou, ale účinnou tepelnou izolací byla i vrstva sněhu na střechách. Zastavme se ale u těch, které uměle vytváří člověk.
Polystyrenová tepelná izolace
Mezi pěnové tepelně izolační materiály patří polymerní pěny - polystyreny, polyuretany, PVC, PE, kaučuk, dále pěnové sklo či pryskyřice. Jde o produkt polymerace styrenu, který je následně zpěňován a nařezán do bloků. Nezbytné je přidání retardérů hoření pro zajištění samozhášivosti materiálu.
- Expandovaný polystyren (EPS): Součinitel tepelné vodivosti expandovaného polystyrenu se pro typ EPS 100 pohybuje od λ = 0,037 W/(m·K) výše. Číslo "100" reprezentuje pevnost v tlaku v kPa. EPS se vyrábí v hodnotách pevností 50 až 250 kPa. Při aplikaci se desky EPS kotví lepením v kombinaci s kotvením hmoždinkami. Pěnový polystyren lze aplikovat i jako kročejovou izolaci, nelze ho však dlouhodobě vystavit vlhku.
- Šedý polystyren (Neopor®, NeoFloor, GreyWall, Lambdapor®): Jde o novou generaci EPS, která se od běžného EPS liší šedivým vzhledem, ale především lepšími tepelněizolačními vlastnostmi. Šedý pěnový polystyren s objemovou hmotností 15 kg/m3 má součinitel tepelné vodivosti 0,032 W/(m·K). Této výborné vlastnosti bylo dosaženo přídavkem uhlíkových nanočástic do polystyrenu před vypěněním, které způsobují šedé zabarvení. Hlavně ale omezily prostup tepla sáláním, který se děje v řídké tuhé pěně, což vedlo k lepší hodnotě součinitele tepelné vodivosti. Při stejné tloušťce má tedy šedý EPS až o 15-20 % lepší izolační účinek, než bílý.
- Extrudovaný polystyren (XPS): Tento druh polystyrenu je dodáván nejčastěji ve formě desek s polodrážkou nebo hranou, využíván je zejména pro izolaci soklu, dále při izolování základových desek nebo ve skladbě střech s obráceným pořadím vrstev. Nejznámější obchodní názvy tohoto materiálu jsou Styrodur, Styrofoam nebo Fibran ECO aj. Materiál má uzavřené póry, je proto nenasákavý a lze ho použít ve vlhkém prostředí, kde působí jako tepelná izolace, a také jako účinná součást hydroizolace. Je velmi pevný, na druhé straně je nutné ho chránit před UV zářením.
Polyuretanová pěna (PUR, PIR)
Nejznámější je takzvaný molitan, ale ve stavebnictví se používá spíše tvrdá polyuretanová pěna s názvem PUR, nověji také polyizokyanurátová pěna PIR. Jedná se o velmi účinnou tepelnou izolaci se součinitelem tepelné vodivosti na úrovni až λ = 0,023 W/(m·K). To je vynikající hodnota, za níž stojí podstatné omezení sálavé, tedy infračervené složky šíření tepla pěnou, velmi jemná struktura pórů a vysoká hustota přestupových rozhraní mezi tuhou fází PUR/PIR a vzduchem, přes které se děje difúzní (tzn. nesálavý) prostup tepla. Materiál v konkrétních aplikacích bývá opatřen Al-fólií. Polyuretanové desky se v současnosti kvůli nízkému součiniteli tepelné vodivosti používají též k izolování obvodových zdí. Podobně jako u polystyrenu existují i zde ucelené PUR zateplovací systémy zahrnující i související komponenty.
Pěnové sklo (FOAMGLAS)
Zajímavé možnosti nabízí pěnové sklo známé jako FOAMGLAS. Vyrábí se ze speciálního hlinitosilikátového skla, rozemletého na prášek a smíchaného s velmi jemným uhlíkovým prachem. Směs je v ocelových formách v tunelové peci zahřáta na cca 1000 °C. Při tomto procesu je sklo roztaveno, současně dochází k oxidaci uhlíku na plyn CO2, který následně vytvoří z taveniny pěnu a zvýší její objem. Konečný rozměr se ustálí až po zchlazení na obvyklou teplotu kolem 20 °C. Nový materiál obsahuje drobné uzavřené bublinky, díky této struktuře je hmota zcela nehořlavá a parotěsná. Foamglas se využívá především v energeticky úsporných či pasivních domech pro izolaci spodní stavby a pro přerušení tepelného mostu, například u paty nosných stěn. Další aplikací jsou izolace podlah nebo pojízdných a pochozích střech s velmi vysokým tlakovým namáháním v průmyslových provozech, občanských stavbách, obchodních domech ap.
Minerální vlna
Poměr ceny, vlastností a výsledného efektu řadí minerální vlnu mezi nejpoužívanější tepelné izolace. Vyrábí se tavením hornin, nejčastěji jde o čedič nebo křemen, podle výchozích surovin se pak jedná o kamennou či skelnou vlnu.
Čtěte také: Radon a asfaltová izolace
- Kamenná vlna: Vzniká tavením čediče, do jemných vláken jsou vstřikována pojiva, hydrofobizační oleje, protiplísňové přísady a podobně. Po tepelném vytvrzení a ochlazení je materiál nařezán na potřebné rozměry, dodává se v rolích nebo deskách. Díky čediči má kamenná vlna vysoký bod tání, odolává proto ohni. Neměla by však být dlouhodobě vystavována vlhku.
- Skelná vlna: Podobně je vyráběna i skelná vlna, díky příbuznosti výchozího materiálu má také podobné vlastnosti, jako vlna kamenná.
Významnou předností minerálních tepelných izolací je i nízký difúzní odpor, a tím vysoká paropropustnost, dům může dýchat, což konkrétně znamená, že se zejména případná zkondenzovaná vlhkost v obvodové zdi může odpařovat ven. Díky této vlastnosti se minerální vlna často úspěšně používá v difúzně otevřených konstrukcích nebo u dvouplášťových střech.
Přírodní vláknité izolace
- Konopná vlákna: Konopí patří mezi velmi využívané technické rostliny. Jeho největší předností je rychlá obnovitelnost - roste mnohem rychleji, než dřevo, navíc nevyžaduje žádnou velkou péči ani ošetřování chemickými látkami. Při růstu odbourává CO2, půda je po sklizni kvalitní. Z vláken této rostliny jsou vyráběny konstrukční desky i tepelně-izolační materiály ve formě desek či rouna. Pro izolaci těžce přístupných nebo nepravidelných míst je používána konopná foukaná sypká izolace. Díky srovnatelným vlastnostem (λ ≈ 0,04 W/(m.K)) mohou konopné materiály nahradit minerální vlnu. Uchovávají si dlouhodobě své vlastnosti, jsou pevné, odolné proti vlhkosti, nehrozí ani napadení škůdci či hnilobou. Zaručují zdravé mikroklima, a tedy příjemné bydlení.
- Dřevitá vlákna a technický len: Obdobné vlastnosti, ale zatím menší rozšíření, mají izolační materiály z dřevitých vláken a technického lnu. Všechny tyto výrobky lze považovat za čistě ekologické, neboť při jejich výrobě nejsou používána žádná lepidla.
- Celulózové materiály: Celulózové tepelně-izolační materiály se vyrábějí z recyklovaného novinového papíru, základní surovinou je tedy v prvopočátku dřevo. Roztrhaný novinový papír je smíchán s přísadami, zpravidla boritany, které zajišťují jeho odolnost proti škůdcům, plísním, hnilobám a ohni. Poté je směs rozemleta. V prodejní síti je nabízena pod obchodními názvy Climatizer či Isocell, v zahraničí častěji jako Isofloc nebo Thermofloc, ap. Při použití tohoto materiálu je nutné počítat s takzvaným „sedáním”, při aplikaci je proto nutné hmotu zhutnit, a to především v šikmých nebo svislých částech stavby. Celulózová izolace se stejně jako ostatní přírodní materiály chová v konstrukci jako savý papír, to znamená, že na sebe naváže vlhkost ze zdiva a rovnoměrně ji předá dál. Tento typ izolace je zatím více využíván v zahraničí, a to především v dřevostavbách a obecně v pasivních domech.
- Sláma: Sláma je jeden z nejobvyklejších stavebních i tepelně-izolačních materiálů našich předků a její obliba v současnosti opět roste. V konkrétní stavbě může být sláma použita jako nosný konstrukční materiál nebo jako doplnění nosného systému. Překvapivě má slaměná izolace ve spojení s hliněnou omítkou vysokou požární odolnost, může to být až 90 minut, vyhovuje proto všem typům konstrukcí. Podstatnou nevýhodou je ovšem nízká odolnost proti vlhkosti, slaměnou izolaci je proto nutné před ní dobře chránit, například omítkou či obkladem.
Vakuová tepelná izolace (VIP) a aerogel
Princip této izolace je zdánlivě jednoduchý. Ve většině tepelných izolací se na celkovém prostupu tepla totiž významně podílí vzduch. Materiál sám, tzn. tuhá část pěny nebo minerální či rostlinná vlákna, je dobrou tepelnou izolací, ale v kombinaci se vzduchem, který zaujímá většinu objemu izolace, jsou hodnoty vodivosti nakonec blízké vzduchu - přibližně 0,03 W/(m·K). Lepších hodnot lze docílit, když z izolačního materiálu odčerpáme vzduch, čímž je potlačen dominantní vliv tepelné vodivosti plynu. Výrobci docilují až 99.999999 % vakua a tím tepelného odporu 250 m2K/W pro libovolnou tloušťku.
Vakuové izolační panely (označované zkratkou VIP) však obsahují jako výplň tuhou síťovou strukturu složenou z klastrů (shluků) částic oxidu křemičitého (SiO2) nanometrických rozměrů. Tato prostorová, velmi jemná síť je známá pod názvem aerogel. Další důležitou součástí VIP je vzduchotěsný a mechanicky tuhý obal s vysokou termoreflexí (a téměř nulovou emisivitou). Ten umožní úplné a trvalé odčerpání vzduchu z výplně SiO2, dále trvalé téměř úplné odstínění sálavé složky sdílení tepla a konečně i bezporuchovou manipulaci s panely při výstavbě. Panely VIP se vyrábějí v rozměrech stavebních izolačních desek, jejich tloušťka je malá, od 2 do 8 cm. Vysoce a jemně porézní a zároveň tuhá výplň panelů VIP, známá i pod názvem aerogel (nebo také ztuhlý dým) prošla soustředěným vývojem.
Prosadila se hmota zvaná pyrogenní kyselina křemičitá, což je vysoce jemně dispergovaný oxid křemičitý, který vzniká plamennou hydrolýzou tetrachlorsilanu při vysokých teplotách do 1500 °C. Tepelná izolace tvořená skleněnými vlákny. Tento model byl zdokonalen ještě tím, že do nanometrické sítě pyrogenní kyseliny křemičité byly vpraveny absorbéry tepelného záření. Vedle potlačení vedení tepla vzduchem tím byla navíc eliminována i složka šíření tepla sáláním.
Součinitel tepelné vodivosti nejlepších vakuových panelů dosahuje hodnoty λ = 0,004 až λ = 0,005 W/(m.K). Kvůli velmi vysoké ceně zatím u nás nacházejí vakuové panely oproti zahraničí uplatnění především při řešení komplikovaných konstrukčních detailů.
Keramická vlákna a speciální izolační materiály
Skleněná vlákna se vyrábějí ze skleněné taveniny tažením foukáním a odstředivou metodou. Produkty ze skleněného vlákna jsou určeny pro teploty do 500 °C a u speciálního složení až do 750 °C.
Minerální vlákna se vyrábějí tavením strusky a horniny v peci. Tavenina se pak převádí do podoby vláken foukáním nebo odstředivou metodou. Jde o vlákna z křemičitanů alkalických zemin s teplotou použití mezi 850 °C a 1200 °C v závislosti na tepelném a chemickém zatížení aplikace. Produkty z vysokoteplotních vláken lze účinně použít jako izolační materiály do teplot až 1800 °C.
Základním dodávaným produktem je surové vlákno. Je však možné je dále zpracovávat (včetně vysokoteplotních kategorií) do nejrůznějších všestranně použitelných forem a tvarů. Desky a tvarované dílce se vyrábějí nízkotlakým procesem s přidáním pojiv k základnímu materiálu. K dispozici je široká řada produktových specifikací daná úpravami klasifikačních teplot vláken, obsahu pojiva a měrné hmotnosti. Předžíhané tvarované dílce se vyznačují nízkou mírou smršťování.
Papír se vyrábí mokrým procesem s přidáním organických a chemických pojiv a přísad. Při tomto procesu lze nezvlákněné částice oddělit vymýváním pomocí obráceného toku plynu nebo kapaliny skrz směs. Tímto způsobem se zlepšují izolační vlastnosti materiálu a možnosti manipulace s ním.
Vlhké plsti se dodávají v plastové fólii. Jejich použití je praktické zejména v aplikacích s komplikovanou geometrií.
Kalciumsilikátové produkty
Naše kalciumsilikátové produkty nabízejí velmi stabilní hodnoty tepelné vodivosti v širokém teplotním rozsahu. Naše nejlepší produkty lze trvale používat při teplotě 1000 °C bez zhoršování vlastností nebo nadměrného smršťování. Nicméně to, čím je kalciumsilikát tak výjimečný, je jeho vysoká pevnost v tlaku a ohybu, díky čemuž je rovněž ideální jako konstrukční prvek v sestavě. Unikátní vlastnosti kalciumsilikátu nabízejí nepřekonatelné výhody při použití v jakékoli aplikaci pracující s vysokými teplotami a velkou spotřebou energie. Konstrukční řešení Promat HPI využívají odlišných vlastností jednotlivých tříd materiálu a minimalizují plýtvání energií díky řízení tepelných ztrát.
Tepelně izolační cihly a sypké materiály
Pojmem „tepelně izolační cihly“ se běžně označují tepelně izolační materiály určené pro použití při teplotách do 1000 °C, které se často nesprávně označují jako „zadní izolace“. Vyrábějí se z několika surovin běžně se vyskytujících v přírodě:
- Křemelina (diatomitová zemina): Měkká, křemitá sedimentární hornina, kterou lze snadno drtit na jemný prášek s typickou velikostí částic mezi 10 µm až 200 µm.
- Vermikulit: Geologické označení skupiny hydratovaných šupinkovitých minerálů - silikátů hliníku, železa a hořčíku, vzhledem připomínajících slídu.
- Perlit: Amorfní vulkanické sklo s relativně vysokým obsahem vody, které obvykle vzniká hydratací obsidiánu. Běžně se vyskytuje v přírodě a podobně jako vermikulit má neobvyklou schopnost při dostatečném zahřátí expandovat.
Pro zpevnění směsi a urychlení tvrdnutí lze přidat sulfitový výluh, sádru nebo beton.
Moderní izolační technologie
Microtherm®
Ačkoliv je materiál Microtherm® pevný a vynikající odolnost proti stlačení, má poměrně nízkou objemovou hmotnost a asi z 90 % jej tvoří zachycený vzduch. Je tvořen nanočásticemi siliky tlakově vázanými do dlouhých, klikatých řetězců. Vzduch je v něm obsažen jako mikroskopické kapsy ve struktuře, které jsou menší než střední volná dráha molekuly vzduchu, tj. vzdálenost, kterou musí molekula vzduchu urazit, než se srazí s jinou molekulou vzduchu. Tato porézní struktura dramaticky omezuje efekt vedení v plynech a omezuje interní konvekci. Namísto srážek s ostatními molekulami vzduchu se molekuly vzduchu srážejí se stěnami pórů, což je proces, který přenáší jen málo energie. Vedení pevnými látkami je minimalizováno nízkou objemovou hmotností, ale také drobnou strukturou částic. Velmi malá kontaktní plocha mezi jednotlivými částicemi, společně s délkou řetězce částice účinně omezují přenos tepla kontaktem pevné fáze. Sálání je hlavním způsobem přenosu tepla za vyšších teplot a je příčinou rychlého zhoršování vlastností tradičních izolačních materiálů za těchto podmínek. Začleněním částic opacifikujícího materiálu do struktury materiálu Microtherm® dojde k jeho téměř úplné opaknosti pro infračervené záření. Opacifikační látka opakovaně láme infračervené vlny a téměř zcela tím blokuje jejich průchod izolací. Microtherm® nabízí nepřekonatelné výhody při použití v jakékoli aplikaci pracující s vysokými teplotami a velkou spotřebou energie.
Srovnání izolačních materiálů
| Typ izolace | Součinitel tepelné vodivosti (λ) [W/(m·K)] | Poznámky |
|---|---|---|
| Expandovaný polystyren (EPS 100) | 0,037 a více | Použitelný jako kročejová izolace, nelze vystavit vlhku. |
| Šedý polystyren (Neopor® aj.) | 0,032 | Až o 15-20 % lepší izolační účinek než bílý EPS. |
| Polyuretanová pěna (PUR, PIR) | až 0,023 | Vynikající hodnota, často opatřena Al-fólií. |
| Konopné materiály | ≈ 0,04 | Odolné proti vlhkosti, škůdcům, hnilobě. |
| Vakuové izolační panely (VIP) | 0,004 až 0,005 | Nejlepší izolační vlastnosti, vysoká cena. |
| Aerogel (nevakuovaný) | až 0,016 (uhlíkaté 0,012) | Vynikající i bez vakua. |
tags: #tunelova #pec #popousteci #izolace #přehled