Реферат: Материалы используемые в электропечестроении

--PAGE_BREAK--Из гидратов глинозема также могут быть получены высокоогнеупорные высокоглиноземистые изделия. Природные гидраты глинозема – диаспоры и бокситы – сильно загрязнены минеральными примесями. Поэтому хотя на базе обогащенного акташского диаспора можно получать изделия с содержанием глинозема до 68%, их свойства приближаются к свойствам силлиманитовых изделий.
Искусственный гидрат глинозема, получаемый путем химической переработки бокситов и прокаленный при 1000 — 12000С, превращается в технический глинозем, содержащий до 99,0 – 99,5% глинозема. Из технического глинозема спеканием его с глиной может быть получен муллито–корундовый шамот, а последний по способу изготовления много шамотных изделий позволяет получить корундовые изделия с содержанием глинозема около 73%, со средней плотностью 2700кг/м3, огнеупорностью свыше 18000С и с температурой начала деформации под нагрузкой 196,2 кПа в 15800С.
Из технического глинозема могут быть получены и чистые корундовые рекристаллизованные изделия. Для этой цели производиться дополнительный обжиг глинозема при температуре 1450 — 16000С, его размельчение и формирование из него изделий с последующим вторичным обжигом при 17000С. Полученные рекристаллизованные изделия содержат до 99,0 – 99,7% глинозема, обладают огнеупорностью выше 20000С и температурой начала деформации под нагрузкой 196,2 кПа в 19000С. Однако большая усадка их и сравнительно невысокая нагревостойкость позволяют изготовлять таким путем лишь тонкостенные, полые и небольшого размера изделия. Поэтому из того же глинозема, а также из белого электрокорунда или монокорунда со связкой из высокодисперсного рекристаллизованного корунда получают более совершенные по своим свойствам корундовые изделия также с огнеупорностью около 20000С и с температурой начала деформации под нагрузкой 196,2 кПа в 18500С.
На противоположном конце системы SiO2-А12О3 находится динас, материал, имеющий явно выраженный кислый характер. Поэтому динас применяется главным образом для выкладки футеровки дуговых и индукционных сталеплавильных печей, работающих с использованием кислых — шлаков. Замечательным свойством динаса является его механическая прочность при высоких температурах. В то время как остальные материалы снижают постепенно свою прочность по мере повышения температуры, динас сохраняет свои механические свойства почти до температуры расплавления. Ввиду этого он является одним из самых прочных огнеупорных материалов и поэтому идёт на выкладку нагруженных частей футеровки, сводов и арок дуговых сталеплавильных и руднотермических печей.
Основным сырьем для изготовления динаса являются кварциты. Динасовый кирпич имеет белый или слегка желтоватый цвет, в изломе, видны зерна кварца. Масса стандартного кирпича 3,2-3,3 кг. В соответствии с ГОСТ 4157-69 и 156Б-71 — динасовые изделия могут быть отнесены к –I, II или особому классу или к электродинасам (изделия для электросталеплавильных печей)
Недостатком динасового кирпича является его склонность к растрескиванию при резких колебаниях температуры. Наиболее тяжелым условиям динас подвергается в сводах сталеплавильных печей, на внутренней поверхности которых тёмпература доходит до 1750 0С. При этой температуре поверхность кирпича оплавляется, свод печи изнутри покрывается сосульками и он держится в основном наружными, более холодными частями кирпичей. Кроме того, свод периодически охлаждается, особенно в печах с верхней загрузкой. Срок службы свода в таких условиях, понятно невелик и измеряется десятками часов. Поэтому для сводов крупных дуговых сталеплавильных печей рекомендуется применять лишь электродинас, изготовленный из особо плотных кварцитов с содержанием SiO2 не менее 97,5%. Такой динас, имеющий и несколько большую огнеупорность и большую механическую прочность при высоких температурах, обеспечивает увеличение срока, службы свода дуговых сталеплавильных печей. В электрических печах сопротивления динасовые изделия применяются редко.
Весьма важная группа огнеупоров содержит в качестве основной составляющей периклаз (окись магния МgO), обладающий в чистом виде очень высокой огнеупорностью (2800 °С). К этой-группе относятся магнезитовые огнеупоры, изготавливаемые в основном из горной породы магнезита.
В результате обжига и ряда операций получаются магнезитовые кирпичи темно коричневого цвета, масса стандартного кирпича 4,5кг.
В соответствии с ГОСТ 4689-63 — огнеупорность магнезитовых изделий должна быть не менее 2000 0С, предел прочности на сжатие при нормальной температуре не ниже_ 40 МПа, температура начала размягчения при нагрузке 196,2 кПа, не менее 1500 °С.
Магнезитовые кирпичи применяются главным образом для выкладки футеровки металлургических печей, мартеновских и дуговых электросталеплавильных, работающих на основном процессе, а также некоторых руднотермических печей. Обладая высокой огнеупорностью эти кирпичи в то же время не имеют достаточной прочности при высоких температурах и достаточной термоустойчивости. Поэтому они не могут быть использованы для выкладки сводов и арок печей, работающих на основном процессе, их приходится выполнять из динасового кирпича, как более прочного.
2.2. Огнеупорные растворы, бетоны, набивные массы и обмазки Связующие огнеупорные растворы – мертели служат для заполнения швов между кирпичами огнеупорной кладки. При этом получаются тонкие швы, обладающие достаточно высокой огнеупорностью и высокой температурой деформации под нагрузкой и по свои свойствам приближаются к свойствам связывающего кирпича. Шамотные мертели представляют собой тонкомолотые смеси шамота или боя шамотного кирпича с огнеупорной глиной. В соответствии с ГОСТ 6137 – 61 по огнеупорности они выполняются четырех классов.
Динасовые огнеупорные растворы представляют собой смеси из молотого кварцита, боя динасового кирпича и огнеупорной глины и динасовые мертели делятся на три класса.
Магнезитовая кладка всегда выкладывается всухую, без раствора, с пересыпкой швов мелким металлургическим порошком, так как впитывающий из раствора влагу магнезитовый кирпич приобретает склонность к растрескиванию при нагреве.
В отличии от растворов, связывающих огнеупорные кирпичи или камни друг с другом, огнеупорные массы – бетоны, набивные и наварные массы – служат для изготовления целых монолитных частей футеровок.
Огнеупорные бетоны состоят из связующих – гидравлических твердеющих глиноземистого цемента или портландцемента или жидкого стекла и заполнителей – шамотного порошка, хромита, а для легковесных термоизоляционных бетонов в качестве наполнителя используют молотый пористый шамот.
В настоящее время огнеупорные бетоны находят все большее применение, и, в частности, начинают проникать в электропечестроение.
2.3. Пористые огнеупоры Основным огнеупором, применяемым в электрических печах сопротивления является шамот. Однако шамотные изделия для большинства печей сопротивления (работающих до 1000°С) обладают излишней огнеупорностью и механической прочностью и в то же время имеют недостаточное тепловое сопротивление и чересчур большую среднюю плотность. Поэтому в электропечестроении все большее распространение получают искусственные материалы, обладающие за счет пониженной механической прочности большим тепловым сопротивлением и меньшей средней плотностью, так называемые легковесы и пористые огнеупорные изделия. Применение их особенно желательно для печей периодического действия, так как при этом благодаря уменьшению массы огнеупорной кладки соответственно снижается аккумулируемое ею при каждом разогреве тепло, кроме того, уменьшаются также тепловые потери печи. В то же время механическая прочность кладки почти всегда оказывается достаточной. Для кирпичей работающих в сводах, арках и других нагруженных частях кладки, нагрузка обычно не превосходит 200кПа, а в стенах 100кПа. Достаточной прочностью в холодном состоянии обладает почти всякий легковес.
Наиболее простой способ придать огнеупорным изделиям малую теплопроводность и сделать их легкими — это искусственное увеличение их пористости. Воздух обладает весьма малой теплопроводностью. Но тепло через воздушные поры может передаваться не только теплопроводностью, внутри пор могут возникать конвекционные токи; кроме того, в них тепло может передаваться от стенки к стенке излучением. Для того чтобы свести к минимуму оба эти фактора, необходимо, чтобы поры были замкнутыми и малыми, чтобы их величина измерялась долями миллиметра или 2-3 мм. В этом случае в них не смогут развиваться конвекционные потоки, да и лучистая энергия встретит на своем пути множество поперечных стенок, играющих роль тепловых экранов.
Существует несколько способов приготовления легковеса, каждый из которых дает свой специфический продукт со своими особыми свойствами.
Наиболее старым и распространенным является способ выгорающих добавок, при котором в массу добавляют измельченные древесный уголь, опилки, торф или пробку. При обжиге они выгорают, и на их месте образуются поры.
Значительно более прочным является динасовый легковес, выполняемый из молотого кварцита с антрацитом или кокситом. Изделия получаются со средней плотностью 1200 кг/м3 и с температурой начала размягчения 1550°С при нагрузке в 100 кПа.
Химический способ, образования легковеса — химлегковеса заключается в том, что шамотный порошок смешивается с небольшим количеством глины, доломита, серной кислоты и гипса.
Пеноспособ заключается в том, что шамот с глиной смешиваются с пенистой массой, образованной путем взбивания раствора из канифольного мыла. Полученная смесь вторично взбивается и образует пористую массу, укладываемую в формы. Стабилизатором ячеек служит столярный клей, добавляемый в массу и предохраняющий ее от оседания до обжига. Последний производится при 1300°С, после чего получаются изделия, называемые пенолегковесными.
Основными недостатками легковесов являются низкая шлакоустойчивость, небольшое сопротивление истиранию, малая стойкость к термоударам, а также высокая газопроницаемость. Поэтому их необходимо защищать от воздействия шлаков тонким слоем огнеупорного кирпича либо слоем огнеупорной обмазки и нельзя из легковеса выкладывать поверхности, по которым передвигают изделия, так как они быстро износятся, или их надо защитить жароупорными плитами или направляющими. Малая стойкость легковеса к термоударам обусловливает растрескивание футеровки при значительных колебаниях температуры. В этом отношении более стойкими являются легковесы, полученные способом, выгорающих добавок, а также пеношамоты. Для борьбы с газопроницаемостью легковесов применяют обмазки или герметизируют кожухи электропечей.

3. Теплоизоляционные материалы Для уменьшения тепловых потерь печи необходимо, чтобы кладка ее обладала большим тепловым сопротивлением. Но огнеупорная часть кладки должна быть механически прочной, а следовательно выполнена из материала с большой средней плотностью и достаточно большой теплопроводностью. Поэтому футеровки печей, как правило, выполняются составными, внутренняя часть выкладывается из огнеупора, а наружная часть из теплоизоляционных материалов. В соответствии с этим электропечестроение предъявляет к теплоизоляционным материалам следующие требования: малая теплопроводность; малая удельная теплоемкость; достаточная огнеупорность; некоторая механическая прочность; дешевизна и доступность.
Теплоизоляционные материалы работают в печи в более легких условиях, чем огнеупоры. Температура, действию которой они подвергаются, всегда меньше, так как огнеупорный слой берет на себя часть температурного перепада и предохраняет их от размывающего действия шлаков, всякого рода ударных и истирающих усилий, разгружает от механических напряжений. Поэтому их огнеупорность может быть меньше, требуется лишь весьма относительная механическая прочность, например способность, выдерживать свой собственный, но зато требование малой теплопроводности является для них основным. Требование дешевизны и доступности определяется опять таки тем обстоятельством, что тепло изоляционные материалы потребляются в больших количествах.
Теплоизоляционные материалы применяются в виде кирпичей, плит, фасонных изделий, в виде засыпки (порошок, вата), мастики, которой покрываются горячие части печей, картона, матрацев, матов.
Одними из наиболее распространенных теплоизоляционных материалов являются диатомит и трепел. Диатомит представляет собой скопление скелетов мельчайших водорослей диатомей, состоящих из кремнекислоты и пронизанных мельчайшими порами. Трепел имеет тот же состав, но в нем в микроскоп нельзя различить отдельные скелеты водорослей.
Для получения пористого диатомитового кирпича применяется главным образом способ выгорающих добавок. В качестве последних: наилучшие результаты дает пробка (негигроскопична, малая зольность, округлая форма пор), затем древесный уголь, худшие результаты дают опилки и торф. Диатомитовый кирпич выполняется трех классов, средней плотностью 500, 600 и 700 кг/м3, и может применяться до 900 °С. Для теплоизоляции электрических печей желательно применять диатомитовые кирпичи марки 500.
Целый ряд теплоизоляционных материалов приготавливается на базе асбеста. Асбест представляет собой минерал волокнистого строения, крупнейшие залежи которого имеются, у нас на Урале. Он состоит из тончайших, нитей, очень прочных на растяжение, но легко перетирающихся. Если асбест распушить, то он принимает вид волокнистой массы со средней плотностью 250-800 кг/м3 в зависимости от сорта асбеста и степени его распуши. В таком виде он может быть использован как теплоизоляционная засыпка (асбестит), способная работать до 600 °С. Температура плавления асбеста значительно выше, около 1500°С но при 700°С асбест теряет всю содержащуюся в нем воду и рассыпается, лишаясь своих теплоизоляционных свойств. Недостатком асбеста является его высокая гигроскопичность.
При склеивании асбестовых волокон белой глиной с органическими добавками и прессовании под высоким давлением получаются, асбестовый картон бумага, а сплетением волокон асбеста с хлопчатобумажными нитями изготавливается асбестовый шнур. Картон и шнур также используются в качестве теплоизоляции.
Асбестовая засыпка является малоэффективной изоляцией, и поэтому она применяется в настоящее время в чистом виде лишь в редких случаях, но входит составляющей, частью в ряд других теплоизоляционных материалов.
Для обмазки горячих поверхностей применяются так называемые мастичные материалы. Такими материалами являются асбозурит (70 % диатомита или трепела и 30% асбеста пятого и седьмого сортов), новоасбозурит (70 % диатомита или трепела, 15% шиферных отходов 15% асбеста пятого и шестого сортов) и др.
К высокоэффективным теплоизоляционным материалам относятся асбомагнезиальные массы например совелит (85 % смеси двойной углекислой соли кальция и магния и 15% распушенного асбеста). Они применяются в виде изделий (плитки, сегменты и т.п.), накладываемых на защищаемые поверхности. Материалы эти, обладая весьма низкой вредней плотностью и хорошими теплоизоляционными свойствами, являются в то же время малопрочными и могут быть использованы до 350 — 500 0С. Основным же недостатком их является высокая стоимость, ограничивающая их применение.
Широкое применение получили в последнее время стеклянная и минеральная ваты, а также стеклянное волокно.
Стеклянная и минеральная ваты и волокно применяются в форме засыпки для заполнёния пространства между, огнеупорной кладкой и кожухом печи, а также в виде матрацев и матов. Стеклянное волокно лучше выносит вибрацию (вата от вибрации уплотняется, в целях уменьшения этого явления ее несколько уплотняют при укладке, лучше ее применять в виде матов), кроме того, оно менее вредно. Мелкие волокна ваты, попадая на слизистые оболочки, раздражают их, вызывая воспаление, тогда как длинные нити стеклянного волокна не вызывают этих явлений. Однако стеклянное волокно значительно дороже ваты.
Стеклянные волокна и нити начинают спекаться при 500-6000С, поэтому их можно применять лишь до 450-500 0С, шлаковая (минеральная) вата выдерживает более высокую температуру — до 650оС.
Хорошей тепловой изоляцией, особенно для высокотемпературных печей, является зонолит или обожженный вермикулит.
Зонолит применяется пока главным образом в виде насыпной изоляции, он имеет малую среднюю плотность (120-250 кг/м3) и, следовательно, является прекрасным теплоизоляционным материалом, но главное его преимущество заключается в его стойкости. В последнее время из зоколита начали изготовлять формованные изделия, плитки, кирпичи и т.п.
  3.1. Жароупорные материалы Для изготовления внутренних деталей электрических печей, подвергающихся значительным механическим воздействиям, применяются жароупорные материалы, обладающие достаточной механической прочностью при высоких температурах.
    продолжение
--PAGE_BREAK--