ОГНЕУПОРНЫЙ КАМЕНЬ

Заявляемое устройство относится к черной и цветной металлургии и может быть использовано в металлургических печах, преимущественно в конвертерах, дуговых сталеплавильных и анодных печах.
Известны различные конструкции огнеупорных изделий, используемых при кладке футеровок металлургических агрегатов.
Например, известен огнеупорный кирпич прямой (ГОСТ 10888-93), представляющий собой прямоугольный параллелепипед, использующийся для футеровки прямых поверхностей печей. Однако, данный кирпич нетехнологичен при футеровке сферических поверхностей печей.
Известен кирпич трапециидальный (ТУ.У 26.2-00190503-206-2001), представляющий собой одностороннюю трапецию. Такой кирпич удобен для создания сферических поверхностей при футеровке, но при его использовании для футеровки вогнутой поверхности поверхность футеровки получается ступенчатой, что приводит к неравномерному износу части футеровки.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является огнеупорный камень клиновидной формы (свидетельство РФ 25216, F27D 1/04, публ. 20.09.2002 Бюл.№26), состоящий из сочлененных основной и вспомогательной частей, при этом вспомогательная часть смещена относительно основной с образованием выступающего участка, отношение площади торцевой поверхности вспомогательной части и примыкающей к ней торцевой поверхности основной части составляет 1:(1-1,1), при этом с вспомогательной частью сочленяется расширенный торец основной части. Использование такого камня повышает герметичность кладки, значительно уменьшается скалывание огнеупоров, сроки эксплуатации футеровки, выполненной из камня-прототипа увеличиваются в 1,5-2 раза.
Недостатком камня-прототипа является сложность его изготовления, а также сложность и трудоемкость строительно-монтажных работ при его использовании, т.е. кладки и демонтажа футеровки.
При этом, в настоящее время в связи с разработкой и внедрением новых металлургических процессов, иногда возникают ситуации, когда стойкость
футеровки, кладка которой осуществлена с использованием камня-прототипа, оказывается избыточной, что неоправданно повышает удельные затраты на производство 1 тонны продукции (металла).
Установлено, что условия эксплуатации каждого конкретного металлургического агрегата и его конструктивные особенности весьма существенно влияют на стойкость футеровки, а, следовательно, оптимизация огнеупорного изделия для конкретных условий эксплуатации является весьма актуальной, хотя и очень сложной задачей. При этом механизм формирования внутренних температурных напряжений представляет собой сложный процесс и зависит как от химико-минералогического состава огнеупорного материала, так и от формы и размеров огнеупорного камня. Следовательно, оптимизируя формы и размеры огнеупорного камня, можно добиваться оптимальных технологических параметров функционирования футеровки применительно к конкретным условиям эксплуатации.
В связи с этим, в настоящее время появилась необходимость разработки широкого ряда кирпичей разных типоразмеров более простой (для изготовления и использования при монтаже) формы, геометрическая форма и размеры каждого из которых будут диктоваться условиями эксплуатации конкретного металлургического агрегата.
Задачей заявляемой полезной модели является создание огнеупора, использование которого позволяет получить стойкую футеровку и снизить затраты на ее (футеровки) создание.
1
1
Поставленная задача решается тем, что предложен клиновидный огнеупорный камень, у которого соотношения между его высотой (L), шириной (В), толщиной верхнего торца (S) и толщиной нижнего торца (S) отвечают следующим условиям L:B=1:(0,25-0,50); L:S=1:(0,14-0,29); L:S=1:(0,09-0,25), при этом L находится в диапазоне 230-520 мм.
Стойкость футеровки, в общем случае, зависит от вероятности образования сколов у используемых огнеупоров и растрескивания швов между огнеупорами и характеризуется тем, насколько долго футеровка сохраняет прочность и герметичность при эксплуатации.
Заявляемый огнеупорный камень предназначен, в основном, для футеровки боковых рабочих поверхностей металлургических агрегатов, имеющих цилиндрическую форму.
Перед началом футеровки при помощи расчетов подбирается наиболее оптимальный по своим геометрическим размерам камень. Его параметры во многом зависят от кривизны футеруемой поверхности (диаметра агрегата) и планируемого времени работы футеровки до следующего ремонта. Однако эффективность работы футеровки обеспечивается лишь в том случае, когда при ее кладке применяется огнеупорный камень, размеры которого не выходят за пределы заявляемых соотношений.
Соблюдение вышеуказанных соотношений при изготовлении огнеупорного камня способствует тому, что градиент температуры равномерно распределяется по высоте огнеупора, заметно снижаясь у его основания. В этой связи возникающие температурные напряжения в рабочей части заявляемого огнеупорного камня незначительны, что дает дополнительную возможность снизить вероятность сколов и растрескивание футеровки.
Кроме того, равномерное распределение градиента температур позволяет с большой точностью рассчитать величину расширения футеровки после ее разогрева и заранее предусмотреть оптимальную ширину компенсационных зазоров и допустимую толщину швов между огнеупорами.
Все вышеперечисленные факторы позволяют добиться необходимой стойкости футеровок конвертеров, дуговых сталеплавильных и анодных печей при использовании заявляемого огнеупорного камня.
Изменение заданных соотношений в ту или иную сторону снижает оптимальные показатели стойкости футеровки. Уменьшение высоты камня приводит к быстрому технологическому износу футеровки и увеличению потерь тепла через корпус агрегата, а увеличение высоты камня сверх заявленных размеров ведет к неоправданному удорожанию футеровки.
На фиг. приведен заявляемый огнеупорный камень (общий вид),
1
1
Камень имеет клиновидную форму, при этом его высота (L) находится в диапазоне 230-520 мм, а ширина камня (В), толщина верхнего торца камня (S) и толщина нижнего торца камня (S) отвечают следующим соотношениям L:B=1(0,25:0,50); L:S=1:(0,14-0,29); L:S=1:(0,09-0,25).
1
На фиг. представлен камень у которого L:B=1:0,50; L:S=1:0,25; L:S=1:0,20.
При выполнении кладки из заявляемых изделий огнеупорные камни укладываются рядами по всей окружности агрегата, при этом верхний торец камня прилегает к вертикальной сферической поверхности.
При разогреве кладки за счет равномерного распределения градиента температур по высоте и ширине камня футеровка расширяется по всему своему объему без резких скачков и сколов. Это позволяет создать более герметичную, без больших швов и широких зазоров футеровку и обеспечивает ее механическую прочность и технологическую стойкость.
При этом за счет упрощения формы огнеупорного камня и оптимизации его размеров заметно снижаются издержки при его изготовлении и выполнении строительно-монтажных работ.
Пример 1.
1
1
Футеровку на 2-ом конвертере металлургического цеха комбината «Североникель», входящего в состав ОАО «Кольская ГМК» выполняют из огнеупорного камня, имеющего размеры L=300 мм; В=150 мм; S=75 мм; S=67 мм. (L:B=1:0,5; L:S=1:0,25; L:S=1:0,22).
Максимально допустимое время работы конвертера, предусмотренное технологической инструкцией, составляет 187 суток.
Все допустимое время конвертер работал нормально, потери тепла через корпус агрегата соответствовали норме, перегревы корпуса не зарегистрированы.
По истечении максимально допустимого времени конвертер был остановлен и осуществлен контрольный осмотр футеровки, который показал что ее механическая прочность, остаточная толщина и герметичность удовлетворяют требованиям безопасности.
Таким образом, проведенные опытно-промышленные испытания показали, что футеровка сохраняла необходимую стойкость все максимально допустимое время работы агрегата.
При этом затраты на футеровку (стоимость огнеупорного камня и строительно-монтажные работы), выполненные с применением нового огнеупорного камня, составили 1700000 руб против 2200000 руб аналогичных издержек на футеровку, изготавливаемую из камня-прототипа. Экономический эффект на конкретном агрегате составил 29%.
Пример 2.
1
1
Футеровку на сталеплавильной печи №3 комбината «Североникель» ОАО «Кольская ГМК» выполняют из огнеупорного камня, имеющего размеры L=380 мм; В=150 мм; S=85 мм; S=60 мм (L:B=1:0,395; L:S=1:0,22; L:S=1:0,16).
Максимально допустимое время работы печи, предусмотренное технологической инструкцией, составляет 12 суток.
Проведенные опытно-промышленные испытания показали, что все допустимое время печь работала нормально, потери тепла через корпус агрегата соответствовали норме, перегревы корпуса не зарегистрированы.
По истечении максимально допустимого времени печь была остановлена и осуществлен контрольный осмотр футеровки, который показал что ее механическая прочность, остаточная толщина и герметичность удовлетворяют требованиям безопасности.
Стоимость футеровки из нового огнеупорного камня составила 750000 руб. против 900000 руб. стоимости футеровки из камня-прототипа. Экономический эффект составил 17%.
Пример 3
1
1
Футеровку на анодной печи №1 медного завода ЗФ «ГМК «Норильский никель» выполняют из огнеупорного камня, имеющего размеры L=460 мм; В=150 мм; S=90 мм; S=72 мм (L:B=1:0,33; L:S=1:0,195; L:S=1:0,156).
Максимально допустимое время работы печи, предусмотренное технологической инструкцией, составляет 375 суток.
Проведенные опытно-промышленные испытания показали, что все допустимое время печь работала нормально, потери тепла через корпус агрегата соответствовали норме, перегревы корпуса не зарегистрированы.
По истечении максимально допустимого времени печь была остановлена и осуществлен контрольный осмотр футеровки, который показал что ее механическая прочность, остаточная толщина и герметичность удовлетворяют требованиям безопасности.
Экономия на материалах и строительно-монтажных работах составила 700000 руб. или 22%.
Таким образом, приведенные примеры показали, что использование клиновидного огнеупорного камня, параметры которого отвечают заявленным условиям и подбираются с учетом футеровки конкретного металлургического агрегата, позволяет достичь достаточной стойкости футеровки и снизить затраты на ее изготовление за счет снижения трудоемкости при изготовлении огнеупора и проведении монтажных работ с ним