Футеровка вращающейся печи - технология Футеровочных решений

Публикация: 27.12.2022
Время чтения: 11 мин.
Просмотров: 1045

Вращающуюся печь футеруют огнеупорными материалами для защиты корпуса от влияния высоких температур. Одновременно слой футеровки является теплоизолятором, существенно сокращающим теплопотери печи за счет излучения, и защитой кожуха от истирания обжигающим материалом. В процессе производства огнеупорная кладка печи подвергается воздействию:

высоких температур;
теплового излучения;
механического истирания;
колебания температур;
одновременно высокой температуры и механических нагрузок (сжатия, растяжения, изгиба).

Технологические зоны вращающейся печи требуют различных огнеупорных материалов при футеровке и разные подходы к защите корпуса, в зависимости от способа обработки сырья в каждой из зон. Использование огнеупорных материалов, соответствующих ГОСТу, обеспечивает длительный срок службы печей и их эффективную работу. Это особенно актуально для цементных заводов, где печи подвергаются интенсивным термическим нагрузкам.

Содержание

Особенности строения вращающейся печи
Футеровка вращающейся печи по зонам
Особенности футеровки печей для прокаливания нефтяного кокса
Способы повышения стойкости футеровки
Какие огнеупорные материалы применяются

Особенности строения вращающейся печи

Вращающиеся печи используют для воздействия высокими температурами на промышленные и строительные сыпучие материалы. Основную часть печи составляет стальной цилиндрический корпус, футеруемый огнеупорными материалами. Печь поворачивается вокруг своей оси посредством вращения вала, который закреплен на стойке с жаропрочными роликами.

Внутренняя часть корпуса вращающейся печи поделена на следующие зоны, которые оказывают разное действие на обрабатываемый материал:

сушки (испарения) – вода испаряется почти полностью, мелко измельченное сырье (шлам) начинает нагреваться;
подогрева (дегидратация) – из сырья полностью удаляются остатки воды, органические включения полностью разлагаются, продолжается повышение температуры;
декарбонизации (кальцинации) – выделяется большое количество углекислого газа, в сырье проходят реакции с поглощением тепла, температура растет;
спекания – резко поднимается температура, сырье размягчается или расплавляется, образуется конечная продукция;
охлаждения – температура снижается, продукт остывает и сбрасывается в охладитель.

Футеровка вращающейся печи по зонам

Выполняют футеровку печи после окончания всех монтажных работ по установке. Каждая зона внутри корпуса вращающейся печи отличается материалом, которым производят огнеупорную кладку:

зона сушки печи - футеровку первой половины не проводят, так как температура недостаточно высокая для теплопотерь через корпус;
вторая часть зоны сушки и первая часть зоны подогрева печи – футеруют армированным бетоном на портландцементной связке или бетоном на огнеупорной связке;
вторая часть зоны подогрева и зона декарбонизации печи – футеруют шамотным огнеупором без связки, или в качестве связки используют портландцементную суспензию;
зона спекания печи – футеровка на этом участке подвергается самому сильному воздействию: механическому, высокотемпературному и воздействию расплавом, поэтому огнеупорную кладку проводят хромомагнезитовыми огнеупорами, для связки используют металлические пластины.

Особенности футеровки печей для прокаливания нефтяного кокса

Корпус камеры вращающейся печи для производства кокса обкладывают 2 слоями гофрированного картона.
Поверх него производят футеровку обычным, диатомитовым, динасовым или шамотным кирпичом.
Выкладывают массивы накопительных зон, каналов распределения газов (косые ходы).
Затем производят кладку на кольцевых каналах, имеющих перегородки для разделения.
Устанавливают кирпичи в вертикальных шахтах и на арке свода печи.

Для улучшения конструкции и прокаливания масс нефтяного кокса на обогревательных простенках делают кладку динасовым кирпичом с низкой плотностью и высокой теплопроводностью. Такое устройство интенсифицирует технологические процессы, что приводит к увеличению скорости коксования. Чтобы работа была эффективна, торцы барабана необходимо надежно герметизировать. В противном случае при ненормированном поступлении воздуха увеличивается сгорание кокса, что в свою очередь значительно уменьшает КПД работы механизма, а процесс управления прокаливанием осложняется.

Барабанная печь для нефтяного кокса

Конструкция вращающейся прокалочной печи для спекания нефтяного кокса представляет собой цилиндрический барабан, выполненный из высокопрочной стали. Установку делают под углом 2 – 4˚ с частотой вращения 0,5 – 3 мин. Чтобы при эксплуатации футеровка оставалась целой и не разрушалась, необходима достаточная жесткость конструкции. Причем все части печи должны нагреваться согласованно. Необходимо исключить перегрев в отдельных элементах.

В барабанной системе футеровка внутри производится огнеупорным кирпичом. На кладке имеются выступы из формованного материала, имеющего температурное расширение равное или выше, чем у кирпичной кладки. Выступающие элементы в барабанной печи кокса должны располагаться диаметрально, с продольным смещением относительно друг друга.

К внутренней части примыкает гнездо футеровки, имеющее форму усеченной пирамиды. Основание гнезда – прямоугольник. Нижний выступ устанавливают в основание гнезда. Верхний выступ выходит за пояс футеровки и крепится расклиниванием. Для укладки выступов применяют шамотный или муллитный кирпич. Выкладка выступа повторяет форму футерованного пояса.

Металл корпуса печи защищается от высоких температур. Эта кладка одновременно снижает потери тепла. Раскаленные газы нагревают ее до температуры, превышающей спекаемые массы. При полном обороте материал контактирует с поверхностью, передающей ему тепло, ускоряя прокаливание.

Способы повышения стойкости футеровки

Кладку огнеупоров в корпусе вращающейся печи выполняют вперевязку либо кольцами. В качестве связки используют металлические пластины или мертель. Металлические пластины, кроме связки, выполняют функцию термокомпенсаторов. У каждого способа кладки есть свои недостатки:

кольцевая – если выпадет один огнеупорный блок, то может упасть все кольцо;
вперевязку – при выпадении огнеупорного блока разрушится локальный участок.

Укладывают огнеупоры, поворачивая постепенно вращающуюся печь по своей оси. Огнеупорные блоки к корпусу крепят в двух местах, напротив друг друга. Первый поворот делают на 90°, затем два поворота на 45-50°. Такие углы выбраны для удобного уравновешивания кладки.

Второй способ – без поворота, закрепляя кладку специальными упорами. В таком случае укладывать огнеупоры возможно только кольцевым способом. В качестве связки используют металлические пластины, приклеенные к кирпичу, иначе в верхней части корпуса футеровку сделать невозможно.

Производственный процесс обжига формирует в зоне спекания на футеровке слой защитной обмазки. Обмазка дополнительно предохраняет огнеупоры от теплового, химического и физического воздействия. На формирование обмазки основное влияние имеет состав обжигаемой смеси. Оптимальной добавкой для припекания частиц является оксид алюминия.

Наличие в сырье крупнокристаллического кварца значительно снижает скорость формирования защитной обмазки. В этом случае спекание клинкера затрудняется и повышается вероятность излишнего расхода топлива, обрушения сформировавшейся обмазки, внезапных теплосмен на поверхности огнеупорных блоков и появления сколов.

В случаях остановки производства, обрушения защитной обмазки, нестабильного процесса обжига во вращающейся печи возникает термоудар. При термоударе существенно и резко возрастает тепловая и механическая нагрузка на огнеупоры и связку. Возникает риск формирования трещин, параллельных к рабочей поверхности блоков и скол этой части.

В зонах с высокой температурой повысить формирование защитной обмазки и, соответственно, общей стойкости футеровки вращающейся печи, можно путем рационального сжигания топлива. Одновременно нужно проводить технологически правильный розжиг печи. Качественный прогрев огнеупоров без риска их повреждения составляет подъем температуры на 50°C в час.

Повышают стойкость футеровки несколько факторов:

применение качественных огнеупорных блоков, соответствующего состава для каждой зоны;
полное соблюдение технологического процесса при выполнении футеровочных работ;
тщательно подобранный состав обжигаемого материала;
пресечение ситуаций, которые могут спровоцировать термоудар (резкий подъем и падение температуры в печи);
рациональный режим сжигания топлива в зоне спекания;
рациональный режим розжига печи, контроль над темпом подъема температуры.

Какие огнеупорные материалы применяются

Футеровку вращающейся печи делают с помощью различных вариантов огнеупорных материалов и связок:

бетон на портландцементной связке с дополнительным армированием металлическими прутами, завернутыми в спираль для устойчивости;
бетон на огнеупорной связке;
шамотный огнеупор без связки или на связке из портландцементного молока или мертеля;
хромомагнезитовый, магнезитохромитовый, периклазошпинельный, периклазовый огнеупор на связках из мертеля или металлических пластин.

Износоустойчивость бетона существенно повышает добавка в виде щебня или металлической стружки. В качестве связки бетона применяют жидкое стекло или глиноземистый цемент. Для быстрого затвердевания бетонную футеровку присыпают сверху негашеной известью. Известь отсосет из бетонной смеси лишнюю жидкость, что значительно увеличит прочность и жесткость. Поле впитывания известью жидкости из бетона, она начнет гаситься, вследствие этого выделиться тепло, которое разогреет бетонную смесь и уменьшит срок затвердевания.

Футеровка печи регулируется ГОСТ 23037-99 "Изделия огнеупорные шамотные, шамотно-глиноземистые и глиноземистые для стеновых и рабочих слоев промышленных печей". В соответствии с этим стандартом устанавливаются конкретные требования к изделиям, используемым для футеровки, включая их размеры, марки и огнеупорность.