Лекция №5 Файл
advertisement
Лекция 5 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧЕЙ Для изготовления термических печей применяют огнеупорные, теплоизоляционные, и металлические материалы, а также материалы для нагревательных устройств. Кроме этого используются общемашинно и – строительные материалы. ОГНЕУПОРНЫе МАТЕРИАЛЫ Огнеупорами называют строительные материалы для сооружения печей, которые обладают стойкостью при высоких температурах и не разрушаются от физических и физико-химических процессов, происходящих внутри печей. В зависимости от назначения термических печей температура в рабочем пространстве может быть от 100 до 1300°. Для отпуска цементованных изделий, а также для отпуска и старения некоторых инструментальных сталей необходима низкая температура печей: 100—250°; для изотермической и ступенчатой закалки требуется температура 100—550°, для отпуска конструкционных сталей 350—650° и, наконец, для отжига, нормализации, стабилизации и закалки 750—1300°. Огнеупоры изготовляются в виде кирпичей прямоугольной, клиновидной и других форм, подходящих для футеровки всех печей, а также в виде фасонных изделий для отдельных частей некоторых печей. Огнеупоры служат для выкладки следующих частей печи: рабочего пространства, стенок печи, дверец, топочных камер или камер сгорания, каналов и дымовых боровов. Огнеупоры могут быть также в виде бетонов; в этом случае они используются для изготовления отдельных узлов печи. прямоугольной, клиновидной и других форм, подходящих для футеровки всех печей, а также в виде фасонных изделий для отдельных частей некоторых печей. Огнеупоры служат для выкладки следующих частей печи: рабочего пространства, стенок печи, дверец, топочных камер или камер сгорания, каналов и дымовых боровов. Огнеупоры могут быть также в виде бетонов; в этом случае они используются для изготовления отдельных узлов печи. Огнеупорный материал должен: а) обладать высокой механической прочностью при больших давлениях и высоких температурах; б) выдерживать резкие изменения температур без образования трещин, т. е. быть термически стойким; в) сопротивляться химическому воздействию печных газов и шлака; г) обладать постоянством объема, т. е. при нагревании не давать роста, а при охлаждении— усадки; д) быть малопористым, так как пористость облегчает разрушение его печными газами и шлаками; е) иметь возможно меньшую теплопроводность, чтобы уменьшить потери тепла через кладку (за исключением муфелей и тиглей); ж) обладать также минимальной электропроводностью (кроме сталеплавильных печей с проводящим подом). 1 КЛАССИФИКАЦИЯ ОГНЕУПОРОВ Огнеупорные материалы можно классифицировать. По о г н е у п о р н о с т и : а) группа огнеупоров с огнеупорностью 1580— 1770°; б) высокоогнеупорная группа с огнеупорностью 1770—2000° и в) группа высшей огнеупорности с огнеупорностью выше 2000°. По с п о с о б у и з г о т о в л е н и я : а) пиленые из естественной горной породы; б) пластичного формования ручной и машинной формовкой; в) полусухого прессования на механических или гидравлических прессах порошкообразных масс, содержащих связующий материал: глину, каолин н т. п.; г) пневматического или электромеханического трамбования и д) литые плавленые, полученные электроплавкой, термитной плавкой и т. п. По т е р м и ч е с к о й о б р а б о т к е : а) обжиговые, т. е. подвергнутые обжигу в пламенных, электрических или иных печах по определенному режиму; б) безобжиговые, не подвергнутые обжигу. По х и м и к о - м и н е р а л о г и ч е с к о м у с о с т а в у По форме и размерам все виды огнеупорных изделий делятся на: а) нормальный кирпич (большого и малого формата), прямой и клиновый (продолный и поперечный); б) фасонные изделия (простые, сложные, особо сложные); в) крупноблочные фасонные изделия (простые, сложные и особосложные) и г) специальные изделия лабораторного и промышленного применения (тигли, трубки и др.). Огнеупорные изделия подразделяются следующие марки: Ш-шамотные, ШЛшамотные легковесные, П-полукислые и Дн-динасовые. В стандарт входят формы и размеры изделий указанных марок, всего 105 типоразмеров 27 форм, обозначаемых порядковыми номерами. Классификация огнеупоров может также быть сделана по о б л а с т и п р и м е н е н и я , к л а с с у и с о р т н о с т и . Класс определяется высшей температурой огнестойкости, а сорт — прочностью и усадкой. Пористость характерна для всех огнеупоров и в отдельных изделиях доходит до 80%. Различают следующие виды пористости огнеупоров: истинную и кажущуюся. Истинной пористостью называется отношение объема всех пор изделия (открытых и закрытых) к общему объему изделия, выраженному в процентах. Кажущейся пористостью называется отношение объема, занятого в образце порами, сообщающимися между собой и с атмосферой (открытыми), к общему объему образца, выраженному также в процентах. С пористостью огнеупоров тесно связаны такие понятия, как объемный вес и водопоглощение. Обьемный вес представляет собой отношение веса сухого образца к общему его объему и выражается в, кг/м3. Водопоглощение характеризуется отношением веса воды, поглощенной порами образца, к весу образца в сухом состоянии. Величина водопоглощения определяется в процентах. Определение водопоглощения проще, чем 2 определение пористости, поэтому кажущаяся пористость определяется по водопоглощению. Газопроницаемость является важным свойством огнеупорных изделий. Способность огнеупорных изделий пропускать воздух или газ в тех или иных условиях называется газопроницаемостью. Коэффициент газопроницаемости огнеупорных изделий выражается количеством воздуха (в литрах), прошедшего через огнеупорный материал площадью 1 л2 при толщине образца ] м в течение 1 часа и при разности давлений 1 мм вод. ст. При повышении температуры газопроницаемость уменьшается, так как вязкость газа становится больше. С увеличением температуры силы сцепления между молекулами газа, а следовательно, и вязкость возрастают. Для испытания на газопроницаемость используют цилиндрические образцы огнеупорных изделий высотой 50 мм и диаметром 50 мм. Газопроницаемость может влиять на стойкость печной кладки. Например, в печах газовой цементации кладка может разрушаться вследствие проникновения в поры окиси углерода и отложения сажистого углерода по реакции 2СО → СО2 + С. Поэтому для печей газовой цементации рекомендуется доменный шамот, обладающий наивысшей плотностью. Теплопроводность. При составлении теплового баланса печей, определении потерь тепла через стены, свод и под печей большое значение имеет теплопроводность огнеупорных изделий. Теплопроводность также влияет на термическую стойкость огнеупорных изделий. Теплопроводность огнеупорных изделий характеризуется коэффициентом теплопроводности. С повышением температуры коэффициент теплопроводности большинства огнеупорных изделий возрастает. Однако для некоторых огнеупоров, например для магнезитового кирпича и еще более для карборундовых изделий, теплопроводность с повышением температуры падает. На теплопроводность огнеупорных материалов влияют химический и минералогический состав, пористость, температура и кристаллическая структура. С повышением пористости теплопроводность огнеупорных изделий снижается. Электропроводность. При обычных температурах огнеупорные изделия являются электроизоляторами. При повышении температуры электропроводность огнеупорных материалов значительно возрастает. Особенно заметное повышение электропроводности начинается при температурах выше 1000оС Динасовые и шамотные изделия при температуре 1200°С являются проводниками. С повышением пористости электропроводность уменьшается. Теплоемкость огнеупорных материалов с повышением температуры увеличивается. Наибольшая теплоемкость у шамотных изделий. Температуропроводность огнеупорных изделий характеризуется стойкостью распространения температуры при нагревании и зависит от теплопроводности, теплоемкости и объемного веса материала. Огнеупорность это свойство огнеупорных материалов противостоять действию высоких температур. 3 Термическая стойкость — это свойство огнеупорных изделий противостоять резким колебаниям температуры — теплосменам, которые может выдержать изделие до определенной степени его разрушения. Механическая прочность. Огнеупорные изделия чаще всего испытывают нагрузку сжатия. Поэтому механическая прочность огнеупорных изделий характеризуется пределом прочности при сжатии при комнатной температуре. Это свойство является важным показателем, характеризующим хороший обжиг огнеупоров, однородность строения и т. д. Деформация под нагрузкой при высоких температурах. Определение предела прочности при сжатии в условиях комнатной температуры не характеризует поведение огнеупоров при их рабочих температурах. Испытания на определение предела прочности при высоких температурах представляют значительные трудности. Поэтому для характеристики качества огнеупоров изделий при высоких температурах производят испытание на деформацию под нагрузкой. Шлакоустойчивость — это способность огнеупорных изделий противостоять действию образующихся в печи шлаков, окислов, паров и газов. Чем ближе химический состав шлаков к химическому составу огнеупоров, тем меньше разъедание — динас противостоит разъеданию кислых шлаков, а магнезит — основных шлаков. Шлакоразъедаемость определяется по потере объема. Постоянство формы и объема. Работа огнеупорных изделий при высоких температурах вызывает изменения объема вследствие: 1) температурного расширения и 2) усадки или роста. Небольшое расширение огнеупорных материалов не является вредным, так как уплотняет кладку, но чрезмерное расширение может вызвать появление трещин. Усадка или рост огнеупорных изделий происходит под влиянием изменения фазового состава материалов, перекристаллизации и спекания. Усадка огнеупорных материалов приводит к снижению плотности швов, к оседанию свода печей и к преждевременному разрушению. Правильность формы и точность размеров огнеупоров. На качество кладки термических печей большое влияние оказывает правильная и точная форма огнеупоров. Тонкие швы в кладке могут быть получены лишь при точных размерах огнеупорных изделий. Отклонения в размерах для шамотных огнеупорных изделий допускаются: от +3,5 мм по длине, +2 мм по ширине и +1 мм по толщине для классов А и Б (1-й сорт) до ±6 мм по длине, ±4 мм по ширине и ±3 мм по толщине для класса В (2-й сорт). Для динаса допускаются следующие отклонения для измерений до 100 мм от +2 до +3 мм (II класс, 2-й сорт); от 101 до 150 мм от +2 до +4 мм (II класс, 2-й сорт). 4. ХАРАКТЕРИСТИКА ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Динасовые огнеупоры. Динасом называется подвергнутый обжигу огнеупорный материал, изготовляемый из размолотых кварцитов, песчаников и других кварцевых пород. В качестве связующего применяют почти исключительно известь. Содержание кремнезема в динасе не менее 90%, вследствие чего динас 4 относится к кислым огнеупорным материалам. Кремнезем существует в одной аморфной и семи кристаллических модификациях. Химический состав для всех модификаций один и тот же, но физические свойства, удельный вес, температура плавления, коэффициент линейного расширения и др. различны. Кремнезем встречается в виде кварца, тридимита и кристобалита. Рисунок 5.1. Форма и размеры огнеупорных кирпичей 5 Динасовые огнеупоры применяются главным образом для футеровки металлургических печей с кислым подом; для термических печей они почти не применяются, иногда используются для кладки высокотемпературных соляных ванн. Шамотные огнеупоры. Исходным сырьем для приготовления шамотных огнеупоров служат природные глины, представляющие собой глиноземистые силикаты. Главная составляющая часть большинства глин — каолинит Al2O32SiO2-2H2O с содержанием 46,4% SiO2, 39,66% А12О3, 13,92% Н2О и примесей. В зависимости от степени пластичности различают глины пластичные (жирные) и тощие (сухие). Шамотными огнеупорами называются изделия, сформованные из глины или каолина с добавкой шамота, а иногда кварцевого песка и подвергнутые обжигу. Шамот представляет собой ту же глину после измельчения и обжига. Шамот не пластичен и относится к так называемым отощающим веществам. Добавка шамота к глине предохраняет огнеупорную массу или шихту от трещин и усадки, повышает сопротивляемость резким изменениям температуры и иногда огнеупорность. В шамотных огнеупорах содержится не менее 30% А12О3 + TiO2, а также в небольших количествах (5— 7%) окись железа, щелочные и щелочноземельные окислы. Шамотные огнеупорные материалы являются наиболее распространенным универсальным материалом для выкладки футеровок термических печей. В ы с о к о г л и н о з е м и с т ы м и о г н е у п о р а м и называются изделия, содержащие более 45% А12Оз. Для производства этих огнеупоров используют различные виды природного и искусственного высокоглиноземистого сырья: минералы силлиманитовой группы — кианит, андалузит, силлиманит; природные гидраты глинозема — гидраргилит и диаспор, входящие в боксит; природный и искусственный корунд и др. Высокоглиноземистые изделия подразделяются в зависимости от содержания А12О8 на три класса: а) класс 45—60 с содержанием 45—60% А12Оз; класс 60—75 с содержанием 60—75% А12О8 и в) класс 75 с содержанием более 75%А12О3. Для высокоглиноземистых огнеупоров характерны высокая огнеупорность 1850—2000°, хорошая шлакоустойчивость и термостойкость. Для получения лучших свойств требуется высокий обжиг (-~1500°). Плотные монолитные высокоглиноземистые изделия пористостью до 2—3% получают литьем из расплава высокоглиноземистых материалов. Сюда относятся плавленые литые корундо-муллитовые изделия. Эти изделия обладают следующими свойствами: огнеупорностью 1820—1960°, плохой термостойкостью, отличной шлакоустойчивостью, высоким пределом прочности при сжатии (до 3000 кГ/см2) и большей стойкостью против деформации под нагрузкой при высоких температурах, началом растяжения при 1600—1700° и постоянным коэффициентом местного расширения. Высокоглиноземистые огнеупоры применяются для футеровки нагревательных печей, высокотемпературных печей и соляных печей-ванн. 6 М н о г о ш а м о т н ы е о г н е у п о р ы содержат шамота до 80— 96%, остальное—связующая огнеупорная глина. Благодаря высокому содержанию шамота эти огнеупорные изделия почти не дают усадки и имеют незначительное количество пор (пористость 9—13%). При изготовлении многошамотных огнеупоров сушки почти не требуется. Многошамотные огнеупоры отличаются хорошей термостойкостью, достигающей 100 и более водяных теплосмен, и высокой механической прочностью (предел прочности при сжатии 500—1000 кГ/см2). Бесшамотные огнеупоры. В бесшамотных огнеупорах в качестве отощающего вещества применяются камнеподобные огнеупорные породы, обладающие малой пластичностью и меньшей усадкой, чем глины. Бесшамотные огнеупоры обладают более высокой механической прочностью, большей плотностью и повышенной теплостойкостью по сравнени с шамотными изделиями; они применяются в металлургическом производстве. Полукислые огнеупорные изделия . К полукислым огнеупо рам относятся изделия, содержащие А1 2О3+ТО2 менее 30%, a SiO2>65%. Для производства полукислых изделий используются полукислые глины, разные огнеупорные пластические глины с добавкой к ним шамота, кварцевых отходов, молотого кварцевого песка и др. Полукислые огнеупоры применяются для кладки нагревательных печей. Магнезитовые огнеупоры изготовляются из обожженного и измельченного магнезита и содержат не менее 85% MgO. Обычное содержание MgO 90—95%. Исходным сырьем является минерал магнезит, который состоит главным образом из MgCO3 (47,82% MgO; 52,18% СО2). В качестве связующего вещества применяют каустический магнезит, известь, глину, а также связующие с добавлением или без добавления кварца, циркония, глинозема и других веществ. Основные свойства магнезитовых изделий: огнеупорность 2200— 2400°; предел прочности при сжатии 300—500 кГ/см2, пористость 15—25%; начало размягчения под нагрузкой в зависимости от состава и рода связки 1400—1600°; 40% сжатия 1500—1700°; термостойкость низкая. При введении в шихту добавок корунда или боксита можно получить термостойкий магнезитовый кирпич, выдерживающий более 50 воздушных теплосмен. Удовлетворительную термостойкость (25—27 воздушных теплосмен) имеют изделия, изготовленные из плавленого магнезита (содержание MgO 90—95%). Магнезитовые изделия обладают хорошей химической стойкостью против действия оснований, металлов и основных шлаков. Поэтому магнезитовые огнеупоры относятся к основным. Магнезитовые изделия применяются в металлургических печах. Для термических печей они почти не применяются; иногда их используют для футеровки высокотемпературных печей. Доломитовые огнеупоры. Это огнеупорные изделия, содержащие СаО и MgO в соотношении, близком к молекулярному, или с избытком MgO. Сырьем для изготовления доломитовых огнеупоров служит доломит —двойная соль углекислых кальция и магния (54,2% СаСО3 и 45,8% MgCO3). В природном 7 доломите имеется до 15—25% различных примесей. Свойства доломитовых огнеупоров: огнеупорность 1780—1800° и выше, предел прочности при ежатии 150—1000 кг/см2, термостойкость от низкой до удовлетворительной, пористость 15—20%, начало размягчения под нагрузкой при 1500—1600°, 40% сжатия 1550—1750°, устойчивость против основных шлаков хорошая. Доломитовые огнеупоры являются полноценным заменителем магнезитовых; для термических печей не применяются. Форстеритовые огнеупоры. К форстеритовым огнеупорам относятся изделия, изготовленные из магнезиально-силикатных пород с добавками магнезита или выпиленные из естественных пород. Содержание MgO и SiO2 находится в молекулярном соотношении, близком к единице, но с избытком MgO. Форстеритовые огнеупоры носят свое название от химического соединения форстерита 2MgO-SiO2. Сырьем для получения форстеритовых огнеупоров служат различные магнезиально-силикатные породы: оливиниты, дуниты, серпентиниты и тальки. Огнеупорность форстеритовых, дунитовых кирпичей около 1850°, начало размягчения при 1550—1570°, объемный вес 2,5 г/см3, удельный вес 3,36 г/см9, пористость кажущаяся 24—28%, термическая стойкость такая же, как у магнезитового кирпича. Форстеритовые огнеупоры используется для кладки высокотемпературных печей. Тальк-магнезитовый кирпич. Для выкладки пода и стен нагревательных печей иногда используется талько-магнезитовый цельнопиленый кирпич. Главная составная часть талька—водный силикат магния (3MgO-4SiO2-H2O).. Углеродистые огнеупорные изделия, содержащие углерод и его соединения, подразделяются на графитовые и коксовые. В графитовых изделиях углерод содержится в пределах 30—60%. Графит имеет высокую температуру плавления, высокую тепло- и электропроводность и низкий коэффициент линейного расширения. Недостатком его является способность к окислению кислородом воздуха при температурах около 700°. Графитовые огнеупоры изготовляют из огнеупорной пластичной глины и графита с добавкой или без добавки шамота. Огнеупорная глина в процессе обжига изделий создает защитную пленку на зернах графита и благодаря этому предохраняет графит от выгорания. Графитовые изделия имеют предел прочности при сжатии 100—300 кГ/см2; кажущаяся пористость 15—30%; высокая термостойкость — до 25 водных теплосмен; огнеупорность около 2000°; начало размягчения под нагрузкой при 1500°; 40% сжатия при температуре выше 1700— 1750°. Изделия из графита отличаются постоянством объема. Главное назначение графитовых огнеупорных изделий — изготовление тиглей и электродов. Коксовые огнеупорные изделия изготовляют из кокса на смоляной связке с добавлением битума; обжиг производят в углеродистой засыпке. Содержание углерода в коксовых изделиях 70—90%. Коксовые кирпичи и блоки имеют следующие свойства: высокая огнеупорность; практически не плавятся; предел прочности при сжатии 100—300 кГ7см2; пористость кажущаяся 20—35 %; высокая термостойкость, теплопроводность и электропроводность; изделия характеризуются постоянным объемом и устойчивостью против шлаков и 8 металлов. Главное назначение коксовых огнеупорных изделий — для кладки доменных печей. Карборундовые огнеупорные изделия. Карборунд—карбид кремния SiC— искусственный минерал, который получается путем нагрева кварцевого песка и кокса в электрических печах сопротивления. В условиях высоких температур происходят следующие реакции: SiO a + 2С -> Si + 2CO; Si + С = SiCВзаимодействие кварца с углеродом начинается при 1000°, а затем возрастает с повышением температуры. Образование карборунда заканчивается при 2000°. Но при температуре 2300° и продолжительном нагреве может произойти распад карборунда с выделением графита SiC -> Si + С. В техническом карборунде содержатся примеси окислов и карбидов железа. В зависимости от исходного сырья и технологии изготовления различают два вида карборундовых изделий: на керамической связке к а р б о ф р а к с и рекристаллизованные, отформованные из карборунда на органической связке — р е ф р а к с . Огнеупорность изделий зависит от содержания в них SiC и колеблется от 1850 до 2200°. Из других характерных качеств нужно отметить высокую теплопроводность (в 5—6 раз выше теплопроводности шамота или динаса) и отличную термостойкость; начало размягчения под нагрузкой при 1450—1700°, 40% сжатия при 1600—1800° в зависимости от содержания SiC; хорошая устойчивость против истирания, электропроводность, высокая кислотоупорность, но плохая устойчивость против действия основных шлаков, щелочей и металлов. В окислительной атмосфере при 1450—1500° имеет место диссоциация SiC, а при длительном воздействии окислительной атмосферы — с 1200— 1250°. Показатели основных свойств рефракса немного выше, чем карбофракса, но вследствие высокой стоимости он менее распространен. Карборундовые изделия применяются в термических печах для изготовления огнеупорных плит и муфелей, а также для изготовления сопротивлений в электрических печах. Изделия высшей огнеупорности. Для изготовления таких изделий используются окислы редких металлов, нитриды, карбиды и бориды элементов IV, V и VI групп периодической системы Менделеева (титана, циркония, гафния, тория, молибдена, вольфрама, тантала). Характерным свойством этих изделий является высшая огнеупорность: температура плавления 2000— 3800°, высокая кислотоупорность при комнатной и высоких температурах. Наиболее стойкие к кислороду карбиды элементов IV группы — титана, циркония, гафния, тория, а наименее стойкие — карбиды элементов V группы (молибдена до 500°, вольфрама до 700°, тантала до 800°). В обратном отношении находится устойчивость против азота. Нитриды при высоких температурах более стойки, чем карбиды. Все эти соединения обнаруживают металлический характер: электропроводность, металлический блеск, высокую твердость (по шкале Мооса от 8 до 10), высокие показатели предела прочности при сжатии и модуля упругости. Применение этих материалов ввиду высокой их стоимости 9 ограничено; они используются лишь в исключительных изготовления лабораторных тиглей. случаях для ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ И ПРОЧИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОСТРОЙКИ ПЕЧЕЙ Теплоизоляционные материалы. Кроме обычных огнеупоров, в технике печестроения применяют теплоизоляционные материалы. Их отличительным свойством является высокая пористость и вследствие этого малая теплопроводность. Тепловые потери при работе печей в значительной мере зависят от расхода тепла на аккумуляцию кладки и на излучение тепла поверхностью печи в окружающую среду. Эти два вида потерь составляют 24—45% от количества тепла, получаемого при сжигании топлива. Назначение теплоизоляционных огнеупоров заключается в защите печей от потери тепла, в экономии топлива, расходуемого в печах, и в возможности интенсификации тепловых процессов. По своему характеру тепловая изоляция печей может быть разделена на два типа: 1) наружная (защищенная) изоляция, выполненная из изоляционных материалов с низкой огнеупорностью, и 2) внутренняя (незащищенная), служащая футеровкой рабочего пространства печи и выполненная из легковесных огнеупорных материалов. Защищенная изоляция не подвергается действию высоких температур печи и газов. Ее роль заключается в изоляции тепла. Материалы для наружной изоляции можно разделить по рабочим температурам на три группы: низкотемпературные до 900°; среднетемпературные 900—1200°, и высокотемпературные выше 1250°. Для низкотемпературной изоляции могут применяться диатомитовые (трепельные), асбестовые и вермикулитовые изделия. Для средней и высокотемпературной изоляции применяются легковесные огнеупоры. Защищенная изоляция может быть в виде кирпичей и в виде порошка-засыпки. Открытая изоляция изготовляется в виде нормальных кирпичей. Легковесные огнеупоры обладают той же огнеупорностью, что и обычные огнеупоры, но с меньшим объемным весом и более низкой прочностью, теплоемкостью и теплопроводностью. Объемный вес легковесных огнеупоров 1300— 1400 кг/м3; наиболее распространенные легковесы имеют объемный вес 600— 1000 кг/м3, а так называемые ультралегковесы 300—400 кг/м3. Известны три способа получения легковесных огнеупоров: 1) способ выгорающих добавок, 2) пенообразования и 3) химический. При изготовлении легковесных шамотных огнеупоров первым методом составляется шихта из 35—40% огнеупорной глины, 15—25% шамота и 45% выгорающих добавок. В качестве выгорающих добавок используются древесные опилки или молодой древесный уголь. Эта смесь увлажняется до содержания влаги 25—35%; затем следует формовка и сушка. В процессе сушки происходит вспенивание массы. При дальнейшем обжиге горючие добавки сгорают. Получается кирпич, пронизанный большим количеством пузырей. 10 Такой кирпич обладает малой теплопроводностью, но и малой механической прочностью. Методом пенообразования производится большая часть теплоизоляционных шамотных изделий. При этом методе составляется смесь шамота, глины и воды, называемая шликером. К этой смеси добавляется эмульсия из канифольного мыла, способного давать устойчивую пену. После перемешивания шликера с эмульсией получается пеномасса, которая заливается в железные формы. Затем следует сушка, обжиг и механическая обработка (шлифование карборундовыми кругами). Химический метод позволяет получить огнеупор с минимальным объемным весом 300—400 кг/м3. Сущность метода заключается в том, что в шликер вводят доломит или известняк и раствор серной кислоты. В результате взаимодействия доломита с серной кислотой происходит выделение большого количества углекислого газа, который вспенивает всю массу. Шликер, разлитый в формы, увеличивает свой объем примерно вдвое. В момент максимального вспенивания в массу вводят специальные добавочные вещества — цемент или гипс, которые вызывают затвердевание массы, и таким образом объем легковесного огнеупора стабилизируется. После этого огнеупоры подвергают сушке и обжигу. Легковесные огнеупоры (шамотные и полукислые) разделяются по огнеупорности на три класса: А, Б, В; по огнеупорности и объемному весу на шесть марок, условно обозначаемых АЛ-1,3; БЛ-1,3; БЛ-1,1; БЛ-0,8; ВЛ0,8; ВЛ-0,6 и в зависимости от отклонений по размерам и внешнему виду — на два сорта: 1-й и 2-й. Кирпич огнеупорный ША и ШБ общего назначения. Применятся для кладки различных тепловых агрегатов с максимальной температурой использования 1250-1400 °С. Изготавливают путём обжига порошка-шамота и специальной размолотой огнеупорной глины при высоких температурах. В зависимости от физико-химического состава и температуры применения шамотные изделия общего назначения подразделяют на марки ША, ШБ. Производятся по ГОСТ 390-96 Пористость открытая не более Наименование продукции Огнеупор -ность, не ниже Массова я доля Al2O3, не менее ША 1690 °С ШБ 1650 °С Предел прочности при сжатии, не менее: Температура начала размягчения, не ниже для Для изделий изделий подгрупподгруппы II пы I для изделий подгруп -пы I для изделий подгруппы II 30% 24% 30% 20% 15% 1 300 °С 28% 24% 30% 20% 15% 1 300 °С 11 В зависимости от формы и размеров, согласно ГОСТ 8691-73, маркам присваивают соответствующие номера oт 1 до 109. Наименование Наименование Номер Номер продукции продукции Кирпич прямой 1-10 Кирпич сводовый повесной ребристый 76-78 Кирпич прямой полуторный 11-15 Кирпич подвесной 79-80 Кирпич прямой трехчетвертной 16-19 Кирпич подвесной 81 Клин торцевой 20-32 Кирпич сводовый подвесной 82-85 Клин торцевой полуторный 33-41 Кирпич подвесной 86-91 Клин ребровой 42-48 Кирпич бортовой выдвижного пода 92-93 Кирпич трапецеидальный 49-54 Плита 94-96 Кирпич трапецеидальный поперечный 55-59 Брус 97 Кирпич пятовый 60Кирпич горелочный 73 98-102 Кирпич оконный 74Кирпич лекальный 75 103-109 Для рабочей незащищенной футеровки до температуры рабочего про странства 1400° предназначается легковес класса А, до температуры 1350° БЛ-1,3 и БЛ-1,1 и до температуры 1250° БЛ-0,8. Класс В используется для наружной (защищенной) изоляции при температуре рабочего пространства не выше 1100°. Теплоизоляционные диатомитовые (трепельные) кирпичи, изготовленные с выгорающими добавками, делятся в зависимости от объемного веса на три марки: 500, 600 и 700.. Диатомитовые (трепельные) изделия применяются для теплоизоляции при температуре изолируемых поверхностей до 900°. В последнее время освоено производство ультралегковеса с объемным весом 0,4 г/см 3 . Его огнеупорность 1670°, предел прочности при сжатии 7—15 кГ1см%, коэффициент теплопроводности при 200° 0,10— 0,12 ккал/м- час -град. Теплопроводность ультралегковесов в 10 раз меньше, чем шамотных изделий, и в 5 раз меньше, чем л егковеса с объемным весом 1,3 г. Ультралегковес находит применение в электрических печах. Его использование вместо легковесов с объемным весом 1,3 г/см 3 позволило снизить потери тепла на аккумуляцию и в окружающую среду на 47%, время разогрева печи до рабочей 12 температуры на 32,5%, расход электроэнергии на 25,8%; к. п. д. печи повысился на 8,3%. Эффективность использования различных теплоизоляционных материалов для стен термических печей показана на фиг. 10. Кроме штучных теплоизоляционных материалов в виде огнеупорных кирпичей, при изготовлении печей используют для защищенной изоляции сыпучие материалы и формованные плиты. Сыпучие материалы используют в виде засыпки соответствующих полостей печи. Эти материалы по величине их теплопроводности ( ккал/м • час • град) можно разбить на четыре класса: Огнеупорные цементы. Это — зернистые керамические смеси, которые при замешивании с водой или другими жидкостями образуют пластические массы, схватывающиеся и твердеющие на воздухе. Твердение огнеупорных цементов происходит либо в результате химического взаимодействия, либо вследствие высыхания и спекания массы при высоких температурах. Различают следующие разновидности огнеупорных цементов: мертели, обмазки и бетоны. О г н е у п о р н ы е м е р т е л и или огнеупорные растворы применяются для заполнения швов между кирпичами в огнеупорной кладке для связывания кирпичей, для прочности и газонепроницаемости кладки и т. д. Схватывание, высыхание и спекание их происходит при нагреве. Химический состав мертеля должен соответствовать химическому составу огнеупоров, для которых мертель используется. Например, для кладки из шамотного кирпича приготовляют мертель, состоящий из просеянного шамотного порошка 70—85% и пластичной огнеупорной глины 15—30%. При тонком помоле с отверстиями в ситах 0,21—1 мм шамотного порошка берется 80— 85% и соответственно 15—20% огнеупорной глины; при крупном помоле (размер отверстий сит 0,5—2 мм) 70— 75% шамота и 25—30% глины. В полукислом мертеле шамот частично заменяется кварцевыми материалами. Для динасовой кладки используется раствор тонкомолотового динасового порошка с 10—12% глины. Огнеупорные обмазки применяются для защиты рабочей поверхности огнеупорной футеровки от агрессивной среды рабочего пространства и для уменьшения газопроницаемости кладки. Для шамотных огнеупоров применяется обмазка, состоящая из размолотого шамота, глины и жидкого стекла в количестве 2—5% от веса сухого порошка. Схватывание и твердение обмазки происходит так же, как и огнеупорного мертеля. Обмазка наносится на поверхность сырых шамотных кирпичей слоем 1 мм. Для динасовой кладки применяются обмазки, содержащие больший процент SiO2. 70% кварцевого речного песка, 14% огнеупорной глины, 10% жидкого стекла (в растворе 1 : 1) и 6% асбеста. Все обмазки наносятся на кладку вручную или путем набрасывания пневматическим аппаратом под давлением сжатого воздуха (торкретирова нием). О г н е у п о р н ы е б е т о н ы применяются для изготовления монолитных, сплошных огнеупорных блоков или для футеровки печей. Твердение и схватывание их в большинстве случаев происходит в результате взаимодействия с водой. Огнеупорные бетоны должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к 13 тем огнеупорам, которые они заменяют. Основные требования: постоянство объема, для того чтобы бетон не растрескивался при изменении температуры печи, и высокая механическая прочность в необожженном и обожженном состоянии. Огнеупорные бетоны приготовляются, так же как и строительные бетоны, из смеси огнеупорного цемента, воды и наполнителя. Наполнителями служат шамотные и полукислые материалы, а также хромит и хромомагнезит. В качестве огнеупорных цементов используется глиноземистый цемент (полученный из бокситов), магнезиальный (из каустического магнезита) и доломитный. Огнеупорность бетонов на глиноземистом цементе 1350—1500°, на магнезиальном до 2000° и на доломитном 1920°. Для изготовления бетона на глиноземистом цементе с шамотным наполнителем составляется смесь из 80% шамотного порошка (с крупностью зерен до 10 мм) и 20% глиноземистого цемента. Термостойкость шамотного бетона до 90 теплосмен; огневая усадка не превышает 1 %. Коэффициент теплопроводности бетонов немного ниже, чем огнеупоров того же состава. Огнеупорные бетоны используются для выполнения путем набивки непосредственно в печи той или иной части футеровки, для кладки стен дымовых каналов, боровов с температурой отходящих газов 1000—1100°. Бетоны заменяют более дорогой огнеупорный кирпич, дают возможность получить монолитную кладку и ускоряют ремонт печей. Фундаменты печей. Небольшие термические печи (камерные, шахтные) ставятся непосредственно на пол цеха. Для больших термических печей кладки, не нагревающейся во время работы до высоких температур, для наружного слоя охладительных колодцев и для дымовых труб. Строительный кирпич изготовляют из легкоплавких глин с огнеупорностью ниже 1350°. Предел прочности на сжатие глиняного кирпича составляет 50—150 кГ/см2; средний коэффициент теплопроводности 0,4+0,00044/ ккал/м- час -град; предел допустимой температуры 700°; термическая устойчивость низкая. Жароупорные сплавы. Для изготовления деталей печей, работающих в условиях высоких температур, применяют жароупорные сплавы. Они не должны разрушаться под действием печных газов, обладать окалиностой-костью, а также необходимой прочностью и пластичностью при высоких температурах. Жаростойкие (окалиностойкие) сплавы содержат в своем составе в качестве легирующих элементов хром, алюминий или кремний. Ввиду большего сродстава этих элементов к кислороду, чем у железа, в этих сплавах при окислении образуются плотные пленки Сг2О3, А12О3 или SiO3, которые затрудняют диффузию. Жаропрочные сплавы хорошо сопротивляются механическим нагрузкам при высоких температурах. Характеристикой жаропрочных сплавов является предел ползучести — напряжение, которое вызывает заданную скорость деформации при данной температуре, и длительная прочность — напряжение, которое вызывает разрушение при Данной температуре за данный отрезок времени. Жаропрочность сплава зависит от кристаллической структуры основного твердого раствора, величины зерна и содержания легирующих элементов. На повышение жаропрочности оказывают влияние следующие элементы: Cr, Ni, Mo, W, Ti и Со. 14 Лучшими для изготовления деталей печей являются хромоникелевые сплавы следующих марок: Х18Н9, Х18Н9Т, Х18Н25С2, Х25Н20С2. Широкое применение имеют и ферритные хромистые стали — Х28 и др. Эти сплавы используются для изготовления печных заслонок, конвейерных цепей в печах, поддонов, радиационных труб и других деталей печей. Кроме указанного назначения, жароупорные сплавы имеют применение в качестве сопротивлений в электрических печах. Фасонные детали печной арматуры изготовляются литьем из жаростойкого чугуна с 14 или 30% Сг. Чугун с 30% Сг плохо обрабатывается на станках. Для этой цели применяется также жаростойкий чугун — с и л а л, содержащий до 6% Si и около 1% Сг. Кроме огнеупорных, теплоизоляционных и жароупорных материалов, при строительстве термических печей применяют стали и чугуны обычного качества, например разные стальные трубы, круглый прокат, чугунное литье, стальное литье, швеллеры, угольники и листовой прокат различной толщины. 15
