Термостойкость зависит от теплопроводности и теплоемкости материала, коэффициента объемного расширения и прочности.

Определяется числом теплосмен, после которых материал теряет 20% массы, вследствие скалывания из-за термических напряжений.

4. Шкалоустойчивость – способность противостоять разъедающему действию окалины и шлаков. Она зависит от химических свойств материала огнеупора, пористости, температуры и от химических свойств шлака.

Основные огнеупоры устойчивы против действия основных шлаков, кислые огнеупоры – против разъедающего действия кислых шлаков.

При температуре ниже 1000^оС разъедание огнеупоров шлаками протекает медленно, с повышением температуры жидкоподвижность шлаков увеличивается, и разрушение огнеупоров возрастает.

Определяется тигельным методом, основанным на измерении глубины разъедания тигля, сделанного в испытуемом материале. Температура испытания 1500^оС при выдержке 3 – 4 часа.

Рис. 14.

5. Сохранение правильности формы и размеров изделий из огнеупорных материалов.

Огнеупорные изделия изготавливают в виде кирпича и фасонных изделий. Форма и размеры их стандартизированы. Нормальный прямой кирпич имеет форму параллелепипеда с размерами ребер 230*113*65 мм.

Отклонение оси стандартных размеров усложняет кладку печи, она становится менее плотной. Технические условия на огнеупорные кирпичи допускают отклонения по длине и ширине на %, по толщине %. Кривизна большой плоскости длиной до 300 мм допускается 2 мм.

6. Постоянство объема изделий из огнеупорных материалов. Изменение объема во время службы в результате термического расширения, усадки, деформации при нагрузке вызывает возникновение дополнительных напряжений или ослабление в кладке и нарушение строительной прочности. Рабочие свойства огнеупоров обеспечиваются их химическим составом и технологией изготовления.

По химическому составу огнеупоры представляют собой смесь простых окислов, скрепленных огнеупорной глиной.

1. Кремнеземистые (динасовые) огнеупоры – содержащие до 95% . Характеризуются высокой огнеупорностью – до 1700^оС, малой термостойкостью – до 4-х теплосмен сохраняют механическую прочность: почти до температуры огнеупорности.

Схема технологического процесса:

Дробление кварцитов – помол, разделение по фракциям, - дозирование – смешивание составных частей шикты – прессование изделий – сушка – обжиг – сортировка готовых изделий. Применение – для кладки сводов высокотемпературных нагревательных печей, электроплавильных печей.

2. Алюмосиликатные огнеупоры – в которых содержится более 30% и не более 65% . В зависимости от содержания и они делятся на полукислые , шамотные и высокоглиноземистые – более 45% .

Теплоизоляционные материалы

Применяются для кладки наружных слоев стен печи с целью уменьшить потери тепла через кладку. В соответствии с этим теплоизоляционные материалы должны иметь как можно более низкую теплопроводность и удельную теплоемкость. Наряду с достаточной огнеупорностью и строительной прочностью эти материалы применяются в виде отдельных изделий (кирпичи различной формы, листы, полосы и т. д.) или в виде сыпучих сред, применяемых для засыпок.

Различаются естественные и искусственные теплоизоляционные материалы.

К естественным относятся диатомит, трепел, асбест.

Диатомит и трепел являются пористыми осадочными породами, образовавшиеся из остатков доисторических водорослей и простейших морских организмов. Их состав описывается формулой . Используются в сыром и обожженном виде, как порошок для засыпки сводов печей и для изготовления кирпича на глинистой связке для теплоизоляции стен печи. Предельная температура применения - 900^оС.

Асбест – естественная волокнистая горная порода состава . В виде крошки используется для засыпки, из длинноволокнистых сортов изготавливают асбестовую ткань, картон, шнур. При использовании цемента для связки изготавливаются асбоцементные плиты. Асбест не огнеупорен. Предельная температура применения асбеста не превышает 500^оС.

На основе огнеупорных материалов изготавливаются искусственные теплоизоляционные материалы, отличающиеся более низкой плотностью, высокой пористостью или ячеистым строением, но сохраняющие высокую огнеупорность.

Легковесные огнеупоры – изготавливаются на основе шамота, динаса или высокоглиноземистого материала путем прессование формовочной смеси, составленной из соответствующего огнеупора, огнеупорной глины и выгорающих добавок (древесные опилки и древесноугольный или антрацитовый порошок).

При обжиге прессованных изделий выгорающие добавки – выгорают, и образуется весьма пористая масса огнеупора плотностью 800-1300 кг/м³.Коэффициент теплопроводности таких материалов составляет 1200=1400^оС. Ведением в огнеупорную массу специально приготовленной пены получают пенокерамические изделия. Для пенообразования используется канифольное мыло. Шихта приготавливается жидкой. Ее разливают в формы, и после затвердевания – сушат и обжигают. Теплоизоляционные изделия, получаемые таким способом, изготавливаются на базе шамота, динаса, магнезита. Плотность изделий из таких материалов колеблется от 300 до 1000 кг/м³, коэффициент теплопроводности меняется от 0.15 до 1.5 Вт/м^оС. Уменьшение плотности сопровождается снижением прочности. Введением в жидкую шихту химических газообразующих добавок ( , , ) приводит к обильному выделению пузырьков углекислого газа, который, распределяясь в массе огнеупора, делает ее пористой. Плотность изделий, полученных химическим способом, составляет 300-1500 кг/м³, теплопроводность примерно одинакова с теплопроводностью пенокерамических изделий.

Общестроительные материалы.

К ним относятся строительный кирпич, бутовый камень, бетон, гравий, песок, лаки, краски, металлические материалы. Неметаллические строительные материалы применяются в элементах печи, работающих при невысоких температурах. Лаки и краски применяют для предохранения от коррозии металлических поверхностей. Металлические материалы применяются в виде сортового проката, листа для изготовления каркасов и кожухов печей, рам, заслонок и т. д. Некоторые металлические элементы конструкции, работающие при температурах выше 400^оС, изготавливают из жаростойких и жаропрочных сплавов. Для изготовления деталей и узлов печи, которые предназначены для длительной службе при высокой температуре под значительной нагрузкой. Примерами жаростойких сплавов могут быть такие как Х6С, Х9С2, Х12ЮС, 1Х13, 2Х13, Х25Т. Примеры жаропрочных сталей 2Х18Н9, 0Х18Н12Б, Х23Н13, Х25Н20С2 и другие. Из жаростойких чугунов широкое применение для выполнения литых элементов печей нашли чугуны марок Ж4С-5.5, Ж4Х-9, Ж4Х-2.5.

Полукислые. Сырьем для изготовления служат огнеупорные глины, содержащие , полукислый шамот и кварцевый песок. Огнеупорные глины состоят из частиц, размеры которых превышают 0.001 мм и крупнозернистых частиц.

Схема техпроцесса: сушка глины – помол – отсеивание фракций более 0.5 мм – увлажнение до влажности 15-25% - смешивание с каолинитом, - прессование – сушка – обжиг при температуре 1400^оС.

Шамотные – изготавливают из огнеупорных глин и каолинов, содержащих . Это сырье предварительно обжигается для удаления влаги, размалывается и просеивается. Смесь необожженной глины и безводного каолинита, взятых в отношении 1:1 увлажняют для пластичности и посредством прессования изготавливают изделия. Затем их сушат и обжигают при температуре 1400^оС. В процессе обжига происходит перекристаллизация, образуются зерна состава . Шамотные изделия имеют огнеупорность 1580-1700^оС, температура начала деформации 1150-1300^оС, термостойкость 50 теплосмен. По химическим свойствам – полукислые, легко разъедаются основными шлаками и окалиной. Применяются для кладки стен и свода камерных печей.

Высокоглиноземистые – содержащие более 45% . Сырье для получения – минералы, содержащие , или . Технология изготовления та же, что и у шамотных материалов. Отличаются от шамотных материалов более высокой термостойкостью (160 теплосмен) и стойкостью против воздействия любых шлаков.

3. Магнезиальные, содержащие не менее 89% . Могут быть прессованными и плавлеными. Обладают высшей огнеупорностью – более 2300^оС, малой термостойкостью: 1-2 теплосмены. Стойки по отношению к окалине. В нагревательных печах применяются для кладки пода.

4. Доломитовые, содержащие не менее 40% и 35% , могут иметь примеси , , . Более дешевы, чем магнезиальные материалы. Огнеупорность – около 2000^оС, термостойкость 20 теплосмен, стойки к основным шлакам и окалине, гигроскопичны и подвержены увеличению объема, что может привести к разрушению изделий. Применяются в виде набивной массы при изготовлении подов печей.

8.2. Классификация печей

Разнообразие назначения, условия работы, конструкционного исполнения приводят к необходимости классификации печей по ряду признаков: по назначению: нагревательные и термические; по температуре нагрева: низкотемпературные с температурой рабочего пространства до 650-700^оС, Среднетемпературные – 700-1250^сС, высокотемпературные с температурой рабочего пространства свыше 1250^оС; по характеру распределения температур в рабочем пространстве: камерные и методические. В камерных печах температура примерно одинакова во всех точках рабочего пространства, в методических имеются зоны различных температур;

по производительности нагрева, определяющей размеры рабочего пространства – малые, средние и большие;

по конструктивным признакам и средствам механизации: толкательные, конвейерные, с шагающими балками, с наклонным подом и т.д.;

по роду атмосферы рабочего пространства: с обычной, окислительной атмосферой и с защитной атмосферой.

В соответствии с признаками классификации принята единая система индексации печей. Это относится не только к пламенным, но и к электрическим печам. Индекс определяет назначение, характер распределения температур в рабочем пространстве, его размеры, предельную температуру и дополнительные сведения. Он состоит из буквенного (3-4 буквы) и цифрового (3-4 группы чисел) обозначения. В некоторых случаях после цифрового обозначения. В некоторых случаях после цифрового обозначения могут быть буквы, характеризующие дополнительные признаки.

Первая буква индекса определяет назначение печи: Н – нагревательная, Т – термическая. Для электропечей С – сопротивления, И – индукционная.

Вторая буква соответствует основному конструктивному признаку:

А – с вращающимся подом,

Б – барабанная,

В – ванная,

Д – с выдвижным подом,

Е – с подвесным конвейером,

И – с пульсирующим подом,

К – конвейерная,

Н – камерная периодического действия,

Р – рольганговая,

Т – толкательная,

У – методическая кузнечная,

Ш – шахтная,

Щ – щелевая,

Э – элеваторная,

Ю – с шагающим подом,

Я – ямная.

Третья буква индекса обозначает род атмосферы в рабочем пространстве:

А – азот,

В – вакуумная,

З – искусственная защитная,

О – обычная окислительная.

После группы букв, через дефис – три группы чисел, разделенных точками определяющих ширину, длину, высоту рабочего пространства в дециметрах. После, через косую черту идет четвертая группа цифр, обозначающая предельную температуру рабочего пространства в сотнях градусов. После четвертой группы цифр может быть дополнительная группа характеристик, обозначающая например род топлива: Г – газ, М – мазут. Например: ННО-6.6.4,5/13-Г – нагревательная камерная печь с окислительной атмосферой, с размерами рабочего пространства: ширина пода – 6 дм, высота рабочего пространства 4.5 дм, длина – 6 дм, с температурой рабочего пространства 1300, работающая на газе.

Или: СНОЛ-1,6.2,5.1/11-М – электрическая печь сопротивления нагревательная с обычной атмосферой, лабораторная, с размерами пода 1.6*2.5 дм, высотой свода 1 дм, с температурой рабочего пространства 1100^оС, работающая на мазуте.

8.3. Основные виды печей и их характеристика Камерные печи

Общее конструктивное устройство камерной печи показано на рис. 15.

Рис. 15. Камерная нагревательная печь

1 – рабочее пространство печи; 2 – подставка; 3 – металлический каркас; 4 – теплоизолирующий слой; 5 – рекуператор; 6 – заслонка; 7 – рабочее окно; 8 - каналы для отвода продуктов горения; 9 – огнеупорный кирпич; 10 – форсунки

Разделяются на печи непрерывного и периодического действия. В печах непрерывного действия в период работы поддерживается примерно постоянная температура.

К печам непрерывного действия относятся очковая (барабанная) печь, щелевая печь, малая камерная.

Очковая печь (рис. 16) используется для нагрева концов прутковых заготовок под высадку при изготовлении болтов, заклепок. Представляет собой вертикальный барабан круглого или многогранного сечения. В вертикальных стенках – отверстия для размещения заготовок.

Рис. 16. Очковая вращающаяся печь для нагрева концов заготовок

1 – шамотный муфель; 2 – отверстия; 3 – шарнирная опора; 4 – газовая горелка; 5 – вытяжной зонт; 6 – рекуператор для подогрева воздуха

Сверху рабочее пространство закрыто сводом, снизу – подом с отверстием для размещения горелки. Под опирается на кольцевую шариковую опору, позволяющую вращать печь вокруг вертикальной оси. Продукты горения отводятся из рабочего пространства через “очки” под зонт и далее в дымоход. Под зонтом расположен трубчатый рекуператор для подогрева воздуха.

Применяется у ГКМ, горизонтально-гибочных машин малых молотов.

Щелевая печь. Назначение то же, что и у очковой, но более универсальна. Может быть с ручной закручкой и выдачей заготовок или с наружным конвейером. Горелки устанавливаются в боковых стенках. Продукты горения поступают в рекуператор, размещенный над печью. Обогрев заготовок всесторонний, так как в печи они располагаются на некотором расстоянии одна от другой. Заготовки после ковки конца и отделения поковки возвращаются в печь.

Рис. 17. Двухкамерная кузнечная печь щелевого типа

Малая камерная печь. Площадь пода печи не более 1 м². Предназначена для нагрева мелких (до 2 кг) заготовок. Горелки установлены в стенах печи. Дымовые газы отводятся из рабочего пространства по каналам, расположенным в стенке печи. Загрузка холодных и выгрузка нагретых заготовок производится через рабочее окно. Для подогрева воздуха используется рекуператор.

Печи периодического действия. Отличаются тем, что температура рабочего пространства во времени меняется. Изменение температуры в рабочем пространстве печи достигается тем, что загрузка заготовок производится партиями, а не по одной.

При загрузке партии заготовок (садки) температура рабочего пространства сильно понижается, а затем повышается до максимума. Таким образом, вся партия заготовок одновременно нагревается до заданной температуры, а затем заготовка за заготовкой выдаются для ковки. После выработки одной партии заготовок в печь загружается другая партия. К печам периодического действия относятся средние и большие печи.

Средние печи имеют площадь пода от 1 до 4 м². В них нагреваются одновременно заготовки общей массой до 1 тонны. Печи устанавливаются на фундаменте. Отвод продуктов горения происходит вниз по дымовым каналам, проложенным в стенах печи и соединенным с горизонтальным дымоходом, проходящим под полом цеха.