Футеровка печи: как защитить от повреждений?

В этой статье вы узнаете, как производится защита печи и особенно топки от различных физических и механических повреждений, какие существуют материалы, применяемые с этой целью, а также как осуществляется футеровка печи.

Но для начала следует разобраться, что такое футеровка топки? Футеровка представляет собой конструкцию, которая служит защитой рабочей камеры (главным образом, топки) печи от различных воздействий окружающей среды. Цели, которые преследует футеровка печи:

• теплоизоляционные изделия (защита от перепада температур);
• огнеупорные изделия (защита от жара топки);
• кислотоупорные изделия (защита от агрессивных реагентов);
• облицовочные материалы.

Таким образом, футеровка печи обеспечивает полную герметизацию и создает необходимую газовую плотность в печи. Эта конструкция продлевает сроки службы топки и способствует улучшению механической, строительной и геометрической стойкости.

Печи, в которых предусматривается нагревание металлов, устраиваются из материалов, которые обеспечивают устойчивость и прочность.

К таким материалам относят:

• чугун;
• кирпич;
• железо.

Однако перечисленные выше материалы не способны противостоять высоким температурам, поэтому необходима огнеупорная футеровка для защиты рабочего пространства печи, проводят ее с использованием устойчивых и огнеупорных к химическим воздействиям материалов, которые предотвращают разрушения.

В качестве фурнитуры применяют глину или различные горные породы.

Основные классы материалов для футеровки

Выделяют 3 класса материалов, при помощи которых может быть проведена футеровка печи:

• Класс A — материалы, основу которых составляет кремнезем;
• Класс B — материалы, основу которых составляет глина (гидросиликат глинозема);
• Класс C — смешанные материалы, не относящиеся к классам A и В.

Материалы класса A

Материалы класса A подразделяются на:

• искусственные (в качестве кирпичей, которые отпрессованы из измельченных горных пород);
• естественные (в качестве камней, которые вытесаны из частей горной породы)

К естественным камням относят: гранит, кремнистый сланец, кварц, песчанки.

Искусственная фурнитура представлена динасовыми кирпичами. Такой материал включает смесь измолотого чистого кварца и 1–2% глинистого или известкового вещества, которая прессуется в кирпич и подвергается обжигу до белого каления. При огромном жаре такие кирпичи немного вспучиваются, а при резком колебании температуры сильно растрескиваются.

Материалы класса B

К футеровочным материалам класса B относят:

• бокситный кирпич,
• обычный огнеупорный кирпич (шамотный).

Для приготовления бокситного кирпича используют природный гидрат глинозема, который содержит примеси окиси железа и боксит. После обжига и измельчения эту смесь разбавляют небольшим количеством воды и огнеупорной глины. Происходит формирование в кирпичи, которые снова обжигаются.

Обыкновенный огнеупорный кирпич состоит из огнеупорной глины с примесями тощего вещества (обожженной шамоты). Такое вещество предупреждает растрескивание и усыхание, что свойственно глине. Иногда в состав кирпича добавляют зерна древесного угля, кокса или графита.

Материалы класса C

Класс C включает огнеупорные материалы:

• угольный кирпич;
• огнеупорные растворы;
• основные набойки.

К основным материалам относят железные окислы: молотовая окалина, руды и шлаки, содержащие большое количество железной окиси.

Технология футеровки печей

• Футеровка печей осуществляется согласно чертежам соответствующей конструкции.
• Перед тем как начать работу, индуктор продуют сжатым воздухом и хорошо осматривают.
• Индуктор испытывается под давлением в 10 атм.
• Внутренняя поверхность индуктора покрывается изоляционной обмазкой.
• Индуктор с нанесенной обмазкой обкладывают изнутри миканитом, слоем в 0,5–1 мм.
• Выполняется соединение листов встык.
• Выкладывают следующий слой из асбестового картона в толщину 5 мм.
• С помощью распорных колец (из стальной проволоки) производят прижатие асбеста и миканита к стенкам индуктора.
• Распорные кольца постепенно извлекают по мере набивки тигля.

Большое применение в качестве основных футеровочных материалов находят магнезия или кирпичи из извести. Чаще всего используют доломит, который подвергается обжигу до белого каления. Затем его охлаждают, отсеивают, размалывают и добавляют с 3–8% глины — происходит формирование кирпича.

Футеровка электродуговых печей

Футеровка электропечей производится из кислых или основных огнеупорных материалов. Наибольшее распространение получили печи с основной футеровкой, в которых присходит выплавление стали для слитков.

Некоторые части футеровки, такие как стены, подина, свод, могут работать в разных условиях, чем и обусловлена неодинаковая их стойкость. В самых тяжелых условиях располагаются стенки и свод печи. Они подвержены сильному перегреву за счет лучистой энергии, исходящей от электрических дуг. Эти элементы футеровки подвержены резким перепадам температур.

Подина основной печи включает в себя:

• теплоизоляционный слой;
• кирпичное основание;
• верхний рабочий набивной слой.

Теплоизоляция подины состоит из:

• слоя листового асбеста (20 мм);
• слоя шамотного порошка (20 мм). На него укладывают 2 ряда шамотного кирпича на плашку (130 мм);
• кожуха, укладываемого на днище.

Кирпичное основание подины возводят на теплоизоляционном слое. Это основание включает в себя ряды магнезитового кирпича толщиной 575 мм. Кладка делается так, чтобы не было совпадений вертикальных швов в соседних рядах. Такое расположение затруднит прохождение жидкого металла, при местном разрушении рабочего ряда подины через кладку.

Изготовление верхнего рабочего слоя подины происходит набивкой из магнезитового порошка, который может включать в себя добавки в качестве связующих элементов. К таким добавкам относят пеку (~1%) и каменноугольные смолы (10% по массе). Толщина набивки должна составлять 150 мм. Полная высота футеровки подины — 900 мм.

У печи с емкостью 80 т стойкость подины равна 1300–1800 плавок, а у печи, имеющей меньшую емкость, — до 4500–5000 плавок.

Кладка стен электродуговых печей совершается из периклазошпинелидного кирпича с толщиной стен 460 мм безобжигового магнезитохромитового кирпича, толщина которого составляет 380 мм.

Крупные печи имеют стойкость стен до 100–150 плавок. Свод печей, имеющих большие и средние емкости, на заводах обычно изготавливают из магнезитохромитового кирпича. Немного ранее для сводов применяли динасовый кирпич.

Своды из динасового кирпича имеют низкую стойкость. Это связано с их оплавлением, которое вызывается в результате взаимодействия кремнезема с окислами железа и известковой пылью, которые присутствуют в атмосфере печи. Сейчас динасовые своды нашли свое применение в печах с малой емкостью.

Стойкость магнезитохромитовых сводов выше стойкости динасовых в 2–3,5 раза и составляет около 100–200 плавок.

Свод набирается из кирпича в сводном кольце на специальном шаблоне. Шаблон имеет выпуклости, благодаря чему кладка свода получается с нужной кривизной, которая придает ему прочность.

Печи емкостью 30–80 м имеют толщину свода 300 мм. После изготовления стен и подины приступают к установлению электродов и свода. Затем производят спекание набойки подины и сушку футеровки.

Для этого в печь помещают слой кокса с толщиной 200–400 мм. Опустив на него электроды, включают ток. Благодаря действию раскаленного кокса удаляются смолы и пека и происходит образование отдельных зерен магнезита.

Конструкции футеровки свода

Назначение свода схоже с назначением стен, но работа происходит в более тяжелых условиях.
Свод должен иметь отверстие для электродов с электроизоляцией, кислородной фурмы, газоотсоса, топливных горелок.

Магнезитохромитовые кирпичи обеспечивают недостаточную электроизоляцию электродов. Это приводит к электрическим пробоям, создающимся между механическим повреждением центральной части свода и уплотнителями электродных отверстий.

Совет:
Чтобы не происходили электрические пробои, необходимо отверстия под электроды футеровать высокоглиноземистым кирпичом, который содержит оксид AL больше 70%.

Этот кирпич имеет более высокое электросопротивление.

Вне печи на специальном шаблоне выкладывают своды дуговых печей. Шаблон изготавливают из дерева, который обит стальными листами или из чугуна.

На шаблоне должны устанавливаться участки, в которых имеются отверстия для электродов и 3 болванки цилиндрической формы для правильного расположения отверстий для свода. Необходимо зафиксировать отверстия для кислородной фурмы и газоотвода. После этого на шаблон помещают кольцо для свода и начинают укладку кирпичей.

Сводовое кольцо необходимо проверить на гидравлическую плотность под давлением. Между кольцом для свода и кладкой осуществляют тепловую изоляцию из листового асбеста.

Осуществляя наборку свода, центральная арка должна проходить между отверстиями для электродов 2-ой фазы с одной стороны и 1-ой и 3-ей фаз с другой стороны. Для печей, имеющих небольшую емкость, своды набирают немного иначе: укладка кирпичей концентрическими рядами всухую. В центре свод изнашивается быстрее, чем на периферии, поэтому ее выполняют с большей толщиной.

Для электропечей, которые имеют большую емкость, существует конструкция свода, которая имеет съемную центральную часть. Поэтому для этой конструкции предусмотрено, кроме сводового, еще и водоохлаждаемое кольцо.

Состав водоохлаждаемого свода:

• центральная часть;
• футерованный огнеупорный кирпич;
• охлаждаемая внешняя часть.

Сегменты водоохлаждения прикрепляют к несущей конструкции.
Своды выкладывают из нормальных и фасонных кирпичей, некоторую часть которых необходимо подтесывать.

Своды, состоящие из фасонных кирпичей, имеют более долгий срок службы. Благодаря подтеске происходит их ослабление и на сборку уходит меньше времени. Используя фасоны, можно утолщать среднюю часть свода, что увеличит ее срок службы.

Совет:
Для увеличения срока службы необходимо снизить механическую нагрузку на кирпичи кладки, а также давление, исходящее от распора.

Для крупных печей хорошо применять распорно-подвесные своды. При этом между кирпичами в кладке свода закладывают стальные пластины, прикрепляющиеся к уголкам, которые присоединяют к несущему каркасу. Часть веса кирпичной кладки благодаря каркасу переходит на сводовое кольцо. Стойкость распорно-подвесных сводов выше на 20% обычного распорного.

Для крупных печей стойкость магнезитохромитовых сводов составляет 50–100 плавок, а в малых — 200–250 плавок.

Интересный факт:
Известен опыт, в котором применялся полностью водоохлаждаемый свод. Он имел вид плоской коробки и рабочую поверхность, состоящую из огнеупорной набивки. Стойкость такого свода составляла более 6000 плавок.

Технология ремонта для защиты печи

Огнеупорная футеровка свода печи со временем изнашивается, и чтобы сохранить на долгое время ее рабочее состояние, требуется постоянно ремонтировать ее самые пострадавшие участки.

• После каждой проделанной кладки печь необходимо тщательно осмотреть, подину прощупать железным штырем.
• Выявив все поврежденные места, провести ремонт футеровки печи. После выпуска плавки печи сделать очистку остатков металла и шлаков.

Совет:
Проводите очистку печи от шлаков как можно чаще, так как накопившиеся остатки металлов и шлаков могут привести к зарастанию и уменьшению объема вместилища дуговой печи. Это приведет к поднятию уровня зеркала металла, что затруднит ведение процесса.

• Все это приводит к большой опасности прорыва металла через порог рабочего окна или откосы.

  

• Смешивание шлака с заправочными материалами приводит к понижению их огнеупорности и может поспособствовать размягчению футеровки, в случае высоких температур.
• Недопустимым является нахождение остатков металла на подине. Это не дает возможности провести качественный ремонт футеровки подины, так как остатки металла и шлаки препятствуют свариванию огнеупоров с заправочными материалами.
• После расплавки металла происходит всплытие заправочного материала, что приводит к разрушению подины.
• Если футеровка подины значительно повреждена и происходит затруднение в удалении остатков металла, необходимо прочистить задний откос. После его заправки следует произвести наклон дуговой сталеплавильной печи к стороне разливочного пролета.
• Как только произошло застывание металла, печь ставят в нормальное положение и начинают очистку. Производят удаление замороженной стали после заправки. Остатки металла и шлака удаляются вручную с помощью металлических скребков. Эту операцию производят под тепловым излучением футеровки в кратчайший срок, пока не произошло застывание шлака и стали.
• При постоянном поддержании футеровки в хорошем состоянии, в печи накапливается лишь небольшое количество остатков шлака и металла. Откос, находящийся около выпускного отверстия, пологий. Чтобы достичь наиболее полного слива шлака, осуществляют его разжижение перед выпуском плавки.
• Если произошло сильное зарастание подины, то восстанавливают ее до прежних размеров, при помощи плавки стали неответственной марки, которая выплавляется с полным окислением.
• На подину помещают руду и производят интенсивное кипение в окислительный период. Благодаря этому происходит размыв футеровки и восстанавливаются размеры ванны дуговой печи. После удаления остатков шлака и металла, осуществляют заправку поврежденных участков футеровки.
• Поврежденные места футеровки откосов и подины заправляют магнезитовым порошком, а места наибольшего повреждения — порошком, который смочен в жидком стекле.
• Наилучшим для заправки является специальный мелкозернистый порошок. Размер зерна должен составлять 0–1,5 мм и в его составе не должны присутствовать доломит и известь.
• Нередко в заправочные смеси входит размолотый магнезитовый кирпич.
• Печи, в которых выплавляют хромистые стали, в заправочных смесях содержат молотый хромомагнезитовый кирпич и хромистую руду.
• После проведенного ремонта футеровки подины осуществляют ее закрепление. Для этого проводят плавку без окисления при низкой тепловой нагрузке.
• Заправку печей, имеющих небольшую емкость, вы можете осуществить вручную, с помощью лопат, а передний откос — специальной ложкой. Воспользовавшись вышеприведенной информацией, можно произвести ремонт защиты печи.

Как вам статья?

Алексей Петрович

Задать вопрос