Огнеупорные растворы, набивочные массы, обмазки и бетоны

Огнеупорные растворы

Для обеспечения плотности футеровки печей и ее хоро­шего сопротивления проникающему и разъедающему воз­действиям раскаленных газов, расплавленных шлаков и металлов швы между отдельными кирпичами в процессе кладки чаще всего заполняют либо огнеупорными раство­рами, либо тонко помолотыми порошками, изготовленными из того же огнеупорного материала, из которого выполня­ется футеровка.

Правильный выбор и качество огнеупорного раствора оказывают большое влияние на срок службы кладки печей. Растворы должны обеспечивать хорошее заполнение швов и минимальные расстояния между соединяемыми кирпича­ми; они должны также обеспечивать монолитность кладки, для чего необходима их хорошая связь с огнеупорными кир­пичами после затвердевания; и, наконец, такие их свойства, как коэффициент термического расширения, изменение объ­ема при нагреве, предельная температура применения и шлакоустойчивость (в затвердевшем состоянии), должны быть возможно более близкими к этим свойствам соединяе­мых огнеупорных кирпичей.

Поэтому огнеупорные растворы всегда готовят на основе того же материала, из которого изготовляют огнеупорную футеровку, т. е. в качестве основы раствора для шамотной кладки используют шамот, для кладки из высокоглинозе­мистого кирпича — соответствующий высокоглиноземистый материал, для динасовой — динас и т. д. Эти материалы применяют в виде тонкомолотого порошка, размер зерен которого не должен превышать половины толщины шва кладки. В качестве связующего вещества используют огне­упорную глину, добавляемую в количестве 10—20 % общей массы. Для улучшения сцепления раствора с кирпичами и, главное, для ускоренного затвердевания раствора на возду­хе при комнатной температуре в него иногда добавляют 1—2 % жидкого стекла или цемента.

Эту смесь разбавляют водой до получения сметанообразной массы, причем густые растворы применяют при боль­шой толщине швов (3—4 мм), а жидкие — при тщательной кладке с толщиной швов, не превышающей 1—2 мм. По­скольку некоторые огнеупоры (магнезит, хромомагнезит, форстерит, доломит) не допускают увлажнения, то кладку из этих материалов ведут либо насухо с тщательной под­гонкой кирпичей друг к другу и с засыпкой швов соответ­ствующим сухим порошком тонкого помола, либо на огне­упорном растворе, замешиваемом не на воде, а на обезво­женной каменноугольной смоле. Смолу добавляют к огнеупорному порошку в количестве около 10 % общей мас­сы. Такой раствор используют в подогретом до 60—90 °С состоянии. При укладке углеродистых блоков для заполне­ния швов также применяют специальную углеродистую без­водную массу и пасту.

При разогреве печи происходит взаимодействие раствоpa с огнеупорными кирпичами и в процессе обжига он об­разует надежную монолитную футеровку.

Огнеупорные набивочные массы

Они находят все более широкое применение для изго­товления монолитных футеровок. Это оказывается особенно эффективным в случае рабочих камер цилиндрической или более сложной формы, работающих в тяжелых условиях (например, тигли и подовые камни индукционных плавиль­ных печей, дуговые плавильные печи, амбразуры горелок, плавильные пояса и днища вагранок и т. д.). Отсутствие швов повышает стойкость такой футеровки, время и затра­ты на ее изготовление сокращаются, а с помощью соответ­ствующих шаблонов создается возможность легкого изго­товления любых сложных по форме элементов футеровки. Набивочная масса должна спекаться при высокой темпера­туре (при разогреве печи и при ее работе). При этом масса должна сохранять постоянство объема по всему сечению футеровки, иначе спекшийся (горячий) слой будет отслаи­ваться.

Основой набивочных масс служит соответствующий ог­неупорный материал в виде порошка тонкого помола. Так, для кислой футеровки используется чистый тонкомолотый кварцит SiО₂, а для основной — порошок обожженного маг­незита MgO. В качестве связующих веществ для водных на­бивочных масс применяют огнеупорную глину в порошке (5—15 %), борную кислоту Н₂ВО₃ (1—2 %), патоку (2— 3 %) и жидкое стекло (1—3 %).

Количество связующих добавок зависит от конкретных условий и обычно не превышает 5—15 %. Массу увлажня­ют до требуемой консистенции и с помощью специальных шаблонов и трамбовок придают ей нужную форму непосред­ственно в рабочей камере печи. Готовую футеровку медлен­но (часто в течение десятков часов) сушат и нагревают во избежание появления трещин, которые могут быть вызваны быстрым испарением из нее влаги.

В последнее время получают распространение безводные набивочные массы на органических связках, подвергающихся коксованию в процессе обжига: на обезвоженной камен­ноугольной смоле, на смеси битумов или нефтяного воска с мазутом, на лигносульфате и т. д. Такие смеси не требуют никакой подготовки перед набивкой, а время разогрева фу­теровки сокращается в несколько раз. Опыт эксплуатации набивных монолитных футеровок показал их высокую стой­кость. Так, срок службы основной футеровки стен и пода электрических дуговых печей малой и средней емкости воз­рос до 8000—10000 плавок, в то время как обычная кладка требовала ремонта через 50 и менее плавок.

Разновидностью набивочных масс являются торкрет-массы, наносимые как в процессе изготовления футеровки, так и при ее ремонте на различные рабочие поверхности печей. Наносят и уплотняют их не посредством лопаток и трамбовок, как набивочные массы, а с помощью специаль­ных торкрет-пушек, либо работающих на сжатом воздухе, либо механического типа. Эти пушки «выстреливают» под высоким давлением (400—600 кПа) порции торкрет-массы на подлежащие футеровке или ремонту места и она прочно прилипает, распределяясь более или менее ровным тонким слоем. При горячем ремонте торкрет-массу наносят на рас­каленную поверхность футеровки, где она быстро высыха­ет, твердеет и подвергается обжигу.

Основой торкрет-масс является соответствующий огне­упорный материал в виде порошка. Его количество состав­ляет 70—80 %, а добавка 15—20 % огнеупорной глины и 5—10 % высокоглиноземистого цемента позволяет обеспе­чить связывание порошка и затвердевание массы как в горя­чем состоянии, так и в холодном. Для придания холодной торкрет-массе необходимой консистенции добавляют к этой смеси воду. При факельном торкретировании сухие частицы огнеупорной массы вводят в топливно-кислородную смесь.

Этот метод позволяет существенно ускорить, упростить и удешевить выполнение футеровки и ее ремонт.

Огнеупорные обмазки

Их применяют либо для уплотнения футеровки (наносят­ся снаружи кладки), либо для защиты ее от воздействия высокой температуры (наносятся на внутреннюю, рабочую поверхность футеровки).

Уплотнительные обмазки составляют из смеси 70—80% кварцевого песка или динасового порошка, 10—20% асбе­ста или графита с добавкой 20% жидкого стекла (от сухой массы). Обмазку наносят тонким слоем (2—4 мм) на хорошо очищенную поверхность кладки, имеющей темпера­туру при нанесении слоя не выше 100°С.

Защитные обмазки должны обладать не только соответ­ствующей огнеупорностью, но и хорошей сцепляемостью с кладкой. В состав этих обмазок входя г в качестве основы различные огнеупорные порошки (шамот, кварцит, хромит, хромомагнезит, диоксид циркония и т. д.) с добавлением связующих веществ и воды. В качестве связующих веществ часто используются огнеупорная глина (3—13%), жидкое стекло (2—7 %) или сульфитный щелок (4—8 %). Защит­ные обмазки наносят на поверхность слоем толщиной 2— 3 мм. Их применяют в нагревательных печах и очень редко в плавильных выше уровня шлака. Защитные обмазки часто используют при горячих ремонтах печей для заделки не­больших отверстий в кладке.

Огнеупорные бетоны

Их применяют все более широко для изготовления моно­литной футеровки печей и топок методом сооружения опа­лубки соответствующей формы из дерева или из металла, заливки в нее жидкой бетонной массы и разборки опалуб­ки после затвердевания бетона.

При более густой консистенции бетонной массы можно изготовлять из нее монолитную футеровку набивкой. Фу­теровку из огнеупорного бетона сооружают как на месте, так и на отдельном стенде. В последнем случае осуществля­ют ее монтаж на месте из отдельных панелей или блоков (например, стены нагревательных колодцев). При выполне­нии монолитных подвесных элементов футеровки из огне­упорного бетона используют анкерные кирпичи с ребристой поверхностью, подвешиваемые к каркасу. Эти кирпичи, за­литые бетонной массой, надежно удерживают ее на задан­ном месте после затвердевания и разборки опалубки.

Поскольку обычные бетоны начинают разрушаться при температурах, превышающих 200 °С в связи с низкой огне­упорностью обычного цемента и заполнителя, в качестве которого служат песок и щебень, то огнеупорные бетоны готовят на основе стабилизированного портландцемента ли­бо глиноземистого или магнезиального цемента с использо­ванием в качестве заполнителя тонкомолотого (для замены песка) и дробленого (для замены щебня) соответствующе­го обожженного огнеупорного материала.

Этот материал придает бетону необходимую огнеупор­ность, а цемент играет роль вещества, связывающего огне­упорные частицы вместе. Для улучшения связи добавляют жидкое стекло.

По мере разогрева футеровки из огнеупорного бетона последовательно происходят удаление свободной влаги (сушка), удаление связанной влаги, образование жидкой (расплавленной) фазы из легкоплавких соединений, вхо­дящих в состав цемента, ее взаимодействие с частицами огнеупорного материала, ведущее к образованию монолита, и, наконец, при температурах выше 900—1000°С его окончательный обжиг, сопровождающийся значительным повыше­нием прочности как в горячем состоянии, так и в холодном.

Разработанные к настоящему времени составы огнеупор­ных бетонов с шамотным заполнителем (для футеровки печей с рабочей температурой до 1400°С) и с хромомагнезитовым или хромитовым заполнителем (для печей с темпе­ратурой до 1700 °С) успешно применяют для выполнения верхней части фундамента доменных печей, полной футе­ровки электрических плавильных печей, колодцев для на­грева слитков, различных печей для нагрева заготовок перед прокаткой и под термообработку, тепловой изоляции глиссажных труб и т.д.

Стоимость футеровки из огнеупорных бетонов ниже, чем стоимость кладки из обожженных изделий или набивной футеровки. Однако ее сушка и разогрев требуют очень дли­тельного времени (до 100 ч), а стойкость ее в эксплуатации остается более низкой.