Огнеупорные футеровочные работы

Размещено на http://www.allbest.ru

Выбор футеровки для нагревательных рекуперативных колодцев. Требования к огнеупорам

Пpи выборе огнеупорных изделий для футеровки необходимо провести подробный aнализ условий службы, на основе которого сформулировать требования, предъявляемые к огнеупорам в данной промышленной печи. После чего следует отобрать необходимые свойства полностью соответствующие условиям службы и режиму работы печи.

Таким образом при выборе огнеупоров для плавильных печей необходимо знать составы металла и шлака, уровень рабочей температуры, расположение горелочных устройств и режим их работы, периодичность или непрерывность работы печи, запыленность печной среды, предельный уровень всплесков жидкого металла или шлака и т. п.

Следует произвести расчет распределения температуры по толщине стен, определить температуру рабочего и изоляционного слоев, а также кожуха печи. Изучить свойства расплавляемой шихты или нагреваемых тел, способ их перемещения внутри печи и возможные механические нагрузки на кладку. Оценить и выбирать рациональную форму огнеупорного изделия, размер швов кладки и материал для их заполнения. При выборе формы изделий следует исходить прежде всего из условий службы, но необходимо обязательно учитывать технологию производства огнеупоров, стоимость и трудности, связанные с их транспортировкой. Оптимальным вариантом является использование стандартных изделий или неформованных огнеупоров. В последнем случае необходимо применять меры защиты против их расширения и размывания, а для бетонов -- учесть скорость схватывания и твердения. футеровка высокоглиноземистый огнеупор

В табл. 1 приведены рекомендуемые огнеупоры, причины разрушения футеровки и участки наибольшего износа для нагревательных колодцев.

Таблица 1.

Характеристика службы огнеупоров

С целью уменьшения трудовых затрат и повышения плотности футеровки увеличивают размеры изделий, расширяют стандартизацию форм и использование неформованных огнеупоров.

Нагревательные рекуперативные колодцы служат для нагрева крупногабаритных слитков перед их прокаткой на блюмингах и слябингах. В рекуперативных колодцах с верхней боковой горелкой слитки для нагрева помещают вертикально в рабочую камеру -- ячейку 1 (рис. 1) прямоугольного сечения и устанавливают с небольшим наклоном в сторону стен ячеек, на рабочий пояс которых (утолщенную часть) слитки опираются верхним концом. Колодец закрывают крышкой, надвигаемой и откатываемой с помощью специального крана.

Рис. 1. Нагревательный колодец с верхней горелкой: 1 - ячейка, 2 - горелка, 3,7 - керамический и металлический рекуператоры, 4 - горячий воздух, 5 - газопровод, 6 - шибер, 8 - продукты горения

Колодец отапливается газообразным топливом. Дымовые газы отбираются с той же стороны, где расположена горелка 2, проходят трубчатый керамический рекуператор 3 для нагрева воздуха и уходят в боров, обогревая металлический рекуператор 7 для разогрева газа. Нагревательные колодцы объединены в группы по 2...4 рабочие камеры, обслуживаемые общим бором и дымовой трубой.

Крышки колодцев футеруют снизу огнеупорными фасонными изделиями, литые жаростойкие подвески для которых крепят к конструкциям рамы. Огнеупоры подины и стен ячейки, т.е. рабочего пространства, подвергаются воздействию температуры до 1400 °С, химическому воздействию окалины и шлаков, ударам слитков при их посадке. В соответствии с условиями службы лицевой ряд подины и нижней части стен до рабочего пояса выкладывают из хромомагнезитовых изделий. Рабочий пояс обычно монтируют из блоков жаростойкого бетона, верхнюю часть ячейки блочную или из динасовых изделий, за исключением нескольких верхних рядов в месте установки крышки, которые выполняют из шамотного кирпича.

Нижнюю часть подины и периферическую часть стен выполняют из изоляционного кирпича -- диатомитового иди легковесного шамотного, промежуточные слои -- из шамотного.

Температурные швы устраивают в соответствии с проектом.

Стены рекуперативных камер, поднасадочные каналы и борова, выполняют из шамотного кирпича, своды рекуперативных камер обычно из динасовых, насадку рекуператора - из шамотных и шамотно-карбо-рундовых фасонных изделий.

Футеровка крышек подвергается воздействию температур до 1400 °С, частым и резким температурным воздействиям, возникающим при посадке и выдаче слитков из ячейки, а также сотрясениям при подъеме, передвижении и опускании. Лучший материал для службы в таких условиях -- фасонные гофрированные подвесные шамотные изделия класса А или каолиновые.

Кладка колодцев. Материалы для кладки боровов подают в пакетах козловым или однобалочным краном. К крану пакеты доставляют на железнодорожных платформах.

Перед началом кладки бетонную плиту под борова очищают от мусора и пыли. После этого разбивают оси столбов, по которым в дальнейшем укладывают стальные листы. Воздушное пространство между столбами и бетонным основанием позволяет организовать постоянное воздушное охлаждение основания.

Высота столбов -- 2...3 кирпича, уложенных на подушку. Верхняя поверхность столбов должна находиться в одной горизонтальной плоскости; отклонение не должно превышать ± 5 мм. Это обеспечивается маячными столбами. Маячные столбы выкладывают по рейке с уровнем или гидравлическому уровню. Расстояние между маячными столбами 2...2,5 м, т.е. оно не должно превышать длины непрогибающейся рейки. Под уложенную на два соседних маячных столба рейку подводят промежуточные столбы. Шаг столбов указывается в проекте. Высоту столбов выравнивают густым раствором, который подкладывают под нижний кирпич.

До начала кладки боровов делают разбивку. На стены кессонов или на обноску выносят оси боровов, дымовых шиберов, клапанов и проемов в кладке. Кладку стен начинают непосредственно на бетонной плите. Кладку ведут в такой последовательности: выкладывают нижние ряды стен на высоту выстилки, затем -- выстилку, после чего выводят до верха стены и далее - своды. Толщина швов не должна превышать следующих величин, мм: в шамотной кладке - 3, изоляционной - 5 и в кладке из керамического кирпича - 10. Температурные швы в боровах не устраивают.

Шамотную кладку ведут с опережением на 2...3 ряда изоляционной кладки или кладки из глиняного кирпича. Кладку из кирпичей разных видов не перевязывают.

К кладке рекуператоров можно приступить только после установки коллектора, подающего холодный воздух. Вначале ведут кладку стен подрекуперативных дымовых каналов, затем поднасадочных арок, боковых стен рекуперативной камеры и поднасадочных стен до верхнего уровня, двух нижних опорных рядов из звездочек, а также попеременную кладку боковых стен камеры и насадки с опережением кладки стен по сравнению с кладкой насадки на один ряд. Во время кладки двух верхних рядов насадки устраивают воздушные каналы между рекуператором и коллектором, выкладывают два верхних ряда звездочек, нижний ряд песочного затвора, заканчивают кладку стен и свода.

При кладке рекуперативной насадки сначала наверстывают насухо одну нитку ряда (из звездочек и трубок) и сдают ее контролеру. После приемки нитки трубки и звездочки устанавливают на раствор. Толщина шва должна быть минимальной. Швы кладки промазывают пальцем, поэтому эту операцию огнеупорщик выполняет в резиновых перчатках.

Раствор применяют воздушно-твердеющий шамотно-бокситовый на жидком стекле. Его назначение -- обеспечить плотное и прочное соединение трубок. Количество воды, взятое для затворения, не должно превышать (с учетом воды в жидком стекле) 23 ... 25 %. При увеличении количество воды раствор при твердении образует пористую и даже губчатую массу, непрочную и газопроницаемую. Употребление такого раствора приведет при работе колодцев к большим потерям воздуха в результате ухода его через швы вместе с дымом, поэтому категорически запрещается добавлять воду в раствор сверх установленного количества.

После укладки всего ряда насадки на раствор необходимо его выдержать при температуре не ниже 15 ° С в течение суток, чтобы раствор затвердел. Чтобы сократить время технологических перерывов в работе на схватывание и твердение раствора, кладку насадки ведут по два ряда одновременно с отставанием верхнего ряда на 2 ... 3 нитки. Ряды выкладывают на себя от дальней стены к ближней. Тогда при десяти рядах насадки устраивают не девять технологических перерывов, а четыре. После этого поверх ряда укладывают деревянные щиты (снимаемые в процессе работы) и с них наверстывают и укладывают на раствор следующий ряд. Поверхность каждого ряда должна быть строго горизонтальной; отклонения не должны превышать ± 2мм. Оси каналов, образуемых трубками, должны быть вертикальными, без изломов.

Для обеспечения полной герметизации и надежного отделения дымовых каналов от воздушных швы между трубками и звездочками заполняют особенно тщательно, немедленно удаляя излишки раствора (наплывы).

В процессе кладки стен камер их внутреннюю поверхность на высоту насадки затирают раствором, на котором ведут кладку. Это повышает газоплотность стен.

К кладке подины ячейки приступают после окончания кладки рекуператоров. Верх подины должен быть на одном уровне с верхней кромкой шлакового стакана или выше на 1 ... 2 см, толщина швов 2мм.

Стены ячеек выкладывают от кожуха по шаблону, воспроизводящему проектное очертание стен. Для того чтобы удлинить срок службы колодцев, кладку на уровне верха слитков делают утолщенной, с опорным поясом. Кирпичную кладку опорных поясов часто заменяют блоками из жаростойкого бетона.

Блоки применяют в основном следующих составов: динасовые или шамотные на жидком стекле, шамотные или высокоглиноземистые на высокоглиноземистом цементе. Массу и размеры блоков выбирают в зависимости от грузоподъемности монтажных механизмов. Ширина блока, образующая ширину стены ячейки, составляет в опорном поясе 500 мм, вне его, т. е. выше и ниже, - 350 . . . 460 мм. Отклонение стен от вертикали не должно превышать 10 мм, а отклонение длины и ширины ячейки 5 мм. Ряды кладки стен должны быть строго горизонтальны. Перевязка слоев кладки, выполняемых из огнеупорных изделий разного вида и из диатомитового или керамического кирпича, не допускается.

Температурные швы закладывают деревянными прокладками. Расположение их и конструкцию, а также ширину указывают в проектах.

Для футеровки крышек проверяют в натуре размеры металлических конструкций и положение подвесок. Отклонения по диагонали и во внешних размерах металлоконструкций не должны превышать 10 мм.

Крышки футеруют на стендах. Раму крышки устанавливают на стенде на такой высоте, чтобы рабочему было удобно навешивать на нее изделия. В качестве футеровочного материала применяют ребристые фасонные каолиновые изделия. Сначала их подбирают насухо, подгоняют друг к другу, а затем поливают сверху раствором.

Изделия, обрамляющие крышки, плотно притесывают к раме крышки для защиты от воздействия пламени.

В нагревательных колодцах наиболее уязвимы следующие части огнеупорной футеровки:

1) подина и нижняя часть стен, поскольку они интенсивно соприкасаются с окалиной и слитками;

2) те пояса футеровки стен, на которые опираются слитки;

3) футеровка крышки, так как она подвержена действию наиболее высоких температур, колебанию температур и механическому воздействию в связи с частым открыванием и закрыванием крышки;

4) керамика регенераторов и рекуператоров (особенно верхние ряды), которая работает в тяжелых условиях высоких температур, резкой смены температуры, воздействия газовых потоков, несу-

Подину колодцев выкладывают обычно в три слоя: -внутренний слои из хромомагнезитового кирпича, средний -- шамотный кирпич, внешний теплоизоляционный слой из диатомового кирпича. При сухом шлакоудалении уровень подины по всей площади колодцев одинаков, при жидком -- подину выкладывают с уклоном в сторону шлаковой летки.

Стены колодцев также выполняют трехслойными. Внешний слой -- теплоизоляционный, затем слой шамотного кирпича. Внутренний слой в нижней части стен (приблизительно на 1 м высоты) выполняют из хромомагнезита, остальное из динаса. Интенсивнее всего стены изнашиваются на том уровне, где опираются слитки. В связи с этим в этом месте выполняют выступ кладки внутрь колодца, который выкладывают из динаса, хромомагнезита, каолинового кирпича. Стойкость выступов из динаса наименьшая.

В настоящее время применяют крышки как с арочной футеровкой, так и с подвесным сводом. И в том, и в другом случае можно применять шамотный кирпич. В последнее время для футеровки крышек все шире используют каолиновый кирпич, который в футеровке крышек значительно более стоек, поскольку обладает большой огнеупорностью и меньшей дополнительной усадкой.

Насадку регенераторов нагревательных колодцев делают двуслойной верхнюю часть из динаса, нижнюю из шамота. Керамические рекуператоры, применяемые в нагревательных колодцах, выполняют из восьмигранных трубок. Обычно монтируют 6--8 рядов труб, из них два верхних и нижний ряды -- из карбошамотных трубок, остальные -- из шамотных. (При правильно выбранных огнеупорных материалах стойкость огнеупорной футеровки зависит от ряда теплотехнических и техно-логических факторов, главными из которых являются следующие: температура в колодце, колебания температур в колодце, полнота сгорания топлива, метод шлакоудаления.

Чрезмерное повышение температуры в колодце приводит к снижению стойкости как огнеупорной кладки рабочего пространства, <так и насадок регенераторов и рекуператоров. Сильно ускоряют разрушение кладки колебания температуры в рабочем пространстве, связанные с открыванием и, особенно, с охлаждением колодцев перед посадкой холодных слитков. Если не обеспечивается полное сгорание топлива в пределах рабочего пространства, то горение завершается в регенераторах и рекуператорах, что приводит к их быстрому разрушению. При жидком шлакоудалении кладка в целом изнашивается быстрее, так как для обеспечения удаления шлака в жидком виде приходится повышать температуру в колодцах.

В обычных регенеративных колодцах на 6--8 слитков смену внутреннего слоя стен и подины выполняют через каждые 2,5-- 3 мес., а полную замену кладки--через 8--9 мес. В газовых регенераторах насадку необходимо сменять через 8 мес, а в воздушных она может служить в течение 2 лет. Для стен и подины рекуперативных колодцев смена внутреннего слоя необходима через 5--6 мес, а полная замена кладки--через 12--18 мес. В рекуператорах насадку следует сменять раз за 1,2--2 года.

Смена футеровки крышек осуществляется через 7--9 мес. В отдельных случаях, чаще всего в регенеративных колодцах, быстро сгорает металлическая рама крышек.

Технология производства высокоглиноземистых огнеупоров. Сырье. Схема производства. Свойства высокоглиноземистых огнеупоров

По ГОСТ 24704-81 высокоглиноземистые изделия выделяют в четыре группы в зависимости от их фазового состава и содержания А1₂О₃: муллитокремнеземистые (45-62 % А1₂О₃); муллитовые - (62-72 % А1₂О₃); муллитокорундовые (72-90 % А1₂О₃); корундовые (> 90 % А1₂О₃). По мере повышения содержания А1₂О₃ в изделиях количество образующегося расплава уменьшается, а огневые свойства повышаются, растет шлакоустойчивость особенно к кислым шлакам.

Сырье. Для производства высокоглиноземистых огнеупоров используют: технический глинозем, электроплавленый корунд и природные минералы группы силлиманита (кианит, андалузит, силлиманит), диаспор и др.

Технический глинозем является промежуточным продуктом алюминиевой промышленности, содержащим в зависимости от марки от 94 до 98,5 % А12О3, 0,06-2 % SiО2, 0,03-1 % Fe2О3, 0,5-0,8 % Na2О. Глинозем характеризуется преобладанием зерен от 30 до 70 мкм, в виде пористых до 50% сферолитов. Плотность технического глинозема составляла 3,5-3,6 г/см³, насыпная масса - 0,8-1,0 г/см³.

Электроплавленый корунд получают электроплавкой технического глинозема или восстановительной плавкой бокситов. В зависимости от вида электрокорунда содержание А12О3 составляет для белого электрокорунда 99%, для нормального 97-98 % и для монокорунда 98-99 %. Плотность корунда в форме -А12О3 находится в пределах 3,95-4,01 г/см³, а твердость по шкале Мооса - 9. Электрокорунд - материал высокоабразивный и используется для производства шлифовального инструмента.

Природные гидраты глинозема, входящие в состав горной породы -бокситы, состоят из гидраргиллита, бемита и диаспора и имеют общую формулу А1₂О₃ * nН₂O (n = 1 - 3). Бокситы содержат до 20 % Fe₂О₃. Для производства высокоглиноземистых изделий обычно используют бокситы, содержащие не более 5-10 % Fe2О3. Они не постоянны по химическому составу и при обжиге дают большую огневую усадку.

Природные силикаты глинозема, имеющие общую молекулярную формулу А12O3 * SiO2, - кианит (дистен), андалузит и силлиманит, образуют группу минералов силлиманита. При нагревании они необратимо переходят в муллит по схеме

3(А1₂O₃ * SiО₂) 3A1₂O₃ * 2SiO₂ + SiO₂ муллит кристобалит

Некоторые свойства минералов группы силлиманита приведены в табл. 2.

Наибольшие объемные изменения претерпевает кианит, поэтому его вводят в состав огнеупорных масс в обожженном виде. Андалузит и силлиманит можно вводить в массы без предварительного обжига.

Таблица 2.

Свойства минералов группы силлиманита

Природные минералы группы силлиманита содержат примеси и требуют обогащения. Обогащение позволяет получать концентраты с содержанием А1203 до 60 %, а сумма остальных примесных оксидов К₂O, Na₂O, CaO, MgO и Fe203 не превышает при этом 2 %. Огнеупорность концентратов > 1800 °С.

В огнеупорной промышленности применяют и другие высокоглиноземистые материалы, например высокоглиноземистые шлаки, образующиеся при производстве хрома, титана и некоторых других ферросплавов.

В производстве высокоглиноземистых огнеупоров условно выделяют два передела: производство высокоглиноземистого шамота и производство изделий. Основой производства является получение плотно-спеченного высокоглиноземистого шамота, который служит отощающим материалом и связывается при прессовании изделий высокопластичной глиной. Подготовка глины на связку происходит аналогично и ничем не отличается от производства шамотных огнеупоров. Высокие требования к высокоглиноземистым изделиям распространяются и на глину для связки. Содержание нежелательных примесей (оксидов железа, кальция, магния и др.) должно быть как можно меньше.

Высокоглиноземистые изделия изготовляют по многошамотной технологии при содержании глиняной связки в шихте в количестве 10-20 %. В зависимости от вида используемого исходного сырья и изготовления изделий применяют различные схемы подготовки высокоглиноземистого шамота. Использование технического глинозема позволяет получать все виды высокоглиноземистых изделий] Высокоглиноземистый шамот в этом случае получают по схеме:

Соотношение глины и технического глинозема определяется расчетом для готовых изделий, причем содержание Al203 в шамоте принимают на 5-10% больше, чем в готовых изделиях. Это необходимо, так как в связку идет глина с меньшим содержанием Аl203.

Технический глинозем, имеющий форму сферолитов, плохо спекается, поэтому его подвергают тонкому помолу в трубных мельницах диаметром 1,5 и длиной 5,6 м. При небольших масштабах производства применяют барабанные мельницы с длительностью помола до 5-6 ч. Мелющими телами являются стальные шары диаметром 10-15 мм. Тонкость помола контролируется остатком на сите 10000 отв/см² и должна быть не более 2 %. Расход электроэнергии при помоле составляет около 60 кВт * ч/т.

Смешение молотых глинозема и глины производят в смесителе типа СМ-115 с одновременным увлажнением смеси до 17-18%. Неплохие результаты дает сухое смешение в шаровой мельнице. Смешение с доувлажнением до 25-28 % производят в двухвальном смесителе с последующей переработкой и уплотнением в вакуум-ленточном прессе. Получаемые заготовки размерами 50 х 50 х 50 мм направляются на обжиг во вращающиеся или другие типы печей.

Шамот обжигается при более высоких температурах и тем выше, чем выше содержание в шихте А1203 и колеблется в пределах 1550-1650 °С. Водопоглощение обожженного шамота должно быть не более 1-3%. Шамот, выходящий из вращающейся печи, имеет следующий зерновой состав, %:

Фракция, мм.......... > 10 10-3 3-0,5 < 0,5

Содержание, %....... 30-50 25-30 25-30 5-10

Пыль, улавливаемая системой газоочистки, содержит много технического глинозема, поэтому полностью возвращается в производство. Это важно и с экономической точки зрения.

Производство высокоглиноземистых изделий осуществляют по схеме:

При выборе зернового состава руководствуются теми же правилами, что и в технологии многошамотных огнеупоров. Чаще используют прерывистый зерновой состав при совместном помоле глины и шамота. Измельчение высокоглиноземистого шамота представляет большие трудности вследствие его высокой твердости. Крупные куски шамота дробят в щековой дробилке и затем измельчают в шаровой мельнице с самоотсевом. Шамот на потоке неоднократно подвергается магнитной сепарации от намола металлического железа. Содержание металлического железа в крупной фракции не должно превышать 0,05, а мелкой - не более 0,7 %.

В практике применяют следующие составы шихт:

высокоглиноземистые изделия с содержанием А1203 > 65 % содержат шамота фракции 3-1 мм 55 % и совместного помола глины и шамота 45 %. В совместном помоле содержание глины составляет 25, а шамота 75%. Общее содержание глины в шихте составляет ~ 13%;

муллитокорундовые изделия повышенной термостойкости с содержанием А1₂О₃ 76-78 % содержат шамота фракции 3-1 мм 50 % и совместного помола 50 %. Тонкость помола глины и шамота контролируют остатком на сите 4900 отв/см², содержание остатка не должно быть более 5 %.

Смешение лучше производить на бегунах с тяжелыми катками со строгим соблюдением порядка подачи материалов в смеситель. Сначала загружается крупная фракция шамота и вводится глиняный шликер плотностью 1,30-1,35 г/см³. После 5-мин перемешивания загружают тонкомолотую смесь совместного помола. Общий цикл смешения продолжается 15-20 мин. Влажность подготовленной массы составляет 5-6%.

Прессование изделий осуществляют на тех же прессах, что и многошамотные изделия: СМ-1085А и др. Для повышения качества изделий число прессований в минуту снижается до четырех. Широко используют и фрикционные прессы типа 4 КФ 200. Необходимая плотность здесь достигается за счет ударов штемпеля (6-7). Крупные высокоглиноземистые блоки прессуют на гидравлических прессах ПР-7. Плотность сформованного сырца в зависимости от типа используемого пресса находится в пределах 2,70-2,85 г/см³.

Сушка высокоглиноземистых изделий не вызывает затруднений и ведется в туннельных сушилах, спаренных с туннельной печью. Конечная влажность сырца после сушки не более 2 %.

Обжиг изделий ведут в туннельных печах с плоским сводом длиной 156 м и шириной 3,1 м. Высота от пода вагонетки до свода 1,1 м. Высота садки небольшая, так как температура обжига в зависимости от содержания А1203 колеблется в пределах 1550-1650 °С. Длительность обжига составляет 80 ч. Производительность такой печи 50 тыс.т/год. Условный расход топлива составляет ~ 20 %. Низкая высота садки необходима в данном случае для равномерного обжига и исключения расслаивания при движении теплоносителя по высоте канала туннельной печи.

Специфичным видом брака при обжиге высокоглиноземистых изделий особенно при содержании А1203 > 80 % является разрыхление изделий, связанное со вторичным муллитообразованием. Для уменьшения разрыхления рекомендуют уменьшать содержание Si02 за счет снижения вводимой глины и тщательно осуществлять смешение глины и шамота как при получении смеси совместного помола, так и при смешении масс. Некоторые свойства высокоглиноземистых изделий приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Свойства высокоглиноземистых огнеупоров по ГОСТ 24704-81

Производство высокоглиноземистых изделий с использованием природного сырья не отличается от описанного выше. Из исходных природных материалов с использованием глины в качестве связки по брикетной технологии получают шамот требуемого зернового состава, из которого затем изготовляют изделия. Сама технологическая схема строится с учетом особенностей используемого сырья, его физико-химического и зернового состава.

Литература

Кащеев И.Д. Производство огнеупоров. М.: Металлургия, 1993. - 256 с.

Стрелов К.К. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. М.: Металлургия, 1985. - 480 с.

Кривандин В.А. Металлургическая теплотехника, т.2. М.: Металлургия, 1986. - 592 с.

Ижорин М.Н. Огнеупорные футеровочные работы. М.: Высшая школа, 1990. - 270 с.

Размещено на Allbest.ru