Футеровка индукционных плавильных печей и миксеров

Сасса В.С.

Энергоатомиздат, 1983 г.

ОГНЕУПОРНЫЕ БЕТОНЫ ДЛЯ ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧЕЙ

Специфика футеровки индукционных плавильных печей состоит в том, что малая толщина и конфигурация футеровки не позволяют широко применять стандартные обжиговые изделия, выпускаемые огнеупорной промышленностью. Через швы между изделиями часто проходит расплавленный металл, поэтому при футеровке тигельных плавильных печей фасонными огнеупорными изделиями толщина их должна быть такой, чтобы при кладке образовывалось пространство (25—50 мм) между наружной стенкой кладки и витками индуктора. Это пространство утрамбовывают порошкообразной массой, служащей одновременно теплоизоляцией и буферным слоем, препятствующим прохождению металла к индуктору при проникновении его через швы в кладке.

Чаще всего для футеровки индукционных плавильных печей применяют огнеупорные бетоны и набивные массы, которые позволяют получить монолитную футеровку любой конфигурации и размеров, что трудно осуществить при помощи штучных обжиговых изделий.

Одними из основных требований, предъявляемых к огнеупорным бетонам и набивным массам, являются плотность и постоянство объема в работе. В соответствии с этим подбирают зерновой состав заполнителя и количество связки. В отдельных случаях для компенсации усадки вводят расширяющиеся в обжиге материалы — кварцит, кианит, дистен, силлиманит, корунд.

Основная разница между огнеупорными бетонами и набивными массами заключается в том, что прочность бетонов обеспечивается благодаря твердению гидравлических, воздушно-твердеющих или химических вяжущих веществ (цементов) при температурах, исключающих спекание материала. В отличие от бетонов прочность футеровки из набивных масс обеспечивается спеканием определенного слоя массы. Остальная, не спекшаяся часть футеровки служит   буферным слоем, препятствующим сквозному проходу металла через трещины в спекшейся части футеровки.

Огнеупорные бетоны являются безобжиговым искусственным каменным материалом, обладающим достаточной прочностью до нагревания и способным при температурах службы сохранять в необходимых пределах свои физико-механические свойства. Их получают на основе огнеупорных заполнителей, получаемых дроблением предварительно обожженных или безобжиговых огнеупоров и огнеупорного вяжущего (цемента).

Огнеупорные бетоны в зависимости от применяемого вяжущего разделяются на следующие виды:

а) бетоны на высокоглиноземистом цементе (ВГЦ) (72—80 % А1₂0₃);

б) бетоны на глиноземистом цементе (ГЦ);

в) бетоны на портландцементе;

г) бетоны на периклазовом цементе (MgO не менее 85%);

д) бетоны на жидкостном стекле;

е) бетоны на фосфатных вяжущих.

Бетоны на алюмофосфатнон связке (АФС) иногда называют набивными массами, так как их укладывают методом трамбования (набивки). Для их твердения необходима повышенная температура (300— 400 ^°С). При добавке нитрида алюминия бетон на АФС твердеет при нормальной температуре (30—100^СС).

В бетоны на портландцементе необходимо вводить тонкомолотые добавки, связывающие свободную известь, в противном случае после нагревания бетон рассыпается в порошок в результате вторичной гидратации свободной извести.

СВОЙСТВА  ОГНЕУПОРНЫХ  БЕТОНОВ  ( Таблица)

Огнеупорные бетоны должны удовлетворять следующим требованиям:

1) достаточно быстро твердеть при нормальных температурах, умеренно  снижать прочность при нагревании до температур разложения , а затем, при более высоких температурах, вновь  упрочняться в результате спекания;

2) иметь достаточную огнеупорность, температуру деформации под нагрузкой, постоянство объема при высоких температурах, термостойкость,  заданную пористость.

Различают бетоны высокоогнеупорные (более 1770 С), огнеупорные (1770—1580°С) и жароупорные (тугоплавкие) (1200—1580^°С).

Гидравлически твердеющие бетоны содержат в качестве связки высокоглиноземистые цементы (ВГЦ), глиноземистый цемент (ГЦ) или портландцемент с тонкомолотой добавкой (ПЦ).

Воздушно-твердеющие бетоны содержат алюмофосфатные связки (АФС), периклазовый цемент или жидкое стекло с кремнефтористым натрием. Эти бетоны твердеют при 15—300 °С, благодаря физико-химическим процессам, протекающим с различными химически активными добавками.

Кроме процессов твердения необходимо знать процессы, происходящие при нагревании огнеупорных вяжущих (цементов) до высоких температур. Их условно можно разделить на три стадии:

а) твердение—процессы, происходящие при низких температурах {примерно до 300°С);

б) разупрочнение гидравлических вяжущих или упрочнение фосфатных вяжущих при средних температурах (300—1000°С);

. в) спекание — процессы, происходящие при высоких температурах (более 1000 ⁼С).

Знание этих процессов позволяет подобрать оптимальные виды вяжущих веществ и технологию, обеспечивающие необходимые свойства огнеупорных бетонов в футеровке индукционных печей.

Для огнеупорных бетонов более благоприятным является химическое или перекристаллизацнонное твердение компонентов, не приводящее к разупрочнению бетона при средних температурах. Гидратационное твердение обусловливает падение прочности на 40—60 %  рост пористости бетонов в процессе дегидратации кристаллогидратов при 300 - 900 ^СС. При повышении пористости снижаются шлакостойкость и металлостойкость огнеупорного бетона.

Для оценки степени разупрочнения цемента и бетона введен показатель, названный коэффициентом разупрочнения R, который представляет собой отношение разности между пределом прочности при сжатии образцов после обжига при 800 °С и пределом прочности при сжатии образцов после сушки к пределу прочности при сжатии после сушки.

При футеровке индукционных печей необходимо правильно выбрать вид как вяжущего (цемента), так и заполнителя.