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

ладание в полученном клинкере силикатов кальция. Содержание отдельных окислов в портландцементе колеблется в сравнительно ограниченных пределах, а именно (в %): СаО — 64—67; S i02 — 19—24; AI2O3—2 —6 ; MgO не более 4, 5 и SO3 не более 3. При помоле клинкера к нему добавляется не более 15% активной минеральной добавки.

Прочность образцов портландцемента в трехсуточном возра­ сте составляет примерно 50% и семисуточном 60—75% 28-суточ­ ной прочности. Портландцемент выпускается следующих марок: 200, 250, 300, 400, 450 и 500.

Пуццолановый портландцемент — гидравлическое вяжущее, получаемое совместным помолом клинкера портландцемента с активными минеральными добавками (обожженной глины, топ­ ливной золы и др.) не менее 25 и не более 40% массы цемента. Для регулирования сроков схватывания при помоле добавляется глина в количестве 2—3%. Пуццолановый цемент не имеет по­ стоянного химического состава, так как последний зависит от количества прибавляемых к клинкеру активных добавок. Проч­ ность в семисуточном возрасте пуццоланового цемента по отно­ шению к 28-суточному возрасту составляет 50—60% в зависимо­ сти от марки цемента. Промышленностью выпускается пуццола­ новый цемент пяти марок: 200, 250, 300, 400, 500.

Шлакопортландцемент — гидравлическое вяжущее, получае­ мое совместным помолом клинкера портландцемента с домен­ ными гранулированными шлаками (от 20 до 80%); для регули­ рования сроков схватывания при помоле добавляется глина в количестве 2—5% массы всей смеси. Прочность образца в семи­ суточном возрасте составляет 50—60% 28-суточного возраста. Промышленностью шлакопортландцемент выпускается шести марок: 150, 200, 250, 300. 400 и 500.

Т о н к о м о л о т ы е д о б а в к и (микрозаполнители) применя­ ются при изготовлении жаростойких бетонов, за исключением бетонов на глиноземистом и высокоглиноземистом цементах. Для бетонов на портландцементах применяется шамотная и по­ лукислая тонкомолотая добавка с содержанием свободного крем­ незема в аморфном состоянии, для высокоогнеупорных бето­ нов — хромитовая добавка. Тонкомолотая добавка всех видов должна полностью проходить через сито с отверстиями 0,15 мм.

Шамотные и полукислые тонкомолотые добавки с содержа­

помола обожженных до спекания шамотных и полукислых глин, а также лома шамотного кирпича, получаемого при разборке кладки промышленных печей.

Хромитовая тонкомолотая добавка готовится из хромитовой руды Кимперсайского месторождения с содержанием окиси хро­

40

ма в руде не менее 45%, кремнезема — не более 8%, окиси и за­ киси железа — не более 16% и окиси кальция — не более 1,5%.

Магнезитовая тонкомолотая добавка готовится из боя маг­ незитового кирпича или металлургического магнезита.

При изготовлении жаростойких кислотоупорных бетонов на жидком стекле в качестве тонкомолотой добавки используются базальт, андезит, диабаз и др., не содержащие свободного кри­ сталлического кремнезема и некарбонатные.

При изготовлении бетонов на гидравлических вяжущих, кро­ ме перечисленных выше, в качестве добавок применяются: лёсс (содержащий не менее 70% кремнезема, не более 5% окиси же- 'леза и не более 8% окиси кальция), лёссовидный суглинок (со­ держащий не менее 65% кремнезема, не более 8% окиси железа и 8% окиси кальция), получаемые из боя обыкновенного обож­ женного глиняного кирпича, топливных и гранулированных от­ вальных доменных шлаков.

Перечень материалов, из которых приготовляют з а п о л н и ­ тели, являющиеся основой каркаса или скелета жаростойких бетонов, велик. Заполнители в зависимости от величины зерен делятся на крупные, зерна которых имеют размер от 5 до 20 мм (щебень), и мелкие с размерами зерен от 0,15 до 5 мм (песок).

При подборе состава заполнителей необходимо стремиться к тому, чтобы их гранулометрический состав обеспечивал наибо­ лее плотную укладку зерен, т. е. чтобы объем межзернового пространства был минимальным.

Требования к физико-химическим свойствам и другим ха­ рактеристикам заполнителей предъявляются те же, что и к со­ ответствующим видам тонкомолотых добавок.

В качестве заполнителей для изготовления легких жаростой­ ких бетонов применяются керамзит, перлит и вермикулит.

К е р а м з и т (гравий и песок) представляет собой искусст­ венный пористый материал ячеистого строения, по форме на­ поминающий гравий, получаемый путем быстрого нагрева обыч­ ных красных глин до температуры их вспучивания (1100— 1300°С). Размеры зерен керамзита от 5 до 20 мм (гравий) и от 0,15 до 5 мм (песок). Объемная масса насыпного керамзита 600 кг/м3 (гравий) и от 400 до 1000 кг/м3 (песок). Содержание в керамзите, применяемом для изготовления жаростойких бето­ нов, свободной окиси кальция и окиси магния не допускается.

П е р л и т — вулканическое стекло, содержит до 72—76% крем­ незема. Для изготовления жаростойких легких бетонов применя­ ется вспученный перлит, т. е. обожженный при температуре 1000—1200° С. Объемная масса перлитового песка колеблется в пределах 100—400 кг/м3, щебня 450—500 кг/м3.

В е р м и к у л и т — минерал из группы гидрослюд. При мгно­ венном (5—10 сек) нагревании до температуры 800—900° С он увеличивается в объеме в 15—20 раз. Насыпная объемная мас­ са вспученного вермикулита составляет 70—200 кг/м3.

41

Составы жаростойких бетонов устанавливаются проектом и окончательно подбираются лабораторией в зависимости от свойств имеющихся составляющих. Приведем несколько соста­

360 кг, керамзит — 640 кг, шамот тонкомолотый — 640 кг, жидкое стекло — 500 кг, вермикулит вспученный — 300 кг, шамот тонко­

ния в виде водного раствора плотности 1,21 г/см3 (сверх 100%) • В последние годы большое распространение получают жаро­ стойкие б е т о н ы н а ф о с ф а т н ы х с в я з к а х . В качестве связ­ ки в них используют ортофосфорную кислоту или фосфаты, об­ разующие окислы с высокой температурой плавления. Наиболее распространены алюмофосфатные, алюмосиликофосфатные и алюмохромофосфатные связки, имеющие огнеупорность 1700— 1800° С; их применяют при изготовлении бетонов с алюмосили­ катными, высокоглиноземистыми, кремнеземистыми, магнезиаль­ ными и другими заполнителями. Достаточную для распалубливания прочность бетоны на алюмофосфатных и алюмосиликофосфатных связках приобретают при температуре 150—200° С, а монтажную прочность — после нагревания до 300—400° С; бе­ тоны на алюмохромофосфатных связках набирают достаточную прочность при нагревании до температуры 100° С. В связи с этим изделия из бетонов на фосфатных связках требуют соответствую­ щей предварительной термообработки. Бетоны на фосфатных связках отличаются высокими огнеупорностью и температурой начала деформации под нагрузкой, большой механической проч­ ностью и хорошей термостойкостью. Так, бетон с заполнителем из 40% шамота и 60% глинозема имеет огнеупорность свыше 1790° С, температуру начала деформации под нагрузкой 1370° С, предел прочности 480 кгсісм2 и объемную массу 2,37 г/сж3; с за­ полнителем из 10% шамота и 90% глинозема — огнеупорность

42

1800° С, температуру начала деформации под нагрузкой 1500° С, предел прочности 570 кгс/см2 и объемную массу 2,67 г/см3. Тер­ мостойкость бетонов на фосфатных связках свыше 15 теплосмен. Расход связки по массе (в пересчете на сухое вещество) поряд­ ка 5—7% общей массы.

Максимальная температура элементов конструкций, выпол­ ненных из жаростойких бетонов на глиноземистом цементе с хромитовым заполнителем, допускается 1400° С, с шамотным за­

жидком стекле с хромитовым заполнителем — 1000° С и шамот­ ным— 900° С. При максимальных температурах до 1200° С пред­ почтительнее применять жаростойкие бетоны на портландце­ менте как более дешевые.

Марки жаростойких бетонов, определяемые величиной пре­ дела прочности при сжатии образцов-кубиков размером 100Х X ЮОХЮО мм, выдержанных в течение трех суток для бетонов, изготовленных на глиноземистом цементе и жидком стекле, и семь суток для бетонов, изготовленных на портландцементе и периклазовом цементе, а затем высушенных при температуре 100—110° С в течение 32 ч, находятся в пределах 100—300 в за­ висимости от расчетных данных.

. Коэффициент линейного температурного расширения для жа­ ростойких бетонов на глиноземистом цементе и заполнителе из хромита в интервале температур от 20 до 900° С равен 6.5- ІО"6 град~1, для бетонов на глиноземистом цементе, порт­ ландцементе и жидком стекле с шамотным заполнителем — 7.5- ІО-6 град~1 и для бетонов на портландцементе с хромитовым заполнителем — 6- ІО"6 град-1.

Коэффициент линейного температурного расширения бето­ на на периклазовом цементе при нагревании до 1450° С равен 1,47%- Термостойкость жаростойких бетонов на шамотном за­ полнителе— 15—25 водяных теплосмен, а на хромитовом — по­ рядка 5. Объемная масса бетонов с хромитовым заполнителем 3200 кг/м3, а с шамотным — 1800—2000 кг/м3.

Приготовление жаростойких бетонов производят в бетоносме­ сителе. При приготовлении бетона на глиноземистом цементе шамотный заполнитель перед загрузкоц в бетоносмеситель обиль­ но смачивают водой. При изготовлении жаростойких бетонов на портландцементе с тонкомолотой добавкой в бетоносмеситель вначале загружают портландцемент, тонкомолотую добавку, крупный заполнитель и подают 3Д количества воды, необходимой на замес.

После перемешивания загруженных компонентов в течение 2 мин в бетоносмеситель загружают мелкий заполнитель и до­ бавляют остальную часть воды, после чего смесь перемешивают не менее 3 мин до полной ее однородности.

При изготовлении бетона на жидком стекле тонкомолотую

43

добавку тщательно смешивают с кремнефтористым натрием. В бетоносмеситель загружают 2/з необходимого на замес жидко­ го стекла, смесь тонкомолотой добавки с кремнефтористым на­ трием, крупный и мелкий заполнитель и перемешивают в тече­ ние 2 мин, а затем в бетоносмеситель загружают остальную часть жидкого стекла и перемешивают смесь до полной однородности

в течение 3 мин.

При изготовлении бетона на периклазовом цементе в бетоно­ смесителе предварительно перемешивают тонкомолотый магне­ зит и хромитовый порошок, а затем добавляют раствор сернокис­

лого магния.

Н а б и в н ы м и н а з ы в а ю т м а с с ы из огнеупорных мате­ риалов, плотность которых достигается уплотнением при уклад­ ке, а прочность — путем обжига во время работы печей.

Набивные массы применяют для футеровки печей, набивных подин и сводов, забивки зазоров между кладкой. В качестве вя­ жущих в набивных массах применяется огнеупорная глина, обез­ воженная каменноугольная смола и др.

Рецептура некоторых огнеупорных масс следующая. Масса для забивки зазоров между кладкой лещади, горна и холодиль­ никами доменных печей — 80—85% коксика с крупностью зерен 0—4 мм и 15—20% каменноугольной обезвоженной смолы. Мас­ са для набивки подин основных электросталеплавильных печей — 75% магнезитового порошка с крупностью зерен 2—6 мм и 25% каменноугольной смолы, смешанной с песком (1:10); масса для набивки кислых электросталеплавильных печей — 91% кварце­ вого песка с крупностью зерен 0—5 мм, 5% измельченной же­ лезной руды с крупностью зерен 0—5 мм и 4% огнеупорной гли­ ны; масса для набивки днищ вагранок — 97% шамотного по­ рошка и 3% обезвоженной каменноугольной смолы; масса для набивки стен и откосов электросталеплавильных печей — 95% магнезитового порошка с крупностью зерен 0—10 мм и 5% тон­ комолотого титаномагнезитового концентрата, причем шихта ув­ лажняется раствором железного купороса плотностью 1,24 г/см? до влажности 4,5—6%; масса для набивки сводов электростале­ плавильных печей — 50% хромомагнезитового порошка с круп­ ностью зерен 4—10 мм, 15—20% с крупностью зерен 1—0,088 мм и 30—35% с крупностью зерен менее 0,088 мм. Кроме того, в ка­ честве связки добавляют "10% жидкого стекла, 1% кремнефто­

стей тепловых агрегатов сложной конфигурации или агрегатов отдельных конструктивных элементов промышленных печей, где к футеровкам предъявляются особые требования в части их газо­ непроницаемости, что практически невозможно обеспечить при выполнении футеровки из штучных огнеупорных материалов.

Наиболее широкое распространение в настоящее время по­ лучили легковесные торкрет-массы следующих составов: глино­

44

земистый цемент марки 400 (в мае. частях) — 1, вермикулит — 0,75, керамзит — 0,47, глиноземистый цемент— 1, вермикулит — 0,54, керамзит или шамот легковесные — 0,31. Объемная масса футеровки (после обжига) 640—970 кг/м3, предел прочности при сжатии 1020 кгс/см2, коэффициент теплопроводности при 30° С 0,17—0,21 ккал/м-ч- град.

Торкрет-массы наносятся, как правило, на металлический кар­ кас (кожух) тепловых агрегатов, к которому приваривают ме­ таллическую сетку или штыри с помощью торкрет-пушек.

§ 2. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ОГНЕУПОРНЫЕ ИЗДЕЛИЯ (ГОСТ 5040— 68)

К легковесным относятся шамотные, полукислые, каолино­ вые, высокоглиноземистые и динасовые изделия, объемная масса которых не превышает 1,4 г/см3. Производство легковесных огне­ упоров осуществляется тремя способами: использованием выго­ рающих добавок, применением пенообразующих веществ и хи­ мическим введением в массу из смеси глины с шамотом добавок, взаимодействующих между собой с выделением газообразных продуктов.

Производство легковесных огнеупоров способом выгорающих добавок является наиболее простым и распространенным. В ка­ честве выгорающих добавок в шихту вводят древесные опилки, лигнин, антрацит или другие малозольные горячие вещества. Состав шихты для изготовления легковесных шамотных огнеупо­ ров по методу выгорающих добавок следующий: древесных опи­ лок 30—45%, шамота 20—30% и пластичной связующей глины 35—40%• Шихту тщательно обрабатывают на бегунах и увлаж­ няют до 25—30%.

Переработанную и увлажненную на бегунах массу пропус­ кают через ленточный пресс и укладывают в хранилище для вы­ леживания, которое продолжается не менее двух дней. После этого масса подвергается вторичной переработке в ленточном прессе с мундштуком, обеспечивающим получение сырца необхо­ димой формы, который затем допрессовывают на специальных допрессовочных прессах. Сушка сырца в туннельных сушилах продолжается около 30—40 ч при температуре 100—120° С. Об­ жиг сырца производят в периодических или туннельных печах при температуре 1430—1450° С.

Ввиду большой усадки сырца во время обжига, колеблющей­ ся в пределах 9—12%, получаемые изделия имеют значительные отклонения от предусмотренных техническими условиями раз­ меров. В связи с этим их, как правило, подвергают обработке на шлифовальных станках.

Изготовление легковесных шамотных огнеупоров по пенометоду заключается в приготовлении шликера из шамота (90— 95%) и огнеупорной глины (10—5%) с влагосодержанием до

45

30%, приготовлении пены, смешении шликера с пеной, разливки массы в формы и обжига.

Для получения пены применяют канифольное мыло (смесь 10%-ного раствора едкого натра с канифолью); в качестве стабилизатора пены применяют столярный клей. Канифоль рас­ плавляют и обрабатывают при нагревании 10%-ным раствором едкого натра, а потом охлаждают и промывают вначале рас­ твором поваренной соли, а затем чистой водой.

Шликер (одна часть по объему) и пену (от 0,75 до 1,5 ча­ стей) смешивают в смесителе, лопасти которого изготовляют из проволочной сетки.

Для сгущения к пеномассе добавляют 3—4% древесных опи­ лок. Объемная масса пеномассы регулируется соотношением шликера и пены и не превышает 1,05 г/см3, а влажность нахо­ дится в пределах 35—40%.

Формовку изделий из пеномассы выполняют с помощью раз­ ливочной машины, из которой масса поступает в формы, изго­ товленные из листовой стали и покрытые бумагой.

Сырец в формах сушится на стеллажах в камерных или тун­ нельных сушилах до конечной влажности 2—4% и обжигается при температуре 1430—1450° С. Ввиду большой усадки изделия из пеношамота в процессе сушки и обжига коробятся, теряют форму и размеры. Для получения легковесных изделий пра­ вильной формы и размеров с минимальными отклонениями их после обжига подвергают шлифовке. Легковесные изделия, из­ готовленные пенометодом, имеют более низкую теплопровод­ ность и газопроницаемость, чем легковесные изделия, изготов­ ленные способом выгорающих добавок. Пенометодом можно из­ готовлять легковесные изделия с объемной массой 0,6 г/см3 и ниже. Химический метод производства легковесных изделий ма­ ло распространен.

Динасовые легковесные изделия изготовляют пенокерамичес­ ким способом и способом выгорающих добавок. Основным сырь­ ем для производства легковесного динаса, получаемого спосо­ бом выгорающих добавок, является кварцитовый порошок, ан­ трацит или коксик. Соотношение в шихте кварцита и выгораю­ щих добавок следующее (в %):

Заготовку масс для изготовления легковесных изделий про­ изводят, как и для обычного динаса, на смесительных бегунах.

46

47

Для получения сырца необходимой прочности в массу добавля­ ют сульфитно-спиртовую барду в количестве 1 % массы сухого остатка. Длительность смешения масс для легковесного динаса колеблется в пределах 12—15 мин. Сушку сырца выполняют по обычному режиму в туннельных сушилах. Обжиг сырца произ­ водят совместно с обычным динасом.

Легковесный динас отличается от шамотных легковесных из­ делий высокой температурой деформации под нагрузкой и отсут­ ствием усадки при высокой температуре, поэтому его применяют в участках печей с длительным воздействием на огнеупорные из­ делия высокой температуры (выше 1550° С).

Применение легковесных огнеупоров вызвано необходимостью экономии топлива и уменьшения потерь тепла через нагреваемые элементы промышленных печей.

Температура области применения легковесных огнеупорных изделий приведена в табл. 9, а их физико-химические показа­ тели — в табл. 1 0 .

§ 3. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Теплоизоляционные материалы, применяемые в печестроении для снижения потерь тепла во внешнюю среду и получения в ра­ бочем пространстве печи более высокой температуры, подразде­ ляются на природные и искусственные.

Кприродным теплоизоляционным материалам, применяемым

впечестроении, относят диатомит, трепел и асбест. Диатомит и трепел практически имеют один и тот же химический состав (80—95% Si02), но различны по своей структуре.

Диатомит является породой позднего отложения, поэтому он более рыхл и легок; трепел более плотный и тяжелый. Объемная масса высушенного и измельченного в порошок диатомита 400— 700 кг/м3. Коэффициент теплопроводности0,145—1,75 Вт(м-град)

[0,09—0,15 ккал/(м-н-град)]. Температура применения до 900° С. Употребляется для засыпки пазух в промышленных печах и теплоизоляционных обмазок наружных частей огнеупорной кладки.

Асбест (минерал группы серпентина) выпускается в виде: ас­ бестового волокна V, VI, VII сортов с объемной массой соответ­ ственно 200, 200—300, 370—520 кг/м3, температурой применения до 600° С; асбестовой бумаги (асбест V сорта, каолин, крахмал) толщиной 0,2—1,5 см с объемной массой до 1250 кг/м3, темпера­ турой применения 500° С; асбестового картона (асбест V и VI сортов, каолин, крахмал) толщиной 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 5; 6 ; 8 ; 10 мм с объемной массой 1000—1300 кг/м3, температурой применения 600° С; асбошпура диаметром от 3 до 25 мм, объемной массой 600—800 кг/м3, температурой применения до 220° С.

Коэффициент теплопроводности асбеста и изделий из него колеблется в пределах 0,157—0,118 Вт/(м-град).