Учебное пособие по дисциплине «Энергосбережение в промышленных печах» для бакалавров направления 5310100 «Энергетика

Строительство печей
Для строительства печей кроме обычных материалов (стальной прокат разных фасонов, трубы, цемент, глиняный строительный кирпич и т. д.) применяются огнеупорные материалы, так как внутренняя сторона кладки подвержена воздействию высоких температур, а также химиче­скому действию жидких шлаков, расплавленных металлов и других реагентов. В условиях производственной эксплуатации кладка испыты­вает механические и термические напряжения, в ней образуются тре­щины, снижающие газоплотность печи. Чтобы предохранить кладку от распора и укрепить гарнитуру, ставятся металлические каркасы. Одно­временно кладка должна хорошо сохранять тепло (обладать малой теп­лопроводностью), что достигается применением в качестве промежуточ­ных слоев легковесных огнеупоров, диатомитового изоляционного кир­пича и изоляционной засыпки.
Материалы для кладки выбираются такие, чтобы они хорошо выдерживали воздействия высоких температур (огнеупорность), колебания температур (термостойкость), давление свода и стен (механическая прочность), химическое воздействие (химическая устойчивость), истирание движущимися материалами. Огнеупоры выпускаются в виде нормального кирпича и фасонных изделий, удобных для кладки. Огнеупорные изделия при их изготовлении формуются, отформованный сырец подвергается сушке, а затем обжигу в специальных печах. В зависимости от огнеупорности (о которой судят по началу оплавления углов кирпича) различают: огнеупорные изделия (огнеупорность от 1580 до 1770 °С), высокоогнеупорные (от 1770 до 2000°С) и изделия высшей огнеупорности (выше 2000°С). Кладка печи работает под нагрузкой, поэтому важной характеристикой огнеупоров является температура начала деформации под нагрузкой (обычно ее берут равной 2 кгс/см²). Высокая огнеупорность может ограничиваться малой нагрузкой в горячем состоянии, которая часто определяет предельную рабочую температуру.

Рис. 1-14. Кладка печи.
1 — свод печи; 2 —под; 3 — стальные стойки; 4 — стяжки.


По химико-минералогическому со­ставу и технологии производства огне­упоры делятся на алюмосиликатные — шамотные и высокоглиноземи­стые, кремнеземистые — динасовые, магнезиальные — магнезитовые и до­ломитовые, хромистые — хромистые и хромомагнезитовые, углеродистые — графитовые, а также цирконистые. Наибольшее распространение благодаря невысокой стоимости имеют шамотные огнеупоры, содержащие А1₂О₃ от 30 до 45%, изготов­ляемые из огнеупорной глины и шамота (обожженная огнеупорная глина); их огнеупорность составляет 1580—1730°С в зависимости от класса, а рабочая температура от 1250 до 1400 °С; они удовлетвори­тельно выдерживают колебания температур и устойчивы против основ­ных шлаков. Шамотные огнеупоры используются при кладке всякого рода печей, топок котлоагрегатов и т. д.
Динасовые огнеупоры содержат не менее 93% SiO₂. Сырьем для них служат кварциты; огнеупорность динаса составляет 1690—1710 °С, а предельная рабочая температура 1600°С, он плохо переносит колебания температур, но хорошо сопротивляется действию основных шлаков. Динас применяется при кладке мартеновских, коксовых, стекловарен­ных и других печей непрерывного действия.
Магнезитовые огнеупоры содержат не менее 85% МgО, их огнеупорность около 2 000 °С, применяются они при температурах до 1650—1700 °С для кладки подов и ванн металлургических печей. Они хорошо сопротивляются воздействию кислых шлаков и окислов желе­за, но термостойкость магнезита мяла. Применяется также талькомагнезитовый кирпич. Хромомагнезитовые огнеупоры имеют высокую огнеупорность, удовлетворительную термостойкость и сопротивляемость против основных и железистых шлаков. Они идут на изготовление сводов мартеновских печей, регенераторов, шлаковиков и т. д.
Для тепловой изоляции потребляется диатомитовый кирпич, изготовляемый из диатомита — легкой горной породы, состоящей из мельчайших ракушек, содержащих пузырьки воздуха (до 1•10⁵ ракушек в 1 см³ породы). Такой кирпич выдерживает температуру не выше 900 °С.
Кладка ведется на огнеупорном растворе. На рис. 1-14 показана методика кладки печи. В кладку стен включена перевязка кирпича с прослойкой диатомитового кирпича, свод выполнен из фасонного кирпича, под выложен кирпичом «на ребро». Свод давит на стены с си­лой Р, которую можно разложить на F и G. Сила F стремится сдвинуть кладку и должна быть воспринята металлическим каркасом.