Новые материалы, используемые в металлургических печах
В таблице 2.3 представлены некоторые виды волокнистых огнеупорных изделий и их свойства. Волокнистые плиты, как и шамот-легковес, применяют для изготовления не только изоляционного, но и рабочего слоя футеровки термических печей с целью снижения потерь теплоты в рабочем пространстве печи. При этом уменьшаются два вида потерь: на аккумуляцию теплоты футеровкой и теплопроводностью через футеровку в окружающую среду.
Таблица 3.3 – Виды волокнистых огнеупорных изделий
| № | Тип и марка изделия | Толщина, мм | Плотность r, т/м3 |  , °С | Коэффициент теплопроводности l, Вт/(м×К) при 600 °С | Удельная теплоемкость с, кДж/(кг×К) |
| Плита ШПГТ-450 | 0,45 | 0,2 | 1,0 | |||
| Вата МКРР-130 | 15; 20 | 0,13 | 0,22 | 1,0 | ||
| Войлок МКРВЦ-150 | 15; 20 | 0,15 | 0,14 | 1,0 | ||
| Фетр МКРВЦФ-130 | 15; 20 | 0,13 | 0,18 | 1,0 |
Кладка печи. Конструкции сводов, окон и вспомогательных узлов печи, их назначение
Ограждение печей из огнеупорных и теплоизоляционных материалов называется кладкой или футеровкой. Футеровка является ответственной частью всех промышленных печей. От ее службы зависит надежность работы печи и длительность кампании. Элементами футеровки являются под, стены и свод.
Кладка должна быть, по возможности, непроницаемой для расплавленных металлов и шлаков, а также для печных газов.
В зависимости от требуемой тщательности работы кладку разделяют на категории, для каждой из которых допустимая толщина шва строго регламентирована:
а) особо тщательная, со швами толщиной не более 1 мм – для футеровки плавильных печей в местах возможного контакта с жидкой средой;
б) тщательная, со швами толщиной не более 2 мм – для футеровки, подвергающейся истирающему воздействию и для нагревательных печей с температурой до 1400 °С;
в) обыкновенная, со швами толщиной не более 3 мм – для футеровки, неконтактирующей с жидким металлом и шлаком, и для нагревательных печей с температурой до 1200 °С;
г) простая, со швами толщиной до 4 мм – для выполнения нижних слоев пода.
Рабочий слой футеровки в местах, где требуется наибольшая плотность, выкладывают особенно тщательно со швами не более 0,5 мм. При кладке боровов допускается шов толщиной до 5 мм, а при наружной облицовке печи красным или изоляционным кирпичом толщину шва принимают равной 8-10 мм. Кирпич в кладке может располагаться по разному – на плашку, на торец или на ребро (рисунок 3.2) с обязательным смещением швов (с перевязкой). Это делает кладку более устойчивой и плотной. Огнеупорный слой кладки с теплоизоляционным обычно не перевязывают, так как они имеют разные коэффициенты термического расширения, что при нагреве кладки может привести к ее разрушению.
Для компенсации термического расширения кладки в ней предусматривают температурные швы, размеры которых зависят от рабочей температуры и от применяемого для кладки материала. Ширина термических швов колеблется в пределах от 5 до 15 мм на 1 м кладки.
а – на плашку; б – на ребро; в – на торец; г – ложковая кладка;
д – тычковая кладка
Рисунок 3.2 – Расположение кирпича в кладке
Под печи
Под печи выкладывают или прямо на фундамент или на стальные листы, опирающиеся на балки. Воздушный зазор, образующийся при этом между подом и фундаментом, предохраняет последний от перегрева.
Под печи часто подвергается механическим ударам загружаемых материалов и химическому действию окалины или жидкого металла, поэтому его всегда выполняют многослойным
Нижние ряды (выстилка) кладут на плашку из теплоизоляционного или красного кирпича. Верхние ряды выполняют из огнеупорных материалов, выбираемых в соответствии с условиями службы. Кладку ведут на ребро или торец с обязательным соблюдением перевязки швов. Иногда верхний ряд пода выкладывают «в елку». В плавильных печах рабочий слой обычно выполняют бесшовным - набивным или наварным. Кладка пода приведена на рисунке 3.3.
В доменных печах под (лещадь) выполняют из блоков. Толщина пода термических и нагревательных печей, в зависимости от их размеров и рабочей температуры составляет 230-465 мм. В плавильных печах она достигает 1200 мм, а в доменных печах лещадь кладут толщиной 5 м и более.
а – простая на ребро; б ‑ в елку
Рисунок 3.3 – Кладка подины нагревательных печей
Стены печи
Кладку стен ведут, как и пода, с перевязкой швов, для чего меняют положение кирпича, чередуя тычковые и ложковые ряды (кирпич, уложенный длинной стороной параллельно плоскости стены, называется ложковым, а уложений перпендикулярно – тычковым).
Кладку стен нагревательных печей ведут строго вертикально, а стены плавильных печей, с целью повышения их стойкости, часто делают наклонными с толщиной, уменьшающейся кверху.
Стены выполняют двух- или трехслойными. Внутренний рабочий слой выкладывают из огнеупорного материала, отвечающего требованиям, зависящим от характера работы печи. Он должен иметь необходимую огнеупорность, химическую и механическую стойкость. Наружный слой делают из теплоизоляционного материала, назначение которого снизить потери тепла через кладку теплопроводностью.
Иногда стену выполняют из нескольких слоев (например, динас-шамот-изоляционный). Каждый слой кладут самостоятельно и только при высоте стен более 2,5-3,0 м огнеупорную кладку для повышения прочности перевязывают с изоляционной через каждые 5-6 рядов. Для повышения стойкости стен большой высоты в ряде случаев применяют анкерное крепление кладки.
Толщина стен нагревательных печей колеблется от 0,345 до 0,565 м, плавильных 0,9-1,1 м; доменных печей 1,1-1,6 м.
В печах периодического действия стены, по возможности, выполняют из легковесных материалов с целью снижения потерь на аккумуляцию тепла кладкой. При выполнении футеровки электрических печей для экономии электрической энергии слой тепловой изоляции делают толще, чем в топливных печах.
Свод печи
Своды печей выполняют арочными, купольными или подвесными.
Арочные своды применяют при ширине пролета до 3 м. Для металлургических печей преимущественно применяют арочные своды с центральным углом 60, 90, 120 и 180° (рисунок 3.4 а-г).
Рисунок 3.4 – Схемы сводов
На основании практических данных установлены следующие соотношения и определения радиуса R и стрелы свода f:
| j, град | ||||
| R | 1×В | 0,707×В | 0,577×В | 0,5×В |
| f | 0,134×В | 0,207×В | 0,289×В | 0,5×В |
Для печей чаще принимают R = В, т. е. радиус равный ширине пролета B, для боровов R = 0,5×В. Толщина свода S обычно равна длине кирпича – 230, 250 или 300 мм. Если свод выполняют из двух рядов кирпича по толщине, то ряды (акаты) не перевязывают друг с другом. Своды нагревательных печей выполняют с изоляцией, применяя для этого засыпку толщиной 65-230 мм. Своды плавильных печей обычно делают без тепловой изоляции во избежание перегрева и быстрого их износа.
Купольными сводами называются своды круглых печей. Их выполняют целиком из фасонного кирпича.
Подвесные своды нагревательных печей применяют при ширине пролета более 3 м. Для их выполнения используют фасонные кирпичи из шамота класса А и каолина, в местах пережимов (криволинейные участки сводов методических печей) применяют высокоглиноземистые кирпичи. Примеры выполнения подвесных сводов показаны на рисунке 3.5. Как правило, подвесные своды выполняются однослойными без применения теплоизоляции во избежание перегрева металлических элементов, на которых крепятся фасонные кирпичи, с последующим обрушением сводов.
Рисунок 3.5 – Примеры выполнения подвесных сводов нагревательных печей
Своды плавильных печей очень массивны, поэтому их выполняют распорно-подвесными, при этом часть веса свода передается через подпятовые балки на стойки каркаса. Часто, во избежание перегрева сводов плавильных печей, устраивается принудительное воздушное охлаждение наружной поверхности свода с использованием вентилятора.
Съемные своды электрических печей или крышки нагревательных колодцев монтируют в специальных металлических рамах, воспринимающих все нагрузки и обеспечивающих их длительную службу.
Контрольные вопросы
1 Какие существуют виды печей?
2 Перечислите основные элементы печей, объясните их назначение.
3 Что такое огнеупорные и теплоизоляционные материалы?
4 По каким критериям классифицируются Огнеупорные материалы?
5 По каким критериям классифицируются теплоизоляционные материалы?
6 Каковы рабочие свойства огнеупорных материалов?
7 Каковы физические свойства огнеупорных материалов?
8 Какие существуют виды теплоизоляционных материалов?
9 Опишите особенности футеровки пода, свода и стен печей.