ВСН 429-81 Инструкция по проектированию футеровок промышленных печей из огнеупорных волокнистых материалов

Что такое «футеровка»?

Футеровка печи — это устройство облицовочного слоя на внутренних плоскостях топочного отдела, находящихся в постоянном контакте с открытым огнём. В его функцию входит защита внешних стен от повреждений термического, механического, химического или физического характера. Футерование выполняют не только для отопительных устройств бытового назначения, такую технологию применяют при изготовлении металлургических плавильных печей, паровых котлов, ковшей и т. п.

Кроме огнезащиты, жаростойкий материал выполняет теплоизоляционную функцию — снижение потерь тепла. Однако, здесь существует некоторая опасность: слишком толстый слой футеровки приведёт к снижению КПД прибора, так как потоки тепловой энергии будут «улетать» через дымоотвод на улицу, а не распространяться внутрь помещения.

Способы выполнения

Футеруют топочные бункеры, в зависимости от стройматериала изготовления основной конструкции, несколькими способами:

• устройство облицовочного слоя из материалов с низким коэффициентом теплопроводности: шамотного кирпича или специальных панелей. Выполнить эту работу можно как в процессе сооружения печки, так и после завершения её строительства;

  

  Шамотный кирпич

  Читайте также:  Вытяжка для мангала своими руками из металла
• монтаж защитных экранов, отражающих тепловое излучение. Применяется для футеровки металлических печей — каменка, которыми оборудуют парные в банях. Применение теплоотражающих экранов для других конструкций отопительных агрегатов малоэффективно;
• покрытие изнутри стен топочного отдела жаростойкой смесью различного типа. Нанести состав на стены топки можно в любой момент — при постройке или в уже готовом агрегате.

Используемые материалы

Огнеупорные материалы для футеровки печей в зависимости от входящих в сырьевой состав ингредиентов подразделяются на следующие классы:

1. А — изделия, основу которых составляют материалы природного происхождения или синтетическая композиция с добавлением кремнеорганического связующего;
2. В — в качестве основного ингредиента используется специальный вид глины (шамот);
3. С — другие компоненты огнеупорных веществ.

Изделия и составы для футеровки печи класса В (кирпич, блоки, мастики и т.п.), основу которых составляет обожжённая шамотная глина доступны, стоят недорого, и поэтому пользуются наибольшей популярностью. Для повышения жаростойкости в сырьё при их производстве могут вводиться порции кварцевого песка, песчаника и других видов горных пород, прочность которых остаётся неизменной при любых значениях температур нагрева.

В качестве дополнительной защиты к шамотным изделиям применяются материалы в форме рулона, плиты или листа. Они укладываются между слоями кладки из жаропрочных и керамических изделий. В перечень таких материалов для футеровки печи, основу которых составляет белая глина, входят:

• базальтовая вата;
• плотный каолин;
• муллито — кремнеземистые маты;
• вермикулит и ряд других изделий.

Сухие смеси используются для изготовления огнестойкого раствора, которым обмазывают плоскости топочного бункера и другие элементы кладки. Ими заполняют полости технологических просветов и зазоров, компенсирующих линейное расширение конструктивных деталей печи из металла.

К огнеупорным материалам для футеровки печей можно отнести и термостойкую алюмосиликатную клеевую массу, с помощью которой приклеивают огнеупоры в листовой или рулонной форме. Такой клей также применяют для кладки из шамота, для обмазки тонким слоем стен из кирпича с низкой термостойкостью.

Плюсы и минусы различных материалов для футеровки

В небольших лабораторных конструкциях огнеупорные материалы для футеровки печей занимают все пространство рабочей камеры. Рассмотрим каждую разновидность подробнее и перечислим их достоинства и недостатки.

Корунд или керамика

Плотный и твердый материал, устойчивый к агрессивным химическим веществам. Очень прочный и долговечный. Из минусов муфельных печей с керамической камерой отметим:

• Значительные временные затраты на достижение нужной температуры нагрева.
• Увеличенная мощность.
• Стоимость, вполовину выше, чем муфеля из волокна.

Керамическая печка будет служить много лет без ущерба целостности камеры

Волокно

Изготавливается из оксида алюминия, обеспечивает очень быстрый прогрев. Недостатками считается невозможность работать с образцами, содержащими жидкости. Выделяемые пары и газы могут привести камеру в негодность. Кроме того, алюминиевые волокна считаются очень хрупкими и требуют бережного обращения. После повреждений или износа поверхности внутри муфеля дальнейшая его эксплуатация невозможна.

Цена волоконной конструкции самая низкая

Керамическое волокно

Сочетает в себе лучшие качества двух вышеописанных материалов. При меньших затратах мощности нагрев происходит намного быстрее. Материал также характеризуется средней устойчивостью к разным химическим реактивам.

При использовании муфеля из керамического волокна следует строго соблюдать температурный режим, не превышая его

Нужно ли замачивать шамотный кирпич перед кладкой?

Даже у опытных печников нет однозначного ответа на этот вопрос. Однако, изучив физические свойства шамота, можно убедиться, что в некоторых случаях, перед тем, как сделать футеровку печи, увлажнять кладочный материал просто необходимо:

1. когда кладка ведётся бывшим в употреблении кирпичом. Во время предыдущего использования поры материала забились частицами пыли и кладочной смеси, и чтобы открыть капилляры в его структуре, кирпич замачивают. После того, как кирпич вынимают из ёмкости с водой, следует дождаться пока с него стечёт вся жидкость, а уже затем использовать для кладочных работ;
2. при возведении отопительного прибора в летний зной, а вот при повышенной влажности осенью или весной уже лучше кирпич не замачивать.

Клей и раствор

Огнеупорный раствор для кладки шамотного кирпича
Помимо качества и характеристик материалов на эффективность процедуры футеровки также влияет их правильная укладка с применением специальных веществ.

Раствор

Термостойкие растворы образуют на стенках топки монолитный тонкий слой, защищающий рабочую поверхность от воздействия пламени. Такому монолиту может потребоваться ремонт по мере его износа. Во время работы с раствором нужно соблюдать основные правила:

• Растворы готовят из сухих смесей корундового, муллитового или шамотного типа, которые разбавляют водой до сметанообразной консистенции. Пропорции компонентов и характеристики смесей обычно указаны на упаковке.
• Сначала слой раствора обжигают паяльной лампой или нагревают в печи до образования твердого покрытия во время обжига.
• Если футеровку проводят при помощи шамотного кирпича, швы стыковки нужно заполнять на всю высоту кладки.

Для 1 м3 кирпичной кладки обычно требуется как минимум 100 кг готового раствора из смеси любого типа.

Огнеупорный клей

Огнеупорный клей для выкладки топки

Инструкции в зависимости от материала

Слой картона между внутренним и внешним слоями кладки
Футерование стандартной или индукционной печи лучше доверить специалистам, но при наличии минимальных навыков эту процедуру можно провести самостоятельно, следуя правилам.

Кирпичная печь

При футеровке топочной камеры кирпичной печи учитывают термическое расширение материала. Между внутренним защитным и внешним стандартным слоем кладки нужно оставлять зазор в 7-10 мм или дополнять его прокладкой из картона каолинового, базальтового или асбестового типа.

Металлическая печь

Футеровка металлической печи
Процедура для печей из металла проводится так же, как и для оборудования из кирпича. Нужно учитывать, что между металлической стенкой и материалом должен обязательно оставаться зазор, компенсирующий линейное расширение. Это пространство можно заполнить базальтовой или каолиновой плитой или листами асбеста.

Твердотопливная печь

Для твердотопливных печей целесообразно проводить футеровку одним из трех доступных способов. Тяжелое футерование проводят для печей со слабым экранированием, при таком способе облицовка выполняется кладкой в два или три слоя. В случае облегченной футеровки кладка должна быть однослойной. Также существует вариант натрубного футерования, когда трубы котла обмазывают огнеупорным клеем снаружи.

Глиняная печь

Топки в глиняных печах рекомендуют обкладывать шамотным кирпичом или обмазывать пластичными огнеупорными материалами, например, мастикой или алюмосиликатным клеем. После застывания слой такого материала представляет собой плотную оболочку, защищающую стенки от перегрева.

Шамотный кирпич

Футеровку с помощью шамотного кирпича проводят, выкладывая материал в несколько рядов с наклоном и ребром со сдвигом до 1/2 длины по направлению к блоку в нижнем ряду вплоть до верха топочного отсека. Верхнюю плоскость облицовывают в последнюю очередь, укладывая кирпичи плашмя. Нужно помнить, что слой футеровки и основная кладка стенок должны соответствовать друг другу по расположению вертикальных швов.

Схемы трубчатых печей

Ниже приведены распространенные схемы отечественных трубчатых печей.

Печи типа СС

Печи типа СС – секционные с горизонтально расположенным змеевиком, отдельно стоящей конвекционной камерой, встроенным воздухоподогревателем и свободного вертикально-факельного сжигания топлива. Трубный змеевик каждой секции состоит из двух или трех транспортабельных пакетов заводского изготовления. Змеевик каждой секции самонесущий и устанавливается непосредственно на поду печи.

Печи типа ЦС – цилиндрические с пристенным расположением труб змеевика в одной камере радиации и свободного вертикально-факельного сжигания комбинированного топлива. Печи выполняются в двух вариантах: без камеры конвекции и с камерой конвекции (рис. XXI-12).

Кстати, прочтите эту статью тоже: Форсунки и горелки

Цилиндрическая камера радиации установлена на столбчатом фундаменте для удобства обслуживания газовых горелок, размещенных в поду печи. Радиантный змеевик собран из вертикальных труб на приваренных калачах; в центре пода печи установлена газомазутная горелка. Змеевики упираются на под печи, вход и выход продукта осуществляется сверху.

Печь типа ЦД4

Печь типа ЦД4, продольный разрез которой показан на рис. XXI-13, является радиантно-конвекционной, у которой по оси камеры радиации имеется рассекатель-распределитель в виде пирамиды с вогнутыми гранями, представляющими собой настильные стены для факелов горелок, установленных в поду печи.

Рассекатель-распределитель разбивает камеру радиации на несколько независимых зон теплообмена (см. рис. XXI-13, их четыре) с целью возможной регулировки теплонапряженности по длине радиантного змеевика. Внутренняя полость каркаса рассекателя разбита на отдельные воздуховоды; в кладке грани рассекателя по высоте грани есть каналы прямоугольного сечения для подвода вторичного воздуха к настильному факелу каждой грани. Каждый воздуховод оснащен поворотным шибером, управляемым с площадки обслуживания.

В кладке граней рассекателя на двух ярусах по высоте граней расположены каналы прямоугольного сечения для подвода вторичного воздуха из воздуховодов к настильному факелу каждой грани. Изменяя подачу воздуха через каналы, можно регулировать степень выгорания топлива в настильном факеле, что позволяет выравнивать теплонапряженность по высоте труб в камере радиации.

Радиантный подвесной змеевик состоит из труб, расположенных у стен цилиндрической камеры. Настенные радиантные трубы размещены в один ряд и имеют одностороннее облучение, а радиальные с двусторонним облучением размещены в два ряда.

Печи типа КС

Печи типа КС – цилиндрические с кольцевой камерой конвекции, встроенным воздухоподогревателем, вертикальными трубными змеевиками в камерах радиации и конвекции и свободного вертикально-факельного сжигания топлива (рис. XXI-14). Комбинированные горелки расположены в поду печи. На стенах камеры радиации установлен одно- или двухрядный настенный трубный экран. Конвективный змеевик так же, как и воздухоподогреватель, набирают секциями и располагают в кольцевой камере конвекции, установленной соосно с цилиндрической радиантной камерой.

Печи типа КД4

Печи типа КД4 – цилиндрические четырехсекционные с кольцевой камерой конвекции, встроенным воздухоподогревателем, дифференциальным подводом воздуха по высоте факела, вертикальным расположением змеевика радиантных и конвекционных труб, настильным сжиганием комбинированного топлива. Печи выполняются в двух конструктивных исполнениях: с дымовой трубой, установленной на печи или стоящей отдельно.

Производственная футеровка и свойства материалов

На производстве, в металлургии, футеровка индукционной печи выполняется с использованием особых, прессованных шамотных кирпичей. Они очень износостойкие, не дают усадки и хорошо выдерживают термоудары. Применение шамотного кирпича позволило добиться большой экономии средств и намного удешевить процесс производства металлов.

Индукционная печь

Индукционная печь

В таблице приведены свойства некоторых огнеупорных материалов

Бытовые проблемы – футеровка как решение

В быту людям обычно приходится решать более простые задачи. На самом последнем этапе, догорание углей, происходит перегрев низа металлической печки, иногда докрасна. Человек решает своими руками обложить изнутри перегревающуюся стенку.

Но и в этом случае приходится решать вопрос, до какого уровня выполнить футеровку, оставить ли зазор и как при этом закрепить кирпичи?

Конкретно в данной ситуации вопрос можно решить следующим образом:

• Если позволяет ширина топливника, по его периметру укладываются шамотные кирпичи стандартного размера – 250Х150Х65 мм. При этом кирпич укладывается к стенке плашмя. Можно уложить вертикально, с высотой 250 мм или горизонтально на 120 мм.
• Для того чтобы кирпичи надежно зафиксировать между собой, используется простой способ. С помощью шлифовальной машинки делается пропил в части соединения, и кирпичи скрепляются с помощью вставленного металлического шипа подходящего размера.

Устройство футеровки: температура и металл

Особое внимание стоит обратить на то, что термическое линейное расширение металла намного больше, чем у кирпича. Поэтому все металлические части, подверженные нагреву, должны иметь свободное пространство для расширения.

Наша справка: отсутствие зазора между металлической стенкой печи и футеровкой приводит к разрушению футеровки.

При устройстве данной футеровки зазор уплотняется базальтовой или каолиновой ватой, скрученной в жгуты, шнуры или виде спрессованного полотна. Можно для этой цели использовать асбест.

Ошибочная защита. Последствия

Очень часто встречается такая картина. Металлическая печь обкладывается кирпичом с применением глинистого раствора, да еще и без зазора. Мотивируется это обеспечением безопасности и улучшением прогрева печи.

Виды ремонтов кирпичных печей и каминов

Текущий ремонт

К работам указанной группы относятся те из них, которые являются мелкими. Их необходимо, а главное, можно выполнить в минимальные сроки. Срочность выполнения таких работ обусловлена тем, что несвоевременное устранение указанных недостатков приводит к возникновению более серьёзных неисправностей. А те, в свою очередь, могут привести к пожару или несчастному случаю. К данным работам видам работ относятся: замена задвижек, колосниковых решёток, дверок, отдельных кирпичей, укрепление изразцов и заделка трещин.

Для того, чтобы укрепить дверку, её следует предварительно вынуть из кладки вместе с рамкой. После этого меняются на новые лапки крепления. В месте крепления кладка, перед повторной установкой дверки, расчищается, затем смачивается водой. При установке контролируйте, чтобы лапки дверной рамки попали в кладочные швы. После этого швы забиваются раствором. Если имеются треснувшие кирпичи, их следует поменять на новые. Зазор между печной кладкой и рамкой дверцы заделывается асбестовым шнуром (5 – 10 миллиметров). Закрепив рамку, затирают или замазывают глиняным раствором выявленные трещины.

Вышедшую из строя колосниковую решётку вынимают, затем место её установки расчищают он накопившейся золы и ставят туда новую, тех же размеров. Не забывайте о том, что по периметру установленной колосниковой решётки должен остаться зазор не менее 5 – 10 миллиметров (для компенсации разницы при температурном расширении). Который забивается песком или золой. При обнаружении щелей в швах кладки, следует прочистить их на глубину до 30 миллиметров, смочить водой, после чего забить кладочным раствором и затереть.

При выявлении в кладке треснувших кирпичей, их следует вынуть, расчистить место, где они стояли, от остатков раствора и хорошо смочить. Новый кирпич также смачивается и устанавливается в проём на глиняном растворе. Швы, при необходимости, промазываются раствором и затем затираются.

Мелкий ремонт футеровки, равно как и стенок топливника, выполняется через дверку топливника. Выявленные разрушенные места расчищаются, промазываются раствором, изготовленным на основании огнеупорного бетона или огнеупорной глины. Если имеются в футеровки разрушившиеся кирпичи, то они удаляются, место их установки расчищается, и туда устанавливается новый кирпич. При этом следует пользоваться именно тем раствором, на котором велась футеровка.

Укладываемые перед топкой стальные листы деформируются в процессе их эксплуатации. возникает вероятность того, что попавшие на них угли могут стать причиной пожара. Чтобы избежать этого вышедший из строя лист отрывается, удаляются гвозди крепления, заменяется лежащий под ним асбестовый лист (вариант – двойной войлок, вымоченный в растворе из глины). И сверху накладывается и прибивается новый лист кровельного железа или стали.

Выявленные в изразцовой кладке трещины следует заделать гипсом, лучше всего, предварительно замешав его на алюмокалиевых квасцах. В качестве другого варианта можно рассматривать мел, который замешивается на сырых яичных белках. В тех случаях. когда в одном изразце одновременно выявляется несколько дефектов, лучше всего такой изразец поменять. Новый предварительно подбирается по рисунку и цвету, после чего подгоняется по размеру. После этого старый вынимается, место его установки расчищается. Румпа подобранного изразца заполняется раствором, который смешан с осколками битого кирпича, затем он устанавливается по месту. Прочность участка, прошедшего ремонт, однозначно будет ниже, чем у основной кладки, так как вы не сможете соединить установленный изразец проволокой с соседними плитками.

Очистить загрязнения, появившиеся на изразцах, достаточно просто. Протрите всю поверхность кладки влажной тряпочкой. Затем приготовьте гипсовое тесто, доведённое до сметанообразного состояния, и нанесите его на изразцы тонким слоем. Затем схватывающийся гипс вместе с грязью удаляется сухой тряпкой.

Средний ремонт

На этом этапе выполнения ремонтных работ устраняются повреждения более существенные. К ним относятся (перечень неполный): замена стенок футеровки, расчистка образовавшихся в дымооборотах завалов, ремонт стенок труб и топки и т.п. Вышеупомянутые завалы могут возникать по причинам плохого выполнения перевязки швов в процессе кладки, использования кирпича плохого качества, длительного срока эксплуатации печи и т.п. определить, что завал имеется, и установить, в каком именно месте, можно используя для этих целей проволоку, которая пропускается через прочистные отверстия.

Если место завала подобным образом не определяется, либо выявленный завал пробить не получается, то придётся разбирать кладку стены. обратите внимание на то. что поверхность пода в процессе эксплуатации подвержена истиранию, поэтому его также следует периодически перекладывать. Выполняется это следующим образом. Старая кладка пода снимается, затем выравнивается основание с обязательным его наклоном к задней стенке камеры. Новый слой пода настилается от шестка в сторону задней стенки.

После завершения замены пода его следует отшлифовать, используя для этих целей песок и кирпич, для устранения возможных неровностей. Щели, которые могут при этом образоваться между кирпичами, необходимо засыпать золой или мелким песком.

В процессе эксплуатации разрушения начинаются и на оголовках труб. Ремонт дымовых труб и их оголовков выполняется с применением качественного кирпича хорошего обжига. Разрушенная часть дымовой трубы разбирается, кладка расчищается и смачивается водой. Затем. используя цементный или смешанный кладочный раствор, выкладывается новый оголовок. При этом особое внимание следует обратить на качество выполнения перевязки швов. Верхнюю часть дымовой трубы выравнивают. Используя для указанных целей цементный раствор, и формируют скос к её наружным стенками.

Капитальный ремонт

Данная категория работ является самой сложной. В процессе их выполнения печь топить нельзя. В ходе капитального ремонта могут выполняться следующие ремонтные работы:

Переделка топливника (например: был с глухим поддоном, стал с поддувалом и колосниковой решёткой);

Замена футеровки топки и жарового канала;

Переделка топочной камеры, рассчитанной на использования дров, в топку для угля;

Замена схемы дымооборотов и т.п.

Выполнение всех вышеперечисленных работ требует предварительной разборки одной или двух стенок печи, либо её полной разборки.

Так работы по замене футеровки топки выполняются после того, как разбирается стенка печи на высоту топки (считая от основания зольника). Если при этом планируется ещё и переделка дымоходов, то стенку печи придётся разобрать до перекрыши. Футерковка выполняется без перевязки кладки с основной кирпичной кладкой печи. Порядок выполнения работ следующий. Разбирается стенка печи. Затем разбирается старая футеровка, выполняется зачистка стенок от мусора и остатков раствора. Затем на огнеупорном растворе выполняется новая футеровка. Толщину её не меняем, четверть кирпича. Возможен вариант кладки футеровка в пол кирпича (выбор зависит от того, какая кладка была ранее). напоминаем. Что толщина швов при кладке футеровки не должна быть более 3 миллиметров.

Для переделки дымоходя следует на первом этапе работ полностью разобрать его. Для нового дымохода предварительно выполняются порядовки (с обязательным учётом прежних размеров). Кладка выполняется с её перевязкой с кладкой самой печи.

Для устранения возможного появления конденсата полностью заглушаются или разбираются один или два дымохода. Более простым вариантом является изготовление между топливником и дымоходом окошка квадратной формы со стороной 50 миллиметров. Такие окошки чаще всего выполняют в последнем дымоходе. Реже – ещё и в предпоследнем. Самый высокий результат получается в тех случаях, когда сначала глушатся один или несколько дымоходов, а уже потом определяются те, в которых целесообразно выполнять отверстия (окошки). Чтобы выполнить указанные работы, предварительно необходимо будет разобрать стенки печи (в их верхней и нижней частях). Последующее восстановление разобранных участков требует очень аккуратной работы.

В том случае, когда имевшуюся топку с глухим поддоном переделывают в топливник, у которого будет колосниковая решётка и поддувало, работы выполняют в следующей последовательности.

Если основание печи отделяется от пода пятью и более рядами кладки, топочную дверку можно оставить там, где она установлена. Если их меньше, то дверку придётся демонтировать и переустановить на несколько рядов выше. При этом следует помнить основные цифры: топка для дров должна иметь минимальную высоту 500 – 550 миллиметров, для угля: 400 – 450 миллиметров. В тех случаях, когда в качестве топлива планируется использовать антрацит или уголь, крайне желательно, чтобы дверка была герметичной (как поддувальная, так и топочная). Во вьюшках (задвижках) сверлятся отверстия, имеющие диаметр от 10 до 15 миллиметров. Колосники под уголь ставятся новые, более тяжёлые, но таких же размеров.

Последовательность работ. Снимается дверка и разбирается лицевая стенка. Разбирается под. Убирается мусор. Выполняется поддувало, ставятся колосники и поддувальная дверка, закрепляется топочная дверка. Заделывается отверстие в стене с контролем перевязки швов.

Если имеющаяся печь настолько большая, что из неё можно изготовить две, разъединить её можно следующим образом. Определяются размеры будущих конструкций и перечень предстоящих работ (с расчетом потребных для этого материалов), затем разбирается одна из боковых стен. Чаще всего при выполнении работ по разделению новые печи выполняются с самостоятельными дымооборотами и топливниками. Затем в районе перекрыши эти трубы сводятся в единую трубу. В тех случаях, когда это невозможно, для каждой из печей выкладывается собственная дымовая труба.

Кроме тех, которые рассмотрены выше, при капитальном ремонте могут выполняться иные работы. для каждой из них предварительно необходимо продумать последовательность их выполнения и заблаговременно подготовить требуемые инструменты и материалы.

Футеровка по металлу

Футеровка металлической печи производится только изнутри. Дополнительная наружная облицовка или обмазка печи ускорит ее прогрев, но, вопреки распространенному убеждению, на тепловую эффективность печи почти не повлияет: правило утепления помещений «с холодной стороны» возникло оттого, что точку росы нельзя впускать в помещение; для футерованной печи оно не актуально. Зато наружная облицовка/обмазка печи намного усилит термические напряжения в металле ее корпуса и его чувствительность к химическим воздействиям.

Футеровать металлическую печь лучше всего вермикулитом на клею ScannMix или его аналогах: на упаковке или в спецификации клея должно быть указано, что он клеит и металл и/или керамику к металлу (если клеит к металлу керамику, то и плитные материалы приклеит). Для хорошей теплоизоляции муфельной печи достаточно вермикулитовой плиты толщиной 20-30 мм. Если же металлическая печь футеруется кирпичом, то монтировать его нужно по тем же правилам, что и в топке кирпичной печи. Напр., как футеруется шамотом газовая кузнечная печь, см. видео:

Торкретбетон

Торкретбетон, который предлагает наша компания в качестве связующего, включает в себя лучшее сцепление с поверхностью, меньшую отдачу, быстрое высыхание, никакого растрескивания из-за воздействия высоких температур, показывает длительную долговечность, которая обычно в два раза больше, чем у материалов с цементом в качестве связующего.

Обычные материалы из торкретбетона транспортируются в сухом виде под давлением сжатого воздуха и смешиваются с водой в насадке при разгрузке. Количество воды (связующего) и как следствие вязкость торкретбетона полностью зависят от мастерства и умений техника, применяющего торкретбетон. Огнеупоры с низким содержанием цемента, используемые как торкретбетон, также содержат добавляемую воду и поэтому должны быть высушены и нагреты перед использованием, и таким образом, подвержены растрескиванию.

Материалы на основе торкретбетона готовятся в виде гидросмеси /суспензии с использованием точно отмеренного количества связующего на основе коллоидного кремнезёма (без добавления воды). Гидросмесь затем с помощью насоса помещается в специальную насадку, куда техник может добавить ускоритель при использовании, если это необходимо, чтобы оптимизировать сцепление с поверхностью целевого материала в зависимости от окружающей температуры и условий. Уникальная система связующего основе коллоидного кремнезёма не требует специального высыхания или нагревания в отличие от продуктов с цементом в качестве связующего.

Во время высыхания материалы на основе торкретбетона в качестве связующего крепко пристают к существующим огнеупорным материалам, обеспечивая длительность их использования. Их внутренняя устойчивость к термическим трещинам обеспечивает то, что профилирующая футеровка полностью сохраняется при запуске, что обеспечивает дополнительный потенциал долгого использования. Материалы на основе торкретбетона в качестве связующего минимизируют время вынужденного бездействия и увеличивают полезное время путем устранения длительных периодов высыхания.

Конструкция

Рассмотрим конструкцию на примере радиантно – конвекционной печи. Печь представляет собой сдвоенный блок из двух печей вертикально факельного типа объединенных общей дымовой трубой установленной на потолочной раме.

Каркас

Нагрузка от веса печных труб, двойников, кровли площадок и лестниц в большинстве конструкций воспри­нимается каркасом, состоящим из стоек, ферм и связующих элементов. В зависимости от размеров печи принимается та или иная система каркаса.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Цилиндрические печи типа ЦС

Каркас каждой из печей входящих в блок выполнен в виде 6 пролетной пространственной конструкции состоящий из п-образных рам установленных на фундаментные опоры и связанных между собой сводовой и подовой рамами.

Рис. 3 – Общий вид

Каркасы обеих печей связаны горизонтальными балками по высоте радиантных камер, торцевыми балками потолочный рамы. Дымовая труба шибером устанавливается на потолочную раму.

Всегда предусматривают защиту каркаса от излиш­него перегрева путем применения тепловой изоляции или оста­вления зазоров между стойкой каркаса и обмуровкой.

Змеевик

Нагреваемый продукт движется в змее­вике, расположенном в печи. Змеевик состоит из труб и соеди­нительных частей. Различают однопоточные, двухпоточные и многопоточные змеевики.

Соединительные части — двойники (ретурбенды) и калачи дают возможность очищать внутренние по­верхности труб от отложений солей и различных загрязнений, осматривать их и замерять толщины стенок труб в различных местах змеевика.

При полном отсутствии загрязнения внутрен­ней поверхности змеевика и наличии надежных способов кон­троля толщины стенки трубы возможно применение цельно­сварного змеевика (без ретурбендов).

Змеевик изготовляют из гладких бесшовных труб с толщиной стенок от 4 до 30 мм в за­висимости от температуры, давления и диаметра. В некоторых конвекционных печах для деструктивной гидрогенизации с целью увеличения поверхности нагрева применяют толстостен­ные трубы из легированной стали с ребристой насадкой из угле­родистой стали.

Выбирая материал труб, нужно учитывать разность темпе­ратур при передаче тепла через ряд тепловых сопротивлений. Во время эксплуатаций печи эти сопротивления не остаются по­стоянными и в какой-то период температура стенки трубы по­вышается до некоторого предела, когда дальнейшая работа мо­жет привести к аварии.

В данном примере, все сырьевые змеевики горизонтального типа. Радиантные и конвективные змеевики каждой печи, входящих в блок, 4-х поточные. Радиантные змеевики размещены вдоль фронтовых стен радиантных камер по одному потоку с каждого фронта. Направление потока снизу вверх.

Рис.4 – Змеевики печи

На сводовую раму установлено три блока конвекционных труб. Трубы конвективного змеевика размещены в блоке в шахматном порядке. Входные и выходные трубы змеевика уплотнены в торцевых панелях и крышках, а также в торцевых конвекционных решетках.

Трубные решетки

Трубные решетки яв­ляются опорами для труб продуктового змеевика.

Трубные решетки, омывае­мые дымовыми газами с температурой до 800° С, изготовляют из серого чугуна марки СЧ 21-40, а иногда из листовой стали.

Трубные решетки, кото­рые омываются дымовыми газами с температурой до 1000° С, изготовляют из жа­ростойкого чугуна, а при температуре выше 1000° С их марки ЭИ-316. Толщину отливок рекомендуется принимать не менее 20 мм. Под каждую трубу в месте соприкосно­вения ее с решеткой подкладывают асбестовый картон толщи­ной 5—6 мм.

В зависимости от количества опирающихся труб трубные решетки радиантной секции делятся на двух-, трех-, четырех-, пяти- и шеститрубные. Решетки покрывают слоем термоизо­ляции.

Трубные подвески

Трубные подвески поддерживают радиантные трубы в про­лете между трубными решетками и предотвращают их прови­сание.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Типы трубчатых печей

Трубные подвески устанавливают внутри топочной камеры, где температура дымовых газов достигают 1100° С.

Панели

Обмуровка выполнена в форме панели. Каждая панель состоит из короба лист пяти миллиметровой усиленной ребрами жесткости с бортами заполняего легким жаростойким бетоном приготовленного из сухой смеси на высоком глиноземистом цементе с вермикулитово – керамзитовым наполнителем.

Рис.5 – Панели печи

Горелки

Короба герметично по периметру сварены между собой и с каркасом. В каждой печи установлены по 12 газомазутных горелок. На каждой основной горелке установленные сигнализаторы наличия пламени и постоянно действующая пилотная горелка.

На фронтовых стенах установлены по 12 гляделок по числу горел. С каждого торца каждой печи блока расположены двери-лазы и по одному взрывному клапану – взрывному окно.

Окна

Предохранительное окно топочной камеры – пред­назначено для ослабления действия силы взрыва, а также для инспекции топочной камеры. Рамы и дверцы изготовляют из се­рого чугуна СЧ 15-32, ось из стали марки Ст. 3.

Смотровое окно – служит для наблюдений за горел­ками в период эксплуатации печи и за состоянием труб ради­антной секции. Материал корпуса и крышки — серый чугун СЧ 15-32, рукоятки и оси–сталь марки Ст. 3.

Шибер

Шибер слу­жит для регулирования тя­ги. Материал для лопасти шибера — серый чугун СЧ 15-32.

Лестницы и площадки

Система лестниц и площадок обслуживания включает: три яруса замкнутых площадок вокруг блока печей, 5 ярусов торцевых площадок для обслуживания блоков камер конвекции и торцевых гляделок. Основные площадки соединены маршевыми лестницами.

Рис.6 – Система лестниц

Огнеупорные материалы для защиты труб котла и экономайзера

Химический состав

SICAl2O3SiO2Fe2O3CaONa2O3MgO

Физические свойства

Предел прочности на сжатие в холодном состоянии N/мм2Предел прочности на сжатие N/мм2Прочность холодной гибки N/мм2Предварительная Сушка/обжиг ° СТеплопроводность W/mKТемпература ° С

Хранение:

Неограниченно в охлаждённом и сухом месте.

Наименьшая поставляемая единица:

одноразовая палетта.

Упаковка:

мешок из PE

Футеровка индукционных печей

Футеровка индукционных тигельных печей (см. рис. 1) состоит из 6 основных элементов: тигля, подины, воротника, сливного носка, крышки печи и обмазки индуктора. Основным элементом футеровки является тигель, поэтому правильный выбор огнеупорного материала для тигля в основном обеспечивает надежность работы печи и ее технико-экономические показатели, заложенные в конструктивном решении печи.

Рис.1.

Футеровка тигельной индукционной печи:
1
— огнеупорный тигель;
2
— индуктор;
3
— стальной корпус печи;
4
— магнитопровод;
5
— подина;
6
— сигнализатор износа (проедания) тигля;
7
— огнеупорное покрытие (обмазка);
8
— воротник;
9
— сливной носок;
10
— крышка.

Тигель индукционной печи может быть выполнен четырьмя различными методами: выемным (в печах малой емкости), набивным, в виде кладки из огнеупорных изделий и комбинированным, сочетающим кирпичную кладку рабочего слоя и набивку буферного слоя между индуктором и кладкой. При образовании трещин в швах кирпичной кладки буферный слой задерживает металл от прохода его к индуктору.

Каждый из перечисленных методов футеровки может быть выполнен из следующих видов огнеупорных материалов: кварцитового (кислого) SiO2; магнезитового (основного) — МgO; шпинельного — МgO + Al2O3 или MgO + Cr2O3; корундового — Al2O3; муллитового — ЗAl2O3 · 2SiO2; муллитокорундового — Al2O3 ≥ 72 %; шамотного; цирконового — Zr2 · SiO2; циркониевого — ZrO2; шамотнографитового; графитового и т. п. Все эти виды футеровки могут иметь несколько вариантов по зерновому составу и содержанию (массовые доли) различных компонентов и добавок (табл. 1), улучшающих спекание, уменьшающих объемные изменения при обжиге и увеличивающие стойкость футеровки к различным видам выплавляемых металлов и шлаков.

Таблица 1.

Данные для выбора вида футеровки индукционных тигельных печей и миксеров для чугуна и стали

Для оптимального решения в выборе того или иного вида огнеупорных материалов необходимо учитывать конкретные службы футеровки тигля, вид выплавляемого металла, а также стоимость и дефицитность огнеупора. Как показала практика, основным фактором при выборе футеровки является срок ее службы, обеспечивающих надежную работу печи в данных условиях. Технически обоснованный выбор вида и метода футеровки должен обеспечивать следующие требования:

• выплавку металла высокого качества;
• наибольшую продолжительность межремонтного цикла работы печи;
• надежность и безопасность работы обслуживающего персонала;
• стабильность проведения металлургического процесса;
• более высокие экономические показатели;
• недефицитность применимых материалов;
• минимальное загрязнение окружающей среды отходами футеровки.

Футеровка оказывает существенное влияние на химическую чистоту и на физико-механические свойства выплавляемого металла, например, на пластичность стали при обычных и высоких температурах, структуру, усталостную прочность, длительную жаропрочность, ползучесть, коррозийную стойкость и др. Наряду с полезными, вводимыми в ванну (тигель) легирующими добавками и раскислителями в процессе плавки образуются нежелательные примеси, которые вредно отражаются на качестве металла. Эти смеси обычно попадают в металл в виде неметаллических включений, образующихся в результате взаимодействия с поверхностью футеровки, а также из шихты или в виде оксидов металлов, получающихся при окислении расплава кислородом воздуха, вовлекаемым при движении расплавленного металла или при окислении раскислителей.

Наиболее распространенными нежелательными примесями являются кислород и его соединения в виде простых и сложных оксидов (SiO2; Al2O3; FeO; Fe2O3; Cr2O3; MgO; ZrO2; FeCr2O4; FeAl2O4; MgAl2O4), силикатов; алюмосиликатов и др. Уменьшение содержания нежелательных примесей (в том числе и неметаллических включений) — одна из основных проблем качественной металлургии [12].

Сталь, выплавляемая в основных тиглях, обладает более высокими прочностными и пластическими свойствами, чем сталь, выплавляемая в кислом тигле. Причиной этому является образование кремнекислородных включений в результате взаимодействия металла с кислой футеровкой. Включения, богатые кремнеземом, хорошо смачиваются жидким металлом, трудно удаляются из него, так как имеют пониженное поверхностное натяжение, а включения оксида магния, корунда и соединения типа шпинелей (R0 · Al2O3) плохо смачиваются металлом и быстрее удаляются из него. По понижению межфазового натяжения материалы включений располагаются в следующем порядке: α-Al2O3 (корунд); MgO · Cr2O3; MgO · Al2O3; FeO · Al2O3; алюмосиликаты и SiO2. Отсюда следует, что для получения металла с меньшим содержанием неметаллических включений наиболее эффективными являются футеровки шпинельного типа (RO · Al2O3 и RO · Cr2O3), а также химически чистые основные огнеупорные материалы с минимальным содержанием кремнезема.

Для плавки специальных сталей (12Х18Н10Т и др.) стойкой (19-25 плавок) в тиглях емкостью 8 т [13] является масса, состоящая из обожженного периклазового порошка фракции 4-2 мм (с массовой долей MgO ≥ 88 %), периклазошпинелидного порошка фракции 2-0 мм и плавленого периклаза фракции 4-0 мм (MgO ≥ 93 %) в соотношении 3:3:1. Высокую расплавоустойчивость массы обеспечивает периклаз, являющийся наиболее стойким к расплаву металлов и шлака, а также наличие периклазошпинелидного порошка, обладающего плотной структурой повышенной термостойкостью вследствие присутствия хромита в тонкомолотом состоянии.

При выборе вида футеровки необходимо учитывать склонность некоторых металлов к обменной реакции окисления с оксидами, входящими в состав футеровочных масс. Это свойство зависит от теплоты образования оксидов, которая для наиболее распространенных огнеупоров является следующей (кДж/моль) : MgO — 608, SiO2 — 435, Al2O3 — 562, Cr2O3 — 381, ZrO2 — 540,1, Fe2O3 — 276,1, ТiO2 — 456.

Из приведенных данных следует, например, что алюминий можно плавить в тиглях из оксидов магния и алюминия. Кислая футеровка будет восстанавливаться алюминием и его сплавами, поэтому кварцит не может быть применен в индукционных печах для плавки алюминиевых сплавов.

Реакции, протекающие на контакте металл—огнеупор, имеют большое значение как для правильного выбора вида футеровки печи, так и с точки зрения качества выплавляемого металла. Склонность расплавленных металлов и сплавов к окислению повышается в следующей последовательности: никель, нихром, железо, хром, кремний, титан, цирконий, алюминий, магний, а склонность огнеупоров к восстановлению уменьшается в ряду: Cr2O3; SiO2; TiO2; ZrO2; Al2O3; MgO; MgAl2O4. Контактная реакция между расплавом стали и кислой футеровкой может быть представлена следующим уравнением:

2Fe + SiO2 + O2 = 2Fe2+ + Si044- → (Fe2 · Si04)

Контактные реакции взаимодействия происходят главным образом на поверхности рабочего слоя в системе жидкий металл—твердая футеpoвка с участием вовлеченного в металл кислорода воздуха. Прочность связи поверхностного слоя (фаялита) с последующими слоями футеровки ослабляется с увеличением его толщины. Затем слой фаялита уносится движущимся расплавом и всплывает наверх в виде шлака, так как его удельная масса (4,0-4,35) меньше удельной массы стали. Температура плавления фаялита 1200 °C значительно ниже температуры плавления стали и чугуна, поэтому при плавке черных металлов в кварцитовом тигле нет необходимости наводить шлаки.

Защитный шлаковый покров предотвращает окисление металла кислородом воздуха, обеспечивает его рафинирование, уменьшает содержание в нем нежелательных примесей и неметаллических включений. При плавке металла в основных огнеупорных тиглях шлаки почти не образуются, поэтому в основной тигель дают добавки, образующие шлак: плавиковый шпат, буру, известь, магнезит, известковое стекло, кварцевый песок, оксид алюминия, порошок шамота, различные соли и др. Эти материалы иногда перед началом плавки помещают на дно тигля. По мере расплавления они нагреваются, плавятся и, будучи легче металла, всплывают на поверхность, закрывая металл.

При плавке черных металлов износ футеровки чаще всего происходит равномерно в виде размывания в соответствии с 2-контурным движением металла в крупных печах промышленной частоты. В этом случае износ зависит от агрессивности различных марок металла. Ориентировочно по степени агрессивности черные металлы можно расположить в нижеследующем порядке.

При плавке стали в высокочастотных печах движение металла менее интенсивное, износ футеровки более равномерный и при прочих равных условиях стойкость футеровки выше, чем в печах промышленной частоты (рис. 2).

Рис.2.

Характер износа кислой футеровки индукционной тигельной печи.

Кислую футеровку обычно применяют в печах любой емкости (до 60 т) для плавки чугуна, углеродистых, кремнистых и других сталей с перегревом металла до температуры 1450-1550 °C. Однако кислая футеровка не может быть использована при выплавке многих марок качественных сталей и сплавов, в которых строго лимитируется содержание углерода, кремния, фосфора, серы, неметаллических включений. Выгорание этих примесей значительно быстрее происходит в основной футеровке. Оксид кальция (известь), добавляемый для рафинирования стали от кремния, серы и фосфора, взаимодействует с кислой футеровкой и, не успевая соединиться с серой и фосфором металла, уходит в шлак. Кремний же частично переходит из материала кислой футеровки в сталь. Жаропрочные и тугоплавкие сплавы опасно плавить в печах с кислой футеровкой еще и потому, что температура плавления и перегрева этих металлов близка к температуре плавления кварцитов.

Стойкость кислой футеровки зависит от вида выплавляемого металла и колеблется в широких пределах от 10 до 300 плавок. При плавке чугуна стойкость футеровки из первоуральского кварцита ПКМИ-97,5 достигает 4 мес. Высокая стойкость может быть достигнута только при тщательном уходе за тиглем и ремонтах изношенной футеровки. На Горьковском автозаводе стойкость тигельных печей емкостью 10-12 т стабильно составляет 3-4 мес или 300 плавок. Плавку ведут без наведения шлаков, чугун полностью не сливают. При применении кислой футеровки в шлак нельзя добавлять плавиковый шпат CaF2 и буру Na2B4O7, так как в этом случае стойкость футеровки резко падает (до 2-3 плавок). При плавке высокомарганцевых сталей стойкость кислой футеровки также очень низка. Однако в практике футеровки тигельных индукционных печей кислая футеровка применяется чаще, чем другие виды футеровок. Причины этому следующие: а) дешевизна кварцита; б) недефицитность футеровки; в) полиморфные превращения кварца обеспечивают безусадочность рабочего слоя и плотность неспеченного буферного слоя; г) нет необходимости в наведении шлаков; д) мала вероятность образования сквозных усадочных трещин, что обеспечивает надежность работы печи; е) стабильный достаточно высокий срок службы тигля.

Учитывая указанные преимущества, высококачественную кварцитную футеровку (из шведских молотых кварцитов) с борным ангидридом в зарубежной практике применяют также для попеременной выплавки чугунов и легированных сталей в крупных тигельных индукционных печах. На одном из литейных (ФРГ) в 25-т тигельной индукционной печи промышленной частоты за 8-недельный период без смены футеровки было выплавлено 3100 т чугуна и стали. Большая часть выплавленного металла составляла коррозионностойкая хромоникелевая сталь [14].

Срок службы кислой футеровки в значительной мере зависит от качества исходного сырья. Для футеровки тигельных печей для плавки черных металлов и медных сплавов чаще всего используют кварциты двух месторождений — Первоуральского на Урале и Овручского на Украине. Первоуральский молотый кварцит марки ПКМИ-97,5 готовый к применению, выпускается Первоуральским динасовым заводом, а Овручский марки ПКМ-97 — Красногоровским огнеупорным заводом (табл. 2.). С точки зрения качества и технологии изготовления тиглей эти кварциты не равнозначны. При обжиге в кусках при 1600 °C пористость Первоуральского кварцита увеличивается до 14 %, а Овручского до 7,7 % [11] . Поскольку при выплавке стали температура металла может превышать 1600 °C, то применение более разрыхляющего в обжиге кварцита менее желательно, так как это приведет к большему насыщению футеровки металлом и шлаками, а следовательно, к увеличению скорости износа тигля. При плавке медных сплавов более высокая пористость кварцитов также приводит к уменьшению стойкости футеровки.

Таблица 2.

Свойства кварцитов различных месторождений

Массовая доля кремнезема в Первоуральском кварците выше (97,5-99 %), чем в овручском (97-98 %). Более высокая степень чистоты первоуральского кварцита обеспечивает однородность свойств материала и позволяет сократить существующие колебания в стойкости футеровки, что особенно важно при эксплуатации печей большей емкости. Первоуральский молотый кварцит марки ПКМИ-97,5 рекомендуется как оптимальный материал для кислой футеровки (см. табл. 2).

Для футеровки печей малой и средней емкости часто используют местные кварцевые пески с высоким содержанием кремнезема ( ≥ 97,5 %), для восполнения недостающих тонкомолотых фракций в футеровочную массу добавляют тонкомолотый кварцевый песок марки КП-1 или природный маршалит. в г.Каунасе использует крупную фракцию высококачественных песков Аникшяйского рудника (Литовская ССР). Они содержат 97,68-98,67 % SiO2; 0,50-0,71 Al2O3 и 0,14-0,36 Fe2O3, огнеупорность 1730-1750 °C. Для восполнения недостающих мелких фракций в песок добавляют около 20 % естественного маршалита, поставляемого с Болотовского карьера (Челябинская обл.). Маршалит содержит 94-95 % SiO2; 2,7-2,8 % Al2O3 и 0,25 % Fe2O3.

Длительный срок службы футеровки на этом заводе (3 мес) обеспечивается высоким качеством производства работ, чистотой кварцевого песка, получаемого в виде отсева крупных фракций на Паневежском стекольном заводе. В смеси с маршалитом в набивной массе содержание SiO2 равно не менее 97 %; Al2O3 не более 0,9 %; Fe203 не более 0,5 %; СаО не более 0,3 %; Na2O3 + К2О3 не более 0,15 %.

На Горьковском и Волжском автозаводах вместо борной кислоты (1,5-2 %) применяют добавку борного ангидрида (0,6-0,8 %). Применение тонкоизмельченного борного ангидрида уменьшает количество влаги в футеровке, дает более тщательное смешивание с кварцитовой массой в мешалке и повышает равномерность спекания футеровки, что увеличивает ее стойкость.

Удельный расход футеровочной массы на тонну выплавляемого чугуна колеблется в широких пределах; от 2-3 кг/т на передовых предприятиях (ВАЗ, ГАЗ, Центролит) до 15-20 кг/т на заводах, пользующихся местными песками и кварцитами собственного помола. Такие колебания в расходе футеровочных материалов свидетельствуют о том, что для повышения производительности и надежности работы тигельных печей для чугуна необходимо пользоваться высококачественным молотым кварцитом централизованной поставки марки ПКМИ-97,5, который удовлетворяет требованиям по влажности (0,3 %), химическому, зерновому и минералогическому составу.

Основные данные для выбора вида футеровки индукционных тигельных печей приведены в табл. 1, 2.

Испытания опытной партии первоуральского кварцита влажностью 3 % на Мичуринском литейном заводе показали, что влажная футеровка не обеспечивает надежную работу печи потому, что влажный кварцит неравномерно уплотняется в стенке футеровки, при сушке влажной футеровки борная кислота, обеспечивающая спекание кварцита, мигрирует вместе с влагой в сторону индуктора. Перенос борной кислоты влагой приводит к плохому спеканию слоя футеровки, прилегающего к расплаву, и к спеканию буферного слоя, прилегающего к индуктору. Для нормальной работы футеровки необходимо, наоборот, хорошее спекание рабочего слоя и отсутствие спекания в буферном слое.

Применение влажного кварцита резко снизило стойкость футеровки печи ИЧТ-6. В результате простоя на ремонтах производительность печи снизилась на 40 %. Применение влажного кварцита увеличивает срок сушки и пуска печи в эксплуатацию и тем самым дополнительно снижает производительность печи. При получении влажного кварцита необходимо организовать его сушку на месте в электрических или газовых сушилках.

В ФРГ большинство индукционных тигельных печей футеруют кварцитом [15]. В Англии и США чаще применяют основные, высокоглиноземистые и шпинельные материалы. В Чехословакии, ГДР и других странах СЭВ предпочтение отдают кварцитным набивным массам [16-18]. Однако кислая футеровка не всегда позволяет соблюдать требуемые технологические параметры, даже при плавке высокосортного чугуна. При высоких температурах она быстро изнашивается; перегрев чугуна от 1450 до 1550 °C увеличивает износ стенки тигля в 3 раза [19]. Известно также, что кремний кислой футеровки активнее восстанавливается углеродом при повышении температуры, в результате чего увеличивается его содержание в металле. Кроме того, при выплавке чугуна с шаровидным графитом в печи необходимо проводить предварительную десульфурацию чугуна карбидом кальция, что уменьшает стойкость кислой футеровки тигля на 25-30 %. Стойкость нейтральной футеровки, состоящей из 40 % электроплавленого корунда и 60 % дистенсиллиманитового концентрата, не зависит от обработки чугуна карбидом кальция; такая футеровка показала лучшую стойкость по отношению к кислым и основным шлакам [20].

При выплавке синтетического чугуна общий угар и безвозвратные потери металла в случае использования нейтральной футеровки на 20-25 % меньше, чем при применении кислой футеровки, причем шлакообразование снижается на 30-35 %. Резко снижается угар Сr и Мg, выплавленный чугун содержит меньше газов и неметаллических включений [18].

Таким образом, с точки зрения металлургической технологии синтетического чугуна с шаровидным графитом, нейтральная футеровка предпочтительнее кислой. Нейтральная футеровка более устойчива к основным шлакам, чем кислая. При температуре металла выше 1400 °C износ нейтральной футеровки увеличивается и достигает максимальных значений при основности шлака 1,6-2,0 и содержании в нем FeO более 7 % [21]. Шлак индукционной плавки содержит от 4 до 10 % оксидов железа. Длительная эксплуатация печей с футеровкой на основе корунда и дистен-силлиманитового концентрата показала, что срок ее службы не превышает одного месяца.

Испытания муллитокорундовой и муллитовой футеровок [22] из набивных безусадочных масс на фосфатной связке (МК-90, ТУ 14-8- 457-84 и МЛМ-1, МЛ-2 по ТУ 14-8-119-74) показали высокую стойкость тигля. Для повышения плотности и содержания корунда в связке в массу добавляли 20 % электрокорунда (шлифпорошок 14А — ГОСТ 3647-80) и 3-4 % (сверху 100 %) ортофосфорной кислоты плотностью 1,57 г/см3. Стойкость футеровки превысила стойкость кварцитной футеровки, а также спекаемой футеровки на основе корунда и дистенсиллиманитового концентрата в 3-4 раза. В печи МГП-102 при плавке высоколегированной стали 25Л; при перегреве металла до 1710 °C футеровка прослужила более 2 мес. В печи ИЧТ-1 при плавке синтетического чугуна с шаровидным графитом стойкость футеровки составила 4 мес [22]. Наибольшее разъедание футеровки наблюдалось в шлаковом поясе при выплавке синтетического чугуна с содержанием в шихте до 80 % металлизованных железорудных окатышей (массовая доля Fe 79,2 %). При этом на поверхности металла образовалось более 15 % шлака (от массы плавки), содержащего до 20 % оксидов железа. Температура нагрева расплава составляла 1570 °C. Химический состав чугуна, %: 2,78 С; 0,1 Si; 0,009 Мg; 0,005 S; 0,01 Р. В печи было проведено более 100 плавок при 85 теплосменах до полного охлаждения тигля.

Основную футеровку изготавливают из магнезитовых, доломитовых и известковых огнеупоров, которые имеют химически основной характер. Эти материалы отличаются высокой огнеупорностью, как правило, выше 2000 °C. Химически чистые разновидности оксида магния имеют температуру плавления 2800, а оксид кальция 2500 °C.

В настоящее время для изготовления основной футеровки открытых тигельных печей применяют спеченный и плавленый магнезит, а для футеровки вакуумных печей — плавленый магнезит с содержанием MgO > 90 %. Для компенсации усадочных процессов при образовании шпинели в футеровочную массу добавляют от 10 до 30 % электрокорунда. С этой же целью вместо электрокорунда в массу добавляют 3-4 % молотого кварцевого песка, кварцита или молотого ферросилиция в количестве до 10 %. В качестве плавней, обеспечивающих спекание футеровки, обычно добавляют плавиковый шпат CaF2 [12], который при обжиге до 1400 °C способствует росту магнезитовой массы, а при 1500-1600 °C уменьшает усадку при спекании по сравнению с другими спекающими добавками (борной кислотой, бурой, стеклом, содой, криолитом).

Срок службы основной футеровки колеблется в зависимости от марок выплавляемой стали и от последовательности, с которой они выплавляются. Например, если вести подряд несколько плавок низкоуглеродистой стали, а затем несколько плавок высокомарганцевой, то футеровка пострадает значительно меньше, чем в том случае, если чередовать указанные металлы через плавку. Износ большинства составов периклазовой футеровки происходит в результате одновременного действия эрозии и коррозии, главным образом, на уровне зеркала металла. Сильно разрушается футеровка при неудовлетворительном качестве связки (мало тонких фракций, плохое спекание, дефекты набивки, разрыхление связки при спекании). Например, футеровка из магнезита и циркония имеет рост при обжиге и разрыхляется, ее шлакоустойчивость ниже, чем у магнезитовой с добавкой электрокорунда или кварцевого песка, что ограничивает ее применение.

Большое значение для стойкости футеровки имеет также чистота шихты, загружаемой для плавки. В условиях работы открытых индукционных печей емкостью 1-1,3 т оптимальной является масса следующего состава: магнезитовый порошок 4-2 мм — 10 %; 2-1 мм — 14 %; менее 1 мм — 14 %; магнезитохромитовый порошок 4-2 мм — 10; 2-1 мм — 15 %; менее 1 мм — 35 %; плавиковый шпат менее 0,1 мм — 2 %.

Для размола компонентов массы используют, как правило, отработанный сводовый кирпич дуговых электропечей, очищенный от ошлакованных частей, пропитанных железистыми оксидами (ТУ 14-8-172-75). Применяют также магнезитовый порошок марок ПМЭ-88, ПМИ-88 по ТУ 14-8-209-76 с рассевом по фракциям 4-2 мм, 2-1 мм и мельче 1 мм или ППГ10И-90 по ТУ 14-8-149-75.

Для приготовления набивной массы составные части тщательно смешивают в лопастном смесителе или в бегунах. Срок хранения готовой массы в условиях, не допускающих увлажнения и загрязнения пылью, не ограничивается. Стойкость футеровки на печи ИСТ-1,0 составляет 40-50 плавок. В индукционных печах (для плавки стали) меньшей емкости ( ≤ 0,5 т) футеровка аналогичного состава имеет стойкость 70-90 плавок.

На малых печах (ИСТ-0,06 т) набивку тиглей производят увлажненной массой, состоящей из 49 % периклазового и 51 % периклазохромитового порошков со следующим зерновым составом смеси: 4-2 мм — 20 %; 2-1 мм — 30 %; мельче 1 мм — 50 %. Увлажненную массу перед укладкой рекомендуют выдержать под мокрой мешковиной не менее 16 ч, но не более 36 ч. Степень увлажнения массы такова, что при сжимании ее в руке комок не рассыпается, но легко разваливается при давлении пальцем.

Основная футеровка разных составов и даже из плавленого магнезита с электрокорундом имеет сравнительно низкую стойкость и не всегда обеспечивает надежную работу индукционных тигельных печей. Основная причина этого состоит в том, что все разновидности магнезитовых набивных масс, наряду с положительными свойствами (высокая огнеупорность, шлако- и металлоустойчивость), имеют ряд существенных недостатков. Главной причиной низкой стойкости основной футеровки (особенно в печах повышенной емкости > 500 кг) является неудовлетворительное ее объёмопостоянство и термостойкость. В процессе службы длительное воздействие на футеровку высоких температур, их резкие колебания, а также диффузия расплавов металла и шлака в толщину стенки тигля через постепенно развивающиеся трещины в спекшейся части футеровки приводят к более глубокому спеканию тигля, большим усадкам и к образованию глубоких трещин. Причем величина трещин тем больше, чем больше объем огнеупорного тигля. Для увеличения стойкости периклазовой футеровки в нее вводят хромит или применяют смесь периклазовых и периклазохромитовых компонентов (см. табл. 1, п.8).

Данные о продолжительности службы основной набивной футеровки в производственных условиях крайне разноречивы и имеют большие колебания (от 10-15 до 70-80 плавок). Слабым звеном в тигле является шлаковый пояс, где футеровка обильно насыщается из шлака оксидами SiO2; CaO; MgO; R2O. Массовая доля MgO в рабочей зоне шлакового пояса снижается до 21 %, Fе2O3 увеличивается до 8 %, а содержание силикатов возрастает примерно в 4 раза, огнеупорная форстеритовая связка перерождается в неогнеупорную монтичеллиуовую. При температуре расплава 1600-1640 °C при постоянном снабжении футеровки шлаками наблюдается разрушение агрегатных скоплений, а также отдельных зерен периклаза и зерен образовавшейся шпинели при обжиге футеровки. В результате чего образуется менее устойчивая структура с корродированными зернами периклаза и шпинели, разобщенными силикатными прослойками, и с отдельными участками, состоящими из менее огнеупорных силикатов. Такая структура менее износоустойчива в службе и обусловливает высокий износ шлакового пояса тигля вследствие оплавления.

Износ футеровки стен основного тигля ниже уровня шлака значительно меньше. Поступление силикатных расплавов в эти участки футеровки ограничено, вследствие чего резко различаются состав и структура после службы рабочей зоны нижней части стен тигля от структуры шлакового пояса.

Использованная литература: 1. Сасса В.С. Футеровка индукционных печей. М.: «Металлургия», 1989, 232 с.

Футеровка пламенной печи (Футеровка кузнечного горна)

Наша компания предлагает футеровки для кузнечного горна, футеровку для рабочего слоя стен и пода печи из жаропрочных бетонов, которые превосходно подходят для боковых стен, для пода, даже если износ, наносимый мазутом, велик.

Механическая прочность в поде более важна, чем устойчивость к химическому воздействию. Наши огнеупорные материалы превосходно пристают к существующим плотным кирпичам, при условии, что существующая футеровка сухая, чистая и очищена от пыли до начала отливки. Для получения этого много раз использовалась даже пылесос (вакуумная машина).

Замена футеровки индукционной сталеплавильной печи

Вариант-1

Предлагаем в качестве футеровки сухую набивную смесь в форме шпинели на основе плавленого глинозема.

Области применения

Футеровочная смесь нейтральная и разработана для тигельных индукционных печей для плавки стальных и высоколегированных цветных металлов.

Количество футеровочных материалов необходимое для футеровки одной индукционной печи составляет приблизительно 2500 кг. Стойкость футеровки 50-90 плавок при соблюдении условий технологического процесса плавки.

Характеристики

Химический состав:

Гранулометрический состав:

График спекания

Печь должна быть наполнена шихтовым материалом, нагрев происходит со скоростью 200-300°C/ч в зависимости от размера печи.

Для плавки стали ванна должна нагреваться до 1650-1680°C и находиться при такой температуре 30-60 мин.

Вариант-2

Магнезиально-корундовая набивная масса, на базе высококачественных синтетических магнезиальных клинкеров с добавкой спечённого и плавленого корунда. Тип связки: керамический. Количество футеровки необходимое для одной индукционной печи составляет приблизительно 2500 кг. Стойкость футеровки 60-90 плавок при соблюдении условий технологического процесса плавки.

Типовые характеристикиТиповые показателиГарант. показатели

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ:

Огнеупорная футеровка доменной печи

Футеровка доменной печи выполняется комбинированной из огнеупорного кирпича двух размеров: нормального (230 мм) и полуторного (345 мм) с перевязкой швов в радиальном и вертикальном направлениях. Применяют также большемерные огнеупоры, в том числе углеродистые в зависимости от принятой конструкции кладки. Лещадь печи сооружают из кирпича лучших марок: муллитового, высокоглиноземистого, углеродистого.

Конструктивными элементами кладки доменной печи являются:

• лещадь,
• горн (в том числе металлоприемник и фурменная зона),
• заплечики,
• распар,
• шахта,
• колошник,
• купол печи, который иногда вместо огнеупорной футеровки защищают плитами с охлаждением или торкретированием огнеупорным бетоном.

По вспомогательным объектам различают футеровку восходящих газопроводов и свечей, нисходящих газопроводов, пылеуловителей, тракта горячего дутья и фурменных рукавов.

Для различных проемов (фурменных отверстий, чугунных и шлаковых леток, а также деталей воздухопроводящих магистралей) применяют специальный арочный кирпич.

Толщину футеровки определяют проектом печи в зависимости от материалов и условий работы с учетом специальных стандартов и инструкций. При этом учитывают, что тепловое и химическое воздействие на кладку возрастает от верха печи к низу, а механические нагрузки, наоборот, преобладают главным образом в верхних 2/з высоты шахты и имеют свой максимум в цилиндрической части колошника, где кладка испытывает максимальное ударное воздействие от падающих с засыпного аппарата шихтовых материалов. Технические условия на огнеупоры, применяющиеся для футеровки, приведены в таблице.

Однако в связи со многими исследованиями доменного процесса и условиями службы конструкций доменных печей и их футеровки в доменном производстве получили применение новые виды огнеупоров, увеличивающих длительность кампаний доменных печей. Вместе с этим изменилась технология сооружения кладки. Она сооружается из различных видов огнеупоров с распределением их по горизонтам печи в соответствии с процессами, происходящими в ней по высоте профиля. К таким видам относятся: карбидокремниевые, нитридные и другие огнеупоры. Они обладают высокой прочностью и теплопроводностью, повышенной стойкостью к воздействию шлаков и истирающим воздействиям шихты и газовых пылевых потоков.

Наиболее стойкими из них являются карбидокремниевые с успехом применяемые в нижних горизонтах доменной печи в зарубежной практике. Они отличаются высокой плотностью — 2,3—2,6 г/см3 и пониженной пористостью — 13,6—15,4%, причем различные марки их имеют различные свойства по пределу прочности, термическому расширению, модулю упругости и другие в зависимости от содержания SiO2 (от 1,3 до 7,3%) и Al2O3 (от 0,3 до 0,5%).

Футеровка доменной печи этим видом огнеупоров особенно важна для распара и низа шахты, поскольку в них происходит наибольший износ футеровки от воздействия на нее процессов различного характера, присущих доменной плавке.

Таблица 1. Свойства огнеупорного кирпича для доменных печей

Таблица 2. Свойства карбидокремниевых и нитридных огнеупоров для доменных печей

Карбидокремниевые огнеупоры значительно превосходят оксидные (высокоглиноземистые и др.) и очень эффективны при их использовании в работе. Футеровка печи № 6 в Эймейдене (Нидерланды) (табл. 2, 3) состоит из 2 огнеупоров: графитовых и карбидо-кремниевых. Причем последние размещаются на лицевой поверхности внутреннего пространства печи. Оба огнеупора укладываются чередующимися слоями (структура «сэндвич»), что позволяет поддерживать равномерный нагрев карбидных огнеупоров (SiC) благодаря интенсивному отводу теплоты графитовыми изделиями. Доля карбидных огнеупоров увеличивается в кладке от распара к верхней части шахты, а доля графитовых изделий уменьшается. Оксидные изделия (высокоглиноземистые) применяют в фурменной зоне, муллитовые (62—72% Al2О3) в верхней части лещади, а в верхней части шахты используются шамотные огнеупоры, пропитанные фосфатами.

Свойства огнеупоров для футеровки доменных печей

*В числителе коэффициент линейного расширения, измеренный в направлении, параллельном усилию прессования блоков; в знаменателе — в направлении, перпендикулярном усилию прессования.

Для упрочнения футеровки горна и лещади на печи укладывается слой из графитовых изделий толщиной 300 мм, далее идут слои углеродистых огнеупоров и слои горизонтальных графитовых блоков толщиной 700 мм, из которых сооружают стены горна.

Источник [3] → список литературы.

Срок службы

Футерованное изделие — конструкция со специфической отделкой, продлевающей срок службы печи и отдельных деталей. Особенность барьера — защита от высоких температур и перепадов. Чем качественнее изначально была проведена футеровка, тем дольше долговечность конструкции. Хорошим сроком работы считается от 50 лет и выше. Все покрытия с течением времени изнашиваются, поэтому прочность и герметичность футеровки рекомендуют проверять 2—3 раза в год. Если образовались трещины и другие повреждения, мастера проводят реконструкцию футерованной печи. Монтаж футеровки печи — задача сложная, поэтому проектировать и подготавливать документацию к ней должен специалист в этой области.

Характеристики

Основными характеристиками трубчатых печей являются: производительность печи, количество сырья, нагреваемое в трудных змеевеках в единицу времени.

Полезная тепловая нагрузка – это количество тепла переданного в печи сырью МВатт, ГКалл в час. Она зависит от тепловой мощности и размеров печи.

Коэффициент полезного действия печи и экономичность ее эксплуатации выражается отношением количества полезно используемого тепла к общему количеству тепла, которое выделяется при полном сгорании топлива.