5.2. Кладка огнеупорной футеровки

Кладку кирпича в печи можно производить кольцами и вперевязку, с поворотом корпуса и без поворота (рис. 33, 34.).

Рис. 33. Преимущества и недостатки различных способов кладки

В качестве связки в зоне спекания могут использоваться металлические пластины и мертель. Каждый способ футеровки имеет свои преимущества и недостатки. При укладке кольцами при выпаде одного кирпича может упасть все кольцо. В случае же выполнения футеровки вперевязку выпад одного кирпича приводит только к локальному разрушению участка футеровки. В то же время при значительном отклонении размеров кирпича могут возникать трещины в огнеупоре из-за механических нагрузок.

Рис. 34. Различные способы футеровки

При футеровке печи путем поворота достаточно осуществлять крепление кирпича к корпусу в двух местах через 180^о. Первый поворот следует делать на 90^о, а следующие два на ~50^о, чтобы уравновесить правую и левую часть кладки в нижней части. В конце делается замок из 5…7 кирпичей, который расклинивается стальными пластинами.

Для бесповоротного способа необходимо специальное приспособление и кладку можно выполнять только кольцами. При использовании в качестве связки металлических пластин они должны быть приклеены к кирпичу, так как в верхней части их невозможно будет установить, или кладку следует производить на мертельной связке.

5.3. Способы повышения стойкости футеровки

Образование защитной обмазки на поверхности футеровки в зоне спекания значительно увеличивает срок ее службы, так как она предохраняет огнеупор от воздействия высоких температур, теплосмен и обжигаемого материала. Процесс формирования обмазки на поверхности футеровки зависит от адгезионных свойств и вязкости жидкой фазы. Припекание частиц к футеровке происходит в результате самопроизвольного уплотнения и уменьшения свободной поверхностной энергии.

Состав обжигаемой смеси оказывает большое влияние на создание защитной обмазки. Из оксидного состава важнейшее влияние оказывает Al₂O₃, так как этот оксид создает вязкую жидкую фазу, которая способствует припеканию материала к футеровке и, следовательно, образованию обмазки. При недостатке в сырье оксида алюминия его можно частично компенсировать оксидом железа. Однако такая замена не равноценна, так как Fe₂O₃ создает менее вязкую жидкую фазу, в результате чего затрудняется образование обмазки. Оптимальное содержание этих оксидов в материале перед зоной спекания желательно поддерживать в пределах Al₂O₃=5,6…5,9%; Fe₂O₃=4,6…4,2%; чтобы сумма Al₂O₃ + Fe₂O₃ ≈ 10%. Значительное отрицательное влияние на образование обмазки оказывает крупнокристаллический кварц, при повышенном содержании которого затрудняется спекание клинкера. Это приводит к увеличенному расходу топлива, обрушению обмазки, резким теплосменам на поверхности огнеупора и сколу кирпича. Оптимальной модульной характеристикой обжигаемого материала для создания обмазки является: КН=0,90…0,93; n=2,0…2,4; p=1,2…1,5.

Термомеханическая нагрузка (термическая и механическая) возникает и при «термоударе». Причиной «термоудара» может стать нестабильный процесс обжига, сход обмазки и остановка печи. «Термоудар» в основном приводит к образованию трещин на глубине 20…30 мм, параллельных к рабочей (горячей) поверхности кирпича и откалыванию этой части.

Обеспечить образование обмазки в зоне спекания и, следовательно, высокую стойкость футеровки можно рациональным сжиганием топлива, путем снижения скорости вылета топлива в форсунке W_ф, уменьшением коэффициента избытка воздуха α, повышением температуры вторичного воздуха и наклоном горелки β на материал.

Большое влияние на длительность службы огнеупора оказывает режим розжига печи. Согласно данным зарубежных фирм производителей огнеупоров, допустимый нагрев огнеупора на основе MgO должен быть не более 50ºС в час. Быстрый разогрев футеровки приводит к возникновению термических напряжений в кирпиче с образованием трещин, в результате чего стойкость футеровки может снизиться в два раза.

Таким образом, к основным способам повышения стойкости футеровки относятся:

– использование качественного огнеупора;

– качественное выполнение футеровочных работ;

– оптимальный состав обжигаемого материала;

– исключение резких теплосмен огнеупорной футеровки в печи;

– оптимальный режим горения топлива (рациональный факел);

– соблюдение рационального режима розжига печи.

Тематика вопросов для самостоятельных работ

№ п/п	Наименование вопросов
1	Топливо. Классификация топлив. Состав и свойства топлив. Горючая, сухая, рабочая масса топлива.
2	Теплота сгорания топлива. Состав продуктов горения.
3	Условия сжигания топлива. Кинетическое и диффузионное горение.
4	Материальный баланс горения топлива. Расчет калориметрической, теоретической и действительной температуры горения топлива.
5	Сжигание различных видов топлива во вращающихся печах. Горелочные устройства.
6	Тепловая обработка материалов. Виды тепловой обработки: нагрев, сушка, плавление, «варка».
7	Виду теплообмена. Законы теплообмена. Теплопроводность, конвекция, излучение.
8	Теплообмен во вращающихся печах. Характеристика теплообмена в отдельных зонах печи.
9	Законы движения газов. Закон сплошности газового потока. Закон Бернулли. Виды напоров.
10	Гидравлическое сопротивление тепловых агрегатов. Расчет гидравлического сопротивления цементной вращающейся печи.
11	Сопротивление движению газовых потоков. Виды сопротивлений. уравнение Дарси-Вейербаха. Расчет сопротивления слоя клинкера на колосниковой решетке.
12	Сушка материалов. Виды влаги, содержащейся в материале. Классификация сушилок, принцип работы. Тепловой баланс сушилки.
13	Классификация тепловых установок по виду тепловой обработки, режимам работы, устройству рабочей камеры. Основные элементы печей.
14	Тепловлажностная и автоклавная обработка материалов. Установки для автоклавной обработки. Режимы работы пропарочных камер и автоклавов.
15	Установки для получения клинкера. Общая характеристика печей мокрого, сухого и комбинированного способа производства.
16	Печи для производства извести (шахтные, вращающиеся, кипящего слоя). Устройство, работа, особенности теплообмена.
17	Физико-химические и тепловые процессы, протекающие при обжиге извести. Затраты тепла на протекание этих процессов.
18	Физико-химические и тепловые процессы, протекающие при обжиге цементного сырья. Затраты тепла на протекание этих процессов.
19	Тепловой баланс вращающейся печи мокрого способа производства цемента. Цель составления. Структура баланса.
20	Расчет расхода тепла на испарение воды из сырьевого шлама. Способы его снижения.
21	Тепловые потери цементной вращающейся печи, их значение и влияние на расход топлива в печи. Способы снижения потерь тепла.
22	Теоретический расход тепла для получения клинкера. Метод расчета. Пути снижения теоретического расхода.
23	Распределение вращающейся печи на технологические зоны. Изменение температуры газов и материала по зонам.
24	Цепные завесы. Типы навески цепей. Основные характеристики цепных завес. Плотность навески. Поведение обжигаемого материала в зоне теплообменных устройств.
25	Футеровка по тепловым зонам вращающихся печей. Условия службы футеровки. Виды огнеупоров, способ укладки, стойкость футеровки.
26	Вращающиеся печи сухого способа производства клинкера. Классификация. Теплотехническая характеристика печей.
27	Вращающиеся печи сухого способа с циклонными теплообменниками и реакторами-декарбонизаторами. Типы реакторов-декарбонизаторов, эффективность использования.
28	Тепловой баланс цементных печей сухого способа производства.
29	Обжиг клинкера в печах с конвейерными кальцинаторами. Устройство, работа. Схема движения газов в печи с конвейерным кальцинатором.
30	Охлаждение клинкера. Критерии оценки работы холодильников. Назначение и виды устройств для охлаждения клинкера.
31	Барабанные и рекуператорные холодильники. Назначение, устройство, характеристика их работы. Движение воздуха в рекуператорном и барабанном холодильниках.
32	Колосниковые холодильники. Устройство, основные характеристики. движение воздуха в колосниковом холодильнике. Повышение эффективности работы колосникового холодильника.