СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТА СТРОИТЕЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ ПЕЧИ
METHOD OF PRODUCING FURNACE STRUCTURAL ELEMENT

Изобретение относится к строительной индустрии и может быть использовано для получения элементов строительных конструкций камерных печей.
Известен способ кладки стен камерных сушил из кирпича на огнеупорном составе. (Комар А.Г. Строительные материалы и изделия. Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1976, с.59-61, рис.11, 12). Кроме стен способом кирпичной кладки выполнены подины, своды, борова сушил.
Способ кирпичной кладки подин, стен, сводов применяется при сооружении нагревательных печей и сушил литейного производства. (Минаев А.Н., Шипилин Б.И. Литейные печи и сушила. - М. - Свердловск: Машгиз, 1959, с.335-350, рис.142-152; Никольский Л.Е., Смоляренко В.Д., Кузнецов Л.Н. Тепловая работа дуговых сталеплавильных печей. - М.: Металлургия, 1981, с.236-243, рис.128, 129, 131, 132; Телегин А.С., Авдеева В.Г. Теплотехника и нагревательные устройства. - М.: Машиностроение, 1985, с.151-156, рис.10.2-10.8).
Недостатками способа получения элементов конструкций печей кирпичной кладкой являются сложность и большая трудоемкость сооружения и ремонта печей. Обычно кирпичную кладку выполняют после изготовления металлического кожуха печи, и если печь имеет небольшое рабочее пространство, то кирпичные стены сложно возводить. Своды печей и дымовых отводных каналов необходимо выполнять, применяя опорные шаблоны, которые затруднительно перемещать, удалять. Если кирпичная кладка в каком-то месте разрушится, то часто необходимо разрушать всю кладку и возводить новую, что требует больших затрат труда, средств, материалов. Сложность ремонта увеличивается при применении перевязки кладки печи.
Из известных способов наиболее близким по технической сущности является способ выполнения подвесной кладки печей. (Филимонов Ю.П., Старк С.Б., Морозов В.А. Металлургическая теплотехника. Том 2. Тепловые устройства в черной металлургии. - М.: Металлургия, 1974, с.485-491, рис.189, 190). В этом случае делают огнеупоры с каналами в верхней части в виде «ласточкина хвоста». В каналы огнеупоров вводят головки болтов, и с помощью болтов огнеупоры подвешивают, закрепляя болты на горизонтальных металлических балках.
Недостатками этого способа является сложность и ненадежность элементов строительной конструкции, большая трудоемкость изготовления специальных огнеупорных изделий, их монтажа на металлоконструкции печи. Горячие газы могут проникать в зазоры между огнеупорами, нагревать металлические конструкции печи, в результате чего возможны быстрый износ огнеупоров, окисление металла болтов, разрушение элементов строительной конструкции, возникновение опасных аварийных ситуаций. Этот способ - дорогой, эффективность его мала. Он не позволяет получать прочные, без значительных затрат элементы строительных конструкций печей.
Техническим результатом предлагаемого способа является упрощение, снижение трудоемкости получения элементов строительных конструкций печей в виде композиции «металл-неметалл», обладающих теплоизоляционными, огнеупорными свойствами и прочностью соединений материалов композиций, позволяющих быстро и просто монтировать, ремонтировать печи, а при необходимости, изменять печное пространство нагревательных устройств.
Технический результат достигается тем, что в способе получения элемента строительной конструкции печи, включающем изготовление формы и заливку в форму жидкого материала, в отличие от известного способа в форму закладывают огнеупорные изделия с зазорами между их боковыми стенами при суммарной площади свободных поперечных сечений зазоров между огнеупорами 0,04-0,12 суммарной площади поперечных сечений огнеупоров, зазоры на 0,3-0,6 высоты боковой стены огнеупорных изделий заполняют огнеупорным составом, производят сборку формы, а затем в форму заливают жидкий материал, усадка которого больше уменьшения размеров огнеупорных изделий после охлаждения, заполняют расплавом пустое пространство в зазорах между огнеупорами и над огнеупорами, соединяют огнеупоры затвердевшим материалом и образовывают композиционное изделие, при этом расплав материала заливают в форму при такой температуре, которая ниже температуры размягчения огнеупорных изделий и при которой достигаются требуемая жидкотекучесть для проникновения расплава в зазоры между огнеупорами и требуемый нагрев расплавом огнеупорного состава в зазорах для затвердевания и спекания состава.
Предлагаемым способом можно получить следующие элементы строительных конструкций печей: стены, подины, перекрытия печного пространства и каналов. Огнеупорные изделия могут быть те, из которых обычно выполняется кладка печей, то есть шамотный, высокоглиноземистый, хромомагнезитовый кирпич. Расплав, который после затвердевания скрепляет кирпичи, может быть из сплавов стали, чугуна, алюминия или обладающих прочностью после затвердевания неметаллических материалов.
Предложенный способ выполняется следующим образом. Изготавливают металлический шаблон в виде плиты с ребрами, которые образуют ячейки для огнеупоров, высота которых меньше на 0,3-0,6 высоты боковой стенки используемых огнеупорных изделий, укладывают огнеупоры (кирпичи), а затем в зазоры между огнеупорами на 0,3-0,6 высоты боковой стенки огнеупорных изделий вводят огнеупорный состав, который можно засыпать, а затем уплотнять, вдувать под давлением сжатого воздуха, заливать, если огнеупорный состав быстросохнущий, самотвердеющий. После этого на огнеупоры накладывают плиту (нижнюю часть) формы, производят переворот плиты совместно с уложенными огнеупорами и шаблоном на 180° градусов, удаляют шаблон, закрывают огнеупоры рабочей верхней частью формы с литниковой системой и заливают в форму расплав материала, заполняют зазоры между огнеупорами и над огнеупорами и образовывают после затвердевания материала композиционное изделие. Полученный элемент строительной конструкции извлекают из формы, контролируют его годность и используют в строительных целях. Процесс получения элемента строительной конструкции легко можно механизировать и автоматизировать.
1
1
1
1
1
Для получения высококачественных изделий суммарную площадь свободных поперечных сечений зазоров между огнеупорами S рационально выдерживать в пределах 0,04-0,12 суммарной площади поперечных сечений огнеупоров S. При S<0,04·S жидкий материал может не проникать во все зазоры между огнеупорами, а при S>0,12·S получаются заливы между огнеупорами, толщина которых большая, в связи с чем при использовании строительных элементов недопустимо увеличиваются тепловые потери через элемент строительной конструкции печи. Оптимальность достигается при 0,04·S≤S≤0,12·S.
1
1
1
1
1
Зазоры между огнеупорами надо заполнять на высоту h 0,3-0,6 высоты боковой стенки огнеупорных изделий h. Огнеупорный состав может содержать высокоглиноземистый, шамотный, хромомагнезитный порошок, глину огнеупорную, порошок борной кислоты, силикатной глыбы. При h<0,3 h жидкий материал может выталкивать огнеупорный состав из зазоров между огнеупорами (кирпичами) и проникать в нижнюю часть формы, что недопустимо, так как получается бракованное изделие. При h>0,6 h получается недостаточная высота литых ребер, огнеупоры скрепляются затвердевшими материалами недостаточно прочно. Оптимальность достигается 0,3 h≤h≤0,6 h.
Заливаемый в форму жидкий материал должен иметь усадку больше уменьшения размеров огнеупорных изделий после охлаждения, что позволяет прочно соединять огнеупоры затвердевшим материалом и образовывать композиционное изделие.
Расплав материала надо заливать в форму при такой температуре, которая ниже температуры размягчения огнеупорных изделий и при которой достигаются требуемая жидкотекучесть для проникновения расплава в зазоры между огнеупорами и требуемый нагрев расплавом огнеупорного состава в зазорах для затвердевания и спекания состава. При несоблюдении этого получается брак композиционного изделия.
Предлагаемый способ обеспечивает технический эффект и может быть осуществлен с помощью известных в технике средств. Могут быть варианты осуществления предлагаемого способа, обеспечивающие достижение разнообразных требований к изделиям, предназначенным для строительства печей. При использовании шамотного кирпича и заливаемого жидкого чугуна можно получать элементы строительных конструкций для сушильных и термических низкотемпературных печей. Композит из глиноземистых или хромомагнезитовых огнеупоров и стали позволяет сооружать высокотемпературные нагревательные печи. При использовании пористых легковесных кирпичей из шамотных или высокоглиноземистых материалов и расплава алюминиевого сплава можно получать теплоизоляционные строительные конструкции печей.
Пример.
Способ получения элементов строительных конструкций печей был применен для случаев сооружения сушильных тепловых устройств. Сушильные устройства предназначались для сушки закладываемых в формы стержней литейного производства.
1
Для получения элементов строительных конструкций в формы с использованием шаблонов закладывали шамотные кирпичи высотой 230 мм и с размерами поперечных сечений 65×113 мм. Выдерживалась суммарная площадь свободных поперечных сечений зазоров между огнеупорами S в пределах 0,04-0,12 суммарной площади поперечных сечений огнеупоров S. Зазоры на 0,3-0,6 высоты боковой стенки огнеупорных изделий заполняли влажным огнеупорным составом, содержащим 70% шамотного порошка и 30% огнеупорной глины. Огнеупорный состав в зазорах уплотняли. Производили сборку форм, а затем в формы заливали жидкий материал -чугун, усадка которого была больше уменьшения размеров огнеупорных изделий после охлаждения. Заполняли расплавом пустое пространство в зазорах между огнеупорами и над огнеупорами. Над огнеупорами образовывали слой металла толщиной 5-15 мм.
При затвердевании расплава чугун прочно (в связи с усадкой) соединял огнеупоры и в результате получали композиционные изделия (элементы строительной конструкции печи).
Расплав материала заливали в форму при такой температуре, которая была ниже температуры размягчения огнеупорных изделий и при которой достигаются требуемая жидкотекучесть для проникновения расплава в зазоры между огнеупорами и требуемый нагрев расплавом огнеупорного состава в зазорах для затвердевания и спекания состава. Использовали шамотный кирпич с огнеупорностью 1550-1650°С, а жидкий чугун заливали в форму при температуре 1350-1450°С. Получали элементы строительных конструкций печей с размерами 2000×2000 мм. Из этих элементов сооружали способом сборки сушильные печи. В печи загружали стержни для форм. Сушка стержней производилась продуктами сгорания природного газа. Температура сушки была 250-300°С.
Предлагаемый способ позволяет упростить, снизить в 3-5 раз трудоемкость получения элементов строительных конструкций печей, уменьшить в 1,5-4,5 раза тепловые потери в печах, увеличить прочность соединений материалов композиций в 2-4 раза. Печи можно быстро и просто сооружать (монтировать), ремонтировать. Ремонт облегчается в 6-8 раз по сравнению с известными способами ремонта печей. При необходимости изменять печное пространство печи для уменьшения или увеличения производительности теплового агрегата можно уменьшить или увеличить количество строительных элементов, что в 6-9 раз менее трудоемко, так как не надо переделывать металлический кожух печи, заменять прежнюю и возводить новую печную футеровку из отдельных кирпичей.
В случае разрушения отдельных кирпичей в элементе строительной конструкции их легко можно удалить из металлических ячеек и заменить новыми кирпичами, зафиксировав их быстрозатвердевающим огнеупорным раствором. При известных способах футеровки печей в таких случаях надо разрушать всю кладку или отдельную ее часть, что приводит к большим затратам труда и материалов.
Замена сводов и боровов печей перекрытиями - строительными элементами, изготовленными предложенным способом, позволяет достичь экономической эффективности, превышающей в 10-25 раз по сравнению с известным способом сооружения сводов тепловых агрегатов.
Предлагаемый способ можно использовать в строительстве для сооружения сейсмостойких зданий и сооружений из композитных элементов «строительный кирпич - алюминиевый сплав или пластмасса»
Способ получения элементов строительных конструкций может быть использован при сооружении химических аппаратов, а также сооружений черной и цветной металлургии, обогатительных фабрик строительной, угольной индустрии, при модернизации действующих и строительстве новых теплотехнических устройств в энергетике, при сооружении наземных и подземных переходов, подземных туннелей в шахтах, метро. Строительные конструкции, изготовленные предложенным способом, могут обладать долговечностью, надежностью, прочностью, теплоизоляционными, огнеупорными, гидроизоляционными и газонепроницаемыми свойствами. Огнеупорные кирпичи можно применять требуемых размеров и свойств. Огнеупоры могут быть как прямоугольной формы, так и треугольной, шестиугольной, восьмиугольной формы и более сложной геометрической формы. Это позволяет предложенным способом создавать требуемые архитектурные композиции при строительстве.