Футеровка ванны электропечи — SU 1716875 (original) (raw)
Формула
Футеровка ванны электропечи, содержащая засыпку, угольные и графитовые блоки, кирпичную кладку, отличающаяся тем, что, с целью повышения срока службы футеровки, на леточной стенке печи графитированные и угольные блоки размещены от подины до кирпичной кладки, при этом угольные блоки установлены с внутренней стороны печи слоем толщиной 350 550 мм, а графитированные между засыпкой и угольными блоками, причем их толщину определяют по разности суммарного теплового сопротивления футеровки печи, равной 0,10 0,19 м2 
oC/Вт.
Описание
Изобретение относится к печестроению для металлургии, в частности к оборудованию электротермического производства ферросплавов.
Широко известна керамическая футеровка ванны электропечей, состоящая из стен и подины, выполненных из оксидных огнеупоров, обычно из нескольких рядов хромо-магнезитового огнеупорного кирпича.
Однако высокая температура расплавов в печах ферросплавного производства (порядка 2000-2200oС определяет особо высокие требования к химической стойкости футеровки, которым не удовлетворяют керамические материалы с их низкой теплопроводностью футеровки (1,0-1,2 Вт/м.oC). Низкая теплопроводность футеровки не позволяет создать на поверхности защитный слой гарниссажа и подобная футеровка быстро выходит из строя.
Известна также футеровка электропечей, в которой подина и часть стен на уровне подэлектродного пространства выполнены из угольных блоков, заключенных в металлический кожух. Пространство между водоохлаждаемым кожухом и блоками заполняют теплопроводной огнеупорной засыпкой.
В данных печах фактическим рабочим слоем футеровки ванны служит гарниссаж, образовавшийся из застывшего расплава.
Недостатком данного вида футеровки, например, при получении карбида кальция, является низкая стойкость передней стенки печи, где расположено выпускное отверстие. При выпуске карбида кальция из печи резко возрастает (с 0,028 до 2,5 м/с) скорость омывания стенки карбидом кальция. В данных условиях низкая теплопроводность стенки из угольных блоков (0,3 м град/Вт) не обеспечивает условия образования гарниссажа, он смывается с блоков и происходит постепенное разрушение самой стенки.
Для многошлаковых процессов (производство ферроникеля, фосфора) применяют комбинированные футеровки из углеродистых материалов.
Наиболее близкой к предлагаемой является футеровка, включающая подину и боковые стенки в нижней части из углеродистых блоков, металлический кожух, засыпку, графитированные блоки в верхней части боковых стен, кирпичную кладку над блоками и леточные отверстия.
Недостатком прототипа является то, что в отличие от ферроникелевого производства, являющегося многошлаковым процессом (выход шлака 70-80% от веса шихты) ферросплавные печи работают практически без шлака, вследствие этого теплофизические условия работы ванны электропечи практически одинаковы по всей ее высоте. При высокой теплопроводности графитированных блоков (60 Вт/м град) или при суммарном тепловом сопротивлении блоков и слоя засыпки менее 0,08 м2 oC/Вт имеет место интенсивное охлаждение внутренней поверхности футеровки и слой гарниссажа оказывается на столько большим, что нарушается нормальный ход технологического процесса плавки. В то же время металлический пояс ванны имеет высокое тепловое сопротивление (более 0,3 м2 oC/Вт), условия образования гарниссажа практически отсутствуют, блоки разгораются, кампания печи уменьшается.
Целью изобретения является повышение срока службы футеровки.
Поставленная цель достигается тем, что цепь содержит металлический кожух, засыпку, угольные и графитированные блоки, кирпичную кладку и леточные отверстия, при этом на леточной стенке печи графитированные и угольные блоки размещены параллельными слоями от подины до кирпичной кладки, и толщина слоя угольных блоков, расположенных с внутренней стороны, составляет 350-550 мм, а толщина слоя графитированных блоков определяется по сумме теплового сопротивления футеровки 0,1-0,19 м2 oC/Вт.
Сущность изобретения заключается в использовании в футеровке комбинаций высоко- и низкопроводных материалов.
Тепловое сопротивление футеровки определяет возможность образования на ее поверхности защитного слоя гарниссажа. Толщина слоя гарниссажа на внутренней поверхности футеровки, состоящей из блоков толщиной 
1 и теплопроводностью 
1 и имеющей слой засыпки толщиной 2 и теплопроводностью 2, определяется формулой для многослойной стенки, которая может быть записана в виде
где 
T разность между температурой плавления материала и температурой кожуха;
q(N> тепловой поток на поверхность футеровки, зависящий от удельной мощности печи.
Из этого следует, что толщина гарниссажа определяется суммой тепловых сопротивлений блоков 
и слоя засыпки 
. Гарниссаж может образовываться только при условии
Так как слой огнеупорной засыпки служит в основном для выравнивания неровностей кожуха и блоков и компенсации их теплового расширения, его толщина может варьироваться в очень узком пределе величин. В основном это 50-100 мм. Уменьшение увеличивает жесткость конструкции и напряжение на кожух, а увеличение не позволяет хорошо ее уплотнить и обеспечить условия спекания.
Следовательно, необходимое тепловое сопротивление может быть обеспечено только применением комбинированной футеровки из низкотеплопроводных угольных и высокотеплопроводных графитированных блоков.
В ходе экспериментальных работ были определены заявляемые пределы соотношения угольных и графитированных блоков в передней стенке печи.
При суммарном тепловом сопротивлении блоков и засыпки (массы) на передней стенке выше 0,19 м2 град/Вт при выпуске расплава, независимо от интенсивности водяного охлаждения, температура на внутренней поверхности футеровки превышает температуру плавления карбида кальция и гарниссаж смывается с поверхности блоков. Это объясняется тем, что вследствие высокого теплового сопротивления и низкой теплопроводности футеровки внешнее водяное охлаждение неэффективно и гарниссаж отсутствует.
При теплопроводности футеровки выше 10 Вт/м град или (тепловом сопротивлении футеровки) менее 0,1 м град/Вт имеет место интенсивное охлаждение внутренней поверхности футеровки и слой гарниссажа оказывается на столько большим, что наблюдается зарастание леточных отверстий и нарушается нормальный ход технологической операции периодического выпуска продуктов плавки из печи.
Уменьшение толщины угольного блока, расположенного с внутренней стороны, до размеров менее 350 мм, во-первых, не может обеспечить механической прочности передней стенки печи, во-вторых, вследствие высокой теплопроводности графита (50-60 Вт/м град) данная конструкция не обеспечит необходимый минимум теплового сопротивления всей стенки 0,1 м град/Вт.
Увеличение толщины угольного блока более 550 мм не обеспечит предельного максимума теплового сопротивления стенки 0,19 м град/Вт вследствие высокого теплового сопротивления угольных блоков (0,22-0,35 м2 град/Вт) и невозможности снижения теплового сопротивления за счет тонкой графитовой вставки. Помимо этого уменьшение толщины графитированного блока приведет к снижению механической прочности всей комбинированной футеровки.
На чертеже изображена леточная стенка футеровки, поперечный разрез.
Ванна печи включает футеровку, заключенную в металлический кожух 1, подину 2, леточные отверстия 3, кирпичную кладку 4 поверх блоков. Леточная стенка печи состоит из параллельных слов графитированных 5 и угольных 6 блоков.
П р и м е р. Испытания футеровки проводились на опытной трехэлектродной электропечи мощностью 225 кВА с футеровкой из углеродистых материалов. Пространство между блоками 5 и 6 и металлическим водоохлаждаемым кожухом 1 набивалось углеродистой засыпкой толщиной 100 мм.
Футеровка всех боковых стен и подины 2 изготавливалась из угольных блоков 6. Передняя стенка изготавливалась как из однородного материала, так и комбинированной.
Характеристика футеровки леточной стенки приведена в таблице.
Шихта, состоящая из известняка с добавлением 20% коксика, загружалась в печь через отверстие в своде печи. По расплавлении материала расплав выпускался из печи через леточное отверстие, расположенное в передней стенке печи на уровне подины. Общая толщина футеровки боковых стен составляла 600-700 мм, толщина подины 1000 мм.
После 5 ч разогрева печи проводились плавки с получением карбида кальция.
После каждых трех выпусков отмечалось наличие или отсутствие гарниссажа. После 15 выпусков расплава печь останавливалась для замера разгара футеровки и проводился ее перемонтаж.
Как видно из приведенных данных, использование чисто угольной передней стенки не обеспечивало образование защитного слоя гарниссажа и наблюдался быстрый износ футеровки. После 10 выпусков толщина футеровки уменьшилась на 150 мм. Использование чисто графитированной футеровки приводило к зарастанию леточного отверстия и печь была остановлена после 5 выпусков. Использование комбинированной футеровки с изменением толщины угольного блока в пределах 350-550 мм позволило создать условия образования защитного слоя гарниссажа толщиной 5-60 мм, что обеспечило нормальную работу электропечи и ведение технологического процесса. За все 15 выпусков эрозии футеровки передней стенки не наблюдалось.
Уменьшение толщины угольного блока до величины менее 350 мм приводило к зарастанию леток и разрушению всей футеровки. Увеличение толщины блока до величины более 550 мм увеличивало ее тепловое сопротивление и гарниссаж на стенке не образовывался. Помимо этого очень тонкие графитированные блоки ломались, механическая прочность футеровки была низкая.
Данные экспериментального исследования стойкости предлагаемой футеровки на опытной трехэлектродной электропечи мощностью 225 кВа, на которой велись плавки шихты из известняка и коксика с получением карбида кальция, представлены в таблице. Футеровка боковых стен и подины состояла из угольных блоков. Передняя стенка электропечи со шпуром для выпуска расплава выполнялась комбинированной и состояла из угольных блоков со стороны расплава и графитированных со стороны орошаемого водой кожуха. Зазор между кожухом и поверхностью блоков толщиной 100-120 мм заполнялся углеродистой массой с теплопроводностью 1,5-2 Вт/м град.
Применение предлагаемой футеровки позволит по сравнению с прототипом обеспечить увеличение в 2-3 раза длительность безаварийной эксплуатации агрегата.
В частности, перевод на предлагаемую футеровку карбидных электропечей Усольского химического комбината позволит в 2-3 раза увеличить межремонтную кампанию передней стенки электропечей, снизить расход угольных блоков и импортного корвинита, применяемого для укрепления стенки, и получить дополнительный эффект за счет увеличения выпуска карбида кальция.
Использование: в рудно-термических печах для производства ферросплавов. Сущность изобретения: футеровка заключена в металлический кожух 1, имеется подина 2, леточные отверстия 3, кирпичная кладка 4 поверх блоков. Леточная стенка печи состоит из параллельных слоев графитированных 5 и угольных 6 блоков. На леточной стенке печи графитированные и угольные блоки размещены параллельными слоями от подины до кирпичной кладки, при этом угольные блоки расположены с внутренней стороны печи и имеют толщину 350-550 мм. Толщина слоя графитированных блоков определяется по сумме теплового сопротивления футеровки 0,1-0,19 м2oC/Вт. За счет различия в теплопроводности двух слоев углеродистой огнеупорной составляющей футеровки обеспечивается регулирование толщины образующегося гарниссажа и его сохранность при получении продуктов плавки, что в 2-3 раза увеличило стойкость и срок службы футеровки. 1 ил., 1 табл.
Рисунки
Заявка
4748289/02, 09.10.1989
Государственный проектный и научно-исследовательский институт "Гипроникель", Усольское производственное объединение "Химпром"
Барсуков Н. М, Микшин В. П, Русаков М. Р, Гнедин И. И, Магала М. К, Владимиров В. А, Шилин А. И, Абрамов В. Г, Мухаметдинов И. Т, Шапранов С. Д, Клепиков В. С
МПК / Метки
МПК: F27D 1/00
Метки: ванны, футеровка, электропечи
Опубликовано: 20.10.1996