01.10.2012 - Лекция 7

Огнеупорные материалы и иизделия

Огнеупорными называются неметалические изделия, способные длительное время проитвостоятить длительным физическим и разрушающим воздействиям, оказываемых на на них ВТУ. Огнеупорных преобладают тугоплавкие и другие оксидные соединения в кристалическом состоянии. Для правильной их оценки и выбора при проектировании и эксплуатации, необходимо иметь представление, о смысле и содержании основных их физических, теплофизических, технических и рабочих свойствах. Эти сведения можно подчерпнуть в справочных табличных изданиях. В каждом конкретном случае необходимо подобрать такое огнеупорное изделие, теплофизические, технические и рабочие свойства которого в наибольшей степени соответствовали условиям их службы.

Под рабочими свойтсвами огнеупора понимают такие его свойства: огнеупорность, температура деформации под нагрузкой, термостойкость, постоянство размеров при нагревании или охлаждении, шлакоустойчивость.

1. Огнеупорность - это температура, при которой образец стандартных размеров и формы, нагреваемый в стандартныхусловиях, деформируется под действием силы тяжести. Для однокомпонентных огнеупоров, огнеупорность равна температуре его плавления. (Огнеупорность - эта та придельная температура его службы, которая была бы в идеальных условиях). У огнеупоров многокомпонентного состава не определенной температуры плавления, для них существует температурный интервал плавления, внутри которого лежит огнеупорность. В реальных условиях эксплуатационники используют понятие предельной температуры службы онеупора, которая является не физическим а чисто техническим понятием. Под предельной температурой службы огнеупора понимают температуру, выше которой в условиях эксплуатации данный огнеупор недопустимо быстро изнашивается.

2. Температура деформации под нагрузкой. Среди температур Д под Н, различают: Температуру начала размягчения огнеупора, температуру уменьшения высоты образца огнеупора на 4%, температура разрушения огнеупора.

3. Термостойкость. Под термостойкостью понимают способность огнеупора не разрушаться под действием, возникающих в огнеупорном изделии термических напряжений. Термические напряжения возникают в огнеупоре при наличии градиента температур, а также при наличии неоднородности в структуре огнеупора. Чаще всего термостойкость оцениают числом теплосмен, которые огнеупор выдерживает без разрушения. растрескивания и скалывания огнеупора происходит во время постепенного накопления остаточных деформаций и микротрещен. На теплостойкость влияют механические и теплотехнические свойства огнеупора: прочность, модуль упругости и сдвига, температуропроводность, теплопроводность, коэффициент линейного расширения, пористость структуры огнеупора, внешние условия свлужбы огнеупора (температура и условия ее изменения), формы и размер огнеупора. Пористость - это отношение объема пор к объему огнепорного изделия. Повышенная термостойкость имеют огнеупоры простой формы с однородной кристалической структурой и с оптимальной пористостью 10-15%. Изменение размеров огнеупора при его нагревании и охлаждении, существенно влияет на срок его службы. Изменение размеров происходит в следствии теплового расширения или сжатия. Термические расширения огнеупорного изделия устраняются температурными швами. Способность огнеупора противостоять этим температурным расширение существенно увеличивает срок службы футеровки. Чтобы искоючить эти температурные изменения или существенно их уменьшить при его изготовлении в огнеупорную массу добавляется специальные стабилизирующие присадки (добавки).

4. Шлакоустойчивость. Футеровка ВТУ может работать в тяжелых условиях службы (подвергаться действию расплавов стали, окислительные, восстановительные и защитные атмосферы, которые при определенных температурах негативно влияющих на огнеупор. Для огнеупоров, используемых для работы в таких средах, важнейшим рабочим свойством, является шлакоустойчивость. Количество меры шлакоустойчивости является скорость убыли (уменьшение толщины) огнеупора, измеряемый в мм/год. Под воздействием отмеченных сред.

5. Теплофизические, физикотехнические и рабочие свойства огнеупоров, зависят от пористости (объем пор в процентах от общего объема изделия). Различают открытую пористость Пот и общую Поб. Под открытой пористостью понимают объем лишь тех пор, которые непосредственно или через другие поры, сообщпются с поверхностью изделия. Пористость огнеупорного изделия определяется технологией его изготовления. Наименьшую пористость имеют литые изделия. В зависимости от пористости, огнеупоры подразделяются на два класса: плотные Пот < 30% и теплоизоляционные, у которых Пот > 30%. В свою очередь плотные огнеупоры делятся на особоплотные < 3%, высокоплотные 3- 10%, повышенноплотные 10 -16%, Среднеплотные 16 -20%, и низкоплотные 20-30%. Теплоизоляционным изделиям принадлежат низкоплотные >30%, а общую пористость <45%. Высокопористые, где общая пористость 45-75%. Ультрапористые, с общей пористостью более 75%. Огнеупорные изделия классифицируют на огнеупоры общего назначения и специальные. Для определенных высокотемпературных теплотехнологических установок, а также они классифицируются по ряду специальных признаков: По форме и размерам, способ формования, способ упрочнения, и др. По форме и размерам, они разделяются на огнеупоры нормальных размеров прямые и клиновые (ребровые и торцевые).

6. Фасонные огнеупорные изделия. Фасонные бывют простые, сложные и особосложные. Блочные, массой от 40 до 1000 кг. и крупноблочные свыше 1000 кг. Наиболее представительной является классификация по химико-минеральному составу, которая делится на 15 типов и более чем на 40 групп.

Таблица классификации огнеупоров по химикоминеральному составу:

Тип Огнеупора	Группа огнеупора	Температура огнеупорности	Придельная температура службы
Кремнеземистые	Динасовые	1690-1720	1650-1700
Алюмоселикатные	Шамотные	1580-1750	1200-1400
	Муллитовые	1800-1830	1600-1650
Магнезиальные	Периклазовые	2200-2400	1650-1700
Глиноземистые	Корундовые	1950-2000	1650-1800
Магнезиально-шпинелидные	Хромитовые	1850-2050	1650-1700
Хромистые	Хромокислые	более 2000	1600-1700
Цирконистые	Бакор-41	1830	1800
	Бадделитовые	2500	2000-2400
Углеродистые	Графитовые	более 2000	1450-1570
Коксовые	Коксовые	1900
Карбидокремневые	Карбидокремневые	более 2000	1800-2000

По уровню огнеупорности, огнеупоры различаются на огнеупоры высшей огнеупорности, у которой температура больше 2000 градусов, высокоогнеупорные 1750-2000 градусов, и огнеупорные (1580-1750 градусов).

Высокой термостойкостью обладает алюмоселикатные огнеупоры, они выдерживают до 50 теплосмен. Самой низкой термостойкостью обладают диноссовые огнеупоры, 1-4 теплосмен. В последнее время для увеличения срока службы огнеупора, на внутреннюю поверхность наносят огнеупорные покрытия, как правило с газопламенным напылением из чистых тугоплавких порошков, таких как оксид алюминия, циркония, титана, магния.

29.10.2012 - Лекция 8

Классификация высокотемпературных теплотехнологических установок.

ВТУ классифицируют по ряду признаков:

1. По принадлежности:

• металлургические (черная металургия и цветная металургия)

• химической промышлености

• строительной промышлености

• нефтеперерабатывающей промышлености

• и т.п.

2. В зависимости от содержания технологического продукта и содержания теплотехнологических процессов:

• теплогенерирующие

• нагревательные

• ВТУ термообработи

• обжиговые

• литейные

• плавильные

3. Отдельные виды ВТУ объединяют по общности целевого технологического продукта:

• сталиплавильные

• медеплавильные

• крекинга нефтепродуктов

• стекловаренные

• газогенерирующие и т.п.

4. По форме рабочего пространства:

• шахтные

• камерные

• тунельные

• трубчатые

• кольцевые

5. По принципу работы:

• непрерывного действия

• периодического действия

В неприрывнодействующих ВТУ, ввод технологического сырья в реактор и выход из него целевого технологического продукта, осуществляется неприрывно, в едином технологическом ритме.

В периодических ВТУ, загрузка и выгрузка технологического материала производится периодически.

К неприрывно действующим установкам принято относить и те установки в которых загрузка сырья и выдача целевого продукта осуществляется периодически, но небольшими порциями, т.е. небольшой массой, т.е. масса которых несоизмеримо меньше массы технологических материалов, присутствующих в теплотехнологическом реакторе. В установках неприрывного действия, превращение исходного сырья, в технологический продукт, реализуется в процессе перемещения от входного до выходного сечения теплотехнологического реактора, с помощью специальных транспортных устройств. Большое разнообразие конструктивных схем теплотехнологических реаторов в значительной степени обусловленно различием источников теплоты и условий ее генерации в рабочем пространстве ВТУ. В зависимости от источника теплоты, различают: топливные, электрические, топливно-электрические, солнечные установки. В зависимости от вида топлива, ВТУ делятся на: газовые, мазутные, с пылеугольным отоплением. В рабочем протсранстве, каждой ВТУ, имеется зона генерации теплоты и зона технологического процесса. Зона генерации тепла - это та часть теплотехнологического реактора, где происходит преобразование введеной энергии, в теплоту. Зона технологического процесса - эта та чать теплотехнологического реактора, где происходит преобразование исходных материалов в заданый технологический продукт. В зависимости от пространственной ориентации этих зон, различают ВТУ с несовмещенными, совмещенными и частичносовмещенными ЗГТ и ЗТП. К несовмещенным ВТУ относятся те установки, в которых преобразования энергии в теплоту реализуется вне массы загруженных технологических материалов. К совмещенным ВТУ относятся установки, в которых генерация теплоты осуществляется в массе технологического материала. К частично совмещенным относятся те установки, в которых совмещаются оба принципа работы.

ВТУ различают на установки с неизалированной, изолированной и частичноизолированной зоной технологического процесса. Установка с неизолированной ЗТП, продукты гарения топлива соприкасаются с технологическим материалом. В ВТУ с изолированной ЗТП контакт металла с продуктами гарения топлива отсутствует. В данном случае реализуется 2 проинципа:

1. Муфилирование металла

2. Муфелирование пламени

Также ВТУ характеризуются по теплотехническим признакам:

1. По способу теплообмена:

• ВТУ радиационный теплообмен

• низкотемпературные установки, конвективного теплообмена

• с теплообменном, в плотном фильтрующем слое

• в кипящем слое и возвешанном слое

2. По утилизации тепла уходящих газов:

• рекуперативные установки

• регенеративные установки

Технологические основы процесса нагрева металла.

Нагрев различных материалов, заготовок и изделий широко распространен в промышленности и обычно предшествует их механической и термической обработкам. В каждом из этих случаев условия протекания процесса нагрева оказывает существенное влияние на удельный расход топлива и качество конечного продукта. Поэтому правильный выбор технологии нагрева и расчет этого процесса представляет важную проблему. Основными параметрами процесса нагрева является температура, равномерность и продолжительность нагрева.