книги из ГПНТБ / Бельский, В. И. Промышленные печи и трубы учеб. пособие

в редких случаях достигают 3—4 кгс/см2.

Истирающему действию твердыми и жидкими материалами огнеупорные изделия подвергаются в шахтных (доменных, из­ вестеобжигательных вагранках) и вращающихся печах, где твердая шихта, загружаемая в печь, непрерывно перемещается, соприкасаясь при этом с кладкой, и разрушает (истирает) ее. Чем выше газопроницаемость и ниже температура деформации огнеупорных изделий под нагрузкой при высоких температурах, тем быстрее происходит ее истирание.

Сопротивление огнеупорных изделий изгибу примерно в 3— 5 раз меньше сопротивления сжатию.

Т е р м и ч е с к а я с т о й к о с т ь — это способность огнеупор­ ных изделий выдерживать резкие колебания температур, не растрескиваясь и не разрушаясь.

Растрескивание или разрушение огнеупорных изделий при

меньше их теплопроводность и чем выше скорость повышения температуры при нагревании.

Под влиянием термического расширения при нагревании, т. е. увеличения объема, наружные слои огнеупорных изделий расширяются значительно больше, чем более холодные внутрен­ ние слои, при этом в определенных слоях огнеупорных изделий появляются скалывающие напряжения; если по своей величине они превосходят силы сцепления частиц между собой, то в них появляются трещины и отколы.

При охлаждении наружные слои огнеупорных изделий осты­ вают быстрее, чем внутренние, причем уменьшение объема на­ ружных слоев всегда происходит с опережением изменения объема внутренних, более нагретых слоев. Возникающие при этом растягивающие напряжения, так же как и при нагревании огнеупоров, приводят к их растрескиванию и разрушению.

Термическая стойкость кирпича определяется количес.твом теплосмен, т. е. количеством попеременных нагревов до 1300° С и охлаждений в проточной воде до потери 20% массы первона­ чально взятого образца вследствие его растрескивания.

Наибольшей термостойкостью обладают многошамотные, корундовые, углеродистые и карборундовые огнеупорные изде­ лия, а наименьшей термостойкостью — динасовые, обладающие большими изменениями объема при превращении одной кри­

12

сталлической формы в другую в определенных интервалах тем­ ператур, и магнезитовые, составляющие которых имеют различ­ ные коэффициенты расширения.

Термическая стойкость огнеупорных изделий в основном за­ висит от их структуры и природы исходного сырья, причем чем меньше температурное изменение объема огнеупорных изделий при резком их нагревании и охлаждении, тем выше термическая стойкость.

П о с т о я н с т в о о б ъ е м а . При нагревании огнеупорные изделия, как и все тела, изменяются в объеме вследствие терми­ ческого расширения и, кроме того, под влиянием дополнитель­ ной усадки или роста.

Дополнительной линейной усадкой или ростом огнеупорных изделий называются необратимые изменения их линейных раз­ меров в результате повторного нагревания при высоких темпе­ ратурах. Это является характерной особенностью только огне­ упорных изделий.

Увеличение объема огнеупорных изделий (термическое рас­

т. е. приростом их линейных размеров по отношению к первона­ чальным размерам при нагревании на 1°. Коэффициент линей­ ного температурного расширения большинства огнеупорных из­ делий в пределах температур до 1000° С не превышает десятых долей процента от их первоначальных линейных размеров при комнатной температуре. Наибольший коэффициент линейного

Дополнительный рост, или увеличение объема при нагрева­ нии, помимо термического расширения, наиболее ярко выражен у динасовых огнеупорных изделий, у которых он происходит в период перерождения кварца из одной кристаллической фор­ мы в другую. Дополнительная усадка шамотных полукислых, доломитовых и магнезитовых изделий объясняется изменением структуры этих изделий при нагревании в тепловых агрегатах выше температуры их первичного обжига. Поэтому во избежа­ ние дополнительной усадки огнеупорные изделия рекомендуется обжигать до максимальной рабочей температуры теплового аг­ регата, для кладки которого они предназначены.

Для определения величины температурных швов в огнеупор­ ной кладке в практике печестроения принимают во внимание только термическое расширение огнеупоров и дополнительный линейный рост динасовых изделий.

13

стью их противостоять шлакоразъедаемости и шлакопроницае­ мости и зависит от: температуры, при которой происходит воз­ действие шлаков; химического состава огнеупора и химического состава твердых тел, шлаков и газов, воздействующих на них; вязкости шлаков; величины и характера пор огнеупорных изде­ лий и характера среды в рабочем пространстве тепловых агре­ гатов, обусловливаемой технологией производственных процес­ сов, в них протекающих.

Чем выше температура, тем более интенсивно происходит шлакоразъедание огнеупорных изделий, так как скорость хими­ ческих реакций с повышением температуры заметно увеличива­ ется. Чем ближе химический состав шлаков и расплавов шихты к химическому составу огнеупорных изделий, тем меньше их шлакоразъедание. Чем больше вязкость шлаков и чем меньше пор в огнеупорных изделиях, тем выше их шлакоустойчивость.

Разрушение огнеупорных изделий шлаками происходит за счет протекания химических реакций между шлаками и огне­ упорными изделиями, в результате которых часть изделий пере­ ходит в жидкий шлак, а также за счет вымывания движущимися струями шлака или расплава из массы огнеупорных изделий некоторой части твердых ее зерен. Это явление особенно хорошо наблюдается в стекловаренных печах, где движущиеся в одном направлении (от загрузочной части печи к выработочной ее час­ ти) жидкие шлаки и стекломасса интенсивно разрушают самые плотные и высокоогнеупорные муллитовые, каолиновые и глино­ земистые изделия.

Т е п л о п р о в о д н о с т ь ю называется способнрсть матери­ алов передавать тепло от более теплых частей к более холодным без заметного движения частиц. С физической точки зрения — это передача кинетической энергии одних молекул другим. Теп­

каждый квадратный метр стенки при разности температур в 1° на 1 м толщины и выражается в Вт/м-град [ккал/м-ч-град].

Вусловиях службы тепловых агрегатов огнеупорные изделия

вбольшинстве случаев должны иметь возможно меньшую теп­ лопроводность, так как они являются изоляцией, препятствую­ щей передаче тепла из рабочего пространства печей в окружаю­ щую атмосферу в целях экономии топлива и уменьшения его расхода на единицу выпускаемой продукции.

Однако в ряде случаев необходимо иметь огнеупорные изде­ лия с возможно более высокой теплопроводностью. Это отно­ сится к огнеупорам, из которых готовят и сооружают муфели, тигли, реторты, элементы рекуператоров, т. е. когда возможно больше тепла должно передаваться через огнеупорные стенки,

14

обходимо отметить, что при повышении температуры теп­ лоемкость огнеупорных изделий заметно увеличивается. Так, для шамотных изделий при температуре 200° С теплоемкость со­

под которой понимают отношение объема пор, сообщающихся между собой и с внешней атмосферой, к общему объему изде­ лий, и истинную пористость — отношение объема всех открытых и закрытых пор к общему объему изделий. Как кажущаяся, так и и с т и н н а я п о р и с т о с т ь выражается в процентах. Чем вы­ ше пористость огнеупорных изделий, тем, как правило, меньше их шлакоустойчивость. Чем больше открытых и крупных пор в огнеупорных изделиях, тем больше их газопроницаемость, ко-

16

служить основанием для отказа от применения их при сооруже­ нии тепловых агрегатов. Чем меньше отклонения от установлен­ ных линейных размеров имеют огнеупорные изделия, тем выше их сортность и строительные качества.

Допускаемые отклонения по линейным размерам предусмат­

меньше толщина швов в огнеупорной кладке, являющихся наи­ более слабым местом против воздействия жидких шлаков, рас­ плавов и агрессивных газов.

Для укладки огнеупоров, имеющих большую кривизну, со швами требуемых размеров изделия необходимо дополнительно обрабатывать на станках или вручную кирочками, что приводит не только к ухудшению качества изделий, но и требует больших трудозатрат.

Кривизна у обычных огнеупорных изделий допускается в пределах от 1,5 до 3 мм и у крупных изделий — не более 1%.

Наличие отбитых углов и ребер понижает срок службы огне­ упорных изделий в тепловых агрегатах, так как эти места явля­ ются наиболее уязвимыми при высоких температурах и наличии

изделий, вызванные попаданием в них посторонних включений, плавящихся при температуре ниже температуры обжига изде­ лий, способствуют началу их разрушения шлаками при темпера­

метр) для марок ША и ШБ, 8—10 мм для марок ШВ и ШУС, а в динасовых изделиях — 5 мм на рабочей стороне и 8 мм на нерабочей стороне. В магнезитовых изделиях выплавки вообще не допускаются.

Посечки и трещины в огнеупорных изделиях снижают их ме­ ханическую прочность при резких изменениях температуры, ударах и т. п. и уменьшают их устойчивость против разъедаю­ щего действия шлаков и расплавов.

Структура качественных огнеупорных изделий должна быть однородной, без пустот и расслоений, а зерна различных фрак­ ций должны равномерно распределяться по всей поверхности из­ лома. Отдельные зерна не должны выпадать и легко выкраши­ ваться.

Шамотные огнеупорные изделия (ГОСТ 390—69)

Шамотными называют огнеупорные изделия, изготовляемые путем обжига сырца, сформированного из молотой и просушен­ ной огнеупорной глины, служащей связкой, и шамотного по­ рошка как отощителя, с содержанием А120 3+ТЮ 2 не менее 28%.

!8

Содержание в шамотных изделиях кремнезема Si02 колеблется в пределах от 50 до 60%.

Основным сырьем для производства шамотных изделий яв­ ляются огнеупорные глины. Глинами называют осадочные или разрушенные породы, способные образовывать с водой пластич­ ное тесто, сохраняющее после высыхания приданную ему фор­ му, а после обжига приобретающее твердость камня. Основным материалом, составляющим огнеупорные глины и каолины, яв­

ского следующий: А120 3+ Т і0 2— 30—35%; Fe20 3— 1,3—3%, ог­ неупорность 1630—1710° С.

Шихта для изготовления шамотных огнеупорных изделий со­ стоит из 40—50% просушенной глины и 50—60% шамота. Для приготовления связующей глины кусковую глину с влажностью 15—20% подвергают дроблению или стружке и затем просуши­ вают в сушильных барабанах в течение 20—30 мин при темпе­ ратуре 600—800° С. Просушенная глина с влажностью не более 12% измельчается на бегунах или дезинтеграторах (машинах для размельчения материалов) до зерен размером не более 3 мм, просеивается на грохотах и подается в бункера, оборудованные дозировочными устройствами.

Ш а м о т о м называется глина, обожженная до температу­ ры. при которой она теряет пластические свойства. Шамот гото­ вится путем обжига кусковой глины или приготовленных из нее на пресс-вальцах с влажностью до 25% брикетов во вращаю­ щихся или шахтных печах при максимальной температуре 1320—1340° С. Обожженный шамот дробят в щековых дробил­ ках. Тонкий помол осуществляется в шаровых мельницах или помольных бегунах до зерен следующих размеров: 1—3 мм — 25—35%, 0,52— 1 мм — 20—30% и менее 0,52 мм — 35—45%. Рассеянный на грохотах до указанных выше размеров зерен ша­ мот поступает в раздельные бункера с дозировочными устрой­ ствами.

Приготовление массы, из которой готовят шамотный сырец, производится в смесительных бегунах, куда поступают в необхо­ димых количествах, и определенных фракций: шамотный поро­ шок, полученный путем обжига глины, огнеупорная глина, а также дробленый шамотный бой, получающийся при ремонте промышленных печей. Влажность массы при полусухом прессо­ вании колеблется в пределах от 8,5 до 10% и при прессовании из пластических масс — от 15 до 18%.