Современные мартеновские печи являются сложными и дорогостоящими сооружениями. Срок службы их зависит главным образом от прочности и долговечности огнеупорной кладки. Прочность и долговечность кладки в значительной степени зависят от того, насколько свойства выбранных огнеупорных материалов соответствуют условиям работы кладки, а также от качества работ по ее возведению.

Основные правила применения материалов в строительстве, правила производства строительных работ, а также требования к качеству их выполнения указываются в технических условиях.

Такие технические условия выпускаются на все виды работ, включая и работы по кладке промышленных печей. Строгим соблюдением указаний технических условий на производство работ по кладке промышленных печей
обеспечиваются основные требования, предъявляемые к печной кладке, а именно: прочность, устойчивость, достаточная долговечность в условиях высоких температур, а также газоплотность и шлакоустойчивость. Ниже приводятся основные требования технических условий к печной кладке и правила выполнения ее, обеспечивающие соблюдение этих требований.

Общие сведения по печной кладке. Печная кладка состоит из отдельных кирпичей. Нормальный кирпич имеет шесть граней (рис. 6).

Наименование элементов кирпича и кладки

Линия пересечения двух граней называется кромкой 2. Наибольшие грани кирпича называются плашками 3, длинные боковые грани кирпича—ребрами 4, а короткие — торцами.

Кладка печей выполняется различными способами: на плашку, на ребро и на торец. Если кирпич кладется своей длинной гранью вдоль кладки, то говорят, что он кладется ложком, а ряд кирпичей, уложенных таким способом, называют ложковым рядом. Если же кирпич уложен вдоль кладки короткой гранью, то говорят, что он уложен тычком, а ряд таким образом уложенных кирпичей называют тычковым рядом.

Наружные ряды кладки стен называются верстовыми рядами (рис. 6, позиции 6 и 7), а внутренние ряды кладки, уложенные между верстовыми рядами, называются забутовочными рядами, или просто забуткой (рис. 6, позиция 5).

Виды швов

Промежутки между отдельными кирпичами в кладке называются швами. Швы в зависимости от их положения в кладке называются продольными вертикальными 1 (рис. 7), если они расположены вдоль кладки, горизонтальными — (рис. 7) и поперечными вертикальными 3 (рис. 7), если они расположены поперек кладки.
В зависимости от условий службы огнеупорная кладка выполняется на растворе или на порошке, т. е. насухо. Все швы в кладке должны быть хорошо заполнены раствором, а при кладке насухо — порошком. В огнеупорной кладке пустошовка не допускается.

Кладка не должна иметь сквозных вертикальных швов (за исключением случаев, оговоренных в проекте). Это достигается за счет перевязки швов. Прочность кладки и ее газоплотность в значительной степени зависят от тщательности перевязки вертикальных швов. Если выполнить кладку стены без перевязки вертикальных швов, то она будет состоять из отдельных столби-ков, соединенных между собой только раствором.
Под воздействием высокой температуры и нагрузки такая кладка будет расслаиваться по вертикальным сквозным швам, так как сцепление между кирпичом и раствором значительно меньше, чем сцепление между частицами внутри кирпича. Кроме того, нагрузка не будет передаваться на всю кладку, а будет восприниматься отдельными нагруженными столбиками; в связи с этим отдельные столбики будут смещаться от своего первоначального положения и кладка может разрушиться (рис. 8).

Если выложить стену так, чтобы кирпичи вышележащего ряда кладки перекрывали швы нижележащего ряда, то в такой кладке не будет вертикальных сквозных (совпадающих) швов. Такое смещение кирпичей (одного ряда относительно кирпичей другого ряда) и называется перевязкой швов. При этом нагрузка, воспринимаемая одним из кирпичей, будет передаваться на нижележащие кирпичи кладки, а отсюда не будет условий для расслаивания кладки и ее разрушения под воздействием нагрузки.

Горизонтальные швы между рядами кладки обычно не перевязываются, так как под воздействием нагрузки в правильно выполненной кладке может только происходить уплотнение горизонтальных швов, а не расслаивание кладки. За счет уплотнения горизонтальных швов увеличивается газоплотность кладки.
Таким образом, первым необходимым условием прочности и газоплотности кладки стен печей является перевязка вертикальных швов кладки.

Перевязка поперечных вертикальных швов кладки в смежных по вертикали рядах осуществляется за счет смещения выкладываемого ряда на 1/4 или 1/2 кирпича вдоль стены по отношению к предыдущему ряду.
Перевязка продольных вертикальных швов кладки достигается за счет чередования тычковых и ложковых рядов по высоте кладки, за исключением стен в 1 кирпич, которые выкладываются в печах только тычковыми рядами, и стен в 1/2 кирпича, выкладываемых только ложковыми рядами.

Для того чтобы обеспечить перекрытие всех вертикальных швов в смежных по высоте рядах кладки и чтобы не укладывать в концах тычковых рядов продольных половинок кирпича, необходимо кладку рядов начинать или заканчивать продольными трехчетверками, т. е. неполномерными кирпичами, равными по длине 3/4 целого кирпича. Исключение составляют стены толщиной 1/2 кирпича, кладку рядов которых начинают или заканчивают поперечными половинками кирпича.

Перевязка при кладке углов и сопряжений стен показана на рис. 9. 10 и 11, а перевязка при кладке столбов — на рис. 12.

Перевязка кладки стен

Перевязка кирпича

При кладке углов и сопряжении стен кладку необходимо выполнять так, чтобы ряды в сопряженных стенах поочередно доводились до наружной поверхности без нарушения перевязки. Кладку углов надо начинать с трехчетверок.

Для перевязки этих элементов кладки применяют кирпичи трехчетверки марок 14 и 16 или кирпичи полуторного размера по ширине марок 9 и 11 (ГОСТ 8691—58). Эти марки изготавливают шамотными, полукислыми, легковесными шамотными и динасовыми. При отсутствии этих марок неполномерные кирпичи, необходимые для обеспечения правильной перевязки, следует заготавливать на складе из бракованного кирпича с поврежденными углами.

Помимо тщательной перевязки швов при кладке прямых стен, должны обеспечиваться — вертикальность и прямолинейность их и горизонтальность рядов кладки. При кладке закругленных стен вместо прямолинейности должна обеспечиваться заданная форма стен, а для наклонных стен должен выдерживаться заданный угол наклона стен к горизонту.

Для соблюдения горизонтальности и прямолинейности рядов кладку прямых стен выполняют по причалке, натягиваемой меж¬ду маячно-зачальными кирпичами или порядовками. В качестве причалки обычно применяется шнур толщиной 2—3 мм.

Порядовка представляет собой рейку с делениями, равными высоте ряда кирпичной кладки с учетом толщины шва. На порядовке делаются также отметки уровня закладки окон, арок, сводов и пр. Порядовку устанавливают строго по отвесу по обо-им концам выкладываемой стены.

Для того чтобы причалка не провисала, на длинных участках устанавливаются промежуточные «маячные» кирпичи.

Горизонтальность кладки проверяется через каждые три — пять рядов с помощью уровня и рейки, укладываемой на под¬кладки. В качестве подкладок используются кирпичи или деревянные правилки (рис. 13).

Проверка правильности кладки

Выравнивание кладки за счет утолщения слоя раствора ни в коем случае не допускается. Отклонения от горизонтальности устраняют укладкой в последующие ряды в заниженные места более толстых кирпичей.
Вертикальность кладки проверяется отвесом и правилом, а уклон — шаблоном и отвесом.
Кладка закругленных стен ведется по шаблонам, имеющим заданную форму кладки.

Закругленные стены выкладывают из прямого и клинового кирпича. Все правила перевязки, указанные выше для прямых стен, должны обязательно соблюдаться и при кладке закругленных стен.

Огнеупорная кладка по тщательности выполнения ее под-разделяется на следующие категории, характеризуемые толщиной швов:

I категория — особенно тщательная со швами до 1 мм;
II категория — тщательная со швами до 2 мм;
III категория — обыкновенная со швами до 3 мм;
IV категория — грубая со швами до 5 мм.

Категория кладки отдельных конструктивных элементов печей назначается в зависимости от условий их службы.

Заданная техническими условиями толщина швов кладки должна строго соблюдаться, так как швы являются наиболее слабой частью кладки, вследствие того что раствор обладает меньшей прочностью и стойкостью, чем хорошо обожженный кирпич. Кроме того, глиняные растворы, применяемые для огнеупорной кладки, обладают значительной воздушной усадкой как при нормальной температуре, так и при воздействии высоких температур. Поэтому в швах кладки, сложенной на таких растворах, неизбежно появление трещин, которые будут тем больше, чем толще швы. Трещины снижают плотность кладки и являются причиной дальнейшего разрушения. Поэтому при производстве печной кладки необходимо уделять особое внимание соблюдению заданной толщины швов.

Проверка кладки на толщину швов производится с помощью щупа шириной 15 мм и толщиной, равной толщине контролируемого шва. Швы считаются годными, если соответствующий щуп проходит в шов не глубже чем на 20 мм. Запрещается пользоваться щупом с заостренным концом.

Для обеспечения необходимой толщины швов для кладки применяются растворы различной густоты (консистенции).

Своды и арки. Своды служат перекрытием рабочего пространства печей и их вспомогательных устройств (боровов, регенераторов, шлаковиков и др.), а арки — перекрытием отверстий (проемов) в стенах и обрамлением отверстий в сводах. Своды и арки по своей конструкции разделяются на распорные, подвесные и смешанные. Но своей форме своды и арки разделяются на плоские, цилиндрические и купольные.

Опорами для распорных сводов и арок служат пяты, опирающиеся на подпятовые балки. Расстояние между пятами называется пролетом свода или арки. Верхние кирпичи, туго забиваемые в арку или свод для образования распора, называются замковыми кирпичами.

Самое большое расстояние от линии, соединяющей пяты, до внутренней поверхности свода или арки называется стрелой подъема. У плоских сводов и арок стрела подъема равна нулю.

Цилиндрические своды и арки по стреле подъема разделяются на лучковые 1, коробовые 2 и полуциркульные 3 (рис. 14).

Перекрытие проемов сводами и арками

Лучковыми сводами и арками называют такие, которые имеют один радиус кривизны со стрелой подъема в пределах 1/6 — 1/12 пролета. Коробовые своды имеют два радиуса кривиз-ны. Радиус кривизны полуциркульных арок и сводов равен половине пролета.

Перекрытие рабочих камер с большой шириной пролета осуществляют подвесным или распорно-подвесным сводом. Толщина свода или арки зависит от ширины пролета.

Своды и арки с шириной пролета 1—1,5 м делают толщиной в 1/2 кирпича, а с шириной пролета 1,5—2,5 м — толщиной в один кирпич. При большей ширине пролета для кладки сводов при¬меняют специальный кирпич длиной 300—500 мм или выкладывают своды в несколько слоев.

Своды и арки выкладывают из одних клиновых кирпичей или из клиновых и прямых кирпичей.
Кладку многослойных сводов и арок выполняют отдельными неперевязанными между собой по толщине окатами, а каждый окат — отдельными кольцами без перевязки или продольными рядами вперевязку.

Кладка свода, выполненного вперевязку, имеет большую прочность по сравнению с кладкой свода, выложенного кольца-ми, так как в нем кирпич с обеих сторон зажат двумя кирпичами соседних рядов, поэтому при выпадении отдельных кирпичей кладка свода не разрушается. Однако при разрушении значительной части кладки свода восстановление ее без остановки печи невозможно.

Выпадение кирпича из свода, набранного кольцами, влечет за собой падение всего кольца, если в процессе работы печи кладка соседних колец не сплавлена между собой. Преимущество кладки свода кольцами заключается в том, что его можно ремонтировать без остановки печи, так как кирпичи не перевязаны между собой. Поэтому кладка сводов кольцами применяется Для высокотемпературных печей, где имеют место прогары кладки свода, как, например, в мартеновских печах.

Кладку поверх арок выравнивают натесом. При кладке натеса не разрешается стесывать кирпич более чем на половину его толщины. Кладку натеса по аркам можно выполнять как на плашку, так и на ребро.

В печах при пролетах, превышающих 4 м, широкое распространение получили подвесные или распорно-подвесные своды.

Для подвесных сводов применяется специальный фасонный кирпич, подвешиваемый к конструкциям каркаса печи с помощью металлических балок и подвесок. Существует очень много систем подвесных сводов. Наиболее широко применяется секционная система крепления кирпичей в подвесных сводах (рис. 15).