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

В зоне обжига, куда попадает нагретый воздух, происходит полное сгора'ние топлива и обжиг материалов при требуемых по технологии температурах.

Из зоны обжига газообразные продукты горения выходят в зону подогрева, проходят через загруженные в шахту материи» лы, подогревают их и при температуре 200—400° С удаляются из печи в атмосферу.

Топливом для шахтных печей служит природный газ, мазут и твердое топливо: кокс, антрацит и каменный уголь. Кокс и антра­ цит загружают вместе с обжигаемым материалом. Каменный уголь сжигают в специальных выносных топках, располагае­ мых вне рабочего пространст­ ва шахтной печи.

Шахтные печи используют для обжига гипса, цемента, шамота и ряда других матери­ алов, но чаще для обжига мине­ рального сырья на известь. Сырьем для производства из­ вести являются: чистые изве­ стняки, мел, известняк-раку­ шечник и другие породы, со­ стоящие в основном из углеки­ слого кальция СаС03.

В зоне подогрева из сырья, загружаемого в печь, удаляет­ ся влага и при температуре 1100—1200° С (зона обжига) происходит разложение извест­

ся основной реакцией при про­ изводстве извести-кипелки, ко­ торая после гашения водой превращается в гашеную из­ весть-пушонку Са(ОН)2, кото­ рую используют для при-

Рис. 92. Шахтная пересыпная известе­ обжигательная печь

12 — распределительный конус; 13 — вращ а­ ющаяся чаша; 14 — бункер; 15 — затворы; 16 — разгрузочный рукав; 17 — привод за ­ творов; 18— конвейер

217

готовления растворов для кирпичной и других видов кладки штукатурки, побелок и т. п.

На рис. 92 показана шахтная пересыпная печь для обжига извести, работающая на коксе, загружаемом вместе с сырьем. Футеровка зоны охлаждения из шамотного кирпича, но может быть выполнена и из жаростойкого бетона, зона обжига — из хромомагнезитового или многошамотного кирпича с повышен­ ной механической прочностью (доменный кирпич). Зону подо­ грева футеруют шамотным кирпичом повышенной прочности, а верхнюю часть этой зоны выполняют из чугунных плит. Ос­ нованием печи служит железобетонный фундамент (нижняя плита, колонны и обвязочные балки), поверх которого смонти­ рован кожух из листового металла. Применение чугунных плит и футеровки шахты из особо прочных огнеупоров (предел проч­ ности при сжатии 300—800 кгс/см2) объясняется механическими воздействиями на футеровку кусков шихты, опускающейся свер­ ху вниз и истирающей ее, а также ударами кусков шихты о фу­ теровку при загрузке. Зазор между футеровкой и кожухом за­ полняется теплоизоляционным материалом. Подача материалов, известняка и топлива в печь в принципе не отличается от про­ цесса загрузки шихты в доменную печь.

Для отвода продуктов горения из печи в верхней части зоны подогрева имеются два дымохода.

Удаление из шахты готовой продукции производится с по­ мощью специального устройства, состоящего из вращающейся чаши, имеющей в центре отверстия, а по периферии скребки. Во время вращения чаши скребки направляют известь к отвер­ стию, через которое она и ссыпается по трубе, вставленной в это отверстие и вращающейся вместе с чашей. Из трубы известь попадает на разгрузочный стол, с которого скребками, прикре­ пленными к трубе, сбрасывается в бункер, откуда поступает в трехшлюзовой барабанный затвор, расположенный внизу бун­ кера. При повороте барабанного затвора на 180° известь через отводящие рукава удаляется из печи.

ного кирпича, называемое керном. В керне по его периферии расположены газовые горелки, к которым подводится газ. Уст­ ройство керна в центре печи обусловливается необходимостью равномерного прогревания шихты по всему сечению шахты. При установке горелок по диаметру печи снаружи обеспечить это практически невозможно.

§ 27. ВРАЩАЮ ЩИЕСЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ПЕЧИ

Вращающаяся цилиндрическая печь представляет собой по­ лый стальной цилиндр, футерованный внутри огнеупорными из­ делиями и вращающийся вокруг своей оси (рис. 93). Цилиндр

218

несколько наклонен к горизонтали и поэтому материалы, загру­ жаемые в него, пересыпаются при его вращении и передвигают­ ся от высокого конца к низкому, навстречу продуктам сгорания топлива, сжигаемого в горелках, установленных в нижнем торце барабана.

Небольшие вращающиеся печи применяют для производства керамзита (вспученных глин), а также для обжига извести и гипса. В более крупных вращающихся печах выполняют обжиг каустического и металлургического магнезита и шамота. Наи­ большее распространение вращающиеся печи получили при про­ изводстве цементного клинкера, являющегося исходным мате­ риалом при производстве цемента.

Основным сырьем для получения цементного клинкера, а сле­ довательно и цемента, являются известняки, глины и известня­ ковые мергели. Поступающее на завод сырье дробится, дозиру­ ется и направляется в резервуары, оборудованные особыми уст­ ройствами для перемешивания массы, куда подается также большое количество воды. В процессе перемешивания сырья с водой образуется сметанообразная масса, называемая шламом, который после дополнительного измельчения на специальных мельницах подается в шлам-бассейн — в резервуары больших размеров, оборудованные мешалками. После выдержки в них в течение нескольких суток шлам по системе трубопроводов по­ ступает в распределительные баки, оттуда — во вращающиеся печи на обжиг. Влажность шлама в среднем составляет 33— 38%, но может колебаться и в более широких пределах в зави­ симости от видов сырья.

Печь по длине условно разбита на ряд зон, в каждой из ко­ торых сырьевая смесь (шлам), поступающая в печь, по мере продвижения от верхнего, холодного, к нижнему, горячему, кон­ цу печи проходит следующие стадии:

1 ) в зоне подсушки происходит испарение свободной влаги.

слоем шлака и подвергается истирающему действию обжигае­ мого материала;

2 ) в зоне подогрева происходит выгорание органических ве­ ществ и удаление химически связанной воды из составляющих глины. Температура газов в начале зоны 1250° С, в конце 1100° С, обжигаемого материала соответственно 500 и 250° С, рабочей поверхности футеровки 920 и 80° С. Футеровка подвергается ис­ тирающему действию гранулированного порошкообразного ма­ териала;

3) в зоне кальцинирования протекают основные реакции разложения СаС03 на СаО и СОг. Температура газов в начале зоны 1600° С, в конце 1250° С, обжигаемого материала соответ­ ственно 900 и 500° С, рабочей поверхности футеровки 1320

220

и 920° С. Футеровка подвергается истирающему действию грану­ лированного материала;

4) в зоне экзотермических реакций преобладают основные

клинкере составляет 50—65%, и ЗСа0-А120 3 (10—15%). Темпе­ ратура газов в зоне 1600° С, обжигаемого материала в начале зоны 900° С, в конце 1400° С, рабочей поверхности футеровки со­ ответственно 1400 и 1320° С. На футеровку воздействует клин­ кер в жидкой фазе. На поверхности футеровки образуется за­ щитная обмазка (гарнисаж);

5) в зоне спекания происходит спекание с частичным плавлением материала и усиленно протекают реакции (перечислен­ ные в п. 4). Температура газа в зоне 1600° С, обжигаемого ма­ териала 1400° С, рабочей поверхности футеровки в начале зоны 1450° С, в конце 1400° С. На футеровку воздействует жидкая фа­ за клинкера, образуя на ее поверхности защитную обмазку;

6 ) в зоне охлаждения готовый продукт — клинкер остывает до 1000—1100° С. Футеровка подвергается истиранию раскален­ ными твердыми кусками клинкера и резкому охлаждению хо­ лодным воздухом.

ся на склад, где и хранится до помола. При помоле в специаль­ ных мельницах к клинкеру добавляют до 1—3% гипсового кам­ ня CaS0 4 -2 H20 для замедления схватывания цемента и до 15%

мент выдерживают в емкостях (силосах) в течение 15—20 су­ ток, что обеспечивает достижение стандартных сроков схваты­ вания, а затем упаковывают в тару и направляют потребителям.

Корпус печей сваривается из листовой стали толщиной 50— 60 мм. Для облегчения монтажа корпус печи вначале собирает­ ся в виде отдельных обечаек (царг), которые устанавливают на опоры и потом соединяют друг с другом (сваривают). К корпу­ су печи крепятся 7—9 бандажей из стального обработанного литья, которыми печь опирается на опорные ролики, установлен­ ные под углом 4° к горизонту. Подшипники опорных роликов устанавливают на металлических рамах, связанных с железобе­ тонными фундаментами печи анкерными болтами.

На средней опоре устанавливают контрольные ролики, кото­ рые начинают вращаться (что служит сигналом о ненормаль­ ной работе установки) только в том случае, если происходит смещение корпуса вдоль оси печи. Вблизи этой опоры располо­ жен и зубчатый венец (ведущая шестерня), с помощью которой печь через редуктор электродвигателя приводится во вращение.

Питание печи шламом осуществляется через верхний конец

221

печи по течке от ковшового питателя. Топливом для вращаю­ щихся печей служат газ, мазут и угольная пыль. Печи для по­ лучения цементного клинкера, как правило, отапливают уголь­ ной пылью, подаваемой с нижней торцовой стороны печи с по­ мощью пылеугольных горелок. Горелки представляют собой две трубы — одна внутри другой, причем по внутренней трубе по­ даются угольная пыль и первичный воздух (15—30% от обще­ го его расхода) и по кольцевому каналу между двух труб — вто­ ричный воздух (85—70%). Продукты горения и газы удаляются из печи через пылеуловительные камеры в дымовую трубу. Пылеуловительные камеры с электрофильтрами, в которых проис­ ходит осаждение цементной пыли, уносимой из печи продуктами горения, соединяются с верхним концом печи с помощью уплот­ нителей, предотвращающих подсос наружного воздуха.

В «холодном» конце печи к корпусу крепят цепи, увеличива­ ющие теплообменную поверхность зоны в 7—5 раза. Длина цеп­ ной зоны 12— 2 2 м.

Об эффективности работы вращающихся печей судят по удельному объему клинкера, т. е. по годовой производительно­ сти, отнесенной к 1 м2 рабочей поверхности футеровки, по теп­ ловой мощности и тепловому напряжению зоны горения.

При нормальных условиях работы тепловые напряжения в зоне горения составляют около 350 000 Вт/м3 [300 000 ккал/м3'Х

Для высокопроизводительной работы вращающихся печей большое значение имеет подбор огнеупоров и тщательное выпол­ нение ее футеровки. Футеровка печей обеспечивает предохране­ ние корпуса от действия высоких температур, уменьшение теп­ ловых потерь наружной поверхности печи и передачу тепла об­ жигаемому материалу.

В связи с этим футеровочные материалы вращающихся пе­ чей должны обладать высокой прочностью и твердостью, необ­ ходимой огнеупорностью, устойчивостью против химического воздействия обжигаемого материала, термической стойкостью

вусловиях резких колебаний температур и теплопроводностью, обеспечивающей необходимую температуру на корпусе печи. Этим требованиям в большей степени удовлетворяют изделия, изготовленные специально для футеровки вращающихся печей,

втом числе: шамотные марки «Ц» — клин торцевой: Ц-1; Ц-1А; Ц-2; Ц-3; клин ребровый: Ц-4, Ц-5 и Ц-6 ; многошамотные мар­ ки «ЦМ» — клин торцевой: ЦМ-1, ЦМ-ІА, ЦМ-2, ЦМ-3, ЦМ-4 и ЦМ-5; клин ребровый: ЦМ-6 , ЦМ-7, ЦМ-8 и ЦМ-9; хромомаг­ незитовые изделия обжиговые марки «ХМЦ» и безобжиговые марки «БМХЦ»; магнезито-хромитовые марки «МХЦ» и периклазошпинелидные марки «ПШЦ».

Хромомагнезитовые, магнезито-хромитовые и периклазошпинелидные огнеупорные изделия указанных выше марок выпуска­

222

ются в виде торцевого двустороннего клина 10 типоразмеров для печей различных диаметров и различных зон футеровки печей.

Футеровка вращающихся печей состоит из отдельных при­ мыкающих друг к другу участков, укладываемых на растворе и насухо (без раствора) с прокладкой между кирпичами метал­ лических пластин толщиной 1,25—2 мм. Футеровку ведут про­ дольными рядами с перевязкой поперечных швов смежных ря­ дов. Для перевязки поперечных швов используют специальные перевязочные кирпичи, которые кладут в начале и конце про­ дольного ряда данного участка. При кладке порогов футеровка выполняется кольцами.

Наиболее распространенными для обжига клинкера явля­ ются печи следующих размеров (в м): 3,6X150; 4,5X135; 4,5Х Х170 и 5X185 (первые цифры обозначают диаметр печи, вто­ рые— ее длину).

В последнее время в основном строят печи 4,5X170 и 5Х Х185 м с суточной производительностью до 2000 т клинкера. Разработан проект печи диаметром 7 м и длиной 230 м, произ­ водительностью 3000 т клинкера в сутки.

Футеровка современных вращающихся печей для обжига це­ ментного клинкера длиной 185 м выполняется следующим обра­ зом: (начиная от холодного конца) участок длиной 39,7 м —

3— 8 мм\ зона длиной 37,2 м — многошамот класса А с содержа­ нием AI2O3 не менее 8 %; зона длиной 44,8 м — многошамот с со­ держанием А120 3 не менее 39%; зона длиной 5,1 ж — высоко­ глиноземистый кирпич с содержанием AI2O3 не менее 62%; зо­ на длиной 2 0 ,2 м — магнезитохромитовый кирпич; зона длиной 2,3 м — высокоглиноземистый кирпич с содержанием А120 3 не менее 62% и зона длиной 3,6 м — многошамотный кирпич клас­ са А с содержанием А120 3 не менее 39Со­

вращающиеся печи для обжига других видов продукции (извести, шамота, магнезита) по принципу работы и основным конструктивным узлам практически мало отличаются от печей для обжига цементного клинкера. Особенностью является то, что печидля обжига шамота имеют специальный холодильник в виде вращающегося барабана, расположенного под печью (у нижнего конца печи), в котором остывает выгружаемый из печи обожженный шамот. В коротких печах для обжига клин­ кера подсушку, подогрев и кальцинирование сырья (с влажно­ стью 8—15%) производят на конвейерном кальцинаторе — дви­ жущейся решетке, а высокотемпературные процессы и спекание осуществляют в печи. Сырье подогревают на решетке отходя-

223

Щймй газами из вращающейся печи, причем газы могут дваж­ ды проходить через слой сырья; при этом теплообмен очень эф­ фективен, и процесс подготовки сырья на решетке происходит скорее, чем во вращающихся печах.

В последние годы в опытном порядке осуществляется футе­ ровка вращающихся печей из блоков жаростойкого бетона. Внедрение блочной футеровки этого вида печей позволяет меха­ низировать труд огнеупорщика и обеспечить выполнение работ

А с остатком на сите № 0,088 5—10%.

Кроме приведенных составов бетона блочная футеровка вы­ полнялась из других составов, причем опыт эксплуатации печей с блочной футеровкой показал, что наиболее перспективными являются бетоны на силикатных вяжущих (жидкое стекло) и фосфатной связке с высокоглиноземистыми заполнителями, так как они обладают хорошими термомеханическими свойствами и имеют довольно высокую температуру деформации под на­ грузкой при высокой механической прочности в нагретом со­ стоянии.

Размер блоков 700X892X1008X230 мм, масса около 500 кг. В печах диаметром 4 м таких блоков (на жаростойком раство­ ре) укладывается в одно кольцо 12 шт. Забивка замка произ­ водится штучными огнеупорными изделиями (рис. 94).

§ 28. СТЕКЛОВАРЕННЫЕ ПЕЧИ

Сырьем для получения стекла являются: кремнезем, борный и фосфорный ангидриды, амфотерная окись алюминия, окиси

224

свинца и цинка, окислы щелочных и щелочноземельных метал­ лов.

Кремнезем Si02 является основным и обязательным компо­ нентом большинства промышленных стекол, а различные добав­ ки к нему служат для придания стеклу требуемых свойств. Так, окислы щелочных металлов Na20 и К2О, добавляемые к крем­ незему, играют роль плавней, понижающих температуру его плавления и вязкость.

Для придания стеклу химической устойчивости в него вво­ дят окиси кальция СаО, магния MgO, бария ВаО, цинка ZnO и др. Окись алюминия А120 3 придает стеклу термическую и ме­ ханическую прочность.

Основными составляющими стекла являются Si02, CaO и

требуемого состава стекла н технологии его производства. Вар­ ка стекла заключается в превращении при высоких температу­ рах смеси сырых материалов (шихты) в стекломассу, пригод­ ную для изготовления из нее изделий.

Процесс производства стекла можно разделить на три ста­ дии:

1) стеклообразование, во время которого происходят хими­ ческие реакции между составляющими шихты и образование вязкой массы с большим выделением газов (С02, S 02, N 02), образующих в расплаве пузыри;

2)дегазация или осветление, когда происходит удаление из стекломассы газов (пузырей);

3)студка, т. е. снижение вязкости стекломассы до опреде­

ленной величины, требуемой при производстве изделий.

В связи с большой номенклатурой изделий из стекла (окон­ ного, зеркального, кварцевого оптического, полого, специально­ го, стекла для лабораторной посуды, термометров, электричес­ ких ламп и т. д.) изготовление его производят в различных по своей конструкции стекловаренных печах.

Основными видами стекловаренных печей в настоящее вре­ мя являются горшковые, в которых процессы стекловарения протекают последовательно во времени в одной и той же емко­ сти, и ванные печи непрерывного действия, в которых процессы варки происходят в отдельных частях печи по мере продвиже­ ния стекломассы из одной части печи в другую. Наибольшее применение в производстве стекла находят ванные печи непре­ рывного действия как более производительные, экономичные и механизированные. Горшковые печи применяются только при варке оптического, технического и других специальных видов стекла в небольших количествах.

На рис. 95 и 96 показана ванная стекловаренная печь для производства оконного стекла при помощи девяти машин вер-