Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»

Кафедра «Машиностроительные технологии и оборудование»

И.В. Марширов

ФУТЕРОВКА ПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Учебное пособие

Барнаул 2010

2

3

I. ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1. Введение

При сооружении печей и сушил литейного производства наряду с обычными строительными материалами применяют материалы, предназначенные для работы при высоких температурах в условиях воздействия расплавленных металлов и шлаков и активных газовых атмосфер. Это керамические материалы (огнеупорные и теплоизоляционные), а так же жаростойкие материалы и сплавы, используемые для изготовления узлов и деталей, работающих при высоких температурах и несущих механические нагрузки. Огнеупорные материалы применяют так же для изготовления электрических нагревателей сопротивления.

Огнеупорными называют материалы, способные противостоять продолжительному воздействию высоких температур (свыше 1000°С), а так же физико-химических процессов, протекающих в печах. Большинство огнеупорных материалов – это физически сложные и химически неоднородные системы с кристаллической и стекловидной фазами. Кристаллы состоят из огнеупорных оксидов, таких как Al2O3, SiO2, MgO и т.п., имеющих высокую температуру плавления. В большинстве огнеупорных материалов кристаллы отделены друг от друга стекловидной фазой, однако в некоторых материалах они образуют кристаллический сросток. Сущность производства большинства огнеупорных материалов в монолит огнеупорного изделия при температурах более низких, чем температура плавления основных огнеупорных составляющих исходной массы. Огнеупорные материалы делят на изделия, имеющие определенную форму (кирпичи, фасонные изделия разной сложности, крупноблочные), и неформованные материалы (порошки, массы, бетонные смеси, мертели и др.)

4

2. Огнеупорные изделия

Огнеупорными называют изделия, применяемые для строительства промышленных печей, топок и аппаратов, работающих при высокой температуре. Огнеупорные изделия классифицируют по огнеупорности, пористости, химико-минералогическому составу и способу изготовления.

По огнеупорности изделия могут быть огнеупорными (1580 − 1770°С), высокоогнеупорными (1700 − 2000°С), высшей огнеупорности (более 2000 °С).

В зависимости от пористости (%) огнеупорные изделия подразделяются на:

особо плотные − пористость менее 3;

высокоплотные − пористость 3 – 10;

плотные − пористость 0 – 20;

обычные − пористость .20 – 30;

легковесные и теплоизоляционные − пористость 45 − 85. Наибольшее распространение в строительстве и промышленности

строительных материалов получили кремнеземистые и алюмосиликатные огнеупорные изделия.

Кремнеземистые огнеупоры применяют двух типов: кварцевое стекло и динасовые.

Кварцевое стекло изготовляют отливкой из расплавленного кварца, оно содержит SiО2 не менее 99 %. Обладает хорошей термостойкостью и кислотостойкостыо; при 1100°С расстекловывается и крошится. Кварцевая керамика используется для футеровки котлов большой мощности, при изготовлении штампов горячего прессования, труб для подачи расплавленного алюминия и других целей. Кварцевое стекло идет на производство химической аппаратуры.

Динасовые (тридимито − кристобалитовые) огнеупоры изготовляют обжигом при температуре выше 870°С кварцевого сырья (измельченных

5

кварцитов песка, маршалита) на известковой или другой связке; содержит SiO2 не менее 93%. Огнеупорность 1600 − 1770°С. Из динаса выполняют кладку сводов сталеплавильных и коксовых печей.

Алюмосиликатные огнеупоры подразделяют на три группы: полукислые, шамотные и высокоглиноземистые.

Полукислые огнеупоры отличаются повышенным содержанием кремнезема − более 65%; глинозема содержат менее 28 %. Изготовляют их обжигом кварцевых пород на глинистой или каолиновой связке или глин и каолинов с большим содержанием кварцевого песка. Их огнеупорность 1380 − 1400°С. Применяют для футеровки шахтных и туннельных печей, вагранок и т. д.

Шамотные огнеупоры изготовляют обжигом смеси шамота (порошка обожженной и размолотой огнеупорной глины) и огнеупорной глины или каолинов. Они содержат 30 − 45 % А12О3 и отличаются термической стойкостью, шлакоустойчивостью, прочностью (марки 100 − 125). Огнеупорность шамотных материалов 1250 − 1400°С. Применяют их для кладки и футеровки печей в местах, где они непосредственно соприкасаются с расплавленным металлом, шлаком, стеклом, а также для футеровки вращающихся печей для обжига цементного клинкера, облицовки топок паровых котлов, дымоходов и пр.

Высокоглиноземистые огнеупоры получают из материалов (боксита, корунда), содержащих более 45 % глинозема. Огнеупорность их зависит от содержания глинозема и технологии и составляет 1450 − 1725°С. Изделия, изготовленные из высокоглиноземистого сырья на глиняном пли иной связке, обладают высокой термостойкостью при содержании А12О3 60 %. Применяют их в стекольной промышленности для кладки доменных печей и др.

Легковесные огнеупоры имеют плотность 1,3 − 0,4 г/ /см3 и общую пористость соответственно 45 − 85%. Обладают высокой огнеупорностью, малой теплопроводностью и достаточной прочностью − все эти качества

6

позволяют успешно применять их для футеровки промышленных печей разного назначения. При этом значительно (в 2 − 4 раза) сокращается продолжительность разогрева или холостого хода печей, в 2 − 3 раза уменьшается толщина ограждающих стен и на 20 − 70 % снижаются удельные расходы топлива на тепловые процессы. В связи с этим производство легковесных огнеупоров непрерывно расширяется.

Для высокотемпературной теплоизоляции различных Промышленных печей и тепловых агрегатов используют алюмосиликатныё и другие волокна, обладающие высокой прочностью, термической стойкостью и малой теплопроводностью.

7