123247 (717144), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Существует несколько способов приготовления легковеса, каждый из которых дает свой специфический продукт со своими особыми свойствами.
Наиболее старым и распространенным является способ выгорающих добавок, при котором в массу добавляют измельченные древесный уголь, опилки, торф или пробку. При обжиге они выгорают, и на их месте образуются поры.
Значительно более прочным является динасовый легковес, выполняемый из молотого кварцита с антрацитом или кокситом. Изделия получаются со средней плотностью 1200 кг/м3 и с температурой начала размягчения 1550°С при нагрузке в 100 кПа.
Химический способ, образования легковеса - химлегковеса заключается в том, что шамотный порошок смешивается с небольшим количеством глины, доломита, серной кислоты и гипса.
Пеноспособ заключается в том, что шамот с глиной смешиваются с пенистой массой, образованной путем взбивания раствора из канифольного мыла. Полученная смесь вторично взбивается и образует пористую массу, укладываемую в формы. Стабилизатором ячеек служит столярный клей, добавляемый в массу и предохраняющий ее от оседания до обжига. Последний производится при 1300°С, после чего получаются изделия, называемые пенолегковесными.
Основными недостатками легковесов являются низкая шлакоустойчивость, небольшое сопротивление истиранию, малая стойкость к термоударам, а также высокая газопроницаемость. Поэтому их необходимо защищать от воздействия шлаков тонким слоем огнеупорного кирпича либо слоем огнеупорной обмазки и нельзя из легковеса выкладывать поверхности, по которым передвигают изделия, так как они быстро износятся, или их надо защитить жароупорными плитами или направляющими. Малая стойкость легковеса к термоударам обусловливает растрескивание футеровки при значительных колебаниях температуры. В этом отношении более стойкими являются легковесы, полученные способом, выгорающих добавок, а также пеношамоты. Для борьбы с газопроницаемостью легковесов применяют обмазки или герметизируют кожухи электропечей.
3. Теплоизоляционные материалы
Для уменьшения тепловых потерь печи необходимо, чтобы кладка ее обладала большим тепловым сопротивлением. Но огнеупорная часть кладки должна быть механически прочной, а следовательно выполнена из материала с большой средней плотностью и достаточно большой теплопроводностью. Поэтому футеровки печей, как правило, выполняются составными, внутренняя часть выкладывается из огнеупора, а наружная часть из теплоизоляционных материалов. В соответствии с этим электропечестроение предъявляет к теплоизоляционным материалам следующие требования: малая теплопроводность; малая удельная теплоемкость; достаточная огнеупорность; некоторая механическая прочность; дешевизна и доступность.
Теплоизоляционные материалы работают в печи в более легких условиях, чем огнеупоры. Температура, действию которой они подвергаются, всегда меньше, так как огнеупорный слой берет на себя часть температурного перепада и предохраняет их от размывающего действия шлаков, всякого рода ударных и истирающих усилий, разгружает от механических напряжений. Поэтому их огнеупорность может быть меньше, требуется лишь весьма относительная механическая прочность, например способность, выдерживать свой собственный, но зато требование малой теплопроводности является для них основным. Требование дешевизны и доступности определяется опять таки тем обстоятельством, что тепло изоляционные материалы потребляются в больших количествах.
Теплоизоляционные материалы применяются в виде кирпичей, плит, фасонных изделий, в виде засыпки (порошок, вата), мастики, которой покрываются горячие части печей, картона, матрацев, матов.
Одними из наиболее распространенных теплоизоляционных материалов являются диатомит и трепел. Диатомит представляет собой скопление скелетов мельчайших водорослей диатомей, состоящих из кремнекислоты и пронизанных мельчайшими порами. Трепел имеет тот же состав, но в нем в микроскоп нельзя различить отдельные скелеты водорослей.
Для получения пористого диатомитового кирпича применяется главным образом способ выгорающих добавок. В качестве последних: наилучшие результаты дает пробка (негигроскопична, малая зольность, округлая форма пор), затем древесный уголь, худшие результаты дают опилки и торф. Диатомитовый кирпич выполняется трех классов, средней плотностью 500, 600 и 700 кг/м3, и может применяться до 900 °С. Для теплоизоляции электрических печей желательно применять диатомитовые кирпичи марки 500.
Целый ряд теплоизоляционных материалов приготавливается на базе асбеста. Асбест представляет собой минерал волокнистого строения, крупнейшие залежи которого имеются, у нас на Урале. Он состоит из тончайших, нитей, очень прочных на растяжение, но легко перетирающихся. Если асбест распушить, то он принимает вид волокнистой массы со средней плотностью 250-800 кг/м3 в зависимости от сорта асбеста и степени его распуши. В таком виде он может быть использован как теплоизоляционная засыпка (асбестит), способная работать до 600 °С. Температура плавления асбеста значительно выше, около 1500°С но при 700°С асбест теряет всю содержащуюся в нем воду и рассыпается, лишаясь своих теплоизоляционных свойств. Недостатком асбеста является его высокая гигроскопичность.
При склеивании асбестовых волокон белой глиной с органическими добавками и прессовании под высоким давлением получаются, асбестовый картон бумага, а сплетением волокон асбеста с хлопчатобумажными нитями изготавливается асбестовый шнур. Картон и шнур также используются в качестве теплоизоляции.
Асбестовая засыпка является малоэффективной изоляцией, и поэтому она применяется в настоящее время в чистом виде лишь в редких случаях, но входит составляющей, частью в ряд других теплоизоляционных материалов.
Для обмазки горячих поверхностей применяются так называемые мастичные материалы. Такими материалами являются асбозурит (70 % диатомита или трепела и 30% асбеста пятого и седьмого сортов), новоасбозурит (70 % диатомита или трепела, 15% шиферных отходов 15% асбеста пятого и шестого сортов) и др.
К высокоэффективным теплоизоляционным материалам относятся асбомагнезиальные массы например совелит (85 % смеси двойной углекислой соли кальция и магния и 15% распушенного асбеста). Они применяются в виде изделий (плитки, сегменты и т.п.), накладываемых на защищаемые поверхности. Материалы эти, обладая весьма низкой вредней плотностью и хорошими теплоизоляционными свойствами, являются в то же время малопрочными и могут быть использованы до 350 - 500 0С. Основным же недостатком их является высокая стоимость, ограничивающая их применение.
Широкое применение получили в последнее время стеклянная и минеральная ваты, а также стеклянное волокно.
Стеклянная и минеральная ваты и волокно применяются в форме засыпки для заполнёния пространства между, огнеупорной кладкой и кожухом печи, а также в виде матрацев и матов. Стеклянное волокно лучше выносит вибрацию (вата от вибрации уплотняется, в целях уменьшения этого явления ее несколько уплотняют при укладке, лучше ее применять в виде матов), кроме того, оно менее вредно. Мелкие волокна ваты, попадая на слизистые оболочки, раздражают их, вызывая воспаление, тогда как длинные нити стеклянного волокна не вызывают этих явлений. Однако стеклянное волокно значительно дороже ваты.
Стеклянные волокна и нити начинают спекаться при 500-6000С, поэтому их можно применять лишь до 450-500 0С, шлаковая (минеральная) вата выдерживает более высокую температуру - до 650оС.
Хорошей тепловой изоляцией, особенно для высокотемпературных печей, является зонолит или обожженный вермикулит.
Зонолит применяется пока главным образом в виде насыпной изоляции, он имеет малую среднюю плотность (120-250 кг/м3) и, следовательно, является прекрасным теплоизоляционным материалом, но главное его преимущество заключается в его стойкости. В последнее время из зоколита начали изготовлять формованные изделия, плитки, кирпичи и т.п.
3.1. Жароупорные материалы
Для изготовления внутренних деталей электрических печей, подвергающихся значительным механическим воздействиям, применяются жароупорные материалы, обладающие достаточной механической прочностью при высоких температурах.
Эти материалы используются для изготовления в пенах таких деталей как подовые плиты, тигли, крепления стен и свода, защитные устройства внутри печей, экраны, муфели, загрузочные устройства, крепления нагревателей, детали всякого рода транспортирующих устройств, служащих для перемещения в печах нагреваемых изделий. В соответствии с этим жароупоры применяются как в виде литья, так и в виде проката листа, проволоки, прутков и профилей.
Электропечное производство предъявляет к жароупорам следующие требования:
Достаточная жаростойкость - материалы должны достаточно долго работать при высокой температуре и должны не окисляться или очень мало окисляться при этой температуре.
Достаточная жаропрочность - в пределах рабочих температур материалы должны сохранять достаточную механическую прочность, для того чтобы без значительных деформаций выдерживать - механическую нагрузку.
Достаточная крипоустойчивость - стали, длительно работающие при высоких температурах, обладают свойством ползучести (крип), т.е. они очень медленно претерпевают необратимые деформаций под нагрузкой, намного меньшей нагрузки, соответствующей пределу упругости материала. Крипоустойчивость материала характеризуется его пределом ползучести, представляющим, собой напряжение, соответствующее при данной температуре определенному удлинению материала в условленное время. Крипоустойчивость жароупорных материалов является весьма важным для, них показателем, так как они должны работать в печах длительное время при высокой температуре и наступающие при этом необратимые деформации могут достигнуть недопустимого значения.
Достаточная обрабатываемость - необходимо иметь возможность изготавливать из жароупорных материалов различные детали и механизмы печей, поэтому необходимо, чтобы эти материалы можно было катать и волочить, подвергать механическое обработке, чтобы их можно было сваривать, отливать из них разнообразные детали.
4. Дешевизна и недефицитность
Большинство современных жароупорных материалов являются дефицитными и настолько дорогими, что их стоимость составляет во многих печах сопротивления весьма значительную часть (иногда до 50%) от их общей стоимости. Это объясняется как трудностью изготовления и обработки многих материалов, так и дефицитностью и дороговизной их основных легирующих составляющих, таких кат никель, металлический хром, малоуглеродистый феррохром и т.п. Поэтому задача нахождения новых, более дешевых жароупорных материалов является весьма актуальной. Основные жароупорные материалы - это металлы, так как они в наибольшей степени удовлетворяют вышеприведенным требованиям. Окисляемость металлов под действием высокой температуры различна. Некоторые металлы дают легкоплавкие окислы, испаряющиеся при нагреве, в этом случае процесс окисления будет нарастающим во времени. То же самое получится, если окисел будет склонен растрескиваться при нагреве. Если же пленка окислов не имеет тенденции отскакивать от металла и имеет плотное строение, то она является защитной пленкой, а окисление металла постепенно, по мере ее образования, будет уменьшаться. В этом случае количество образующихся окислов принимают пропорциональным квадратному корню из времени нагрева.
Такого рода плотные защитные пленки образуются у металлов, окислы которых при образовании имеют больший объем, чем сам металл. Наоборот, металлы, у которых объем окислов меньше объема, занимаемого металлом, из которого они образовались, дают пористую пленку и у этих металлов количество образующихся окислов растет прямо пропорционально времени.
Металлами, дающим при добавке в сталь плотные защитные пленки, являются в первую очередь хром, алюминий и кремний. Однако чисто кремнистые или алюминиевые стали не применяются, так как они не куются, очень хрупки и лишь с трудом поддаются механической обработке. Значительное улучшение как обрабатываемости сталей, так и их механических свойств при высоких температурах особенно крипоустойчивости, можно получить добавлением никеля, например, в хромистые жароупорные стали.
Поэтому в зависимости от предъявляемых требований в электропечестроении применяются две группы сталей: хромистые - для ненагруженных конструкций и хромоникелевые - для нагруженных конструкций.
Теплопроводность хромистых сталей, как и у всех вообще жароупорных сталей, существенно меньше, чем у обычных углеродистых, причем у малолегированных сталей она уменьшается с температурой, а у высокохромистых слегка увеличивается.
Удельное электрическое сопротивление высокохромистых сталей намного больше, чем у углеродистых, но температурный коэффициент меньше.
Среднелегированные стали свариваются хорошо электродами из того же состава, но требуют специальных флюсов и отжига сварных швов. Высокохромистые стали свариваются электродами из хромистых сталей с трудом под флюсом, лучше их сваривать в подогретом состоянии хромоникелевыми электродами. Литье из хромистых сталей по своим свойствам мало отличается от кованых сплавов. С увеличением содержания углерода материал становится все тверже и при С≈1% отливки очень трудно обрабатывать.
Хромоникелевые стали являются самыми распространенными в электропечестроении, так как наряду с высокой жаростойкостью и достаточной механической прочностью, а также крипоустойчивостью они хорошо обрабатываются. Хромоникелевые стали хорошо свариваются автогеном и электросваркой.
Ввиду своей механической прочности при высоких температурах и крипоустойчивости они особенно пригодны для изготовления нагруженных деталей печей, особенно деталей печных транспортирующих устройств. Недостатками этих сталей являются большой коэффициент линейного расширения и, как следствие, большая склонность к короблению по сравнению с хромистыми сталями, а также чувствительность к парам серы. Кроме того, они значительно дороже хромистых сталей, поэтому последние следует применять наравне с хромоникелевыми там, где отсутствует механическая нагрузка.
Иногда детали, находящиеся в зоне высоких температур, делают из обычной стали, но насыщают их поверхностный слой алюминием на глубину в несколько десятых долей миллиметру. Алюминий весьма интенсивно увеличивается сопротивляемость стали окислению, и поэтому такие детали - контейнеры, пирометрические трубки и т.п., не несущие нагрузок, могут успешно работать до 800 °С.
В высокотемпературных печах (1000 – 1350 °С) для подовых перекрытий применяют карборундовые подовые жароупорные плиты. Обладая достаточно большой теплопроводностью, не намного меньшей, чем у стальных плит, они обладают значительно меньшей прочностью и поэтому требуют осторожного обращения.
4.1. Материалы для нагревательных элементов электрических печей сопротивления
Нагревательные элементы, так же как и жароупорные материалы, работают в зоне высоких температур, но, кроме того, к ним предъявляются электропечестроением особые требования к электрическим свойствам. Вкратце требования к ним могут быть сформулированы следующим образом:
Жаростойкость, неокисляемость под действием кислорода воздуха в условиях высоких температур.
Достаточная жаропрочность – механическая прочность при высоких температурах. Материалы для нагревательных элементов не являются конструкционными материалами, поэтому их механическая прочность может быть сравнительно невелика; достаточно, чтобы изготовленные из них нагреватели были в состоянии поддерживать сами себя, давая при этом малые деформации.
Большое удельное электрическое сопротивление. Нагревательные элементы в печах сопротивления в большинстве случаев включаются непосредственно в питающую сеть без: промежуточного трансформатора, и поэтому при данной мощности нагревателя его сопротивление при рабочей температуре также должно быть вполне определенным. Чем меньше удельное электрическое сопротивление материала нагревателя, тем больше длина выполненного из него нагревателя и тем меньше должно быть его поперечное сечение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
