Футеровка индукционных

Канальных печей

Футеровка канальной печи является одним из основных и ответственных элементов, от которого зависят многие технико-экономические показатели, производительность и надежность ее работы [4, 21, 22]. К футеровке ванны печи и индукционным единицам (подовому камню) предъявляются разные требования. Футеровка ванны должна иметь высокую стойкость и длительный срок службы, так как стоимость футеровочных материалов высока, а время, необходимое для ее замены и сушки, может составлять несколько недель. Кроме того, футеровка ванны печи должна иметь хорошие теплоизоляционные свойства, с тем, чтобы повысить тепловой КПД печи.

Материалы, применяемые для футеровки ванны, должны обладать постоянством объема при обжиге и иметь минимальный температурный коэффициент расширения (т. к. р.) при нагреве, чтобы исключить возможность возникновения опасных термических и механических напряжений.

Огнеупорный слой футеровки ванны должен противостоять высоким термическим, химическим и механическим нагрузкам. Огнеупорные материалы, применяемые для этой цели, должны обладать высокой плотностью, огнеупорностью, шлакоустойчивостью, термической стойкостью и иметь высокую механическую прочность.

При качественном выполнении футеровочных работ соответствующими огнеупорами стойкость ванны печи для горячей выдержки чугуна достигает двух лет, а для плавки медных сплавов – до трех лет.

Футеровка канальной части печи (подовый камень) эксплуатируется еще в более тяжелых условиях, чем футеровка ванны, так как она работает под большим гидростатическим давлением столба металла. Температура металла в канале выше, чем в ванне печи. Движение металла, вызываемое магнитным потоком, приводит к быстрому механическому износу огнеупорного материала в печах для чугуна и медных сплавов. В каналах печей для плавки алюминия магнитные поля приводят к наслоению окислов алюминия в определенной зоне и способствуют зарастанию каналов.

Толщина футеровки канальной печи (подового камня) должна быть минимально возможной, с тем, чтобы не ухудшать энергетических показателей печи. Малая толщина иногда приводит к чрезмерному ослаблению механической прочности футеровки и к высоким перепадам температуры по толщине футеровки между наружной и внутренней стенками канала, что вызывает образование трещин. Температура внутренних стенок канала соответствует температуре перегретого металла, а наружные стенки охлаждаются водоохлаждаемым цилиндром или струей холодного воздуха.

Одной из основных причин выхода из строя футеровки является проникновение расплавленного металла из канала подового камня на индуктор и кожух по трещинам в футеровке. Дополнительным фактором образования трещин является пропитка стенок канала окислами металла или шлака, что вызывает дополнительные напряжения. Для футеровки подового камня применяют лучшие огнеупорные материалы и самую современную технологию.

Применяемые для футеровки электрических плавильных печей огнеупорные материалы по своему химическому характеру делятся на кислые, основные и нейтральные.

К кислым огнеупорным материалам относятся кремнеземистые набивные массы с высоким содержанием окиси кремния (97 – 99 % SiO₂), динас, а также шамот, содержащий не связанную с глиноземом окись кремния (Al₂O₃ < 27 %).

К основным материалам относятся огнеупоры, которые состоят главным образом из окислов магния или кальция (магнезитовые, магнезитохромитовые, периклазошпинелидные, периклазовые и доломитовые огнеупоры).

К нейтральным огнеупорным материалам относятся такие огнеупоры, для которых характерно преимущественное содержание амфотерных окислов алюминия, циркония, а также окиси хрома (корундовые, муллитовые, хромитовые, цирконовые и бакоровые огнеупоры).

В футеровках индукционных канальных печей огнеупорные материалы прежде всего должны обладать огнеупорностью, превышающей температуру расплавленного металла, так как при температурах, приближающихся к температуре огнеупорности эти материалы начинают размягчаться и терять строительную прочность. Качество огнеупорных материалов оценивают также по их способности противостоять нагрузке при высоких температурах.

Огнеупорная футеровка чаще всего разрушается в результате химического взаимодействия со шлаками и металлом, расплавляемыми в печи. Степень разрушения ее зависит от химического состава металла, воздействующего на футеровку, его температуры, а также от химического состава футеровки и ее пористости.

При воздействии высоких температур большая часть огнеупоров уменьшается в объеме из-за дополнительного спекания и уплотнения. Некоторые огнеупорные материалы (кварцит, динас и т.п.) увеличиваются в объеме. Чрезмерное изменение в объеме может вызвать растрескивание, вспучивание и даже разрушение футеровки, поэтому огнеупорные материалы должны обладать постоянством объема при рабочих температурах.

Изменение температур при разогреве и особенно при охлаждении печей вызывает растрескивание огнеупорного материала из-за его недостаточной термостойкости, которая является одним из наиболее важных факторов, определяющих срок службы футеровки индукционных печей.

В практике редко встречается изолированное воздействие только одного из перечисленных разрушающих факторов.

В настоящее время нет пока огнеупорных материалов, сочетающих в себе все рабочие свойства, необходимые для устойчивой службы футеровки в индукционных плавильных печах. Каждый вид огнеупорного материала характеризуется присущими лишь ему свойствами, на основании которых определяется область его рационального применения.

Для правильного выбора и эффективного использования огнеупорного материала в конкретных печах необходимо детально знать, с одной стороны, все важнейшие свойства материала, а с другой стороны – условия службы футеровки.

Согласно классификации все огнеупорные изделия подразделяются еще по следующим признакам:

1) по степени огнеупорности – на огнеупорные (от 1580 до 1770° С), высокоогнеупорные (от 1770 до 2000° С) и высшей огнеупорности (выше 2000° С);

2) по форме, размерам – на нормальный кирпич «прямой» и «клиновой», фасонные изделия простые, сложные, особо сложные, крупноблочные и монолитные огнеупорные бетоны, которые одновременно являются безобжиговыми огнеупорами;

3) по способу изготовления – на изделия, полученные пластичным формованием (прессованием), полусухим прессованием, трамбованием из порошкообразных непластичных сухих и полусухих масс, литьем из шликера и расплава, вибрированием из огнеупорных бетонов, выпиливанием из плавленных блоков и горных пород;

4) по характеру термической обработки – на безобжиговые, обожженные и отлитые из расплава;

5) по характеру их пористости (плотности) – особо плотные, спекшиеся с пористостью менее 3 %, высокоплотные с пористостью 3 – 10 %, плотные с пористостью 10 – 20 %, обычные с пористостью 20 – 30 %, легковесные, теплоизоляционные с пористостью 45 – 85 %.