1.3 Выбор материала футеровки, особенности кладки.
Футеровка любой печи должна быть прочной, плотной и долговечной. Эти качества футеровки определяются двумя решающими факторами: правильным выбором материалов и хорошим качеством выполнения работ.
При изготовлении простой кирпичной или фасонной кладки требуется тщательное выполнение работ, перевязка швов и соответственная толщина слоев между кирпичами.
Под печи выкладывают чаще всего на стальные листы, опирающиеся на подподовые балки, или прямо на фундамент. Зазор между подом и фундаментом, образуемый с помощью подподовых балок, оставляют для того, чтобы обеспечить циркуляцию воздуха во избежание перегрева низа пода и верха фундамента. Под всегда делают многослойными. Нижние слои, называемые выстилкой из теплоизоляционного кирпича, а верхние – из огнеупорного кирпича. При кладке пода обеспечивают тщательную перевязку швов. Ряды кирпичей кладут вперемежку – то на плашку, то на ребро; самый верхний ряд кладут всегда на ребро. Такая кладка лучше противостоит механическим воздействиям, испытываемым поверхностью пода.
Стены печи выкладывают из кирпичей на плашку. Стены делают многослойными; внутренний слой -огнеупорный, наружный - теплоизоляционный. Огнеупорными называют материалы, способные противостоять продолжительному воздействию высоких температур(свыше 1000 ).Теплоизоляционные материалы имеют низкую теплопроводность, но не выдерживают воздействия высоких температур, металла, шлаков; температура применения не превышает 900. Промежуточные слои состоят из легковесного огнеупора или огнеупорного кирпича. В стенах печей имеются окна смотровые, отверстия горелок и форсунок. Эти отверстия не должны ослаблять кладку. Окна перекрывают арками или специальными плитами. С наружной стороны окна армируют рамами. При кладке стен печей вертикальные швы перевязываются.
Свод печи выполняют в виде арок и плоских перекрытий. Плоские своды делают подвесными. Арочные своды набирают из прямых клиновых кирпичей, а плоские – из специальных кирпичей, которые можно подвешивать. Арочные своды опираются на пятовый кирпич, уложенный на подпятовую балку.
Температурные швы нужны для компенсации расширения кладки при нагреве. При проектировании футеровки печей для различного материала кладки на 1 метр кладки, в зависимости от свойств огнеупорного материала, принимают следующие толщины температурных швов, мм: шамотной 5-6 мм; динасовый 12-16 мм. При многослойной футеровке температурные швы располагают в разбежку по толщине кладки. По высоте стены температурные швы могут быть непрерывными и в разбежку.
а) б) в)
Рисунок 3. Способы укладки кирпича: а) на плашку; б) на торец; в) на ребро.
а) б)
Рисунок 4. Способы укладки кирпича: а) ложковый; б) тычковый.
Перевязка швов осуществляется смещением одного ряда кирпичей относительно другого на ½ и ¼ кирпича. Огнеупорный и теплоизоляционный слои обычно между собой не перевязывают.
Растворами заполняют швы, расположенными между отдельными кирпичами или фасонными изделиями. Химический состав и свойства растворов должны быть как можно ближе к составу и свойствам материалов кирпичей. При разогреве печей массу растворов сушат и обжигают до образования твердого черепка, спекшегося с поверхностью кирпича. При этом кладка печи образует сплошной спекшийся монолит. Выпускают готовые составы растворов, называющиеся мертелями. Мертели также изготавливают на месте для каждого вида огнеупоров. Мертель приготовляют из порошка соответствующего материала и связки, которой чаще всего бывает огнеупорная глина. Например, мертель для шамотной кладки состоит из 60% шамотного порошка и 40% молотой огнеупорной глины растворенной водой до консистенции густой сметаны. Применяют растворы, твердеющие при низких температурах и называемые воздушно-твердеющими растворами. В их состав входит жидкое стекло. Оно повышает прочность и газоплотность кладки.
При проектировании футеровки печи стремятся к получению температурных швов между изделиями минимальной толщины. Это особенно важно для плавильных печей, где толщина шва тщательно контролируется. Такие же требования предъявляют и к мертелям.
Шамот используется для футеровки практически всех частей печи. Доступность и низкая стоимость также обуславливается их широкое применение.
Шамотные изделия имеют сравнительно не высокую предельную температуру ( до 1500 оС) небольшую усадку при повторном обжиге и хорошую термостойкость. Шамотные изделия плохо сопротивляются воздействию окалины.
Основы шамотных материалов служат окисды Al и Si (Al2Si3, Sio2) при чем содержание Al2O3 составляет в них 28-45%.
В качестве теплоизоляционного слоя используют шлаковую вату.
Эти материалы предназначены для сжигания теплового потока из зоны повышения температуры, т.е. сокращается потеря тепла через стенки печи. Они имеют теплопроводимость и не выдерживают воздействия повышения температур.
Шлаковая вата – рыхлый искусственный материал из хаотически расположенных нитей металлургического шлака, ее получают раздувкой струи шлака струей пара или сжатого воздуха. Ее применяют в исходном виде и в виде изделий: войлока, плит. Используют в качестве сыпучего материала, кирпичей, блока. Диатомит – это природный материал, представляющий остатки панцирных микроорганизмов. В естественном виде сыпучих материалов. Диатомитовые кирпичи изготавливают формовкой диатомитового порошка с глиной с последующим обжигом. Кирпичи выпускают трех марок: 500,600 и 700. Диатомит используют до t 900 С для кладки наружных слоев изоляции стен и сводов.
Таблица 5. Характеристики шамотных изделий.
Огнеупорность, оС |
1580-1710 |
Температура начала деформации под нагрузкой, оС |
1250-1400 |
Усадка при 1300оС, % |
0,7-1 |
Предел прочности при сжатии, МПа |
19-50 |
Пористость, % |
30 |
Термостойкость |
10-15 |