книги из ГПНТБ / Волгина, Ю. М. Теплотехническое оборудование стекольных заводов учебник

ной влажности 60—70%. Они дают в сушке усадку 1 — 2% по линейным размерам.

Изделия, сформованные способами пластического формования и шликерным литьем, сушат 2—6 мес., так как их усадка достигает 4—6%. Сушка изделий значи­ тельно ускоряется при повышении температуры в сушиль­ ном помещении до 80—90° С и относительной влажности воздуха до 80—90%.

Применение электроэнергии значительно снижает сро­ ки сушки. Электрическим током сушат стекловаренные горшки и некоторые другие огнеупорные изделия. Горшки можно высушить с помощью переменного электрического тока силой около 2 А за 2—3 недели, в то время как в естественных условиях их сушат около 4 мес.

Для обжига изделий применяют однокамерные и мно­ гокамерные печи периодического действия, кольцевые и туннельные печи. На стекольных заводах в керамических цехах для обжига изделий используют периодические однокамерные печи — опечки. Температура в обжигатель­ ных печах повышается медленно и постепенно. Существу­ ют три опасных интервала температур при обжиге изде­ лий: температура 450—550° С (в изделиях), когда из свя­ зующего с максимальной скоростью удаляется гидратная вода; температура спекания и усадки связующей глины П000—1300° С в зависимости от свойства глины); темпе­ ратура, при которой происходят спекание и усадка череп­ ка изделия (1400—1550°С).

Во время обжига необходимо поддерживать в печи равномерное температурное поле. Давление в печи долж­ но быть положительным или нейтральным, чтобы не про­ исходил подсос холодного воздуха, который может вы­ звать образование трещин в обжигаемых изделиях.

Обычно процесс обжига длится 6—12 суток. Ответст­ венные огнеупоры обжигают при температуре 1400— 1600° С, а менее ответственные — при 1200—1350° С. При максимальной температуре обжига изделия выдержива­ ют в течение 8—24 ч, изделия при этом приобретают проч­ ность и достигается равномерное распределение темпера­ туры по всей садке изделий.

Длительность процесса обжига многошамотных изде­ лий (брусьев толщиной 300 мм) зависит от их назначе­ ния и состава глин, используемых для их изготовления. Брусья, изготовленные из часов-ярской или дружковской

2 0

глины, обжигают 8,5 суток по следующему температур­ ному режиму:

Изделия, изготовленные способом пластического фор­ мования и шликерного литья, обжигают дольше, чем многошамотные.

Стекловаренные горшки обжигают сначала в опечке до температуры 1000—1200° С в течение 6—7 суток, а за­ тем заканчивают обжиг в стекловаренной печи, поднимая температуру со скоростью не более 30—40° С/ч до 1500— 1550° С и выдерживают горшки при этой температуре в течение 6 ч.

Полукислые и каолиновые огнеупорные изделия для стекольного производства изготовляют по той же техно­ логической схеме, что и шамотные огнеупоры. Для про­ изводства полукислых изделий используют полукислые глины или смеси огнеупорных глин с кварцевыми мате­ риалами, а для каолиновых изделий — каолины. Для изготовления шамота из каолина его обжигают при тем­ пературе около 1500° С. Добавки огнеупорной глины к каолину снижают температуру обжига.

На шамотные изделия, используемые для стеклова­ ренных печей, существует стандарт — ГОСТ 7151—54, со­ гласно которому изготовляют 24 фасона огнеупоров.

Наиболее употребительный стеновой брус имеет раз­

открытая) для стеновых брусьев варочной части бассей­ на и для проточных брусьев должна быть не выше 19%, а для донных брусьев не выше 22%.

Динас изготовляют в основном на специализирован­ ных керамических заводах. Сырьем для его производства служат кварциты — кварцевые породы, высшие сорта ко­ торых содержат не менее 97% ЭЮг. Кварциты поступа­ ют на завод в виде больших кусков, поэтому для изготов­ ления шихты их дробят и размалывают обычными спосо-

21

бами. Для изготовления стекольного динаса применяют шихту следующего зернового состава:

Для лучшего формования изделия и повышения проч­ ности сырца в шихту добавляют известковое молоко 1—3% (по массе) или другие вяжущие вещества. При­ готовленную динасовую шихту обрабатывают на специ­ альных бегунах, а затем из нее трамбуют или прессуют изделия. Динасовые изделия в отличие от шамотных не уменьшаются в объеме во время сушки и легко отдают свою влагу.

При обжиге динасовых изделий кварциты перерож­ даются, и кварц постепенно превращается в кристобалит и тридимит. Качество динасового огнеупора определяет­ ся содержанием в нем тридимита. Чем его больше, тем выше качество огнеупора. Оптимальное содержание три­ димита 90—95%.

Увеличение содержания тридимита достигается об­ жигом изделий при сравнительно невысоких температу­ рах, очень медленном подъеме в области максимальных температур и длительной выдержке на максимуме.

Втабл. 3 приведен режим обжига стекольного динаса. Для получения динаса, отличающегося повышенной

стойкостью, его выдерживают еще дольше —2—3 суток. На динас для стекловаренных печей имеется специ-

Т а б л и ц а 3. Режим обжига стекольного бруса из динаса

П р и м е ч а н и е . Выдержка при 1430° С 30 ч.

2 2

альный стандарт — ГОСТ 3910—47, предусматривающий изготовление изделий 37 фасонов, в их числе сводовый ровный брус СД-9 100X200X300 мм, сводовый клиновой брус СД-11 100 (108) Х250Х300 мм, полуторные сво­ довые брусья СД-10 и СД-12 длиной 380 мм, подпятники горелочного влета СД-4 150X250X600 мм и СД-5 100Х Х250Х600 мм, пяты главного свода, пяты сводов горе­ лок, зубья и др.

Электроплавленые муллитовые огнеупоры получают из глиноземного природного сырья, например бокситов, алитов. Для удаления железа в шихту добавляют угле­ родистые восстановители — кокс, уголь. В результате ре­ акции с углеродом часть окиси железа и кремнезема об­ разует ферросилиций, отличающийся от основного рас­ плава более высокой плотностью. Ферросилиций не смешивается с основным расплавом и оседает на дно пе­ чи. Это дает возможность отделить его от основного рас­ плава путем периодического выпуска из нижней части печи.

Приготовленная шихта плавится в электрических пе­ чах с графитовыми электродами. Печи питаются пере­ менным электрическим током — трехфазным или одно­ фазным. Плавку ведут при восстановительном режиме и температуре до 2000° С.

Готовый расплав муллита при температуре струи 1900° С сливают в формы, поворачивая печь вокруг гори­ зонтальной оси. Формы изготовляют из плит, сформован­ ных из песчаной массы с небольшими добавками глины и органических связующих. В последнее время для отливки электроплавленых огнеупоров широко применяют гра­ фитовые формы, которые позволяют получать огнеупоры точных размеров и правильных очертаний.

Песчаные или графитовые формы помещают в желез­ ные ящики, а в пространство между стенкой формы и стенкой ящика насыпают теплоизоляционный материал — диатомит. После заливки расплава в формы диатомит на­ сыпают также и сверху, а брус оставляют в форме для медленного остывания. При медленном остывании, для­ щемся 5—10 суток, происходит и отжиг.

Для получения циркономуллитовых, циркониево-гли­ ноземистых и других высококачественных плавленых огнеупоров боксит заменяют техническим глиноземом, содержащим 97—99% А1г03, и добавляют циркон, окись магния, окислы марганца и др., а восстановитель в ших­

23

ту не добавляют. Для литья огнеупоров применяют толь­ ко графитовые формы.

Наиболее употребительные размеры стеновых брусь­ ев из плавленых огнеупоров—300X400X600; 250Х400Х

Х600 и 250X300X600 мм.

Кварцевый брус получают из песков, содержащих 99—99,5% Si02. Песок плавят в электрических стержне­ вых печах сопротивления при температуре нагревателя до 1900—2000° С. Кварцевый песок плавится и образует блок из непрозрачного кварцевого стекла, который после окон­ чания плавки переносят в форму и прессуют в размягчен­ ном состоянии при температуре 1600—1800°С в течение 3—4 мин. После остывания все грани бруса шлифуют и разрезают на требуемые размеры карборундовыми дис­ ками. В стекольном производстве используют кварцевые брусья толщиной 100, шириной 250 и длиной 600, 800 и 1000 мм.

§ 3. Служба огнеупоров в стекловаренных печах

Разрушение огнеупорных материалов кладки стекло­ варенных печей вызывается химическим и механическим воздействием шихты и стекломассы и зависит от темпе­ ратурного режима.

Служба огнеупоров кладки печей начинается с ее ра­ зогрева после постройки или ремонта. В процессе разо­ грева температура в огнеупоре распределяется неравно­ мерно, так как его внутренние поверхности, обращенные внутрь печи, нагреваются быстрее, чем наружные. Пе­ репад температур между внутренней и наружной поверх­ ностями огнеупора вызывает механические напряжения, которые увеличиваются при повышении скорости разо­ грева. Если скорость нагрева для данного огнеупора пре­ вышена, то на нем появляются трещины и могут откалы­ ваться куски. Напряжения от неравномерного распреде­ ления температур возникают в огнеупоре и в процессе эксплуатации, особенно в горелках и регенераторах при перемене направления пламени.

Больше всего огнеупоры изнашиваются в бассейне печи от действия расплавов компонентов стекольной ших­ ты (сода, сульфат и др.) и стекломассы, а в пламенном пространстве печи и регенераторах — отшихтной пыли и веществ, испаряющихся из шихты и с поверхности стекло­ массы. Наибольшие разрушения наблюдаются в швах

24

между брусьями и в местах соприкосновения уровня зер­ кала стекломассы с поверхностью брусьев (рис. 1).

Выбор огнеупоров для кладки стекловаренных печей определяется их химическим составом и свойствами, а также химическим составом и свойствами стекломассы и зависит от конструкции и режима эксплуатации печей.

Важнейшим свойством огнеупоров является их сопро­ тивление разъеданию. Процесс разъедания заключается в том, что компоненты шихты и расплава стекломассы химически реагируют с огнеупором, образуя более легко­ плавкие, чем огнеупор, соединения. Одновременно с этим происходит физическое растворение в разъедающем рас­ плаве компонентов огнеупора.

Огнеупоры, в составе которых преобладает кремне­ зем (кислый компонент), особенно сильно разъедаются расплавом стекломассы с повышенным содержанием ще­ лочных окислов.

Двуокись циркония и глинозем как составные компо­ ненты огнеупоров значительно повышают их сопротив­ ление против многих соединений, содержащихся в шихте и стекломассе.

Для стекломассы без щелочных окислов или с не­ большим их содержанием (2—6%) наиболее стойким ог­ неупором является плавленый кварц.

Расплавы компонентов шихты, особенно щелочей, дей­

25

ствуют на огнеупоры в несколько раз сильнее стекломас­ сы. Расплавленная сода разрушает огнеупор только в непосредственной близости к месту загрузки, а суль­ фатный щелок, состоящий преимущественно из сульфата натрия, действует на стены всего бассейна, разъедая ог­ неупор на уровне зеркала стекла. Особенно агрессивно действуют на огнеупоры шихта и стекломасса, содержа­ щие бариевые, свинцовые, фтористые и другие соеди­

нения.

Движение потоков в стекломассе и колебания ее уров­ ня вызывают механическое трение и также разрушают огнеупоры. При увеличении скорости поперечных и про­ дольных потоков стекломассы усиливается их разъ­ едание.

Повышение температуры варки стекла очень усили­ вает разрушение всех огнеупоров кладки печи. Так, по­ вышение температуры на каждые 50—60° С сокращает срок службы огнеупоров примерно в 2 раза, а при варке стекла в стекловаренных горшках такое же сокращение происходит при подъеме температуры всего на 20—40° С.

Вначале кампании печи огнеупоры разъедаются до­ вольно быстро, а потом разрушение замедляется в ре­ зультате понижения их температуры из-за уменьшения толщины стенки. На рис. 2 показано состояние кладки бассейна ванной стекловаренной печи к концу кампании.

Втабл. 4 приведена примерная скорость разъедания различных огнеупоров в бассейне печи на уровне стекло­ массы обычного состава (для оконного стекла) и мало­ щелочного при температуре 1480° С.

Та б л и ц а 4. Скорость разъедания некоторых огнеупоров

______________ при варке стекла в мм/сутки________________

Строение огнеупора (наличие и характер пор, состоя­ ние поверхности) имеет также очень большое значение. Стойкость огнеупора, имеющего поры, особенно крупные открытые и сообщающиеся, может оказаться во много

26

раз меньше, чем плотного и непористого огнеупора того же химического состава. Всякие неровности на поверх­ ности огнеупора и трещины, а также широкие швы клад­ ки усиливают разъедание.

Сопротивление огнеупоров колебаниям температуры (термостойкость) зависит от многих свойств материала огнеупоров. Термостойкость огнеупора тем больше, чем меньше коэффициент термического расширения и чем выше его прочность и теплопроводность.

Термостойкость каждого типа огнеупоров зависит от его структуры и может довольно сильно колебаться. Ка­ олиновые, шамотные, плавленый кварц и некоторые син­ тетические высокоглиноземистые огнеупоры характеризу­ ются повышенной термостойкостью, а динас, плотные высокоглиноземистые, магнезитовые огнеупоры — пони­ женной термостойкостью. Полукислые огнеупоры зани­ мают среднее положение.

Износ огнеупоров уменьшается при стабилизации температурного режима, понижении скорости движения потоков стекломассы, использовании для кладки бассей­ на более устойчивых огнеупорных материалов и предо­ хранении брусьев путем искусственного охлаждения, сни­ жающего температуру на его поверхности, соприкасаю­ щейся со стекломассой. Вдоль поверхности охлаждаемых стен образуется пристенный слой вязкой стекломассы, защищающий огнеупор от износа.

В последние годы в нашей стране освоено промыш­ ленное производство электроплавленых циркониево-гли­ ноземных огнеупоров и улучшено качество других огне­ упоров, используемых для кладки стекловаренных печей.

Государственным институтом стекла и институтом Гипростекло проведено изучение поведения различных огнеупорных материалов в стекловаренных печах и раз­ работана для внедрения в промышленность рациональ­ ная типовая раскладка огнеупоров для печей различного назначения (табл. 5). Использование рациональной рас­ кладки огнеупоров и применение для кладки наиболее ответственных участков стекловаренных печей циркони­ ево-глиноземных огнеупоров вместо муллитовых и циркономуллитовых позволяет увеличить срок службы пе­ чей между капитальными ремонтами для производства листового стекла до 4—5 лет, а для производства штуч­ ных изделий — до 3—4 лет при температуре варки выше

1550°С.

27

Т а б л и ц а 5. Рациональная типовая раскладка огнеупоров для стекловаренных печей

Стекловаренные печи для про­ изводства листового стекла, стек­ лоблоков, стеклотары:

28

ТЕПЛОИСПОЛЬЗУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА СТЕКЛОВАРЕННЫХ ПЕЧЕЙ

§4. Назначение теплообменных устройств

Вванных и горшковых стекловаренных печах про­ цесс стекловарения протекает при высоких температу­ рах—1400—1650° С. Для достижения необходимой тем­ пературы в рабочей камере, повышения теплового к. п. д. печи и температуры горения воздух и низкокалорийное газообразное топливо (генераторный газ) подогревают до определенной температуры. При использовании в ка­ честве топлива высококалорийного природного газа или жидкого топлива подогревают только воздух.

Подогрев воздуха и газа, поступающих в печь для горения, осуществляется за счет тепла газов, выходящих из рабочей камеры стекловаренной печи. Для подогрева воздуха и горючего газа перед их смешением и Подачей

29