книги / Неформованные огнеупоры. Свойства и применение неформованных огнеупоров Сост. И. Д. Кащеев [ др.]; Под ред. И. Д. Кащеева
.pdfда волокна входят составной частью в другие материалы, они придают им высокую прочность.
Из огнеупорной алюмосиликатной ваты изготовляют рулонный материал, войлок, плиты, бумагу и картон. Габариты изделий приведены ниже, мм:
Рулонный материал |
Длина |
Ширина |
Толщина |
5000-10000 |
600-1400 |
20,30,40 |
|
Войлок...................................... |
5000-10000 |
600-1400 |
20, 30,40 |
Плиты......................................... |
600, 700 |
400, 500 |
30,40, 50, 60 |
Бумага.............................................. |
— |
500-1000 |
0,5; 1; 2 |
Картон |
800-1200 |
500-800 |
3,4,5,6,7 |
Свойства каолинового волокна и изделий на его основе регламентируются требова ниями ГОСТ 23619-79.
В зависимости от группы и температуры применения огнеупорные теплоизоляци онные стекловолокнистые материалы делятся на марки табл. 1.10, а некоторые их свой ства приведены в табл. 1.11.
На основе поликристаллических корундовых волокон изготовляют жесткие изде лия на минеральной связке, которые выпускают трех марок: МКПП-300, МКПП-400 и МЛПП-300. Свойства приведены в табл. 1.12.
Огнеупорные бумага и картон обладают рядом существенных достоинств по срав нению с применяющимися в настоящее время высокотемпературными асбестовыми, базальтовыми листовыми материалами и характеризуются:
•высокими температурами службы;
•низкой теплопроводностью при высоких температурах;
•повышенной упругостью;
•низкой плотностью (особенно по сравнению с асбестовыми материалами);
|
Огнеупорные теплоизоляционные материалы и изделия |
Т абл и ц а 1.10 |
|
|
|
||
Группа |
Марка |
Характеристика |
Температура |
материалов и |
применения, °С, |
||
изделия |
|
|
не выше |
Материалы |
МКРВ |
Вата |
1150 |
муллитокрем |
МКРР-130 |
Рулонный материал |
1150 |
неземистые |
МКРРХ-150 |
Хромсодержащий рулонный материал |
1300 |
|
МКРВ-200 |
Войлок |
1150 |
Изделия |
МКРВХ-250 |
Хромсодержащий войлок |
1300 |
муллитокрем |
МКРП-340 |
Плиты на органическом связующем |
1150 |
неземистые |
МКРП-450 |
Плиты на неорганической связке |
1150 |
|
МКРПХ-450 |
Хромсодержащие плиты |
1300 |
|
МКРВ-340 |
Вставки на органической связке |
1600 |
|
МКРИ-350 |
Изделия сложной конфигурации на |
1150 |
|
|
органической связке |
|
|
МКРИ-500 |
Изделия сложной конфигурации на |
1150 |
|
|
неорганической связке |
|
|
МКРБ-500 |
Бумага |
1150 |
|
МКРК-500 |
Картон |
1150 |
Т а б л и ц а 1.11
Некоторые показатели теплоизоляционных материалов
|
|
|
|
|
|
Марка материала и изделия |
|
|
|
|
||
Показатель |
МКРВ |
МКРР- |
МКРРХ- |
МКРВМКРВХМКРП- |
МКРПМКРПХМКРВ- |
МКРИ- |
МКРИ- |
МКРБ- |
||||
|
|
130 |
150 |
200 |
250 |
340 |
450 |
450 |
340 |
350 |
500 |
500 |
Содержание, %: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
45 |
45 |
45 |
АЬОз, не менее |
50 |
51 |
48 |
50 |
48 |
50 |
45 |
50 |
50 |
|||
АЬОэ + 5Юг, не менее |
97 |
97 |
93 |
97 |
93 |
97 |
90 |
97 |
97 |
90 |
90 |
90 |
СггОз |
— |
— |
2-4 |
— |
2-4 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
Потери массы при |
0,3 |
0,25 |
0,4 |
2 |
2 |
6 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
прокаливании,%, не более |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
500 |
Кажущаяся плотность, кг/м3, не |
— |
130 |
150 |
200 |
250 |
340 |
450 |
340 |
350 |
500 |
500 |
|
более |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теплопроводность при |
|
|
|
|
|
0,23 |
0,28 |
0,23 |
|
|
0,16 |
|
температуре 600 °С, Вт/(м-К), не |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
более |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Средний диаметр волокна, мкм, |
4 |
4 |
4 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
не более |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предел прочности на разрыв, |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
0,5 |
0,5 |
МПа, не менее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
1.12 |
||
Свойства изделий из поликристаллических корундовых волокон |
|
|
||||
Покэззтсль |
|
|
Марка изделия |
|
|
|
|
мкпп-зоо |
МКПП-400 |
МЛПП-300 |
|||
|
|
|||||
Содержание, %: |
|
80 |
|
70 |
|
|
А120з |
|
80 |
|
|||
ЗЮ2 |
|
20 |
20 |
30 |
|
|
Потери массы при прокаливании, % |
|
1 |
1 |
1 |
|
|
Кажущаяся плотность, кг/м3 |
|
300 |
400 |
300 |
|
|
Предел прочности при изгибе, МПа |
|
0,4 |
0,5 |
0,4 |
|
|
Теплопроводность при средней температуре 800 °С, |
0,20 |
0,18 |
0,20 |
|
||
Вт/(м-К) |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
Дополнительная линейная усадка, %: |
|
_ |
_ |
2 |
|
|
при 1500 °С |
|
|
||||
при 1600 °С |
|
2 |
2 |
— |
|
|
Температура службы, °С |
|
1600 |
1600 |
1500 |
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
1.13 |
||
Свойства теплоизоляционных листовых материалов |
|
|
||||
|
Асбестовый |
Базальтовый |
Картон из |
Бумага из |
||
Показатель |
муллитокрем |
муллитокрем |
||||
картон |
картон |
неземистого |
неземистого |
|||
|
||||||
|
|
|
волокна |
волокна |
||
Толщина, мм |
2-10 |
2-12 |
3-5 |
1-2 |
|
|
Температура применения, °С, не выше |
500 |
750 |
1150 |
1150 |
|
|
Кажущаяся плотность, г/см3 |
1,0-1,4 |
0,25-0,30 |
0,35-0,45 |
0,35-0,45 |
||
Теплопроводность при средней |
0,171 |
0,058 |
0,068-0,081 |
0,068-0,081 |
||
температуре 100 °С, Вт/(м-К) |
|
|
|
|
|
•высокой прочностью (по сравнению с базальтовым картоном);
•высокой прочностью к расплавам цветных металлов — алюминия и цинка (табл. 1.13).
Основными технологическими параметрами, по которым оценивается пригодность материала для теплоизоляции, являются теплоемкость, кажущаяся плотность, коэф фициент теплопроводности и величина теплоизлучения. С помощью этих величин определяют тепловой баланс футеровки печи.
Удельная теплоемкость каолинового волокна 1,07 кДж/(кг*К).
Если умножить удельную теплоемкость на кажущуюся плотность, то получим теп лоемкость волокнистого материала. В связи с низким значением кажущейся плотнос ти полученное значение составляет 5-15 % соответствующего показателя плотных огнеупоров.
Эквивалентная теплопроводность волокнистых материалов в зависимости от объем ной плотности (величины обратной пористости) и температуры изменяется следую щим образом.
Наименьшую теплопроводность в интервале температур 100-600 °С имеют матери алы и изделия с объемной плотностью около 200 кг/м3 -0,1163 Вт/(м- К), при 600 °С.
Изделия и материалы с меньшей плотностью от 50 до 200 кг/м3 вследствие увеличе ния размера пор и уменьшения степени их замкнутости, а следовательно, увеличения излучающей и конвективной составляющих имеют более высокую теплопроводность. При объемной плотности 50 кг/м3 при 600 °С теплопроводность равна 0,2326 Вт/(м*К). Теплопроводность волокнистых изделий плотностью от 200 до 400 кг/м3 находится примерно на одном уровне. С увеличением объемной плотности более 400 кг/м3 теп лопроводность увеличивается и становится равной теплопроводности ультралегковесных шамотных изделий.
На рис. 1.1 приведена зависимость теплопроводности каолиновой ваты и рулонного материала на воздухе от температуры и объемной плотности.
Теплопроводность плит из каолиновой ваты до температуры 1200 °С определяют выражениями для плит с объемной плотностью:
200 кг/м3, \ 2 = 0,14 + 1,02-10"|°7’3, 350 кг/м3, \ 35 = 0,13 + 8,67-10'1'Г 3
Теплопроводность плит, изготовленных гидроспособом из алюмосиликатной ваты с различными модифицирующими добавками, с ростом температуры постепенно по вышается (рис. 1.2). Как Сг20 3, так и ЪхОг снижают теплопроводность плит.
Теплопроводность изделий из чистого кварцевого волокна диаметром 5-15 мкм раз личной пористости приведена на рис. 1.3.
При высоких температурах (>1000 К) теплопроводность более пористых материа лов начинает превышать теплопроводность менее пористых.
Степень излучения источника зависит в основном от длины излучаемых волн и ка чества поверхности. Так, для зернистых огнеупорных материалов качество поверхно сти определяется шероховатостью, величиной зерна, химическим составом и степе нью чистоты.
Рис. 1.1. Теплопроводность каолиновой ваты, ма тов, плит и рулонного материала в зависимости от температуры и объемной плотности
Рис. 1.2. Зависимость от температуры теплопро водности теплоизоляционных плит, изготовлен ных из волокон состава: 1 — алюмосиликатного; 2 — алюмохромсиликатного (3,3 % Сг20 3); 3 — алюмоцирконийсиликатного (8,52 % 2Ю2); 4 — алюмоцирконийсиликатного (28,6 % 2г02)
Рис. 1.3. Теплопроводность высокопористой ог неупорной изоляции на основе ЗЮ2 в зависимос ти оттемпературы при пористости, %: 1— 95,5; 2
— 94,2; 3 — 88,8; 4 — 81,1; 5 — 79,5
При обычном для нагревательных печей диапазоне температур общая степень излу чения традиционных огнеупоров находится в пределах 0,5-0,8. Степень излучения волокнистых материалов ниже этих значений, и находится в пределах 0,3-0,6.
Волокнистые материалы имеют высокую газопроницаемость. Для некоторых изде лий Сухоложского огнеупорного завода, полученных по сухому способу, газопрони цаемость (мкм2) имеет следующие значения:
Изделия ................................... |
|
Войлок |
Картон |
Фетр |
Блок |
Кажущаяся плотность, г/см3 .... |
0,523 |
0,154 |
0,340 |
0,95 |
0,255 |
Газопроницаемость, мкм2..... .... |
22,8 |
33,5 |
15,5 |
118,7 |
26,3 |
Применение волокнистых огнеупоров. По оценке специалистов, возможный годо вой объем применения волокнистых огнеупоров в конструкциях футеровок промыш ленных печей (30 тыс. т) позволит отказаться от ежегодного выпуска 600 тыс. т огнеупо ров, сэкономить ежегодно в период эксплуатации тепловых агрегатов более 2 млн т у. т., уменьшить трудоемкость тепломонтажных работ более чем на 0,5 млн чел.-дн.
Некоторые области применения волокнистых материалов приведены в табл. 1.14. Теплоизоляционные изделия из керамических волокон позволяют экономить топли во в печах различного типа, что способствует их широкому распространению. Чаще всего волокнистые материалы применяют как покрытие ранее установленного огне упора с целью улучшения теплоизоляционных свойств футеровки или как полностью
волокнистую футеровку печей. Последняя выполняется по схеме:
Горячая сторона -» Керамическое волокно —> Минеральная вата Кожух печи.
Толщина слоев футеровки рассчитывается по теплопроводности материалов и до пустимым температурам на границе слоев. При этом принимается, что максимальная температура минеральной шлаковой ваты не должна превышать 780 °С, а каолиновой обычной — 1260 °С, а с добавкой оксида хрома — 1450 °С.
Волокнистые материалы крепятся к кожуху печи с помощью шпилек из легирован ной стали и керамических стержней. Болт проходит через слой волокнистой футеров ки. Шайба и гайка, завинчиваемая на болт, крепят футеровку. Гайка защищается от воздействия высокой температуры слоем волокнистой плиты, приклеиваемой к футе ровке.
Часто футеровку стен и сводов печей выполняют с использованием листов картона из керамических волокон. Листы надевают на штыри и закрепляют их шайбами. Лис ты позволяют применять их в виде блоков, складывая в пачки.
Области применения волокнистых материалов
Наименование |
Элементы агрегата |
Огнеупорный |
Температура |
|
эксплуатации, |
||||
теплового агрегата |
и футеровки |
материал |
||
°С |
||||
|
|
|
||
Обжиговые машины |
Изоляция |
Плиты МКРП-340 |
1200 |
|
|
газопровода |
|
|
|
Воздухонагреватели |
Изоляция купола |
То же |
1200 |
|
|
и стен |
|
|
Методические печи для нагрева металла перед прокаткой
Газовые печи для термообработки металла Котлы-утилизаторы
Газовые печи для термообработки изделий (с выкатным подом, колпаковые, проходные, ямные)
Изоляционные |
Плиты ШВП-350 |
1300 |
слои стен и сводов |
Войлок МКРВ-200 |
|
Рабочий слой стен |
1200-1300 |
|
и сводов |
или плиты ШВП-350 |
|
То же |
Плиты ШВП-350 |
До 1000 |
|
Плиты ШВП-350, |
1200-1300 |
|
войлок МКРВ-200 |
|
Электрические печи сопротивления для |
Рабочий слой стен |
Плиты ШВП-350, |
1300 |
термообработки изделий (печи СДО с |
и сводов (съемная |
войлок МКРВ-200 |
|
выкатным подом, шахтные типа СШО) |
крышка) |
Плиты ШВП-350 |
|
Туннельные печи для обжига: |
Стены, свод |
1200 |
|
строительного кирпича, керамических |
|
|
|
дренажных труб, фарфора и др. |
|
То же |
|
Конвейерные печи для эмалирования |
То же |
1150 |
|
Паровые и водогрейные котлы средней |
— |
Плита ШВП-350, |
800 |
производительности |
|
войлок МКРВ-200 |
|
Керамическое волокно может выдерживать скорости газов у поверхности до 15 м/с. Волокно, защищенное кремнеземистым цементом с образованием жесткой корки тол щиной 0,25-0,5 мм, может работать при скорости газа до 35 м/с.
Волокнистая футеровка должна быть защищена от механических ударов путем уст ройства опорных поясов, колонн, дополнительных опор из огнеупорного бетона или кладкой из огнеупорных кирпичей.
Основная проблема при эксплуатации волокнистых футеровок — это уменьшение объема из-за усадки, которая обусловлена процессами рекристаллизации и спекания, а также ростом кристаллов при высоких температурах. Принимаются разные меры по повышению стойкости футеровок, среди которых можно выделить:
1)широкое применение волокон с более высоким содержанием А120 3 (муллитовых, глиноземистых);
2)применение передовой технологии при выполнении футеровки, позволяющей конструктивными мерами свести усадку к минимуму путем создания модулей, торк ретирования поверхности и др.
Одной из сложных проблем эксплуатации продолжает оставаться крепление волок нистых материалов — изоляции к кожуху печи. Перспективным является штабелиро вание волокнистых материалов или изготовление модулей. В этом случае монтаж ве дут модулями, склеиваемыми между собой. Такой метод обеспечивает монтаж футе ровки, стойкой к потоку газа со скоростью до 150 м/с.
|
|
|
Т а б л и ц а 1.15 |
|
Сравнение теплотехнических свойств футеровок различных конструкций |
||||
при одинаковых температурах наружной и внутренней поверхностей |
||||
Показатель |
Вариант футеровки (рис. П.УШ.5) |
|
||
а |
б |
в |
||
|
||||
Потери тепла, кДж/(м2 с) |
5,33 |
5,33 |
6,13 |
|
Аккумуляция тепла, МДж/м3 |
20,6 |
62,5 |
55, |
|
Плотность футеровки, кг/м3 |
36 |
115 |
550 |
|
темы каолиновое волокно-минеральная вата — |
14 кг. Материалоемкость конструк |
ции резко снижается.
Эффективность применения волокнистых материалов проявляется в снижении мас сы футеровки в 9-12 раз и количества тепла, аккумулируемого кладкой, в 10-11 раз.
Замена огнеупорного кирпича волокнистой изоляцией дает ежегодную экономию топлива в печах непрерывного и периодического действия на 12-14 и 33-40 % соот
ветственно. При этом повышается производительность печей за счет увеличения объема садки и сокращения общего цикла обработки.
Опыт изготовления, монтажа и эксплуатации печей показал, что применение новых конструкций позволяет:
-сократить трудовые затраты на монтаже в 2-3 раза, а при переходе на панельные конструкции — в 10-12 раз;
-сократить расход огнеупоров в 10-12 раз и массу металлокаркасов печей на 15-
20%;
-сократить расход топлива и электроэнергии в печах периодического действия на
25-30 %;
-повысить производительность тепловых агрегатов периодического действия на 15-
20% благодаря более быстрому разогреву и охлаждению, а также увеличению рабо
чего пространства.
Глава 2.
ПРИМЕНЕНИЕ НЕФОРМОВАННЫХ ОГНЕУПОРОВ В КОКСОВЫХ ПЕЧАХ
Кладку коксовых батарей можно разделить на 5 укрупненных конструктивных эле ментов — зон (рис. 2.1): регенераторы, корнюрная зона, обогревательные простенки, перекрытие обогревательных простенков, перекрытие печи.
Для кладки коксовых печей применяют в основном динасовые огнеупоры. В от дельных элементах кладки коксовых печей используют шамотные огнеупоры. При кладке динасовых и шамотных изделий применяют соответствующие мертели. Ха рактеристика динасовых и шамотных мертелей по ТУ 1521-006-00188162-96 приве дена в табл. 2.1. Для получения оптимального зернового состава кварцита, боя дина совых изделий и глины требуется их раздельный помол; содержание фракций мельче 0,09 мм в кварците — 50-55 %, в динасовом бое — около 15 %.
Традиционно фасонным шамотным огнеупором футеруют двери коксовых печей. В последнее время получила распространение блочная футеровка дверей различной кон фигурации, выполненная из огнеупорного или жаростойкого бетона (неармированного или армированного металлом). Шамотным радиальным кирпичом выкладывают
Мертели огнеупорные динасовые н шамотные |
Т а б л и ц а 2.1 |
||
|
|||
для коксовых печей по ТУ 1521-006-00188162-96 |
|
||
Наименование показателя |
Нормадля марки |
||
мдк |
мшк |
||
|
|||
Массовая доля, %: |
90 |
— |
|
ЗЮ2, не менее |
|||
АЬОз, не менее |
3,5-5,0 |
28 |
|
№ 2СОз, в пределах |
0,10-0,15 |
0,12-0,18 |
|
лигносульфонатов (ЛСТ), в пределах |
Отсутствуют |
0,07-0,13 |
|
Огнеупорность, °С, не ниже |
1610 |
1650 |
|
Массовая доля влаги, %, не более |
5 |
5 |
|
Изменение массы при прокаливании, %, не более |
2 |
1,3-3,0 |
|
Плотность, г/см3, в пределах |
2,54-2,58 |
— |
|
Кладочные свойства — толщина шва при |
3-5 |
— |
|
растекаемости раствора мертеля 105-110 мм, мм, |
|
|
|
в пределах |
Факультативно |
|
|
Предел прочности при изгибе, Н/мМ2, не менее |
— |
||
Зерновой состав, %: |
|
|
|
проход через сетку: |
100 |
100 |
|
№ 2, не менее |
|||
Кг 1, не менее |
97 |
— |
|
№ 05, в пределах |
— |
60-94 |
|
№ 02, в пределах |
65-80 |
— |
|
№ 009, в пределах |
45-65 |
— |
Верх печей
Свод камеры
Под камеры
-^П од регенератора
рис. 2Л. Пояса (1-15) и зоны (1-У) кладки коксовых печей с нижним подводом газов (комбинирован ный обогрев) и воздуха: /-регенераторы; II-корнюрная зона; III-обогревательные простенки; IУ — перекрытие обогревательных простенков; V— перекрытие печи