§ 45. Футеровка вращающихся печей
Корпус вращающейся печи изнутри футеруют огнеупорными материалами, которые защищают его главным образом от воздействий высоких температур. Наряду с этим футеровка выполняет роль теплоизоляции, предотвращающей большую потерю тепла печи за счет излучения.
Условия службы огнеупорных материалов неодинаковы в различных зонах печи. В зонах подсушки, подогрева, декарбонизации и охлаждения на огнеупорные материалы воздействуют в основном температура и истирание, в зонах экзотермических реакций и спекания существенную роль играют высокая температура, вызывающая изменение строения огнеупорного материала и его размягчение, химическое взаимодействие между компонентами клинкера и огнеупорного материала, отрыв обмазки, вызывающий скалывание кирпича.
Огнеупорные материалы, используемые для футеровки печей, должны удовлетворять следующим требованиям: не расплавляться при рабочей температуре; быть термически стойкими, т. е. выдерживать, не разрушаясь, резкие систематические колебания температуры (нагревание и охлаждение); иметь достаточную прочность при сжатии и способность сопротивляться истирающему воздействию обжигаемой сырьевой смеси; не деформироваться при совместном действии высокой температуры и нагрузок сжатия, растяжения и изгиба.
Огнеупорные материалы для клинкерообжигательных печей изготовляют в виде штучных изделий: обыкновенного глиняного кирпича (прямоугольного параллелепипеда) и клинового (торцового, ребрового) в зависимости от участков кладки футеровки.
Для кладки огнеупорных материалов применяют растворы различных составов. В высокотемпературных зонах также используют сухую кладку на гладких или рифленых металлических пластинках, укладываемых между кирпичами.
Для футеровок различных зон печных агрегатов в цементной промышленности применяют различные огнеупорные изделия (ГОСТ 21436—75), так как футеровки этих зон печи работают вне- одинаковых условиях. Зоны подсушки и охлаждения, переходные участки печей и холодильника футеруют следующими огнеупорами: муллитовым МЛЦ, муллито-кремнеземистым МКРЦ, шамотным уплотнительиым ШЦУ. Для футеровки зоны навески цепей в печах мокрого способа производства также применяют жаростойкие бетоны специальных составов и специально изготовленные плиты. Зоны подогрева и декарбонизации футеруют кирпичом: шамотным обычным ШЦО и шамотным легковесным ШЦЛ-1,3. Зоны экзотермических реакций и спекания футеруют кирпичом, обладающим высокой огнеупорностью, повышенной химической стойкостью и низкой теплопроводностью. Для футеровки этих зон используют хромомагнезитовые огнеупоры ХМЦ, магнезито-хромитовые МХЦ и периклазошпинелидные ПШЦ.
Магнезито-хромитовые и периклазошпинелидные огнеупорные материалы повышают стойкость футеровки по сравнению с хромо- магнезитовой более чем на 30%.
Футеровка печи — элемент, наиболее подверженный неблагоприятным воздействиям при эксплуатации. Поэтому качеством футеровки, стойкостью ее при работе в основном определяется коэффициент использования календарного времени работы печи в целом.
Стойкость футеровки, характеризующаяся числом суток рабочего времени (межфутеровочной кампании) наиболее разрушающегося участка — зоны спекания, зависит от вида применяемых огнеупорных материалов, качества футеровочных работ, диаметра печи и ритмичности ее работы, вида применяемого топлива, механического состояния корпуса печи, условий для образования на поверхности огнеупорных материалов устойчивой обмазки из обжигаемого материала. Средняя стойкость футеровки печей составляет не более 250 суток.
При прочих равных условиях быстрее всего разрушается футеровка в печах, работающих на угле и мазуте: примерно в 1,4—1,7 раза повышается стойкость футеровки при использовании газа. Приведенные сроки стойкости футеровки относятся, как отмечалось, к зоне обжига. В других менее температурно-напряжен- ных зонах стойкость футеровки в среднем один-два года.
Увеличение стойкости футеровки достигается технологическими и конструктивными приемами.
К технологическим приемам относится строгое соблюдение технологического режима обжига клинкера: равномерное питание печи сырьем и топливом, постоянство химического состава, тонкости помола и влажности сырья, постоянство калорийности, влажности и тонкости помола твердого топлива. Это обеспечивает стабильность теплового режима печи, исключает необходимость перевода ее на тихий ход, уменьшает колебания температуры в футеровке и деформации корпуса печи.
К конструктивным приемам относятся: использование для футеровки высокоэффективных огнеупоров, например для зоны спекания— магнезито-хромитовых и периклазошпинелидных; применение кладочных растворов соответствующего качества, например для кладки магнезиальных огнеупоров следует использовать магнезитовый раствор, затворенный жидким стеклом; высокое качество кладки. При кладке кирпичи должны плотно прилегать к корпусу печи, чтобы газы не проникали в зазоры, в противном случае футеровка быстро разрушается из-за значительной деформации корпуса. Футеровка, выполненная на растворе, более долговечна, чем выполненная на металлических пластинках.
К главному фактору, обеспечивающему продолжительность сроков службы футеровки, относится образование клинкерной обмазки на поверхности футеровки в зоне спекания. При температуре 1300—1450° С в зоне спекания происходит частичное плавление сырьевой смеси. Расплав взаимодействует с материалом футеровки, налипает на нее, образуя при этом слой обмазки толщиной до 200 мм и более, защищающий футеровку от действия раскаленного материала. При этом большое значение имеет не толщина, а устойчивость обмазки против разрушений.
Условия образования обмазки зависят от химического состава сырья, содержания в нем плавней и интенсивности охлаждения корпуса печи. При высоком содержании плавней (низкий силикатный модуль) обмазка образуется легко. Трудноспекающиеся сырь
евые материалы (с низким содержанием плавней и высоким силикатным модулем) образуют обмазку с трудом. В этом случае, чтобы улучшить условия образования обмазки, в сырьевую смесь вводят минерализаторы, понижающие температуру ее плавления,— фтористый кальций, кремнефтористые соли кальция, магния, натрия. С увеличением интенсивности охлаждения корпуса печи условия образования обмазки и качество ее улучшаются. С этой целью применяют искусственное охлаждение корпуса печи — воздушное (обдувку) или водяное (орошение).
Огнеупорная футеровка печей для обжига известняка подвержена активному влиянию извести.
Футеровка других шахтных печей состоит почти из таких же огнеупоров.
В результате вращения печи поверхность футеровки за каждый оборот барабана
применение для футеровки высокоэффективных огнеупоров, в частности для зоны.
Огнеупорная футеровка печей для обжига известняка. Подходящими материалами для футеровки зоны сушки являются износоустойчивые плотные огнеупоры.
Огнеупоры .
В зависимости от размера печи футеровка..
Огнеупорные материалы для футеровки этих печей, как правило, подбираются с целью предотвращения химических реакций между газовыми отходами и огнеупорами.
4. промышленные печи и огнеупоры.
Огнеупоры и их применение. 4.1.10. Состав огнеупорной футеровки.
Источник
Футеровка вращающейся печи
Изобретение предназначено для термической обработки сыпучих материалов в огнеупорном производстве и цементной промышленности. Футеровка содержит установленные на корпусе печи огнеупорные кирпичи, между которыми уложены металлические пластины. Футеровка в зоне спекания разделена на участки, при этом в панелях, находящихся на участке максимальных температур, равном длине факела, металлические пластины и огнеупорные кирпичи уложены по окружности в соотношении 1 : 2, а в панелях на участках к краям зоны спекания — соответственно 1 : 1. Изобретение позволяет достичь равномерные термические напряжения по длине зоны спекания, повысить стойкость огнеупорной футеровки, а также снизить расход металла. 3 ил.,1 табл.
Изобретение относится к вращающимся печам для термической обработки сыпучих материалов, преимущественно к футеровке печи в зоне спекания, и может быть использовано в металлургической промышленности и промышленности строительных материалов — в производстве огнеупоров и цемента.
Известно для скрепления отдельных кирпичей или блоков в огнеупорной кладке вращающихся печей и придания ей монолитности, обеспечивающей строительную прочность, применение разнообразных связующих материалов — цементных, а также специальных кладочных растворов и металлических пластин. Металлические пластины используют, как правило, при футеровке зоны спекания из периклазохромитового, хромитопериклазового и периклазошпинелидного огнеупоров. Металлические пластины изготавливают из мягкого железа и укладывают как в продольных, так и в поперечных швах (см. Ильина Н.В., Сохацкая Г.А. и др. «Футеровка вращающихся печей цементной промышленности» М., Издательство литературы по строительству, 1967, с. 9, 32-34).
Известна футеровка вращающейся печи, содержащая установленные внутри корпуса печи огнеупорные кирпичи и уложенные между ними металлические пластины из мягкой стали (см. а.с. СССР N 632885, F 27 B 7/28, 1977). Торец пластины, контактирующей с корпусом печи, выполнен с клиновым скосом. Этим достигается уменьшение теплопроводности футеровки и снижение металлоемкости и стоимости пластин за счет скосов.
Известна также футеровка вращающейся печи, содержащая огнеупорные кирпичи и уложенные между ними металлические пластины, расположенные рядами вдоль продольной оси печи (см. а.с. СССР N 1270520, F 27 B 7/28, 1984, прототип). Металлические пластины выполнены в виде параллелограмма и установлены в шахматном порядке, причем наклоны пластин смежных рядов противоположны.
Недостатком известных футеровок вращающихся печей является то, что они не снижают повышенные напряжения в огнеупорной кладке в высокотемпературной зоне, поскольку металлические пластины устанавливаются в каждый продольный ряд огнеупорных кирпичей и создают дополнительные напряжения в огнеупорной кладке, что, в свою очередь, приводит к термическому разрушению и сколу кирпичей. Кроме того, равномерность расположения металлических пластин в зоне спекания неадекватна температурным параметрам по длине зоны спекания печи, при этом где выше температура, там и больше теплоотдача через металлический корпус в атмосферу.
Металлические пластины в рядах кладки при нагревании в окислительной атмосфере, окисляясь, образуют магнетит, при этом пластина увеличивается в объеме почти в 2,1 раза. Далее происходит реакция образования магнезиоферрита, которая сопровождается увеличением объема на 24,3% (см. Гавриш Д.И. «Огнеупорное производство». Справочник. Том 1, М., Металлургия, 1965, с. 338).
Таким образом, установка металлических пластин в каждом продольном ряду не обеспечивает равномерную стойкость кладки по всей длине зоны спекания. При этом в высокотемпературной зоне, равной длине факела, возникают максимальные термические напряжения.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании равномерных термических напряжений по длине зоны спекания, в повышении стойкости огнеупорной футеровки печи, а также в снижении ее металлоемкости.
Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в снижении на 20% термических напряжений на участке максимальных температур, равном длине факела, и повышении срока службы футеровки до 40%.
Сущность изобретения заключается в том, что в футеровке вращающейся печи, содержащей установленные на корпусе печи огнеупорные кирпичи и уложенные между ними металлические пластины, футеровка в зоне спекания разделена на участки, при этом на участке максимальных температур, равном длине факела, металлические пластины и огнеупорные кирпичи в панелях уложены по окружности в соотношении 1: 2, а в панелях на крайних участках зоны спекания металлические пластины и огнеупорные кирпичи уложены в соотношении 1:1.
На фиг. 1 изображена футеровка вращающейся печи, а именно развертка внутренней поверхности кладки огнеупорного кирпича с металлическими пластинами в зоне спекания; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 — разрез Б-Б на фиг. 1.
Футеровка вращающейся печи содержит установленные на корпусе 1 вращающейся печи огнеупорные кирпичи 2, между которыми уложены металлические пластины 3, расположенные рядами вдоль продольной оси печи. Футеровка может быть выполнена продольными рядами с перевязкой поперечных швов в двух смежных рядах, как показано на фиг. 1, так и кольцами.
Футеровка печи в зоне спекания имеет участок 4, равный длине факела, и является зоной максимальных температур, а участки 5 расположены по краям зоны спекания и имеют более низкую температуру. Внутри участков кладка ведется панелями 6, между которыми располагаются температурные швы 7.
Кладка панелей на участке 4 в зоне максимальных температур ведется с установкой металлических пластин 3 через два ряда огнеупорных кирпичей 2 (см. фиг. 2), а кладка панелей на крайних участках 5 выполняется с установкой металлических пластин через каждый ряд огеупорных кирпичей (см. фиг. 3).
Футеровка вращающихся печей в производстве магнезитовых огнеупорных изделий, особенно в зоне спекания, подвержена воздействию высоких температур (1700-1900 o C) и после 2/3 каждого оборота печи соприкасается с обжигаемым материалом, температура которого на 150-200 o C ниже температуры факела. От общей длины вращающейся печи на зону спекания приходится до 40%, в том числе около 18% — на длину факела, на участке которого развиваются достаточно высокие температуры. Так, для примера, на 90-метровой печи длина факела и зоны спекания составляет соответственно 15,4 и 44 метра.
Таким образом, футеровка зоны спекания имеет участок с максимальной температурой в зоне факела и участки, примыкающие к нему, с температурами более низкими.
Температуру корпуса печи нельзя повышать более 450 o C, так как прочность стали уменьшается в 7 раз. Обычно температура корпуса не должна превышать 300-350 o C. При более высоких температурах возникают большие растягивающие напряжения, прочность резко падает и корпус может разрушаться. Если брать в расчет, что температура корпуса — величина постоянная и составляет 200 o C в приграничных участках к зоне факела и 300 — 350 o C в зоне факела, то температура на поверхности кладки колеблется от 1000 o C до 1200 o C в приграничных к зоне факела участках и 1500-1600 o C в зоне факела (см. Гавриш Д.И. «Огнеупорное производство», Справочник, том II, М., Металлургия, 1965, с. 8-9).
Величина термических напряжений, возникающих в изделиях кладки, пропорциональна изменению температуры и определяется по формуле 
где 
— величина термического напряжения, кГ/см 2 ; E — модуль упругости материала, кГ/см 2 ; 
— коэффициент линейного термического расширения материала; 
T — разность температур; 
— коэффициент Пуансона, (см. Панарин А. П., перевод с японск. Тихонова А.А. «Огнеупоры. Технология строительства и ремонта печей», М., Металлургия, 1980, с. 79).
Для магнезитовых огнеупорных кирпичей 1 = 1,14 
10 -5
E1 = 0,625 10 6 кГ/см 2 1 = 0,16
(см. Гавриш Д.И. «Огнеупорное производство», справочник, том 1 М., Металлургия, 1965, с. 319 и с. 324).
Для металлических пластин 2 = = 11,0 10 -5
E2 = 2,0 10 6 кГ/см 2 2 = 0,25
Суммарное термическое напряжение, возникающее в футеровке печи, определяется по формуле: 
где o — величина термического напряжения в огнеупорных кирпичах; м — величина термического напряжения в металлических пластинах;
lо — длина огнеупорной кладки по окружности;
lм — длина кладки металлических пластин по окружности.
Для упомянутой выше вращающейся печи определим суммарные термические напряжения на участках зоны спекания существующей футеровки и предложенной.
В зоне факела T = 1600 o C — 300 o C = 1300 o C.
В приграничных участках к зоне факела T = 1100 o C — 200 o C = 900 o C.
Отношение 
в зоне факела и в прилегающих к зоне факела участках существующей футеровки равно 
(металлические пластины и огнеупорные кирпичи по всей зоне спекания уложены в соотношении 1:1).
Отношение 
в зоне факела предлагаемой футеровки равно 1/100 (металлические пластины и огнеупорные кирпичи уложены в соотношении 1:2) и в прилегающих к зоне факела участках 
В соответствии с приведенными выше формулами (1) и (2) суммарные термические напряжения на участках зоны спекания определяют по формуле: 
Подставляя значения в формулу (3), получим:
— для существующей футеровки в зоне факела
= 18653,4 кГ/см 2 , а в прилегающих к зоне факела участках = 12913,9 кГ/см 2 ;
— для предложенной футеровки в зоне факела
= 14939,8 кГ/см 2 , а в прилегающих к зоне факела участках = 12913,9 кГ/см 2 .
Футеровка вращающейся печи работает следующим образом.
Уменьшение величины термического напряжения в зоне факела (на участке максимальных температур) с 18653,4 кГ/см 2 в существующей футеровке до 14939,8 кГ/см 2 в предложенной футеровке достигается созданием температурно-компенсационных швов, функцию которых выполняют ряды огнеупорных кирпичей без металлических пластин, между которыми присутствует воздушная прослойка, выполняющая роль кладочного раствора (мертеля).
В таблице приведены сравнительные данные предлагаемой и существующей футеровок.
Предлагаемая футеровка вращающейся печи позволяет уменьшать величину термических напряжений в зоне факела — на участке максимальных температур на 20% и обеспечить выравнивание термических напряжений на участках зоны спекания. При этом надежность работы футеровки печи повышается, увеличивается срок службы, уменьшается металлоемкость и сокращается время укладки футеровки.
Футеровка вращающейся печи, содержащая установленные на корпусе печи огнеупорные кирпичи и уложенные между ними металлические пластины, отличающаяся тем, что футеровка в зоне спекания разделена на участки, при этом на участке максимальных температур, равном длине факела, металлические пластины и огнеупорные кирпичи в панелях уложены по окружности в соотношении 1 : 2, а в панелях на крайних участках зоны спекания металлические пластины и огнеупорные кирпичи уложены в соотношении 1 : 1.
Источник
