книги из ГПНТБ / Бельский В.И. Кладка промышленных печей и дымовых труб

кие обломки горных пород более или менее округлой формы размером от 5 до 40 мм. Объемная масса буто­ вого щебня и гравия 1400—1800 кг/м3.

Из искусственных каменных материалов применяют для строительства печей глиняный обыкновенный кир­ пич, кислотоупорный кирпич, бетон и железобетон.

К и р п и ч г л и н я н ы й о б ы к н о в е н н ы й (ГОСТ 530—71) готовят из размятой в глиномялках и впрессо­ ванной на специальных прессах глины. Полученный кир­ пич-сырец высушивают под навесами или в специальных сушилах, а затем обжигают в кольцевых или туннельных печах при температуре 900—1000° С. Хорошо обожжен­ ный кирпич имеет красный цвет и при ударе молотком издает чистый звук. Пережженный кирпич (железняк) очень плотен, темного цвета и плохо связывается с рас­ твором, в связи с чем его применяют главным образом для кладки фундаментов. Недожженный кирпич имеет светло-алый или сероватый цвет и при ударе издает глу­ хой звук.

Для кладки дымовых труб и элементов печей и боро­ вов, которые могут подвергаться увлажнению, кирпичнедожог не применяют.

Нормальный кирпич имеет размер 250X120X65 мм. Объемная масса его 1700—1900 кг/м3, масса около 3,6 кг. Кирпич выпускают пяти марок: 75, 100, 125, 150 и 200, соответствующих пределу прочности кирпича на сжатие.

Глиняный обыкновенный кирпич применяют для кладки дымовых труб и элементов печей и боровов, а так­ же обмуровки котлов в местах, подвергающихся воздей­ ствию температур не выше 700° С. Для кладки дымовых труб выпускают также кирпич специальной формы — лекальный.

Для футеровки дымовых труб, через которые удаля­ ются отходящие газы, содержащие пары кислоты, и раз­ личных химических аппаратов применяют кислотоупор­ ный кирпич (ГОСТ 474—61).

К и с л о т о у п о р н ы й к и р п и ч изготовляют из раз­ личных горных пород специальной обработкой с после­ дующей формовкой и обжигом в печах. Кирпич выпу­

4?

для устройства фундаментов под печи и дымовые трубы, опорные столбы и т. п.

Бетонами называют искусственные каменные мате­ риалы, полученные в результате затвердевания смеси це­ мента, воды, песка, щебня или гравия. В зависимости от механической прочности бетоны подразделяют на марки.

Механическая прочность бетона находится в преде­ лах 50—600 кгс/см2 и зависит от механической прочно­ сти щебня или гравия и от марки и количества цемента в смеси — чем выше марка цемента и больше его содер­ жание в смеси, тем больше механическая прочность бе­ тона. Бетон обладает малой прочностью на растяжение, поэтому его применяют главным образом для конструк­ ций, которые подвергаются только сжимающим усили­ ям. Для конструкций, которые подвергаются также и растягивающим усилиям, в бетон вводят арматуру.

В качестве арматуры применяют чаще всего круглую сталь в виде отдельных прутьев или сеток, сваренных из прутьев. Бетон хорошо схватывается со сталью и в ар­ мированных конструкциях бетон воспринимает сжимаю­ щие усилия, а арматура — растягивающие.

Армированный бетон называют ж е л е з о б е т о н о м . Объемная масса обычного бетона 1900—2000 кг/м3\

железобетона 2000—2200 кг/м3.

Обычные бетоны можно применять до температур

200—350° С.

8. Огнеупорные материалы

Огнеупорная кладка пода, стен, свода промышлен­ ных печей подвергается воздействию высоких темпера­ тур, резких колебаний температуры, истирающему действию твердых кусков руды и металла, химическому воздействию расплавленных материалов, а также уда­ рам, толчкам и т. п. Срок службы печи во многом зави­ сит от стойкости огнеупорной кладки, а последняя — от качества примененных огнеупорных материалов и каче­

Действию металла, шлака и газов в печах.

43

Основными свойствами, характеризующими качество огнеупорных материалов, являются: огнеупорность, тем­ пература начала деформации под нагрузкой, механиче­ ская прочность, шлакоустойчивость, термическая стой­ кость, постоянство объема при нагревании, пористость, объемная масса, теплопроводность и теплоемкость, пра­ вильность формы и размеров.

О г н е у п о р н о с т ь ю называют свойство материа­ лов противостоять действию высоких температур; она соответствует температуре размягчения материалов под влиянием собственной массы. В зависимости от огне­ упорности изделия подразделяют на огнеупорные, имею­ щие огнеупорность от 1580 до 1770° С включительно; высокоогнеупорные, имеющие огнеупорность выше 1770 до 2000° С; высшей огнеупорности, имеющие огнеупор­ ность выше 2000° С. Изделия с огнеупорностью ниже 1580° С, но не ниже 1300° С называют тугоплавкими.

На практике огнеупорные материалы начинают те­ рять свою форму под нагрузкой раньше температуры размягчения, поэтому принято определять стойкость ог­ неупоров при высокой температуре — т е м п е р а т у р о й н а ч а л а д е ф о р м а ц и и под н а г р у з к о й 2 кгс/см2, т. е. температурой, при которой начинается изменение формы кирпича под нагрузкой 2 кгс/см2. Про­ межуток между температурами начала деформации под нагрузкой и огнеупорностью для разных материалов различен.

Так, при примерно равной огнеупорности шамотных и динасовых изделий — 1710—1730°С температура на­ чала деформации у шамотных изделий около 1300° С, а у динасовых— 1650° С. В связи с этим при равной ог­ неупорности динасовые изделия можно применять для более высоких температур, чем шамотные.

М е х а н и ч е с к а я п р о ч н о с т ь огнеупорных изде­ лий от 150 до 1000 кгс/см2.

Ш л а к о у с т о й ч и в о с т ь ю называют способность огнеупорных материалов противостоять разъедающему действию расплавленных шлаков при высоких темпера­ турах. Разъедание происходит за счет химических реак­ ций между шлаками и огнеупорными изделиями, в ре­ зультате чего некоторая часть изделий переходит в жид­ кий шлак, и вымывания твердых частиц огнеупорных изделий движущимися струями шлака. Чем ближе хими­

44

ческий состав шлаков к химическому составу огнеупор­ ных материалов, тем меньше их шлакоразъедание.

Кислые шлаки более интенсивно разъедают основные огнеупорные материалы, а основные шлаки — кислые огнеупорные материалы. Поэтому в печах с кислыми шлаками применяют кислые огнеупорные материалы

ис основными шлаками —основные.

Ко с н о в н ы м огнеупорным материалам относятся:

магнезитовые, талько-магнезитовые, доломитовые, к к и с л ы м — динасовые, полукислые и шамотные. Хро­ митовые, углеродистые и другие огнеупорные материа­ лы,. почти одинаково относящиеся к действию и кислых и основных шлаков, называются н е й т р а л ь н ы м и .

Т е р м и ч е с к а я с т о й к о с т ь характеризуется способностью огнеупорного изделия выдерживать резкие колебания температуры без заметного разрушения. Тер­ мическую стойкость изделий определяют количеством водяных теплосмен, т. е. количеством попеременных на­ греваний до 1300° С и охлаждений в проточной воде до потери 20% массы первоначально взятого образца вследствие его растрескивания. Характерной особенно­ стью огнеупорных изделий является их дополнительная усадка или. рост при нагревании. Д о п о л н и т е л ь н а я у с а д к а шамотных, полукислых, доломитовых и маг­ незитовых изделий обусловливается изменением их структуры при нагревании выше температуры первона­ чального обжига. Рост динасовых изделий происходит вследствие перехода кварца из одного вида в другой (см. ниже).

Коэффициент линейного температурного расширения

1300°С шамотные изделия, получая дополнительный обжиг, сокращаются в объеме и дают дополнительную усадку на 0,3—1 %.

Динасовые изделия при нагревании помимо темпера­ турного расширения имеют дополнительный рост. В ка­ чественном динасе суммарное расширение (температурное+дополнительный рост) не должно превышать 1—1,5%, а дополнительный рост — 0,3—0,4%.

Полукислые изделия в большинстве случаев при тем­ пературе 1400—1450°С дают дополнительную усадку

45

порядка 0,2—0,3%. Наибольший коэффициент темпера­ турного расширения имеют магнезитовые изделия — 0,000013—0,000014 при практическом отсутствии допол­ нительной усадки; наименьшим коэффициентом темпе­ ратурного расширения обладает карборунд.

П о р и с т о с т ь огнеупорных изделий обычно состав­ ляет от 18 до 30%, за исключением очень плотных плав­ леных изделий и талько-магнезитовых изделий, в кото­ рых она равняется всего 1—3%.

Т е п л о п р о в о д н о с т ь огнеупорных материалов изменяется в широких пределах от нескольких десятых

лется в пределах 0,84—1,68 кДж/ (кг-°С) [0,2—0,4 ккал/ / (кг-°С) ].

Огнеупорные изделия должны иметь правильную форму и точные размеры. Изделия неправильной формы

иразмеров требуют дополнительной затраты труда для доведения их до правильной формы и размеров, в связи с чем стандарты предусматривают максимально допу­ стимые отклонения размеров, а также допустимые кри­ визну поверхности изделия и величину отбитости углов

иребер изделия. Форму и размеры кирпича обозначают номером или маркой кирпича. Марку ставят на кирпиче при формовании на прессе.

Для кладки большинства элементов печей применя­ ют н о р м а л ь н ы й кирпич большого и малого размера,

прямой и клиновой. Более распространен кирпич мало­ го размера. Клиновый кирпич выпускают со с б а в к о м (разностью в толщине толстого и тонкого концов) как по торцу — т о р ц о в ы й клин, так и по ребру — р е б р о ­

(большой сбавок). Размеры прямого кирпича большого

46

огнеупорной глины или каолина. Так как огнеупор­ ные глины и каолины при сушке и обжиге дают боль­ шую усадку, вызывающую появление трещин и дефор­ мацию изделий, то шамотные изделия формуют из сме­ си сырой и обожженной огнеупорной глины (каолина). Обожженные до наименьшей усадки глину или каолин называют ша мо т о м . Добавка шамота уменьшает усадку изделий при сушке и обжиге. Содержание шамо­ та в смеси находится обычно в пределах 50—60%. Глав­ ными составными частями огнеупорных глин и каолинов являются глинозем А120 3 и кремнезем Si02. Остальные примеси составляют 1—3%. Наиболее вредными приме­ сями, снижающими огнеупорность изделий, являются окислы железа Fe20 3 и кальция СаО. Содержание глино­ зема в шамотных изделиях должно быть не менее 28% и может доходить до 45%; содержание Fe20 3 в хорошем шамоте не превышает 1 — 1,5%.

В зависимости от огнеупорности шамотные изделия общего назначения делятся на марки: ША — с огнеупор­

строительства печей, при сравнительно невысокой стои­ мости он хорошо выдерживает температуру до 1300— 1400° С, термически стоек и сравнительно шлакоустой­ чив. Объемная масса шамотного кирпича около 1800— 2000 кг/ж3; нормальный прямой кирпич большого размера имеет массу примерно 3,8 кг, малого размера —

3,2 кг.

Многошамотные изделия изготовляют из массы, со­ держащей 80—96% высокообожженного шамота и 4— 20% сырой огнеупорной глины. Для придания массе пластичности в нее добавляют 1—2% патоки или суль­ фитного щелока. Благодаря высокому содержанию в массе шамота многошамот при сушке и обжиге мало деформируется и изделия из него отличаются правильно­ стью формы. Многошамотные изделия обладают высо­ кой термостойкостью (порядка 50—100 теплосмен), ма­ лой пористостью (9—15%) и значительной механической прочностью (300—800 кгс/см2). Многошамотные изделия имеют высокую температуру начала деформации под нагрузкой— 1400—1490° С; огнеупорность их 1700— 1740° С. Многошамотные огнеупоры применяют главным образом при кладке доменных и стекловаренных печей

47

и печей со сложными фасонами, где строго требуется правильная форма изделий. Для рядовых кладок многошамот из-за высокой стоимости не применяют. Объем­ ная масса многошамотных изделий — 2000—2150 кг/м3

Высокоглиноземистые изделия (МРТУ 14-06-3—62).

Высокоглиноземистыми называют изделия с содержани­ ем глинозема А120 3 более 45%. Их изготовляют из тех­ нического глинозема, корунда или природных материа­ лов с высоким содержанием глинозема (андалузита, кианита и т. п.) путем обжига или отливки из расплава, Высокоглиноземистые изделия обладают высокой темпе­ ратурой начала деформации под нагрузкой, большой огнеупорностью и термостойкостью (за исключением плавленых изделий, имеющих низкую термостойкость).

Высокоглиноземистые изделия с содержанием глино­ зема более 55% обладают большой прочностью и почти не поддаются обработке кирочкой и резке обычным аб­ разивным диском. В последние годы высокоглиноземи­ стые изделия широко внедряют в кладку мартеновских, доменных и стекловаренных печей, а также других со­ оружений, требующих высокого качества огнеупоров. Объемная масса высокоглиноземистых изделий равняет­ ся 2300—2900 кг/м3 и увеличивается с увеличением со­ держания глинозема.

Тугоплавкий кирпич (ГОСТ 881—41) готовят из за­ грязненных огнеупорных глин с содержанием примесей более 6%, непригодных для изготовления огнеупорных изделий. Он имеет огнеупорность порядка 1300—1400° С и большую дополнительную усадку (1,3—1,6). Выпуска­ ется большого и малого нормального размера и приме­ няется для кладки элементов печей, паровых котлов и боровов, подверженных действию температур до

1000°С.

Динасовые изделия (ГОСТ 4157—69) изготовляют из кварцитов на известковой связке. Содержание крем­ незема Si02 в динасовых изделиях колеблется от 83 до 96% и доходит в специальных сортах до 98%. Темпера­ тура начала деформации у динасовых изделий близка к температуре размягчения, что позволяет применять его в печах с наиболее высокими температурами (стале­ плавильных, стекловаренных и т. п.). Недостатком дина­ са является перерождение в процессе обжига кремнезе­ ма из одной кристаллической формы в другую.

Так как различные формы кремнезема имеют различ­

48

ные плотности, то превращение кремнезема в процессе обжига сопровождается изменением плотности, а следо­ вательно, и объема, что влечет за собой появление тре­ щин и уменьшение механической прочности изделий.

Динасовые изделия по огнеупорности и физико-хими­ ческим свойствам подразделяют на марки: ДБУ — изде­ лия уплотненные с температурой начала деформации не ниже 1650°С; ДО-1— изделия обычные 1-й группы — не

кладки нагревательных печей, печей для обжига огне­ упоров и т. п. В связи с низкой термостойкостью динас в периодически работающих печах не применяют. Разо­ грев печей с динасовой кладкой необходимо производить осторожно, с учетом всех превращений содержащегося в динасе кварца, особенно до температуры 600° С, когда происходит превращение кварца с наиболее резким из­ менением объема. Нагрев выше 600° С можно выполнять довольно быстро, но не резко. Объемная масса динасо­ вых изделий 1800—1950 кг/м3.

Полукислые изделия (ГОСТ 4873—71). Полукислые огнеупоры содержат от 65 до 80% Si02 и 15—30% А120з. Их изготовляют из огнеупорных запесоченных глин. По­ лукислые изделия обладают хорошим постоянством объ­ ема, так как усадка глины при обжиге компенсируется увеличением объема кварца. Вследствие значительного содержания кремнезема температура деформации под нагрузкой полукислых огнеупоров несколько выше, чем у шамотных, они термостойки. В ряде случаев полукис­ лые изделия служат в печах дольше, чем шамотные, и их в последнее время широко применяют для кладки возду­ хонагревателей, насадки регенераторов, коксовых печей, вагранок, нагревательных и термических печей. Полу­ кислые изделия выпускают трех классов: А, Б и В. В зависимости от внешних признаков классы разбивают на два сорта.

Легковесные огнеупорные изделия (ГОСТ 5040—68)

получают путем включения в шихту добавок, создающих большую пористость изделий. Это древесные опилки, вы­ горающие во время обжига изделий и оставляющие после сгорания поры, или специальные пенообразующие веще­ ства, или перлит, увеличивающийся в объеме во время обжига в несколько раз и этим создающий поры.

Легковесные огнеупорные изделия выпускают ша­ мотные, каолиновые, динасовые и высокоглиноземистые объемной массой от 400 до 1300 кг/м3 и соответственно

щенной) футеровки печей; изделия с объемной массой ниже 800 кг/м3, как правило, защищают огнеупорной футеровкой.

Магнезитовые изделия (ГОСТ 4689—63) изготовляют из намертво (до полного спекания) обожженного или плавленого магнезита. Содержание окиси магния MgO в изделиях должно быть не меньше 91% и находится обычно в пределах 91—95%. Магнезитовый кирпич об­ ладает высокой огнеупорностью — порядка 2000° С и температурой начала деформации под нагрузкой око­ ло 1500°С.

Так как при деформации под нагрузкой он распада­ ется на отдельные куски, то магнезитовый кирпич не следует применять в сводах и арках. Термостойкость изделий, изготовленных из обожженного магнезита, обычно низкая, но может быть доведена в специальных изделиях до вполне удовлетворительной. Магнезит отли­ чается хорошей устойчивостью против воздействия ос­ новных шлаков, в связи с чем является незаменимым материалом для подин плавильных печей с основными шлаками (сталеплавильных, оловоплавильных и пр.).

Магнезитовые изделия в зависимости от механической прочности и внешних признаков разделяют на два сорта. Под действием влаги или водяного пара магнезит рассы­ пается, поэтому его следует хранить в сухих складах и предохранять магнезитовую кладку от увлажнения. Объемная масса магнезитовых изделий 2600 кг/м3.

Хромитовые изделия изготовляют из размолотого хромистого железняка с небольшим количеством доба­ вок (каустического магнезита, дунита и др.) с последую­ щим обжигом или из хромита на связке из глиноземисто­ го цемента без обжига. Содержание окиси хрома Сг20 3 в хромистых огнеупорах составляет около 30%. Хроми­ товый кирпич хорошо противостоит воздействию как

50

кислых, Так И основных шлаков и является нейтральным огнеупорным материалом. Термостойкость полученных путем обжига изделий обычно низкая, у безобжиговых изделий—хорошая. Температура начала деформации под нагрузкой лежит в пределах 1500—1600° С. Объем­ ная масса хромитовых изделий 2800—3200 кг/м3.

Хромомагнезитовые и магнезитохромитовые изделия

(ГОСТ 13998—68). Хромомагнезитовые изделия изготов­ ляют из хромита и обожженного намертво магнезита. В зависимости от способа производства хромомагнези­ товые изделия разделяются на обожженные хромомаг­ незитовые, безобжиговые хромомагнезитовые и магнезитохромитовые и обожженные термостойкие магнезито­ хромитовые. Содержание Сг20 3 в первых двух видах изделий не менее 15%, в термостойком магнезитохромите — не менее 8%; содержание MgO соответственно не менее 42 и 60% (обычно 60—70%).

Хромомагнезитовый кирпич имеет ту же огнеупор­ ность и температуру начала деформации под нагрузкой и обладает отличной устойчивостью против воздействия основных шлаков и окислов железа, как и магнезитовый кирпич, но более термостоек — выдерживает до 5—20 теплосмен. Термостойкий магнезитохромит по ГОСТу должен выдерживать не менее 25 теплосмен, а выдержи­ вает обычно 40—50 теплосмен.

Термостойкие магнезитохромитовые изделия идут главным образом на кладку сводов сталеплавильных, отражательных медеплавильных и тому подобных печей. Объемная масса хромомагнезитовых и магнезитохроми­ товых изделий составляет 2800—3200 кг/м3.

Периклазошпинелидные изделия изготовляют из тех же составляющих, что и магнезитохромитовые изделия. Особенность их приготовления состоит в том, что смесь хромита с частью магнезита предварительно перемалы­ вают в шаровой мельнице до фракций 0,088 мм. Затем полученную тонкомолотую смесь перемешивают с ос­ тальной частью магнезита с крупностью зерен 3—1 мм. Обжиг периклазошпинелидных изделий ведут при тем­ пературе 1700° С. В результате высокого обжига тонко­ молотого хромита и магнезита-получаются шпинелидные соединения, придающие изделиям более тонкозернистую структуру и большую плотность, чем у магезитохромитовых изделий.

Форстеритовые изделия (ГОСТ 14832—69) изготовля­