Общая металлургия

Общее устройство и основные элементы металлургических печей

Металлический каркас печей

Металлический каркас в конструкции печей, скрепляя кладку, увеличивает прочность стен, воспринимает на себя усилия, возникающие в кладке при нагреве, и уси­лия распора свода. Кроме этого, каркас служит основой, на которой крепятся рамы рабочих окон, заслонки, за­грузочные и другие устройства металлургических печей.

Каркасы монтируются на фундаменте печи. Обычно каркас состоит из вертикальных стоек, горизонтальных связей и балок. Стойки каркаса делают из одного, двух или трех швеллеров, двухтавровых балок или балок других профилей и располагают их по бокам и торцам печи. В печах небольших размеров функции каркаса иногда выполняют металлические кожуха, в которые они заключены.

Устройство подвижного каркаса печиКаркасы могут быть трех типов — подвижные, жест­кие и комбинированные. У подвижных (рис. 96) карка­сов стойки противоположных сторон попарно связыва­ются при помощи стальных болтов связей круглого се­чения. Накладка (рис. 97), соединяющая швеллера стойки, служит опорой для шайбы болтового соединения связи. При разогреве печи эти болтовые соединения постепенно отпускают, что дает возможность кладке свободно расширяться. При охлаждении печи натяжение связей восстанавливают. Применение пружин или дере­вянных прокладок, помещенных под шайбы, позволяет отпускать болтовые соединения незначительно, и при охлаждении печи они остаются достаточно натянутыми. Снизу, на уровне фундамента, стойки подвижного кар­каса также стягиваются связями. Так как эти связи, если они пропущены через кладку, могут нагреваться, а при длительном нагреве сталь меняет свою структуру и становится хрупкой, следует предусматривать воздуш­ное охлаждение связей.

Применение подвижного каркаса позволяет для не­больших печей не делать температурных швов в кладке, однако необходимость регулирования натяжения связей сильно усложняет обслуживание печей. Поэтому в на­стоящее время применяют в основном жесткие (рис. 98, а) каркасы и редко комбинированные (подвижная связь только вверху) (рис. 98, б). При жестком каркасе в кладке должны быть температурные швы для компен­сации температурного расширения. Стойки каркаса в этом случае соединяются неподвижно поперечными балками, нижние концы стоек заделываются в кладку фундамента или в специальные башмаки.

Основой для расчета элементов каркаса в печах с арочным сводом служит сила распора свода, восприни­маемая подпятовой балкой и передаваемая каркасу.

Масса части свода между двумя стойками вдоль пе­чи (кг):
формулагде α — угол свода, град.;
r — внутренний радиус свода, см;
b — толщина свода, см;
ρ — плотность материала свода, г/см3;
a — расстояние между двумя горизонтальными свя­зями вдоль печи, см.

Подпятовая балка рассчитывается на изгиб как рав­номерно нагруженная на двух опорах по концам. Изги­бающий момент в этом случае Мmax=Htа/8, а необхо­димый момент сопротивления балки Wб=Mизгизг, где σизг — допустимое напряжение на изгиб (обычно прини­мают σизг=98 МПа).

Размер сортового материала подбирается по спра­вочнику для рассчитанного момента сопротивления Wб.

Стойки каркаса рассчитываются на изгиб силой, приложенной в центре пятовой балки на расстоянии h1 от верхней связи. Необходимый момент сопротивления для вертикальной стойки в этом случае будет: Wс = Нth1(h — h1)/hσизг, где h — вертикальное расстояние между центрами ниж­него и верхнего крепления стойки, см.

Поперечные связи рассчитываются на растяжение. Сечение верхней связи определяется как: Fв.с. = Ht (h — h1)/hσр, где σр — допустимое напряжение на растяжение. Учи­тывая возможный нагрев, принимается σр = 83 МПа.

Если каркас имеет нижнюю связь, ее сечение может быть определено как: Fн.с = Нth1/hσр.

К продольным швеллерам каркаса или к чугунным плитам, прижимаемым к кладке печи вертикальными стойками, крепятся рамы рабочих и смотровых окон. Окна закрываются заслонками или дверцами, которые также крепятся на каркасе. Заслонки должны плотно закрывать окна, быть по возможности теплонепроницае­мыми и обладать достаточной стойкостью к воздействию высоких температур. Обычно заслонка (рис. 99) состоит из чугунного корпуса, внутрь которого закладывается огнеупорный кирпич или огнеупорная масса. Заслонки для печей с рабочей температурой до 1000° С можно делать из трепельного кирпича. При применении огне­упорного кирпича кладку делают в четверть кирпича с наружным изоляционным слоем. Для больших окон (например, в нагревательных печах) и в высокотемпера­турных печах заслонки и рамы окон делаются с водя­ным охлаждением.

Заслонка с цепным механизмом для подъемаЗаслонки подвешиваются на стальных тросах или цепях и поднимаются при помощи блоков и роликов ручной или электрической лебедкой, а на крупных пе­чах — электрическими или пневматическими приводами. При открывании и закрывании заслонка скользит по на­правляющим рамы окна, укрепленной на каркасе печи. Для уменьшения усилий при подъеме заслонку уравно­вешивают противовесом. Дверцы на петлях применяют­ся лишь на небольших печах.

Фундаменты и подины печей

Фундамент печи является основанием, на котором со­оружается металлургическая печь, и предназначен для передачи ее массы на грунт. Обычно при проектирова­нии печей давление на грунт допускается не более 250 кПа. Во избежание перекоса фундамента и его рас­трескивания нагрузка должна быть равномерной по всему периметру подошвы фундамента. В качестве ма­териала для сооружения фундаментов применяют буто­вый камень, бетон и строительный кирпич, слой которо­го кладется на бетонную подушку или бутовый камень. При кладке фундаментов отражательных печей часто применяют комбинирование бетона с жидким шлаком, при этом нижняя часть фундамента толщиной 0,6—0,9 м делается из бетона, а поверх него и между вертикаль­ными стенками заливают жидкий шлак. Затвердевшая масса шлака толщиной 1 , 2 — 1,8 м и является основной массой фундамента.

Глубина закладки фундамента и толщина его зави­сят от характера почвы, уровня грунтовых вод и массы печи. Для крупных печей (отражательных и других) фундаменты закладываются на глубину до 2 м. Если сооружение печи ведется вне отапливаемого помещения на промерзающем грунте, подошва фундамента должна находиться ниже глубины промерзания грунта. На влаж­ных грунтах для понижения уровня грунтовых вод перед закладкой фундамента на заданном участке следует провести дренажные работы или защищать фундамент от проникновения в него грунтовых вод применением гидроизоляционных материалов (рубероида и др.). Если некоторые элементы печей (регенераторы, борова) ока­зываются расположенными ниже уровня грунтовых вод, их возводят в специальных водонепроницаемых сварных кессонах из мягкой стали, которые устанавливаются на фундаменте. Фундамент следует защищать от воздей­ствия высоких температур. Температура на поверхности фундамента не должна превышать 250° С.

Под (подина, лещадь) печей в зависимости от кон­струкции и назначения печи сооружается или непосредственно на фундаменте без нижнего охлаждения, или с воздушным нижним охлаждением. В последнем случае он сооружается на стальных листах, чугунных плитах или в металлических кожухах (для плавильных печей), установленных на столбах фундамента или на попереч­ных балках, лежащих на фундаменте. Расстояние между балками 300—400 мм обеспечивает достаточную для ох­лаждения пода циркуляцию воздуха. На фундаменте или соответствующих листах выкладывается несколько слоев кирпичей сначала теплоизоляционных, затем огнеупорных, на которых устанавливают под.

В плавильных печах под — одна из самых ответст­венных частей их конструкции, требующая тщательно­сти выполнения и ухода. Наличие в поде даже малых щелей может привести к утечке металла из печи и ава­рии. Для предотвращения утечки металла из ванны всю печь до верхнего уровня металла заключают в металли­ческий кожух. Размеры и форма пода плавильных печей зависят от назначения и емкости печи. Обычно вдоль печи под делается более низким в средней части с подъе­мом к краям. В поперечном направлении под обычно имеет форму обратной арки, что предохраняет от всплывания в тяжелом металле более легкой футеровки. Отношение ширины к длине пода колеблется в широких пределах и определяется производительностью и назна­чением печи. Толщина пода может быть от 400 до 1200 мм в зависимости от емкости печи.

Верхний слой пода делается или наваркой или вы­кладывается из огнеупорного кирпича. При устройстве наварного пода в зависимости от состава шихты и харак­тера шлаков применяют кварциты или магнезит, динас или магнезитохромит. Иногда кладку делают комбини­рованной — под и нижнюю часть стены из кварцитов, а стену на уровне шлаков из магнезита. Материал, применяемый для устройства наварного пода, должен об­ладать хорошей спекаемостью, иначе под будет механи­чески непрочным, и отдельные куски его могут всплывать на поверхность металла. Способностью хорошо спекать­ся обладают кварциты, содержащие не менее 90% SiO2 и не более 3% Al2O3 . Содержание в набивной массе не­ которого количества Fe2O3 и CaO способствует повыше­нию спекаемости. При отсутствии примесей спекаемость кварцитов повышается при добавлении небольшого ко­личества извести или огнеупорной пластичной глины.Все материалы должны быть размолоты до размеров зе­рен 1—3 мм. Перед применением материал должен про­каливаться для полного удаления влаги и органических примесей.

Под наваривают на полную толщину или слоями. В первом случае размолотый огнеупор с соответствую­щими добавками в холодной печи плотно утрамбовыва­ют послойно (при толщине слоя около 100 мм) до пол­ной толщины пода. При трамбовке поду придается необ­ходимая форма. Толщина огнеупорной набивки 300—700 мм в зависимости от назначения и размера печи. По окончании постройки печи ее медленно и хорошо просушивают, а затем постепенно нагревают до 1400—1500° С. При этой температуре происходит спекание верхних слоев набивки. Под наваривают слоями в горя­чей печи. В разогретую до 1200—1300° С печь забрасывают огнеупорную набивную массу слоями до 100—120 мм толщиной. После спекания первого слоя забра­сывают следующий и так до получения необходимой толщины. Подина получается прочной, но процесс на­варки длителен.

Кирпичный под выкладывают из клинового кирпича в виде обратного свода. Хорошо выложенный кирпичный под обладает высокой механической прочностью. По сравнению с наварным подом кирпичный под значитель­но меньше впитывает расплавленный металл, однако наличие швов делает его более проницаемым для ра­сплава. Кроме того, изготовление кирпичного пода зна­чительно дороже.

В нагревательных печах под делают плоским — верхнюю часть пода выполняют из шамота или талько­вого кирпича, а в высокотемпературных печах — из хро­момагнезитовых кирпичей или хромитовой набивной массы. Толщина пода 230—460 мм. В методических пе­чах, где нагреваемый материал должен перемещаться по поду печи от входа к выходу, необходимы специаль­ные устройства, облегчающие это перемещение. Про­стейшими устройствами являются направляющие (глиссажные шины) в виде чугунных или стальных прямо­угольных брусков, располагаемых непосредственно на поду или на специальных столбиках. Однако такие направляющие могут применяться только при температу­рах ниже 700° С. При более высоких температурах в ка­честве направляющих используются стальные трубы сводяным охлаждением. Для уменьшения износа труб на них сверху наваривают круглую или прямоугольную (20×15 мм) полосу—шину. При размещении направля­ющих на столбиках нагрев заготовок происходит не только сверху, но и снизу. Для уменьшения тепловых потерь с охлаждающей водой трубы должны иметь теп­ловую изоляцию.

Для продвижения слитков по направляющим исполь­зуются специальные толкатели. В небольших термиче­ских печах при нагреве мелких заготовок применяют специальные поддоны, в которые загружают заготовки. На выходе из печи их выгружают, а поддоны возвраща­ют к окну загрузки.

Для транспортирования через печь легких заготовок любой формы удобен конвейерный под. Лента конвейе­ра составляется из звеньев, выполняемых из жаропроч­ных сплавов или (для температур выше 900° С) из ке­рамики.

В термических печах применение роликового пода позволяет осуществить перемещение нагреваемого ли­стового материала. Все ролики при этом являются веду­щими. Для высокотемпературных печей ось роликового вала делают с водяным охлаждением, а сами ролики — из жаропрочной стали или из керамики.

Кольцевые печи с движущимся подом в виде плоско­го кольца применяют для нагрева коротких и тяжелых заготовок.

Для термообработки тяжелых слитков широко ис­пользуются печи с выдвижным подом. Передвигается под с помощью электропривода, выгружается и загружается краном. Грузоподъемность такого пода практически не­ограниченна.

Фундамент печи должен выдерживать статическую нагрузку, слагающуюся из веса металлических деталей, кладки и перерабатываемых материалов и продуктов. Он должен быть также рассчитан на динамическую нагрузку, возникающую при загрузке печей, вращении корпуса, перемещении шихты и деталей печей. Фундамент печи рассчитывают по типовой методике, применяемой для расчета фундаментов под строительные сооружения и машины. Известны различные конструкции фундаментов печей, важнейшие из которых следующие: сплошные (рис. 155, а) в виде общего основания под всю печь; ленточные (рис. 155, б) в виде нескольких параллельных узких плит; столбовые (рис. 155, в) в виде большого числа отдельных столбов. Сплошные фундаменты делают обычно для тех печей, для которых нежелательно охлаждение низа (подины) воздухом, т. е. для печей с теплым подом (например, отражательные печи). Ленточные и столбовые фундаменты, наоборот, устраивают для тех печей, у которых желательно иметь холодный под, охлаждаемый воздухом и подвергающийся периодическим осмотрам (например, электрические плавильные печи).

Фундаменты металлургических печей

Материалы для сооружения фундаментов печей: бутовый камень, бетон, строительный и огнеупорный кирпич, отвальный шлак. Горизонтальные размеры фундаментов выбирают обычно по размерам печей и допускаемой удельной нагрузке на грунт. Глубина заложения фундамента в грунт зависит от свойств грунта, уровня грунтовых вод, глубины промерзания почвы и величины статической и динамической нагрузок. При сооружении плавильных печей следует особо остерегаться возможного накопления воды около фундамента или внутри фундамента, так как эта вода может послужить причиной взрывов, разрушений печей и травматизма обслуживающего персонала. Для плавильных печей рекомендуется устраивать круговой дренаж грунтов, запрещается прокладка водопровода и канализации вблизи от фундаментов печей и предусматриваются меры, предупреждающие обводнение фундаментов сверху. При сооружении крупных металлургических печей на сложных грунтах — вечной мерзлоте, плывучих грунтах и т. п. — необходимо перед сооружением печей проводить специальные работы по укреплению грунтов сваями, смене грунта, вскрытию до скального грунта и т. п.

Кладка печи

Кладка, или футеровка, — наиболее ответственная часть металлургических печей, от качества и стойкости которой зависят продолжительность кампании и основные технические и экономические показатели работы печей. Металлурги, работающие на печах или проектирующие их, должны отлично знать правила кладки и лично следить за производством всех работ по кладке печей и надлежащей ее эксплуатацией.

Наблюдение за огнеупорами должно начинаться с момента выхода изделий с завода или цеха-изготовителя. При этом необходимо соблюдать правила обращения с огнеупорами. К этим правилам в первую очередь должно быть отнесено следующее:

  1. перевозить огнеупоры в крытых вагонах, предупреждающих их чрезмерное увлажнение;
  2. погрузка и выгрузка должны производиться без выбрасывания и ударов изделий;
  3. хранят огнеупоры в закрытых складах, предупреждающих их увлажнение;
  4. при кладке печей теску кирпича сводят к минимуму, класс и сортность кирпича должны строго соответствовать ГОСТу и рабочим чертежам печей;
  5. состав растворов должен строго соответствовать применяемому огнеупору и качеству кладки;
  6. при кладке оставляют температурные швы соответствующих размеров;
  7. сушку и разогрев печей ведут по твердому графику, учитывающему вид огнеупоров, влажность кладки и ее массивность;
  8. при работе печей по возможности исключают колебания температурного режима, острое пламя или удары дуги о футеровку, механические повреждения и подмачивание кладки, повышение температуры выше пределов стойкости данного огнеупора, попадание брызг расплавов и пыли на кладку;
  9. при ремонтах печей тщательно отбирают сохранившийся кирпич, пуская его вновь на кладку печей.

Качество кладки принято определять в зависимости от толщины швов (табл. 26).

Виды кладки

I и II категории кладки применяют для сооружения плавильных печей, особенно тех их частей, которые соприкасаются с расплавами, а также печей, требующих особой герметизации рабочего пространства или подвергающихся истирающему действию шихты. III категория широко употребляется для кладки всех остальных металлургических печей. Для малоответственных и низкотемпературных частей печей и газоходов может применяться IV категория кладки. Для особо тщательной и тщательной кладки требуется высокосортный кирпич с гладкими ровными поверхностями или же приходиться прибегать к шлифовке кирпичей на стайках.

Кладку печей осуществляют из огнеупорных кирпичей, имеющих различные формы и размеры. Наиболее ходовые кирпичи стандартных размеров, приведены на рис. 157, хотя, кроме них, в цветной металлургии применяют различные большемерные и фасонные кирпичи, блоки и плиты.

Форма и размеры стандартных огнеупорных кирпичей

Основные элементы кладки печей: стены, своды, подины и различные отверстия.

Стены печей бывают прямые и радиальные. Толщина стен металлургических печей определяется как кратное к наибольшему размеру стандартного кирпича 230 мм в 1; 1,5; 2; 2,5 и 3 кирпича. Поверхность стен, обращенная в рабочее пространство печей, называется огневой, или лицевой стороной, а наружная поверхность — черновой, или наружной стороной. При кладке стен обычно кирпич укладывают на плашку с обязательной перевязкой швов и углов. Поперечные вертикальные швы кладки в рядах, лежащих в одной плоскости, перевязывают, смещая швы выкладываемого ряда на 1/4 кирпича вдоль стены по отношению к предыдущему ряду. Поперечные вертикальные швы верхнего и нижнего рядов перевязывают, смещая кирпичи на 1/4 или 1/2 кирпича вдоль стены верхнего ряда по отношению к нижнему. Продольные вертикальные швы перевязывают, чередуя тычковые и ложковые ряды по высоте кладки. Для правильной перевязки швов в углах и местах смыкания стен применяют укороченные по длине кирпичи размером 3/4 и 1/2 целого кирпича. При кладке стен тщательно выверяют с помощью натянутого шнура горизонтальное положение отдельных рядов и вертикальное положение поверхностей кладки. При кладке стен, состоящих по толщине из нескольких разновидностей огнеупоров, например из легковесного шамотного и нормального динасового кирпича, каждый из этих слоев кладут самостоятельно. Для предохранения расхождения слоев и выпучивания кладки их соединяют, выпуская огнеупорный кирпич в прилежащий слой на 1/2 кирпича, через 5—8 рядов по высоте. Иногда слой крепят металлическими анкерами, закладываемыми в кладку и закрепляемыми на кожухе. В крупных металлургических печах толщина стен по высоте неодинакова, верх тоньше, а книзу, особенно по высоте ванны, стена утолщается.

Тепловую изоляцию стен, если она изготовлена из теплоизоляционного кирпича, осуществляют как обычную кладку кирпича. Если тепловая изоляция выполняется в виде засыпки, закладки картона или нанесения штукатурки, ее располагают наружным слоем между кладкой и кожухом печей.

Радиальные стены круглых печей при диаметре их до 4 м выкладывают из лекального клинового кирпича, а при диаметре больше 4 м — из обычного клинового кирпича, с перевязкой швов, аналогичной прямым стенам.

При кладке стен необходимо оставлять температурные швы, рассчитываемые по следующим нормам:

таблица

В прямых стенах швы располагаются через 1—3 м по длине стены и для каждого слоя кирпича слегка смещаются, чтобы избежать сквозной щели в кладке. В радиальных стенах вместо температурных швов оставляют зазор между кладкой и кожухом, заполняемый легкоуплотняемой огнеупорной или теплоизоляционной массой. Размер радиального шва рассчитывают по тем же нормам по увеличению длины и диаметра окружности кладки.

Своды печей бывают арочные и подвесные. Обычно своды имеют толщину в один кирпич с наибольшим размером от 250 до 500 мм.

Арочные своды выкладывают на деревянной опалубке из чередующихся прямых и клиновых кирпичей. Кладка арочных сводов может быть гладкой кольцами, гладкой вперевязку и ребристой с выступающими концами более длинных кирпичей. Наиболее часто сооружают арочные своды с отношением стрелы свода к пролету, равным 1/8—1/12. Кладку сводов ведут от пят к замку с обеих сторон и затем свод замыкают посредине 3—5 рядами тщательно подобранных замковых кирпичей. При больших пролетах сводов число замков достигает 3 по длине дуги свода. Для круглых печей применяют сферические арочные своды, сооружаемые из специальных фасонных кирпичей. Сферические своды кладут по деревянной опалубке кольцами или в елочку. Все арочные своды опираются на пятовые кирпичи и удерживаются на месте пятовыми балками и креплением печей.

Подвесной свод

Подвесные своды состоят из наборов кирпичей, подвешенных на специальных металлических подвесках к балкам, расположенным над печами (рис. 158). Хотя эти своды более сложны по своей конструкции, но зато значительно облегчают ремонты печей, которые могут при подвесных сводах проводиться без длительных остановок печей и даже во время работы. Кроме того, подвесной свод не лимитирует ширину печей. В последнее время подвесные своды из необожженного и обожженного магнезитового и хромомагнезитового кирпича стали широко применяться для высокотемпературных плавильных печей (отражательные и мартеновские печи). Температурные швы находятся по длине сводов и в местах сопряжения сводов с торцовыми стенками. Размеры сводовых швов рассчитывают по нормам, применяемым для расчета температурных швов для стенок.

Под подвергается воздействию шихтовых материалов и расплавов. Обычно поды выкладывают особо тщательной или тщательной кладкой из высокосортного кирпича. Нижние ряды пода выкладывают на плашку ложками поперек печи, а верхние ряды — на ребро или на торец. Общая толщина пода нагревательных и обжиговых печей 1—4 кирпича, у плавильных печей — до 4—8 кирпичей. В нагревательных печах под обычно выкладывают плоским. В плавильных печах более распространен вогнутый или радиальный под, выполненный в виде обратного свода, поверх кладки которого иногда набивают или наваривают огнеупорную массу с последующей ее пропиткой расплавами. При кладке вогнутого пода сначала кладут по шаблону нижний слой кладки, играющий роль опалубки для кладки последующих слоев. Кладку ведут вперевязку, начиная от центра к пятам, и замком служат пятовые кирпичи. В подах устраивают тонкие температурные швы в продольном и поперечном направлениях, засыпаемые огнеупорными порошками или закладываемые тонким картоном.

Корпус печи

Корпус печи состоит из наружного крепления, кладки, или футеровки, и отверстий для питания печи и выдачи из нее продуктов. В ряде конструкций печей кладку частично или полностью заменяют металлическими охлаждаемыми деталями — кессонами и плитами. Крепление металлургических печей состоит из сплошного или сборного металлического кожуха и металлических поясов, придающих печи необходимую прочность и жесткость. Некоторые печи не имеют наружных металлических кожухов и крепление их ограничивается металлическими поясами, охватывающими прямо кладку или кессоны. Наружные кожухи обязательны для печей цилиндрической формы, для поворотных или вращающихся печей, для печей, требующих надежной герметизации рабочего пространства, и для электрических печей для надежного заземления наружной поверхности. Без металлических кожухов строят стационарные прямоугольные пламенные плавильные и нагревательные печи, например отражательные печи. Сплошные кожухи печей сваривают из стальных листов толщиной от 8 до 30 мм, они сами по себе обеспечивают достаточную прочность и жесткость корпуса печи. Сборные кожухи делают из стального листа и стальных или чугунных литых плит, соединяемых между собой болтами или клиньями.

Крепление печей в виде поясов

Собственно крепление печей представлено металлическими поясами, охватывающими корпус печи в отдельных плоскостях. Прямоугольные печи с вытянутым в горизонтальном направлении рабочим пространством имеют обычно крепление, показанное на рис. 156, а. Крепление состоит из горизонтальных пятовых балок, на которые опирается арочный свод. Пятовые балки и кладка печи охватываются поясами, состоящими из вертикальных стоек, стянутых верхними и нижними тягами, закрепляемыми на стойках с помощью регулируемых гаек или пружин. Иногда вместо нижних тяг стойки устанавливают в колодцы фундамента и закрепляют в них клиньями.

Описанное крепление для прямоугольных печей с арочным сводом рассчитывают, исходя из величины горизонтального распора арочного свода R, воспринимаемого пятовыми балками и определяемого по схеме рис. 156, б.

Обозначим:
P — вес арочного свода, кГ,
α — угол сектора, в который вписывается дуга свода.

Тогда горизонтальный распор свода, возникающий от веса свода, будет

формула

При разогреве печей сила распора R значительно возрастает вследствие расширения кладки, что учитывается введением коэффициента k. Окончательная формула для R имеет вид

формула

где k — коэффициент увеличения распора; к = 2,5 до 1100° С и 3-3,5 при 1200—1500° С.

Цилиндрические печи имеют крепление, состоящее из сплошного железного кожуха, усиленного кольцевыми поясами, располагающимися на расстоянии нескольких метров один от другого (рис. 155, в). Для горизонтальных вращающихся печей часть этих поясов совмещается с опорами, на которых стоит и вращается корпус. Для шахтных печей, собранных пз водоохлаждаемых коробок — кессонов, крепление состоит из домкратов, упирающихся одним концом в кессон, а другим — в кольцевой пояс из металлических балок (рис. 156, г). Кроме того, отдельные кессоны соединяются один с другим болтами.

Отверстия в печах

В стенах и сводах печей устраивают отверстия, служащие для:

  • загрузки исходных материалов и выдачи готовых продуктов;
  • отвода газов;
  • подачи топлива, воздуха и электроэнергии;
  • наблюдения и контроля.

Число и размеры этих отверстий должны быть минимальными, а конструкция — обеспечивающей надежную изоляцию рабочего пространства от внешней среды. Отверстия в стенах печей выше уровня ванны обычно устраивают в виде окон прямоугольного сечения, перекрываемых сверху аркой, заложенной в кладке стены и опирающейся на пяты. Наружную часть кладки окон укрепляют металлической рамой, предотвращающей разрушение кирпичей от ударов загрузочных механизмов. Окна перекрывают заслонками, которые периодически поднимают и опускают с помощью ручных или пневматических лебедок. Заслонки представляют собой металлические водоохлаждаемые плиты и кессоны или огнеупорные кирпичи, набранные в металлический каркас.

В плавильных печах для выпуска расплавов в стенах на уровне ванны устраивают небольшие отверстия для шлаков, штейнов и сплавов. Штейны и сплавы обычно выпускают через шпуровые отверстия, находящиеся в нижней части стен. Шпуровое отверстие представляет собой канал прямоугольного сечения, проходящийчерез всю толщину стены. Его выкладывают из специального большемерного магнезитового или хромомагнезитового кирпича, имеющего форму брусьев. Снаружи шпуровое отверстие облицовывают металлической плитой, для увеличения срока службы которой иногда применяют специальные высокоогнеупорные втулки, вставляемые в выпускное отверстие плиты. Шпуровое отверстие закрывают глиняной пробкой и для предотвращения его полного замерзания в него вставляют железный ломик, периодически пробиваемый на небольшое расстояние внутрь печи. Шлак может также выпускаться через шпуровые отверстия аналогичной конструкции, но несколько увеличенных размеров. Иногда шлак выпускают через окна в торцовых или боковых стенках печей, перекрываемые регулируемым по высоте порогом из огнеупорной глины.

Отверстия в сводах печей могут быть прямоугольной и круглой формы. Для образования прямоугольных отверстий в сводах при размере их до 200 мм закладывают два кирпича, при больших размерах — арочки. Для образования круглого отверстия в своде закладывают замкнутое кольцо. Отверстия в сводах можно получать также формовкой из набивных масс. Загрузочные отверстия в сводах располагают таким образом, чтобы шихта размещалась в рабочем пространстве печей в наиболее рациональном порядке. Руды и концентраты загружают через трубы, соединяющие отверстия в своде с транспортными устройствами, подающими шихту.

Дымоходы и трубопроводы

Продукты горения отводятся из рабочего пространства печи в борова, соединяющие печь с дымовой трубой. В нагревательных печах ды­мовые газы выводятся через отверстие в поду печи, в пла­вильных — через заднюю тор­цовую стенку или через свод. Отвод через торцовую стенку, помимо лучшего использова­ния тепла, имеет конструктив­ное преимущество — не ослаб­ляет кладку свода.

Сечение боровов определя­ют, задаваясь скоростью газо­вого потока: F=V/ω, где V — расход дымовых газов, м3/с; ω — скорость движения про­дуктов горения, м/с.

Устройство для регулирования тягиОбычно скорость движения продуктов горения в боровах при нормальных условиях при­нимается равной 1,5—3 м/с (верхнее значение при тем­пературе газа 300—400° С, нижнее — при температуре 600—800° С). Сечение боровов должно быть не меньше 500×600 мм, что обеспечивает возможность человеку прово­дить его чистку. Борова укла­дывают в землю, причем тол­щина слоя земли над боровом должна быть не менее 300 мм. Во влажных грунтах борова заключают в водонепрони­цаемый кожух. Выбор материала для футеровки боровов определяется температурой продуктов горения. Обычно для этого используют шамотный кирпич. Наружный слой делают из красного кирпича. Свод боровов часто выкла­дывают в виде полуокружности (полуциркульный свод) для уменьшения усилия распора.

Сечение газопроводов и воздухопроводов определя­ют также по принятым скоростям движения газа или
воздуха, которые зависят от степени очистки газа, а для воздуха — от его температуры. Для чистого газа ско­рость принимается равной 8—10, для неочищенного 1—3 м/с. Для холодного воздуха скорость движения по трубам рекомендуется принимать 8—12 м/с, для нагре­того — в зависимости от температуры 3—6 м/с. При рас­чете трубопроводов высокого давления допускаются большие скорости.

Д
ля холодных газов и воздуха трубопроводами слу­жат металлические трубы, для горячих — трубы, футе­рованные огнеупорными материалами. При невысокой температуре газа и воздуха, безопасной для материала трубопровода, он изолируется только снаружи теплоизо­ляционными материалами. При проектировании трубо­проводов следует учитывать необходимость их гермети­зации.

Для регулирования давления в печном пространстве и тяги в боровах служат дымовые шиберы, устанавливаемые в боровах. При температурах отходящих газов до 600° С шиберы изготавливают литыми из серого чу­гуна. При температурах выше 600° С применяют шибе­ры, футерованные огнеупорными материалами или с водяным охлаждением (рис. 100). Для более плотного перекрытия шиберы в боровах устанавливаются с на­клоном в сторону дымовой трубы.

В газопроводах для отключения газа также исполь­зуют клапаны и заслонки различных типов. Для регу­лировки расхода газа пользуются дроссельными клапа­нами (рис. 101).Дроссельный регулирующий клапан

Дымовые трубы служат для создания тяги при уда­лении из печи продуктов горения. Трубы бывают трех типов — кирпичные, железобетонные и металлические. Чем выше труба, тем сильнее тяга, однако с увеличе­нием высоты резко возрастает стоимость их сооружения (рис. 102).Конструкция кирпичной дымовой трубы

Кирпичные трубы самые дорогие. Железобетонные трубы несколько дешевле кирпичных, причем разница в стоимости увеличивается с высотой, поэтому высокие трубы (до 180 м) изготавливают из железобетона, если температура дымовых газов не превышает 500° С. Ме­таллические дымовые трубы строятся высотой до 100 м. Сооружение их примерно в полтора раза дешевле кир­пичных, но срок службы их почти в два раза меньше. Внутри дымовые трубы футеруются огнеупорным кир­пичом. Футеровка выкладывается уступами, что обес­печивает ее свободное расширение при нагреве (рис. 103). Нижняя цилиндрическая часть дымовой тру­бы называется цоколем, верхняя — головкой.

Снабжение печей воздухом, кислородом и водой

Металлургические печи потребляют весьма значительные количества сжатого воздуха, кислорода и производственной воды. Сжатый воздух и кислород расходуются в печах для окислительных технологических процессов, для сжигания топлива и иногда для охлаждения элементов печей. Производственную воду в основном используют для охлаждения элементов печей (до 95% от общего потребления) и на различные производственные нужды. Наибольшие потребители сжатого воздуха и кислорода — шахтные, отражательные и обжиговые печи и конвертеры. Для этих печей требуется воздуха, м3/мин: шахтных 400—1500; отражательных 400—1000; обжиговых 100—600; конвертеров 200—1000. Потребление кислорода для обогащения воздушного дутья составляет для печей цветной металлургии от 0,5 до 21% от объема их воздухопотребления. Избыточное давление потребляемого печами воздуха обычно находится в пределах 0,02—1,5 ат и иногда достигает 6—10 ат. Потребление воды на охлаждение печей составляет, м3/ч: шахтных 100—1000; отражательных и рафинировочных 50—250; нагревательных 50—400; электрических 50—200. Давление воды в системах охлаждения печей 2—12 ат.

Воздухоснабжение печей

Воздух к печам подается с помощью воздухоподающих машин, которые можно классифицировать, в зависимости от избыточного давления воздуха, на следующие группы:

  1. вентиляторы до 1000 мм вод. ст.;
  2. воздуходувки, 0,1—3 кГ/см2;
  3. компрессоры, свыше 3 кГ/см2.

В зависимости от принципа действия воздухоподающие машины разделяются на поршневые и центробежные. Для снабжения металлургических печей обычно применяют центробежные машины, характеризующиеся большими производительностями по сравнению с поршневыми. В табл. 34 приведены характеристики некоторых центробежных воздухоподающих машин, применяющихся для воздухоснабжения металлургических печей.

Характеристика некоторых центробежных воздухоподающих машин

Воздухоподающие машины металлургических заводов обычно размещают на специальных воздуходувных станциях, где для них обеспечивается рациональный режим эксплуатации и квалифицированное обслуживание. В ряде случаев, особенно для машин низкого давления, (вентиляторы, реже воздуходувки), они располагаются непосредственно около печей, что уменьшает затраты на сооружение воздухопроводов и позволяет устранить потери давления в сети.

Схема воздухоснабжения метал­лургических печей

Воздуходувные станции целесообразно располагать вблизи от металлургических цехов, потребляющих сжатый воздух. Для крупных заводов, имеющих в своем составе несколько металлургических цехов, находящихся в отдалении один от другого, воздуходувные станции правильнее делать цеховыми вместо единой общезаводской станции. Воздух от воздуходувной станции к печам может подаваться по параллельной схеме, при которой все воздуходувные машины работают параллельно и нагнетают воздух в общий воздухопровод (рис. 208, а), а также и по индивидуальной схеме, когда воздуходувка работает через индивидуальный воздухопровод только на определенную печь (рис. 208, б).

Каждая схема имеет свои преимущества и недостатки. При параллельной схеме общая производительность машин снижается, но зато обеспечивается более гибкая работа системы и требуется меньшая резервная мощность машин. При индивидуальной схеме производительность работающих машин используется более полно, но необходимый резерв мощности машин может достигать 100 %. Кроме того, значительно возрастает длина воздухопроводной сети. Более распространена параллельная схема. Воздух перед поступлением в воздуходувки очищают от пыли на специальных фильтрах. Воздухопроводная система оборудована регулирующими и отсекающими задвижками, располагающимися на станции и около печей, а также отводами для стравливания избыточного воздуха в моменты кратковременных отключений печей от воздухопроводной сети.

Воздухопроводы собирают из стальных труб диаметром от 0,1 до 1,5 м, рассчитанных на соответствующее давление. Для регулирования расхода применяют газовые задвижки. Воздухопроводная сеть обычно располагается над поверхностью земли на специальных колоннах или крепится к колоннам цехов. Иногда воздухопроводы укладывают в каналы, углубленные в землю, но доступные для осмотра и ремонтов. Воздух к печам обычно подводится по кольцевому воздухопроводу, обеспечивающему одинаковое питание всех воздухопотребляющих узлов печи.

Для производства кислорода на металлургических заводах обычно сооружают специальные кислородные станции, вырабатывающие технический кислород, содержащий 95—98% O2. Известны случаи централизованного снабжения кислородом группы металургических заводов от единой крупной центральной кислородной станции по системе дальних кислородопроводов высокого давления. При ограниченном потреблении кислорода возможна его доставка на завод специальными автомашинами, оборудованными цистернами для жидкого кислорода и испарительными устройствами. Сырьем для получения кислорода служит атмосферный воздух, содержащий его в несвязанном виде в количестве 20,93% по объему. Наиболее экономичный из известных в настоящее время способ разделения воздуха — его низкотемпературная ректификация, основанная на использовании разницы в температурах кипения сжиженных газов.

Схема получения кислорода из воздуха состоит из двух основных операций — сжижения воздуха и последующего его разделения на отдельные газовые составляющие. Для сжижения воздух предварительно сжимают до 70—200 ат с последующим расширением, при котором происходит глубокое охлаждение воздуха, вызывающее его сжижение. Полученный сжиженный воздух поступает в ректификационные колонны, где в процессе испарения он разделяется на кислород, азот и другие газовые составляющие. В схеме получения кислорода большое значение имеют теплообменные устройства, в которых охлаждается сжатый воздух, поступающий па разделение, и нагреваются конечные продукты разделения.

Воздух, поступающий на производство кислорода, очищают от пыли и из него удаляют влагу и углекислоту. Получение кислорода требует значительного расхода электроэнергии, который в наиболее крупных и совершенных установках составляет 0,45 квт • ч/м3. Стоимость кислорода, производимого на крупных кислородных станциях, зависит от стоимости электроэнергии и составляет 0,6—1,2 коп. за 1 м3. В настоящее время в СССР выпускают установки для производства кислорода малой, средней и большой производительности. В табл. 35 приведены характеристики некоторых из этих установок.

Характеристика кислородных установок

На основе этих установок Гипрокислород разработал три типовых проекта кислородных станций:

  1. малой — одна установка УКГС-100-1;
  2. средней — три установки КГ-3600;
  3. крупной — три установки БР-1.

Обычное давление кислорода, получаемого на станциях, составляет 500 мм вод. cт., и для подачи кислорода в заводскую сеть и к печам требуется установка кислородных компрессоров соответствующего давления и производительности.

Кислородные станции сооружают на территории металлургических заводов в необходимом отдалении от основных заводских сооружений но требованиям техники безопасности. Иногда для хранения кислорода сооружают газгольдеры, работающие при давлении до 400 мм вод. ст. Кислород к печам подается по кислородопроводам, смонтированным из стальных труб. Применяют подземную и надземную прокладку кислородопроводов. Кислородопроводы обязательно окрашивают снаружи в голубой цвет. Диаметр кислородопроводов находят по скорости 10—20 м/сек. Кислородопроводы оборудуют запорной и регулирующей герметизированной арматурой.

Наиболее безопасная система подачи кислорода в металлургические печи — подача его по самостоятельным кислородопроводам до самой печи, без подмешивания его в воздухоподводящую систему печей, что предотвращает возможность пожаров и взрывов в этой системе. Поэтому на заводе сооружают один или несколько магистральных кислородопроводов, от которых делают отводы к отдельным печам. Кислород в печи рекомендуется подавать также раздельно от воздуха и топлива с тем, чтобы они смешивались в самом топочном объеме печей или только на выходе из горелок и фурм. Поэтому в горелках и форсунках кислород подводится по отдельному изолированному каналу под струю топлива или вокруг нее со смешением их на выходе. В фурмах также рационально подавать кислород по самостоятельной трубке, изолированной от воздушного канала, до самого выхода струи из фурмы. Кислород при неосторожном обращении с ним может явиться причиной пожаров и взрывов. Поэтому если на заводе имеется кислородное хозяйство, необходимо строго соблюдать специальные меры предосторожности и правила техники безопасности. Особо следует избегать соприкосновения кислорода со смазочными маслами, эмульсиями и обжиренными поверхностями. При пуске кислородных систем и кислородопроводов обязательно их обезжиривание промывкой дихлорэтаном и продувкой инертными газами.

Водоснабжение печей

Схема водопро­вода металлургического заво­да с оборотом водыНаиболее распространенная система промышленного водоснабжения печных цехов — схема с оборотом воды (рис. 209). Здесь насосами 1 вода из охлаждающего устройства 2 подается в трубы распределительной сети 3 к производственным агрегатам 4. Нагретая вода поступает в трубы другой сети 5 (на рисунке эта сеть дана пунктиром) и отводится на охлаждающие сооружения 2 (градирни, брызгальные бассейны, охладительные пруды и т. п.). Свежая вода добавляется из источника через водоприемник 6 насосами 7 по водоводам 8. В рассматриваемой схеме водоснабжения имеются Две насосные станции: заборная станция первого подъема 7 и циркуляционная станция 1. Схема с оборотом воды позволяет резко снизить расход свежей воды, забираемой из источника водоснабжения, который составляет обычно не более 10—20% от общего водопотребления системы. Кроме того, оборот воды позволяет снизить необходимые расходы на подготовку воды (очистку, смягчение и т. д.).

Для перемещения и подъема воды с системах заводского водоснабжения применяют поршневые, центробежные и бесприводные (эрлифты) насосы. Наибольшее распространение на металлургических заводах имеют центробежные насосы производительностью от 10 до 3600 м3/ч с напором от 20 до 100 м вод. cт., приводимые в действие электродвигателями мощностью от 10 до 700 квт. Поршневые насосы используют преимущественно для подачи пульп. Насосы помещают в специальных помещениях — насосных станциях, которые по своему назначению подразделяются на станции 1-го подъема (забор из источника водоснабжения), циркуляционные, повысительные и др.

Насосные станции 1-го подъема предназначены для подачи воды из источника водоснабжения к промышленному предприятию и расположены обычно вне территории предприятия на берегу реки или водохранилища. При оборотной схеме водоснабжения насосные станции 1-го подъема подают воду потребителям, расходующим ее в процессе производства безвозвратно, а также для покрытия потерь воды вциркуляционных системах на испарение, унос и продувку. Циркуляционные насосные станции располагают обычно на территории металлургического завода, они обслуживают одну или несколько циркуляционных систем. Повысительные станции также находятся на территории завода или цеха и предназначаются для повышения имеющегося в сети напора для отдельных объектов.

Для бесперебойной работы насосных станций их обязательно оборудуют резервными насосами, позволяющими обеспечивать бесперебойное водоснабжение заводских агрегатов.

Для подачи свежей и оборотной воды и циркуляции ее в оборотных системах водоснабжения на металлургических заводах сооружают водопроводную сеть, которая может быть кольцевой и тупиковой. И та и другая системы водопроводной сети обычно имеют не менее двух дублирующих водоводов. При двух водоводах каждый из них должен обеспечивать подачу в нормальных условиях 50%, а в аварийных — не менее 70% расчетного расхода воды.

Для объектов, требующих высокой степени обеспечения надежности водоснабжения и не допускающих перерывов в подаче воды даже на несколько минут (например, системы охлаждения элементов печей), не рекомендуются кольцевые водопроводные сети. Воду следует подавать по двум параллельным водоводам.

Для водопроводных сетей применяют чугунные, асбоцементные, железобетонные и стальные трубы диаметром от 50 до 1600 мм, рассчитанные на давление 3—50 кГ/см2 и выше. Диаметр труб для сооружения водоводов определяют по количеству воды и скорости ее движения 0,8—1,2 м/сек. Водопроводные сети чаще всего прокладывают прямо в земле или в подземных туннелях и в случае применения стальных труб покрывают снаружи антикоррозийной изоляцией. Цеховую разводящую сеть и подводящие к печам водоводы в значительной своей части делают наружными и крепят на строительных конструкциях цехов и специальных эстакадах и опорах. Водопроводную сеть оборудуют запорной и регулирующей расход арматурой.

Для охлаждения нагретой воды из системы оборотного водоснабжения специально сооружают:

  1. открытые водоемы (пруды, реки, озера);
  2. брызгальные бассейны;
  3. градирни;
  4. смешанные охладители.

Выбор типа охлаждающего сооружения зависит от местных природных и климатических условий и объема оборотной воды.

В зависимости от качества и загрязненности воды в источниках водоснабжения, а также требований к чистоте и жесткости воды, предъявляемых заводскими агрегатами, воду, поступающую в водопроводную сеть металлургического завода, очищают. Повышенные требования к очистке технической воды предъявляют системы охлаждения элементов печей, особенно системы с испарительным охлаждением. Они могут питаться водой, очищенной от механических примесей, с жесткостью, не превышающей 0,10—0,15 мг-экв/л, и с содержанием растворенного кислорода менее 0,1 мг/л. Полностью должна быть удалена из воды, идущей на испарительное охлаждение печей, свободная углекислота. От механических примесей воду очищают отстаиванием с коагуляцией и фильтрацией. Для умягчения воды, стабилизации, обезжелезивания и снижения кислотности применяют известкование ее негашеной известью с последующим отстаиванием и фильтрацией.

Воду, содержащую растворенные карбонаты, подкисляют серной кислотой и обрабатывают специальными реагентами, например дымовыми газами.

Системы водоснабжения промышленных предприятий должны иметь защитные устройства от гидравлических ударов и воздушные трубы для выпуска накапливающегося воздуха.

Охлаждаемые элементы корпуса печи

В новейших конструкциях печей все большее значение приобретают элементы корпуса, охлаждаемые различными теплоносителями. Замена части огнеупорной кладки металлическими охлаждаемыми элементами делает конструкцию печей более надежной и экономичной.

В настоящее время применяют сварные и литые кессоны, устанавливаемые в стенах и в сводах печей, охлаждаемые заслонки и рамы для окон, плиты и вкладыши для загрузочных и выпускных отверстий, охлаждаемые фурмы, горелки и электродержатели и др. Для защиты охлаждаемых элементов от непосредственного воздействия на них расплавов, газов и пыли их покрывают с лицевой стороны огнеупорной кладкой, обмазкой или естественно или искусственно создаваемым слоем защитного гарниссажа. Металлические элементы печей обычно охлаждают водой или водяным паром (испарительное охлаждение), реже воздухом или минеральным маслом.

Теплоизоляционные материалы

Применение теплоизоляционных материалов в конструкциях печей позволяет уменьшить тепловые потери через стены и тем самым уве­личить тепловой к. п. д. и производительность печей. В печестроении находят применение два типа теплоизоляционных материалов — лег­ковесные огнеупоры и природные теплоизоляционные материалы.

Легковесные огнеупоры по химико-минералогическому составу не отличаются от обычных огнеупоров, но имеют большую пористость и, следовательно, малые объемную массу, теплопроводность, меха­ническую прочность, термостойкость и шлакоустойчивость. Высокая огнеупорность легковесов допускает их применение для внутренней
кладки печей, но при условии покрытия их огнеупорной обмазкой. Не следует допускать прямого их соприкосновения с расплавленны­ми металлом и шлаком. Печи, выложенные изнутри легковесными огнеупорами, быстро разогреваются и имеют сравнительно меньшие потери тепла на нагрев кладки, что важно для периодически дей­ствующих печей.

Существуют три способа производства легковесных огнеупо­ров — способ выгорающих добавок, пенообразующий и химический. При изготовлении способом выгорающих добавок в огнеупорную массу вводят древесные опилки, древесный уголь и другие углероди­стые вещества в количестве 25—35% (по массе). При обжиге отформованных изделий эти добавки выгорают, создавая поры. Режимы сушки и обжига легковесов не отличаются от режимов для обычных огнеупоров данного типа.

При пенообразующем способе во влажную массу огнеупора (шликера) вводят эмульсию канифольного мыла или мыльного кор­ня, способных образовывать пену. В качестве стабилизатора пены применяют столярный клей. Вспененную массу разливают в формы, сушат и обжигают.

При химическом способе к огнеупорным массам добавляют газообразующие вещества, такие как известняк или доломит, и рас­твор серной кислоты. Образование пористой структуры происходит как следствие выделения пузырьков CO2 в результате протекающей химической реакции. Для стабилизации объема сырца в процессе его вспучивания выделяющимся газом в шихту вводят высокоглино­земистый цемент или гипс. Полученную вспученную массу разлива­ют в формы, сушат и обжигают. После обжига легковесные огне­упорные изделия подвергают механической обработке, так как в процессе обжига происходит их значительное коробление.

Легковесные огнеупоры, полученные способом выгорающих до­бавок, имеют объемную массу 1000—1300 кг/м3 и теплопроводность 0,3—0,5 Вт/(м•К). Пенолегковесные огнеупоры отличаются от них в основном меньшей объемной массой (400—800 кг/м3) и меньшей теплопроводностью (0,1—0,2 Вт/(м • К )), т. е. более высокими тепло­ изоляционными свойствами.

Природные теплоизоляционные материалы применяются главным образом для наружной изоляции печей. Используются они в виде формованных изделий, ваты, засыпки, обмазки, наносимых на нагре­ваемую поверхность. Из природных теплоизоляционных материалов наибольшее распространение получили асбест, диатомит и трепел,
зонолит и обожженный вермикулит.

Асбест — минерал волокнистого строения, способный расщепляться на тонкие, гибкие и прочные волокна. Температура плавления асбеста 1500° С, но при 700° С асбест теряет конституционную влагу и рассыпается в порошок, его теплоизоляционные свойства снижа­ются, поэтому используется он при температуре до 500° С. Промыш­ленностью выпускаются изделия из асбеста различной формы и раз­меров, но в основном он применяется в виде картона, шнура, ваты и как наполнитель многих теплоизоляционных обмазок.

Диатомит и трепел — осадочные породы, состоящие преимуще­ственно из аморфного кремнезема. Они отличаются большой пористостью, пластичностью, нерастворимостью в воде и кислотоупор­ностью. Температура размягчения их около 1000° С. Применяются в сыром и обожженном состоянии в виде засыпки и готовых изделий
при температуре до 900° С. Диатомитовые изделия выпускаются трех классов по объемной массе: 500, 600 и 700 кг/м3.

Зонолит и обожженный вермикулит применяют для теплоизоля­ции высокотемпературных печей в виде засыпки. Предельная рабо­чая температура их 900° С.

Строительные материалы и металлы

При сооружении печей, помимо специальных строительных материалов — огнеупорных и теплоизоляционных, — широко применяются и обычные: строительный кирпич, бутовый камень, бетон, песок, гравий, щебень, растворы.

Строительный кирпич (красный) изготавливается из легкоплавких глин, огнеупорность которых ниже 1350° С, и используется в тех местах кладки, где температура не превышает 800° С. Средний коэффициент теплопроводности этого кирпича около 0,8 Вт/(м•К). Области применения строительного кирпича — наружные слои кладки стен, боровов, стволов дымовых труб, фундаментов печей и др. Размеры строительного кирпича такие же, как у огнеупорного нормального кирпича.

Бутовым камнем называются крупные неправильной формы куски горных пород — песчаника, известняка или гранита. В печестроении находят применение песчаниковые бутовые или гранитные камни, выдерживающие более высокие температуры (до 200°С), чем известняковые камни. Из бутового камня кладут фундаменты печей,
подпорные стены и др.

Строительные бетоны — воздушно-твердеющая водная смесь цемента и наполнителя. Наполнителями являются песок, щебень и гравий. Щебень — дробленые отходы строительного кирпича или естественных камней; гравий — продукт разрушения горных пород. Щебень и гравий служат крупнозернистым, песок — мелкозернистым наполнителями в бетонах. Из цементов для изготовления строительных бетонов в печестроении наиболее широко используют портландцемент и быстротвердеющий глиноземистый цемент.

Строительные растворы, в которых в качестве вяжущего компонента используются известь и цемент, а наполнителем является песок, служат для Заполнения швов в кладках из строительного кирпича и бутового камня. Добавление глины в растворы увеличивает их плотность.

В конструкции металлургических печей используются как обычные стали и чугуны, так и специальные жаропрочные и окалиностойкие стали, сплавы и чугуны.

Обычные стали и чугуны могут удовлетворительно служить при температурах, не превышающих 400° С. При более высоких температурах снижается их механическая прочность, а в чугунах начинаются процессы распада карбидов, ускоряются процессы окисления металла. Поэтому они применяются только для тех элементов конструкции, рабочая температура которых ниже предельной для этих металлов. Это каркасы печей, кожуха, рабочие площадки, рамы окон, корпуса заслонок, глиссажные трубы и др. При этом широко используется стальной лист, сортовой прокат, стальное и чугунное литье.

Элементы печей с рабочей температурой, превышающей 400° С, выполняются из окалиностойких и жаропрочных сталей и сплавов. Окалиностойкие (жаропрочные) стали и сплавы применяют при изготовлении ненагруженных конструкций, работающих при температуре выше 400°С (металлические рекуператоры, муфели термических печей
и другие элементы).

Окалиностойкими называются стали и сплавы, стойкие к газовой коррозии поверхности при высоких температурах. Метод повышения коррозионной стойкости — легирование стали легкоокисляющимися металлами, такими как хром, кремний, алюминий и др. Пленка окислов этих металлов на поверхности стали надежно защищает ее от коррозии. Наилучшие результаты получаются при легировании одновременно несколькими элементами.

Сплавы с повышенным содержанием никеля (более 15%) не стойки к воздействию сернистых соединений, поэтому в случае присутствия SO в дымовых газах применять такие сплавы не рекомендуется. Увеличение хрома и алюминия повышает стойкость стали к SO2. К окалиностойким сталям относятся стали марок Х25Т (ЭИ439),
Х28 (ЭЖ27, ЭИ349), Х23Н13(ЭИ319) и др., работающие до температуры 900—1100° С.

«Жаропрочными» называются стали, обладающие механической прочностью в условиях высоких рабочих температур и при этом стойкие к химической коррозии. Это стали с большим содержанием хрома и никеля, легированные еще молибденом и ванадием. Применяют их для изготовления механически нагруженных деталей печей, работающих при высоких температурах (рамы, поддоны, опоры подовых труб и т. п.). К ним относятся стали марок Х14Г14НЗТ (ЭИ711), Х18Н10Т (1Х18Н10Т ЭЯ1Т) и др., работающие до температуры 800° С, и 3Х13Н7С2 и подобные ей, способные работать до 1000°С.

Жаростойкие кремнистые чугуны, содержащие до 6% Si (силал), применяют для изготовления игольчатых рекуператоров. Жаростойкий чугун марки ХЧС-5,5, содержащий менее 5,5% Si, применяют при температуре до 850° С. Для работы при температурах до 1000° С используют чугун марки ЖЧСШ-5,5-0,1, содержащий свыше 5,5% Si и модифицированный магнием.