Воронов Г.В., Старцев, В.А. Огнеупорные материалы и изделия в промышленных печах и объектах вспомогательного назначения

Подождите немного. Документ загружается.

(температура дутья до 1400°С) рекомендуют огнеупоры, свойства и температур-

ная область применения которых даны в табл. 6.3.

Наружные окаты камеры горения выполняют из огнеупоров, рекомендо-

ванных по зонам для стен и насадки, внутренний окат нижний части камеры го-

рения - из муллитокорундовых изделий марки МКВ-72, верхняя часть внутрен-

него оката камеры горения и купол - из малоразрыхляющегося динаса. Следует

обращать внимание на расположение огнеупоров в разделительной стенке при

наличии внутренней камеры горения, которая находится в более тяжелых тем-

пературных условиях, чем стены камеры насадки, из-за прогрева ее как со сто-

роны насадки, так и со стороны камеры горения.

При выборе огнеупора для футеровки высокотемпературной части воз-

духонагревателей немаловажную роль играет его стоимость. Сравнительная

стоимость различного огнеупорного материала следующая:

Шамот кл. А ___________________ _____1,0

Шамот кл. Б ____________________ _____0,8

Динас ДВ____________________________1,2

Каолиновый огнеупор (42% Аl

)______ 1,1

Муллитокремнеземистые изделия

(50% Al

)_________________________ 1,9

Магнезиальные (91% MgO)_____________1,8

Корундовые ___________ __________ ___45,0

Циркониевые __________ __________ ___100,0

Учитывая стоимость огнеупоров можно сделать вывод, что малоразрых-

ляющийся динас являйся наиболее перспективным огнеупором для высокотем-

пературных зон воздухонагревателей.

Огнеупоры для низкотемпературных зон и изоляция. В низкотемператур-

ных частях воздухонагревателей применяют главным образом алюмосиликатные

огнеупоры с различным содержанием в них глинозема (табл. 6.4)

Таблица 6.4.

Свойства изоляционных материалов.

Материал, марка Кажущаяся

плотность,

Предельная темпе-

ратура применения,

ле

гк

ес

ный м

аро

ШЛБ

1,3

1300

Б-1

1 1

300

Б-

0,8

Б-

4 11

аол

ин

вый К

-1

ин

асо

вый

ДЛ

-1

2 1

550

Муллитокремнеземистые волокнистые изделия

Ма

ок:

МКРВ

–

34О 0

МКРВ

–

350

0,35

1150

МКВР

–

500

0,5

Торкрет

слой

1100

Хотя в нижних зонах насадки и стен изделия испытывают повышенные

механические нагрузки, но при сравнительно невысоких температурах создают-

ся хорошие условия для их службы. Исключение составляют те случаи, когда

при неправильном выполнении компенсационных зазоров кладка расклинивает

кожух и при дальнейшем ее росте создаются высокие механические нагрузки на

нижние горизонты кладки и насадки, которые могут привести к их разрушениям.

Более опасным местом, с точки зрения термостойкости, является нижняя часть

камеры горения

Для изоляции стен воздухонагревателей рекомендуют изделия: в низко- и

среднетемпературных зонах - каолиновые легковесные марки КЛ-1,3, шамотные

легковесные марки ШЛБ-1,0 и муллитокремнеземистые волокнистые теплоизо-

ляционные; в высокотемпературной зоне — динасовые легковесные марки ДЛ-

1,2, каолиновые легковесные марки КЛ-1,3, шамотные легковесные марки ШЛБ-

1,0 и муллитокремнеземистые огнеупорные волокнистые теплоизоляционные.

Свойства некоторых изоляционных материалов приведены в табл. 11.5

Изоляцию купола выполняют из одного или двух рядов динасовых легко-

весных изделий марки ДЛ-1,2 или шамотных легковесных изделий марки ШЛБ-

1,0. Кожух купола с внутренней поверхности торкретируют. В куполе, имеющем

самостоятельную опору, между слоем из торкретмассы и легковесными изде-

лиями укладывают муллитокремнеземистые волокнистые теплоизоляционные

изделия.

Бесшахтные воздухонагреватели.

Основные недостатки существующих воздухонагревателей с камерами го-

рения устраняются при условии, если камера горения будет выносной. Остается

только влияние термической стойкости, которое будет действовать при всех кон-

струкциях воздухонагревателей и будет зависеть от перепада температуры в

кладке между газовым и дутьевым периодами.

В воздухонагревателях бесшахтных сжигание газа организуют в горелоч-

ной системе, установленной на куполе. Межремонтный срок службы таких воз-

духонагревателей определяется уже не стойкостью камеры горения, а стойко-

стью купола, расположенного на нем горелочного устройства и насадки. Спе-

циалистами ЗАО "КАЛУГИН" разработано и внедрено в промышленность два

типа бесшахтных воздухонагревателей.

Воздухонагреватель с кольцевой форкамерой (рис 6.3). В основании ку-

пола расположена короткая (1м) кольцевая форкамера, в нижней части которой

установлено несколько десятков керамических горелок. Кольцевые коллекторы

газа и воздуха расположены внутри кожуха, на которых применяют такое же

оборудование, что и при керамических горелках.

Первый такой воздухонагреватель с динасовым верхом был построен на

доменной печи объемом 1500 м

в 1982 году. Исследования его показали, что

практически полное сжигание газа достигается на выходе из форкамеры, пуль-

сирующее горение не возникает, неравномерность распределения продуктов го-

рения по насадке составляет ±5 %. Воздухонагреватель работает весьма надежно

с температурой горячего дутья 1150-1220°С.

Осмотры охлажденного воздухонагревателя после 4, 10 и 16 лет эксплуа-

тации свидетельствовали, что горелочные устройства и насадка находятся в хо-

рошем состоянии и оно лучше, чем у динасового купола. Отсюда главный вы-

вод: межремонтный срок службы бесшахтного воздухонагревателя определяется

стойкостью купола, которая для динаса достигает 30 лет. Это позволяет избежать

капитальных ремонтов воздухонагревателей III разряда для ремонта камеры го-

рения и II разряда для полной заменой огнеупорной футеровки, что дает значи-

тельную экономию средств.

Однако, эти воздухонагреватели имели расширенный купол и поэтому

возникают проблемы при их установке на месте существующих воздухонагрева-

телей при реконструкции в бесшахтном варианте. Кроме того, район горелочно-

го устройства имеет сложную футеровку и требует дополнительной настройки

по равномерому распределению газа и воздуха из коллекторов по отдельным го-

релкам перед пуском в эксплуатацию.

Воздухонагреватель КАЛУГИНА (рис. 6.3)

Форкамера со струйно-вихревой подачей газа и воздуха установлена на

верху купола и имеет независимую опору кладки на кожух. Диаметр самого ку-

пола для независимой опоры его кладки на кожух увеличивается незначительно

и эти воздухонагреватели хорошо вписываются в существующие габариты бло-

ков при реконструкции в бесшахтном варианте.

Кладка всего воздухонагревателя и горелочной части весьма проста, а за-

крутка струй газа и воздуха в форкамере обеспечивает равномерность их сжига-

ния и не требует настройки горелки перед пуском в эксплуатацию. Определенная

экспериментально оптимальная степень закрутки потока обеспечивает полное

сжигание газа до входа в насадку и весьма равномерное распределение продук-

тов горения по сечению насадки (неравномерность +3-5 %).

Первый воздухонагреватель этого типа успешно работает с 1992 г. В 1998

году запушен блок из 4-х таких воздухонагревателей на доменной печи объемом

1380 м

и работает с температурой горячего дутья 1200-1220°С. В 2000г. введен в

эксплуатацию еще один такой воздухонагреватель в варианте замены старого

воздухонагревателя в существующем блоке с увеличением тепловой мощности

на 30%.

Рис.6.3. Бесшахтные воздухонагреватели

Исследования воздухонагревателей Калугина показали:

• обеспечивается качественное сжигание газа: совместные измерения

с фирмой «ЕКO Stahl» (ФРГ) позволили определить, что в отходящем дыме при

весьма широком изменении концентрации кислорода (О

) 0,3-5,1 % концентра-

ция монооксида углерода (СО) постоянна и составляет 0,0016 % (20 мг/м

). что в

5 раз меньше допустимых норм для ФРГ;

• сопротивление воздухонагревателя невелико и для его работы на полных

нагрузках достаточно давления газа перед горелкой около 300 кПа;

• пульсирующее горение полностью отсутствует на всех режимах работы;

• отсутствует прямой удар факела в кладку и ее местный перегрев, что обес-

печивает симметричное распределение температур по куполу, насадке, фу-

Горячее

дутье

Горячее

дутье

Холодный

воздух

Холодный

воздух

Продукты

сгорания

Продукты

сгорания

Воздухонагреватель с кольцевой форкамеров Воздухонагреватель Калугина

теровке и кожуху, вследствие чего снижаются температурные напряжения и

должна улучшится стойкость воздухонагревателя;

• общий уровень температур в кладке форкамеры невысок (в среднем около

900°С), а перепады температур кладки между газовым и дутьевым перио-

дом близки к перепадам температур в кладке горелок первого бесшахтного

воздухонагревателя с кольцевой форкамерой, которые без ремонта эксплуа-

тируются уже 18 лет и находятся в хорошем состоянии. Это позволяет оп-

ределить более длительный срок службы кладки форкамеры, чем кладки

основного купола. Безремонтный срок службы таких воздухонагревателей

также будет определяться стойкостью динасового купола, которая достига-

ет 30 лет.

На первых бесшахтных воздухонагревателях основное оборудование

располагалось в районе купола, что усложняло конструкцию блока и затрудняло

эксплуатацию. Сейчас разработаны схемы, когда всё основное оборудование

(шибер горячего дутья, отсекающие и регулирующие клапоны по газу и возду-

ху) располагают на существующих рабочих площадках и эксплуатация бес-

шахтных воздухонагревателей будет мало отличаться от эксплуатации обычных

воздухонагревателей. Это снимает одно из основных возражений по примене-

нию бесшахтных воздухонагревателей.

Специально для бесшахтных воздухонагревателей были разработаны на-

садки с диаметром канала 30 мм в двух вариантах: цилиндрический канал (по-

верхность нагрева 48,0 м

/м

), и конический канал (поверхность нагрева 48,7

/м

), при котором коэффициент теплоотдачи насадки в 1,5 раза выше. Оба эти

типа насадки изготавливают в шестигранных блоках с 19 отверстиями. Блоки

обоих типов насадок перевязываются друг с другом, так что по высоте разные

участки насадки могут выкладываться из разных блоков, образуя общую комби-

нированную насадку

За счет развитой поверхности нагрева и высокого коэффициента тепло-

отдачи этих насадок, а также устранения камеры горения высота насадки значи-

тельно снижается (на 40-50 %). При сохранении тепловой мощности воздухо-

нагреватель становится малогабаритным и достигается существенная экономия

огнеупорных материалов (до 50 %) по сравнению с обычными воздухонагрева-

телями. Вместо одного обычного воздухонагревателя может быть построено 2

бесшахтных.

Значительное снижение капитальных затрат и большая экономия на ре-

монтах за счет увеличения межремонтного срока службы, возможность увели-

чения температуры нагрева дутья на 100 - 200°С и возможность размещения

бесшахтных воздухонагревателей на месте существующих при установке ос-

новного (типового) оборудования на существующей рабочей площадке, малое

гидравлическое сопротивление и работа без пульсации с весьма низким содер-

жанием вредных выбросов в дыме дают воздухонагревателям Калугина значи-

тельные преимущества по сравнению с существующими аппаратами и опреде-

ляют их как наиболее перспективную конструкцию высокотемпературных воз-

духонагревателей. Части которого устроены шлаковые летки, а в нижней - чу-

гунные. Нижняя поверхность рабочего пространства печи – лещадь. Макси-

мальные температуры зон следующие: в верхней части шахты и в газопроводах

300-400°С, в нижней части шахты 1200 – 1500°С, в заплечиках 1710-1750°С, в

горне 155О-16ОО°С; лещади 13ОО°С, в желобе 1500°С.

Зона нижней части шахты и заплечиков подвержена наибольшему износу.

Основными причинами износа здесь является интенсивное химическое воздей-

ствие шлаков и, особенно в нижней части шахты, паров щелочей, монооксида

углерода, цинка; значительные колебания высоких температур, способствующие

возникновению термических ударов; абразивный износ, создаваемый опускаю-

щейся шихтой; эрозия твердыми частицами в восходящем газовом потоке и

жидким чугуном.

Следовательно, огнеупорные изделия, применяемые для кладки шахтны и

заплечиковых доменных печей должны отличаться следующими свойствами:

- высокой плотностью и малой пористостью;

- высокой механической прочностью, а также правильной формой и точ

ностью размеров;

- химической инертностью к жидкой и газообразной средам;

- меньшим показателем смачиваемости;

- отсутствием в своем составе катализаторов химической реакции 2СО →

СО

+С, вызывающей отложение сажистого углерода, в порах огнеупор-

ной футеровки.

Рассмотрим подробнее условия службы огнеупорной футеровки домен-

ной печи и механизм ее износа. Пористость огнеупоров - одно из существенных

свойств, определяющих стойкость огнеупорной футеровки в доменной печи при

наличии всех прочих равных условий. С уменьшением пористости повышается

стойкость огнеупорных изделий, которая зависит не только от величины порис-

тости, но и от размера пор, а также от наличия каналов, соединяющих поры. При

большом числе сквозных пор в огнеупорном материале химически активные

среды легче проникают внутрь кладки.

Механизм разрушения кладки ДП состоит в том, что в швы и трещины

проникают и затвердевают пары металлического цинка. Возможно образование

сплава железа с цинком, содержащего 4 – 20 % железа, что, в свою очередь, при-

водит к формированию настылей или гарнисажа при температуре 600 – 800 °С.

Затвердевание этого сплава сопровождается увеличением объема вследствие мо-

дификационных переходов и приводит к образованию дополнительных трещин и

к росту локальных объемов кладки.

6.1.3. Миксеры и чугуновозные ковши миксерного типа

Миксеры – это емкости для накопления, хранения, поддержания опреде-

ленной температуры (1250 – 1300 °С) и усреднения химического состава чугу-

на. Износ внутренней поверхности футеровки миксера вызван, главным обра-

зом, проникновением чугуна в швы и трещины, всплывания, химического

взаимодействия шлака и кирпичей.

Миксеры служат необходимыми дополнительными агрегатами сталепла-

вильных цехов, входящих в состав заводов, работающих с полным металлурги-

ческим циклом.

Применение миксерных установок дает возможность устранить зависи-

мость работы сталеплавильных печей от изменения ритмичной работы домен-

ных печей, достичь необходимого выравнивания химического состава, темпе-

ратуры и обеспечить частичное удаление серы из чугуна.

Для поддержания нормального режима работы миксерных

установок

важным условием являются удлинения межремонтных сроков, улучшение ор-

ганизации и проведения ремонтов миксеров, сокращение продолжительности

ремонтов. В связи с этим на заводах большое внимание уделяется вопросам по-

вышения стойкости футеровки миксеров, вопросам рационального выбора ог-

неупоров и способов выполнения кладки.

Типы неактивных миксеров и их конструкции

По форме

и конструкции неактивные миксеры разделяются на сле-

дующие типы:

1. цилиндрический короткий, с расположением заливочного и выпускного

отверстия в одной вертикальной плоскости (рис. 6.4)

2. цилиндрический длинный, с расположением заливочного и выпускного

отверстия по концам цилиндра (рис.6.5)

3. бочкообразный, с расположением заливочного и выпускного отверстия в

одной вертикальной плоскости (рис.6.6).

Корпус миксера

отечественного производства изготавливают из листо-

вого железа толщиной 26-36 мм путем сварки или клепки. Миксер представляет

собой сосуд с боковыми сферическими днищами. Торцевые днища миксера

скреплены с его корпусом при помощи болтов. Это облегчает в периоды прове-

дения капитальных ремонтов, удаление из миксера настылей и мусора. Корпус

миксера опоясан двумя или

тремя стальными кольцами, опирающимися на ро-

ликовые обоймы.

Кожух миксера футеруется огнеупорными материалами: верхняя часть,