Футерівка подини та укосів

Стійкість подини не лімітується тривалістю кампанії ДСП і коливається ви 1,5 до 4,5 тис. плавок і більше. Але її конструкція, якість вогнетривів, виконання технології плавки і догляд повинні забезпечити гарний стан робочого шару подини і укосів на всьому протязі експлуатації.

Подина, поряд з високою механічною міцністю, термостійкістю і щільністю робочого шару, повинна мати великий тепловий опір, що забезпечує мінімальну передачу теплоти. Так, перепад температури по глибині ванни металу повинен бути не більше 30°С.

Для печей середньої місткості це досягається при товщині подини d_п,рівній глибині металевої ванни h_м. В печах малої місткості з міркування будівельної міцності подина має d_п > h_м.

Печі садкою більшою або рівною 25 т обладнані приладами для ЕМПМ (електромагнітного перемішування металу). Використання ЕМПМ значно (в 6-7 разів) знижує тепловий опір металевої ванни. В цьому випадку мінімальний перепад температури по глибині (не більше 5-10°С проти ~30°С) забезпечується при меншій товщині подини, яка звичайно складає (0,7-0,8) h_м. Менші значення відносяться до печей більшої садки.

Завдяки цьому покращується магнітний зв'язок між металевою ванною і статором установки ЕМПМ, що дає змогу знизити її потужність, вартість, видатки електроенергії (але теплові втрати збільшуються).

Футерівка подини складається з теплоізоляційного шару та робочої частини. Теплова ізоляція звичайно виконується з листа азбесту, шамотного порошку (крупки) і шамотної, рідше піношамотної, цеглини (нормальна цеглина має розмір 230х115х65 мм, лещадка - 230х115х40 мм).

Робоча частина подини складається з цегляної кладки і набивного шару. Для цегляної кладки використовують магнезитову цеглу марки МЕ-91 (вкладається на плашку і на "ребро" або тільки на “ребро”). Цеглини при проведенні кладки притирають одна до одної. Шви затираються магнезитовим порошком.

Набивний шар виконується з магнезитового порошку**. Зв¢язуючі - камінновуглецевий пек і смола.

Для печей різної місткості рекомендуються такі товщини окремих шарів і всієї футерівки подини:

Місткість, т		25-50
Ізоляційний шар, мм
Цегляна кладка, мм	300-365	395-495
Набивний шар, мм
Всього, мм	485-550	600-700

В останні роки на деяких металургійних підприємствах відмовилися від набивного шару. Замість нього кладуть додатковий ряд магнезитової цегли на ребро. Ряд накривають тонким шаром (20-30 мм) злегка зпресованого магнезитового порошку, який замішаний на рідкому склі.

Укоси нижче рівня шлаку виконують звичайною прямою і клиновою цеглою МЕ-91, а в районі шлакового поясу – щільною, марки МПЕ-91, або магнезитовою цеглою на шпінельному зв¢язку і піднімають на 100-200 мм вище рівня шлакового поясу.

Теплова ізоляція кожуху по висоті укосів, як правило, виконується з тих же матеріалів і в тій же послідовності, що і ізоляція подини.

6.3.2. Футерівка стін

Стійкість стін визначає величину видатків на поточні ремонти футерівки, впливає на питомий видаток вогнетривів, електроенергію і продуктивність печі. Футерівка стін може істотно відбитися на складі, фізико-хімічних властивостях і реакційній спроможності шлаку і, отже, на якості металу.

Футерівка стін працює в важких умовах. Температура робочої поверхні стін може підніматися до 1300-1850°С і більше. Коливання температури в окремі періоди плавки складають 500-700°С.

На рівні шлаку відбувається інтенсивна хімічна ерозія основи стін. Вище основи стін агентом, який флюсує, є плавильний пил, що містить переважно оксиди Fе та ін. (Мn, Sі, Сг). Поглинання цих оксидів, утворення залізо-силікатних сполук і перегрів вище 1650°С викликають оплавлення робочої поверхні футерівки.

Проникнення оксидів в цегляну кладку на глибину, де температура більше 1370°С (температура плавлення FеО), зумовлює її зональний склад. Перемежування окислювальних і відновних умов плавки зумовлюють зміну типів оксидів заліза, що насичують футерівку. Об'ємні і термічні напруги, які виникають у цей час, призводять до розпушування та зколювання поверхневих шарів цегляної кладки. Знос відколами носить циклічний характер.

Як відомо, при роботі вогнетривів мають місце три найбільш інтенсивні фактори руйнування: хімічна ерозія, оплавлення тазколювання.

В шлаковому поясі руйнування футерівки стін відбувається завдяки хімічній ерозії і оплавленню. При певних умовах вирішальне значення може мати зколювання (для верхньої частини стін), а для нижньої - оплавлення.

Спід стін наражається на нерівномірний вплив дуг і тому проти електродів вони особливо інтенсивно зношуються.

Оскільки максимальні значення температур має шлаковий пояс кладки проти електродів "дикої" та "гарячої" фаз, стан саме цих ділянок і визначає стійкість стін ДСП.

Стійкість стін різко знижується по мірі збільшення місткості печі. Це зумовлено більшою потужністю трансформатора і тепловою напруженістю кладки, що посилюється зростаючою нерівномірністю розподілу потужності по фазам, підвищенням температури металу в зв'язку з застосуванням позапічних способів рафінування, прагненням знизити тривалість плавки.

Тому підвищення стійкості стін є однією з найважливіших проблем, без рішення якої неможлива успішна експлуатація ДСП.

В нинішній час для футерівки стін основних ДСП звичайної потужності практично на всіх вітчизняних заводах використовується периклазо-шпінелева і магнезитохромітова щільна цегла для склепіння (ПШСП, МХСП), звичайна обпечена (МУСО, МХСО) або безобпечена в залізних касетах (БМХС) і хромомагнезитова (ХМ) цеглина. Розміри прямої МХ та ПШ цеглини: 230х115х65; 300х150х75; 380х150х75; ХМ цеглина: 230х115х65.

Щоб забезпечити теплову роботу і збільшити стійкість футерівки в більшості випадків стіни не мають теплової ізоляції. Виконанівони з одного або двох шарів: зовнішнього (арматурного) - постійного і внутрішнього - робочого.

Якщо кладка стін ведеться з арматурним шаром,він виконується з ХМ або ПШ нормальної цегли товщиною:

печі середньої і малої місткості	65 мм
100 т	65-115 мм
200 т	115-150 мм

Але якщо потрібно робити арматурний шар, то це робиться тільки на висоті нижньої збільшеної частини кладки гарячого поясу стін.

Робочий шар футерівки стін (або вся вона) виконують з ПШ або МХ цегли, рідше з БМХ в залізних касетах. Менший знос має верх стін, тому він викладається з цеглин меншого розміру одним-двома уступами.

Кладка ведеться на високовогнетривкому цементному розчині (ВЦЕ "Запорізький"), що являє собою суміш тонкомолотого МХ порошку і чавунною стружки, затвореною водним розчином сірчанокислого магнію.

Рідкіше цеглина викладається з прокладками з листового заліза товщиною 0,7-1,0 мм.

Для різних ДСП рекомендується така товщина стін*:

місткість, т		25-50
товщина стін на рівні укосів, мм	365-445	445-495	525-575	575-610
в верхній частині, мм	230-300	300-365	365-415	380-450

Потрібно враховувати, що вибір товщини стін ДСП здійснюється з урахуванням типорозмірів вогнетривких цеглин, які застосовуються на практиці, та вибраної товщини набивного шару.

Зробивши вибір матеріалу та товщини вогнетривкої кладки стін, можна визначити внутрішній діаметр кожуха на рівні укосів (Д_ку) і його циліндричної частини (Д_кц).

Д_ку=d_у +2 d ₁; (6.16)

Д_кц.= d_пп +2 d ₂, (6.17)

де d ₁ - товщина футерівки стін конічної частини кожуха на рівні укосів; d ₂ - товщина футерівки циліндричної частини кожуху*.

Кожух, або його частини зварюються з котельної сталі товщиною 10-50 мм. В середньому, можна приймати товщину кожуха DК рівною 1/200 його діаметра:

DК=Д_кц /200. (6.18)

Днища ДСП, устатковані приладами електромагнітного перемішування металу, виконують з немагнітної сталі.

Що стосується проблеми стійкості і рівностійкості стін великих ДСП, на виробництві застосовують в шлаковому поясі і зонах перегріву вогнетриви підвищеної якості (плавлено-литі магнезіальні і магнезитохромітові), встановлюють в цих зонах холодильники, підсилено торкретують ці локальні дільниці, вирівнюють потужність по фазам, удосконалюють технологічний і електричний режими плавки та ін.

В цьому разі товщина основи футерівки стін великих ДСП західної Європи становить 400-450 мм, а на заводах США і Японії вона і того менше - для ДСП до 360 т не перевищує 350 мм**.

Для вітчизняних великих ДСП рекомендується в районі шлакового поясу проти ''дикої" фази футерувати основи стін плавленою МХ цеглою. Вище, в районі дуг, на 1/3 висоти - плавлено-зернистим МХ виробом. Інші дільниці стін, орієнтовно на 2/3 висоти, МХ виробами з прямим зв'язком, а після цього МХСО або БМХС в залізних касетах. У ролі зв¢язуючого компонента рекомендується використовувати магнезіально-залізистий мертель Запорізького вогнетривкого заводу (ВЦЗ).

6.3.3. Склепіння

Склепіння ДСП працює в ще гірших умовах, ніж стіни. Воно зазнає великі температурні "поштовхи" і напруги, більш інтенсивний хімічний вплив пічного пилу і газів, має значно меншу будівельну міцність і в силу цих причин є найменш довговічною частиною футерівки.

Знос основного склепіння відбувається здебільш в результаті зколювання цегли.

В найбільш важких умовах працює центральна, послаблена електродними отворами, частина склепіння. Середльоплавильна швидкість її зносу в два, а то і в три рази вища, ніж периферійних ділянок. Підвищений знос спостерігається також в передній (коливання температури) та задній (підвищена температура) частинах склепіння.

Зі збільшенням місткості печей з 5-10 до 20-30 т стійкість склепіння знижується з 200-150 плавок до 100, що зв'язано з ростом теплового навантаження, механічної напруги, коливань температури, хімічного впливу, зниженням будівельної міцності завдяки збільшенню прольоту, ускладненням сортаменту, технології і ростом тривалості плавки. Стійкість склепінь печей місткістю 20-30 т знаходиться практично на одному рівні (100 плавок без ремонту і до 140-150 - з проміжним ремонтом центральної частини).

Погіршення умов служби склепінь можна компенсувати:

1) збільшенням їхньої товщини;

2) підвищенням якості вогнетривів;

3) більш якісного набирання;

4) спрощенням сортаменту, технології;

5) скороченням тривалості плавки (в тому числі і за рахунок більш широкого застосування позапічної обробки).

Футерівка склепінь основних печей на вітчизняних заводах найбільш часто виконується з прямої і невеликої кількості клинових цеглин марки МХСП, рідше – ПШСП, і в окремих випадках - з динасової цегли.

Набирають склепіння на спеціальному шаблоні, що має опуклість відповідно кривизні (стрілі підйому) склепіння і "знаки" відповідно отворам для електродів, кисневої фурми і патрубку газовідсмоктувача.

Між кладкою склепіння і склепінним кільцем виконують теплову ізоляцію з азбесту на шамотному розчині. Кладку ведуть з використанням у ролі затворювача різноманітних мертелів (наприклад, ВЦЗ, розчину з тонкомолотого магнезитового порошку з глиною у співвідношенні 8:2 на рідкому склі), рідкіше - з прокладками з листового заліза.

Існують різноманітні схеми кладки склепіння (рисунок 3.3). Для малого тоннажу ДСП - кільцями з прямої і клинової цеглини, інколи для цього застосовують фасонну цеглу (трьохстороння клинова або п'ятигранна). Для печей середньої місткості - секторна і секторно-арочна схеми кладки.

Щоб полегшити проміжний ремонт і виключити небезпеку обвалення кладки склепіння при виході з ладу його центральної частини (яка руйнується в першу чергу) застосовується сегментно-арочна схема. Для великовантажних ДСП - схема кладки з центральною аркою і різноманітні секторно-арочні схеми.

При набиранні склепіння на кожні 2-3 м довжини ряду вкладається одна клинова "замкова" цеглина, яка виступає на 1/3 своєї довжини. Ці цеглини після закінчення кладки забивають.

Товщина склепіння футерівки відповідає довжині стандартної цеглини і звичайно складає

Місткість, т		25-50
d скл, мм	230-300		380-460

Рис. 3.3. Схеми набирання склепінь дугових печей: а - секторно-арочна; б - сегментно-арочна; в – секторна

В сучасних ДСП склепіння спирається на кожух печі. Тому можна вважати, що його діаметр приблизно дорівнює діаметру верха кожуха, тобто:

Д_скл» Д_к = d_пп +2 d ₂+2 DК, м (6.19)

Стріла опуклості склепіння (h_стр) залежить від матеріалу і прольоту склепіння. З міркувань будівельної міцності рекомендується, м:

- для магнезитохромітового (хромомагнезитового)склепіння:

; (6.20)

- для динасового склепіння:

(6.21)