книги / Неформованные огнеупоры. Свойства и применение неформованных огнеупоров Сост. И. Д. Кащеев [ др.]; Под ред. И. Д. Кащеева
.pdf
Рис. 6.29. Электропечь для плавки оловян ных концентратов: 1— шамотные изделия; 2— углеродистые блоки; 3— динасовые из делия
Ниже показано применение неформованных огнеупоров в печах для производства олова.
В отражательных печах для плавки оловянных концентратов футеровка лещади со стоит из слоев шамотных и периклазовых изделий и наварного слоя толщиной 100 мм из периклазового порошка. Применяют схему кладки лещади, при которой периклазовый порошок набивают между слоем шамотных и периклазовых изделий.
Для защиты футеровки стен отражательных печей применяют огнеупорные обмаз ки следующего состава: 70 % порошка спеченного периклаза, 20 % огнеупорной гли ны и 10 % воды. Обмазки наносят во время ремонта печи.
В электропечах для плавки оловянных концентратов подина состоит из слоя шамот ных изделий и слоя углеродистых блоков (рабочая поверхность). Между слоями наби вают шамотный порошок.
6.5. Печи и установки для производства алюминия
Для производства глинозема применяют вращающиеся печи. Вращающаяся печь для производства глинозема показана на рис. 6.30.
Печи используют для кальцинации и спекания. Печи для кальцинации имеют длину от 35 до 110 м, диаметр от 3 до 4,5 м; печи для спекания — длину от 50 до 185 м, диаметр от 3 до 5 м.
Металлический алюминий получают в электролизерах. Электролизер с боковым токопроводом (БТ) показан на рис. 6.31.
Для очистки и усреднения алюминия используют электрические отражательные печи. Схема устройства электрической отражательной печи показана на рис. 6.32.
Для получения алюминия высокой чистоты используют электролизеры для рафини рования алюминия. Конструкция электролизера для электролитического рафинирова ния алюминия показана на рис. 6.33.
Рис. 6.30. Общий вид вращающейся печи: 1 — металлический барабан; 2 — опорный бандаж; 3 — футеровка; 4 — топочная камера; 5 — топливосжигающие устройства; б — разгрузочная течка; 7— газоотводящая камера; 8 — загрузочное устройство; 9 — теплообменное устройство
Рис. 6.31. Электролизер БТ (поперечный разрез): 1— бункера для глинозема; 2 — анод; 3 — борто вой фланцевый лист; 4 — шамотная засыпка; 5 — бортовая угольная футеровка; 6 — бровка; 7 — шамотный кирпич; 8 — катодный кожух; 9 — кирпичная кладка; 10 — угольная “подушка”; 11 — стальные катодные стержни; 12 — угольные подовые блоки; 13 — окна для катодных стержней
ные из бетонов алюмосиликатного состава на связках из глиноземистого и высокопганоземистого цемента, а также низко- и бесцементные бетоны и массы. Стойкость фу теровки из бетонов за счет отсутствия швов повышается примерно в 1,3-1,5 раза, тру доемкость изготовления футеровки снижается в 3-3,5 раза.
В электролизерах для получения металлического алюминия футеровка состоит из шамотного, теплоизоляционного диатомитового и (реже) шамотного легковесного кирпича и волокнистых материалов. Для изготовления цоколя применяют блоки, из готовленные из огнеупорного бетона, или крупные кирпичные блоки. Огнеупорный бетон используют также при кладке “бровки”, т.е. шамотной кладки вдоль стенок ко жуха, состоящей по высоте из 4-5 рядов кирпича, а по ширине — из 1,5-2 рядов.
Наиболее распространены сборно-блочные подины электролизеров из обожженных подовых катодных блоков с набивными межблочными швами.
Подовые секции устанавливают на расстоянии 20-50 мм друг от друга; в простран ство между ними набивают подовую массу, которая при обжиге подины коксуется, образуя подовый шов. Число рядов блоков (секций) зависит от ширины и длины шах ты ванны. Применяют несколько способов установки: монолитные (длина блока рав на ширине ванны); двухсекционные (длина блоков разная, и они установлены в ванне в шахматном порядке, что делает подину более прочной, — основная конструкция, используемая в отечественной практике); многосекционные (не более четырех бло ков). Между бортовой футеровкой и подовыми блоками набивают периферийный шов шириной до 300 мм (рис. 6.34).
В связи с большим ассортиментом выпускаемых подовых блоков производят раз личные подовые массы для заделки межблочных и периферийных швов: теплопро водные, электропроводные, горяченабивные, хододнонабивные, самоотверждающиеся и другие. Каждая из них предназначена для конкретных типов блоков и способов их монтажа в подине электролизера.
К холоднонабивным подовым углеродным массам для заделки межблочных и пери ферийных швов предъявляют жесткие требования, связанные с тем, что в наиболее рас пространенной конструкции катодного устройства швы, заполненные подовой массой, являются наиболее слабым местом. Массы должны обеспечивать пластичность (уплотняемость) при комнатной температуре; устойчивость крастрескиванию в условиях рез кого изменения температуры; минимальные изменения объема при обжиге; высокую прочность и абразивную стойкость в обожженном состоянии; стойкость к воздействию криолито-глиноземистого расплава; однородность свойств массы и блоков.
Рис. 6.34. Конструкции периферийного шва: 1 — подо вые блоки; 2 — бортовая футеровка; 3 — бортовая тепло изоляция; 4 — набивные швы; 5 — бровка
В качестве заполнителя в подовых массах используют прокаленный антрацит, элек трографит, прокаленный нефтяной и пековый коксы, графит, в качестве связующего
— каменноугольное, нефтяное связующее или синтетическую смолу. Свойства холод нонабивной подовой антрацитовой массы ХНПМ, выпускаемой Челябинским и Но вокузнецким заводами по ТУ 48-12-25-90, приведены ниже:
Предел прочности при сжатии, МПа, не менее...................... |
23,6 |
Открытая пористость, %, не более........................................... |
22 |
Содержание крошки (< 20 мм), %, не более............................ |
15 |
Кажущаяся плотность, кг/м3, не менее.................................... |
1600 |
Свойства холоднонабивной массы МУПХ, разработанной на КрАЗе, в сравнении с зарубежными аналогами приведены в табл. 6.1.
Широко применяемый для теплоизоляции электролизеров диатомит в виде изделий обычного размера, обладая хорошей теплоизоляционной способностью, имеет низ кую температуру службы. Кроме того, его теплоизолирующие свойства в процессе эксплуатации ухудшаются (за 3 года эксплуатации теплопроводность диатомита в футеровке возрастает в 4-5 раз). Взаимодействие шамотного кирпича с расплавом электролита приводит к увеличению его размеров и возрастанию напряжений в катод ном устройстве.
Для предотвращения старения теплоизоляции, увеличения срока службы электроли зеров и уменьшения тепловых потерь эффективно использование вместо диатомитовых и шамотных изделий огнеупорных бетонов и крупных блоков из них на основе вермику лита, засыпок, бетонов и изделий на основе талько-хлоритовых сланцев и шунгитов. Вермикулит во вспученном состоянии имеет плотность от 80 до 150 г/см3, температуру службы до 1150 °С, т.е. его можно использовать в первом слое изоляции, непосред ственно примыкающем к катодам. Низкая смачиваемость вермикулита алюминием обес-
Т а б л и ц а 6.1
Свойства холоднонабивной подовой массы МУПХ в сравнении с зарубежными аналогами
Марка массы
МУПХ1
СагЬопе Заусме1 Е1кет СагЬоп2
Кажущаяся |
прочностиПредел при сжатии,МПа |
Пористость, |
расширениеОбъемное обжиге,при % |
электрическоеУдельное сопротивление,мкОм-м |
||
необожженной |
обожженной |
общая |
открытая |
|||
плотность, г/см3 |
|
% |
|
|
||
1,54 |
1,41 |
22,5 |
22,5 |
18,0 |
1,5 |
74,0 |
1,51 |
1,36 |
12,0 |
26,0 |
20,0 |
1,2 |
60,0 |
1,60 |
1,42 |
17,0 |
— |
20,0 |
0,15 |
70,0 |
Теплопроводность, |
Вт/(мК) |
|
1 |
Содержаниезолы, % |
|
|
$ |
|
|
1
1
2,5 8,5 3,4 8,0
2,5 10,7 3,9 4,5
— 10,0 4,0 5,0
Р-12 8СЬ СагЬоп Сгоир3 1,63 1,35 5,0 — 36,0 — |
— |
11,0 11,0 — 0,5 |
1Испытания масс поведены на КрАЗе по российским стандартам.
2Фирмы “Е1кет СагЬоп Ыопуау”.
3Фирмы 448СЬ СагЬоп Сгоир”.
печивает высокую химическую стойкость. Керамовермикулитовые крупные изделия различной конфигурации для изоляции ванн электролизеров выпускают по ТУ 21-129— 88. Лучшие показатели изделий марки 500: плотность 451-500 кг/м3, предел прочности при сжатии не менее 0,8 МПа, теплопроводность при 500 °С 0,165 Вт/(м*К), максималь ная температура службы 1050 °С.
Для получения максимальной стойкости изоляции ванн электролизеров из вермику литсодержащего бетона рекомендуют использовать обогащенный особочистый вер микулит плотностью 100-110 г/см3.
Вермикулитозолобетонные блоки, изготовленные из огнеупорного бетона на основе вспученного вермикулита на портландцементе с золо-шлаковой смесью в качестве тонкомолотой добавки, рекомендуют в качестве замены шамотного кирпича для футе ровки катодного кожуха. Свойства вермикулитозолобетона приведены в табл. 6.2. Рас ход материалов на 1 м3 бетона состава 1: портландцемента 320 кг, вермикулита 155/ 1038 кг/л, ЗШС 96 кг, воды 518 л; состава 2: портландцемента 264 кг, вермикулита 174/ 1160 кг/л, ЗШС 79 кг, воды 512 л.
Использование шунгитовых углеродсодержащих пород в виде засыпок в футеровке катодного устройства обусловлено их высокой коррозионной стойкостью при воздей ствии криолито-глиноземистого расплава и алюминия и высокой стойкостью к про никновению в них натрия.
При замене угольной подушки и одного или двух рядов шамотных, кирпичей засып кой из шунгитовой крупки (рис. 6.35) тепловое сопротивление футеровки увеличива ется почти в 2 раза, температура днища снижается на 20-40 °С, срок службы электро лизера повышается на 4-12 мес.
Шунгитовые и шунгизитовые породы используются также в качестве заполнителей легковесных теплоизоляционных бетонов на портландцементе и высокоглиноземис том цементе. Бетоны и изготовленные из них крупногабаритные блоки применяют для футеровки железобетонных днищ и верхней части цоколя с целью повышения монолитности и стойкости катодного цоколя.
Свойства вермикулитозолобетона |
Т а б л и ц а 6.2 |
||
|
|||
Показатели |
Вермикулитозолобетон состава |
||
1 |
2 |
||
|
|||
Плотность, кг/м3 |
600 |
540 |
|
Предел прочности при сжатии, МПа: |
1,66 |
0,80 |
|
после тепловлажностной обработки и сушки |
|||
после 28 сут |
1,86 |
0,83 |
|
Остаточная прочность после нагрева при 800 °С, % |
36,9 |
31,2 |
|
Деформация под нагрузкой после нагрева |
3,6 |
— |
|
Потери массы после 60 воздушных теплосмен, % |
19,8 |
15,3 |
|
Усадка после нагрева, %: |
2,73 |
2,12 |
|
при 800 °С |
|||
при 1000 С |
2,94 |
2,78 |
|
Теплопроводность при 25 °С, Вт/(м*°С) |
0,134 |
0,120 |
|
Рис. 6.35. Катодное устройство промышленно го, электролизера с шунгитовым материалом: 1
— теплоизоляция; 2 — катодный кожух; 3 — боковой блок; 4 — подовая масса; 5 — подовый блок; б — блюмс; 7— шунгит
При обжиге природных талько-хлоритовых сланцев образуется материал со следу ющими свойствами (обжиг при 900-1000 °С): открытая пористость 25 %, предел проч ности при сжатии 160 МПа, теплопроводность 0,8 Вт/(м*К), термостойкость при на греве до 700 °С и водяном охлаждении 12-31 теплосмена, при нагреве до 900 °С 8-13 теплосмен (выше термостойкости шамота); коррозионная стойкость обожженных слан цев зависит от температуры их термообработки (сланцы, обожженные при 900 и 1200 °С, по скорости коррозии в электролите близки к плавленому корунду, при 1000— 1100 °С — к форстериту и плавленому бадделеиту, при 1300 °С коррозионная стой кость сланцев сравнима со стойкостью периклазового огнеупора). Применение засыпки из сланцев вместо верхних рядов шамотных изделий в футеровке цоколя ванны (рис. 6.36, а) и вместо нижних рядов диатомитовых кирпичей и боковой засыпки из
глинозема (рис. 6.36, б) приводит к прогрессирующему в процессе службы снижению температуры под засыпкой по сравнению с шамотной футеровкой.
Для футеровки электролизеров рафинирования алюминия применяются магнезиаль ные бетонные блоки массой до 1500 кг на основе спеченного периклазового порошка и водного раствора полифосфата натрия следующего состава, %: спеченный перикпазовый порошок фракции мелие 1,0 мм 62,5, отходы корунда фракции мельче 1,0 мм 10, глиноземистый цемент 10, раствор полифосфата натрия плотностью 1,35 г/см3 17, бор ная кислота 0,5. Блоки обладают достаточной механической прочностью (о^ после об жига при 800 °С 15,6 МПа), открытая пористость блоков после сушки 20-21 %, термо-
1
Рис. 636. Схема футеровки катодного устройства электролизеров с применением талько-хпорито- вых сланцев: 1— катод; 2 — подовая масса; 3 — боковой угольный блок; 4 (рисунок а) — боковая засыпка из глинозема; 4 (рисунок 6) — боковая засыпка из сланцев; 5 — шамот; б — диатомит; 7
— талько-хлоритовые сланцы; 8 — блюмс; 9 — шамотная крупка; 10 — угольная подушка
Рис. 6.37. Схема футеровки ванны отражательной печи: 1 — рабочий слой; 2 —засыпка; 3 — легковес ная изоляция
стойкость (1300 °С — вода) 25-30 теплосмен. Блоки устойчивы кхлоридно-фторидным расплавам, алюминию и медно-алюминиевому сплаву.
В отражательных печах для плавки и выдержки алюминия и алюминиевых сплавов для футеровки применяют динасовые, шамотные, высокоппиноземистые и периклазовые огнеупоры. Теплоизоляционные слои выполняют из шамотного легковесного, диатомитового кирпича или волокнистых муллитокремнеземистых материалов (ру лонный материал МКРР-130, войлок МКРВ-200, плиты МКРП-340). Засыпку между рабочим и промежуточным (или теплоизоляционным) слоями выполняют из шамот ной или периклазовой крошки. Толщина засыпки от 60 до 150 мм (рис. 6.37).
Горелки изготавливают из огнеупорного бетона шамотномагнезиального состава, за полнителем которого служат шамотные порошки фракции 5-10 мм, а связкой — периклазовый тонкомолотый порошок с жидким стеклом и кремнефтористым натрием; летки выкладывают цирконовыми фасонными изделиями марки ЦА-1 по ТУ 14-8-41-72.
Для повышения металлоустойчивости, снижения пористости и смачиваемости рас плавленным алюминием шамотную футеровку ванны печи пропитывают флюсом, содержащим 23-25 % Ыа3А1Рб и 20-27 % В20 3 (остальное — каС1). Флюс или рас
плавляют и заливают в ванну печи, или наносят в смеси с огнеупорной глиной на футеровку и нагревают печь до 900-950 °С.
Наибольшему износу и пропитке алюминием подвергается подина печей (при ее ремонте безвозвратно теряется 150-200 кг металла на 1 м2 футеровки подины). Про питанная металлом подина представляет собой монолит, трудно удаляемый при де монтаже.
Для предотвращения пропитки подины металлом до каркаса и выполнения замены рабочего слоя подины без полной разборки кладки остальных элементов конструкции печи рекомендуют изоляцию рабочего слоя подины от выстилки, состоящую из огне упорного бетона и трех слоев стеклоткани, пропитанной глиноземистым раствором.
Для защиты шамотной футеровки печи от воздействия расплавленного металла при меняют обмазки различного состава. Высокой химической стойкостью к алюминие вым сплавам и шлакам отличается обмазка, применяемая для защиты подины на АО “Каменск-Уральский металлургический завод”. Состав обмазки, %: плавиковый шпат
48-88, огнеупорная глина 3-13, гексаметафосфат натрия 4-18, вода 5-24. Обмазка имеет следующие свойства: открытая пористость 25 %, кажущаяся плотность 1,70— 1,84 г/см3, термостойкость (1300 °С — воздух) 20 теплосмен, предел прочности при сжатии 25 МПа, скорость “зарастания” в контакте с расплавом 0,02 мм/ч. Обмазка обладает хорошей адгезией к шамотным огнеупорам.
Для защиты стен и свода на них наносят корундовые и глиноземистые обмазки с более высокой температурой (1400 °С) применения. Для повышения стойкости футе
ровки отражательных печей, уменьшения потерь металла в кладку и загрязнения ме талла продуктами реакции металл — огнеупор, облегчения и ускорения футеровочных работ рекомендуются расширение применения легковесных огнеупорных изде лий из бетонов для футеровки изоляционных и защитных слоев, а также для футеров ки рабочих слоев свода и стен выше уровня металла; применение специальных проч ных мертелей на фосфатном связующем для кладки изделий в ванне печи; примене ние вместо штучных изделий монолитных футеровок из огнеупорных бетонов и масс; применение стекловолокнистых материалов (рулона, войлока, изделий из них и плит) для теплоизоляционных слоев футеровки отражательной печи; применение пропитки и обмазки шамотной футеровки составами, повышающими ее металлоустойчивость, снижающими пористость и смачиваемость металлом.
6.6. Печи и установки для производства магния
Для обезвоживания карналлита на первой стадии применяют вращающиеся печи и печи кипящего слоя, на второй стадии — стационарные печи непрерывного действия
ихлораторы.
Вращающиеся печи для обезвоживания карналлита имеют длину 25-45 м и диаметр
2,3-3 м. Температура топочных газов, поступающих в печь, 500-600 °С. Печь кипяще го слоя для обезвоживания карналлита показана на рис. 6.38.
Стационарная печь непрерывного действия для обезвоживания карналлита состоит из электропечи и двух электрообогреваемых миксеров (рис. 6.39). Температура в печи 480-520 °С.
Хлоратор для обезвоживания карналлита показан на рис. 6.40. Хлоратор состоит из плавильника, двух хлораторных камер и копильника.
Для обезвоживания бишофита применяют вращающиеся печи, аналогичные печам для обезвоживания карналлита, и шахтные электрические печи цилиндрической формы.
Шахтная электрическая печь для обезвоживания бишофита показана на рис. 6.41. Магний получают электролитическим путем в электролизерах или термическим пу
тем в ретортных печах.
Рис. 638. Печь для обезвоживания карналлита в кипящем слое: 1 — подина; 2 — перегородки с отверстиями для перетока; 3 — газоотборные патрубки; 4 — стальной кожух; 5 — перегородки ка мер; б — разгрузочное устройство; 7— ввод топочных газов