КОМБИНИРОВАННАЯ ФУТЕРОВКА ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ Российский патент 1994 года по МПК F27B7/28 

Изобретение относится к огнеупорным футеровкам вращающихся печей, используемых для производства цемента, обожженного известняка, магнезита, дунита и других огнеупорных материалов.

Известна футеровка вращающейся печи, содержащая чередующиеся по составу кислые и основные огнеупоры в соотношении 0,5:1-3:1 [1].

Основным недостатком указанной футеровки является пониженная износоустойчивость кислых огнеупоров вследствие образования повышенного количества жидкой фазы при их взаимодействии с основными огнеупорами и обмазкой. Образующаяся обмазка является неустойчивой из-за периодической кристаллизации жидкой фазы при остановках печей и ее скалывания при повторном нагревании.

Известна огнеупорная футеровка вращающихся трубчатых печей, в частности, для получения цемента, состоящая из кубических кирпичей, отличающихся тем, что пиропластичные кирпичи и кирпичи из твердых керновых пород укладывают в шахматном порядке. В качестве пиропластичных и керновых кирпичей применяют периклазохромитовые, хромитопериклазовые и периклазошпинельные огнеупорные изделия [2].

Однако использование одного типа огнеупоров - магнезиально-шпинелидных - не обеспечивает повышения износоустойчивости футеровки из-за ее скалывания в процессе службы.

Наиболее близкой к предлагаемой является комбинированная футеровка зоны спекания вращающихся печей для обжига магнезита [3]. Эта футеровка выполнена кольцами с чередующимися по окружности и длине печи периклазохромитовыми (магнезиально-шпинелидными) и шамотными (алюмосиликатными) огнеупорами.

Указанная футеровка имеет недостаточную износоустойчивость вследствие образования повышенного количества жидкой фазы при взаимодействии алюмосиликатных огнеупоров с обмазкой и периклазохромитовыми изделиями при высоких температурах службы (1500-1700^оС), что приводит к сколам периклазохромитовых изделий.

Цель изобретения - повышение износоустойчивости футеровок вращающихся печей.

В соответствии с изобретением футеровка содержит чередующиеся магнезиально-шпинелидные и алюмосиликатные огнеупоры. В качестве последних она содержит муллитохромитовые или хромитомуллитокремнеземистые огнеупоры, уложенные совместно с магнезиально-шпинелидными огнеупорами по длине печи в соотношении от 1:5 до 5:1. При этом максимальное количество однотипных огнеупоров в одной квадратной ячейке составляет до 25.

Повышение износоустойчивости футеровок вращающихся печей обусловлено физико-химическими процессами, происходящими между магнезиально-шпинелидными и муллитохромитовыми или хромитомуллитокремнеземистыми огнеупорами в процессе их службы, а также физико-химическими процессами образования обмазок на этих огнеупорах.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении степени спекания обмазок с муллитохромитовыми или хромитомуллитокремнеземистыми изделиями за счет физико-химических процессов взаимодействия муллита и хромита в изделиях с силикатами кальция, обмазок с низким содержанием жидкой фазы, что повышает износоустойчивость указанных изделий и исключает скалывание магнезиально-шпинелидных огнеупоров.

Основные химические реакции фазовых взаимодействий:
O₂+
O+
3Al₂O₃·2SiO₂+CaO __→ 2Al₂O₃+ CaO· Al₂O₃·2SiO₂
Муллит и хромшпинелид между собой химически не взаимодействуют и, являясь огнеупорными соединениями с температурами плавления соответственно 1850 и 2200^оС, при службе комбинированной футеровки обеспечивают формирование термически стойкого и механически прочного высокоогнеупорного монолитного кристаллического каркаса в огнеупорной кладке.

С периклазом и магнезиальными ортосиликатами магнезиально-шпинелидных огнеупоров муллит реагирует с образованием высокоогнеупорной магнезиально-глиноземистой шпинели, форстерита и тугоплавких метасиликатов по реакциям:
3Al₂O₃·2SiO₂+7MgO __→ 3[O₃] + 2[]
Al₂O₃·6SiO₂+7MgO __→ MgO·Al₂O₃ + 6
3Al₂O₃·2SiO₂+2MgO·SiO₂+ 4MgO __→ 3[MgO·Al₂O₃] + 3[MgO·SiO₂]
3Al₂O₃·2SiO₂+ 2[CaO·MgO·SiO₂]4MgO __→
3[MgO·Al₂O₃]+ 2SiO₂+ 2[MgO·SiO₂]
Продуктами взаимодействия огнеупоров являются новообразования с различными температурами плавления: шпинель 2135^оС, форстерит 1860^оС, клиноэнстатит 1550^оС, окерманит 1458^оС.

Помимо реакционных фаз в результате взаимодействия муллитохромитовых или хромитомуллитокремнеземистых огнеупоров с основной футеровкой образуются также легкоплавкие эвтектики (температуры плавления менее 1400^оС). Образование легкоплавких соединений и эвтектик обусловливает контактное припекание изделий разнородного состава, что способствует формированию монолитной футеровки.

Таким образом, реакционное контактное взаимодействие предлагаемых видов огнеупоров предопределяет монолитизацию футеровки и, как следствие этого, повышение ее износоустойчивости из-за образования большего количества (не менее чем в 1,5 раза) муллита и хромшпинелида по сравнению с прототипом.

Повышение износоустойчивости футеровок при использовании указанных огнеупоров достигается только при их чередовании, например, при шахматной кладке, вследствие ее большей однородности по сравнению с кольцевой кладкой типа "Зебры". При использовании кольцевой кладки резко сокращается площадь взаимодействия муллита с периклазом и хромитом, что не позволяет повысить износоустойчивость футеровок.

Комбинированная футеровка включает в себя чередование двух типов огнеупоров по длине печи в оптимальном соотношении от 1:5 до 5:1 в зависимости от условий службы и вида обжигаемого материала. При температуре обжига магнезита 1600-1700^оС оптимальное соотношение магнезиально-шпинелидных огнеупоров и муллитохромитовых или хромитомуллитокремнеземистых от 5:1 до 3:1, а при температуре обжига известняка 1200-1300^оС - от 1:3 до 1:5. Другие материалы по соотношению огнеупоров занимают промежуточное положение. Выход за оптимальное соотношение указанных двух типов огнеупоров снижает износоустойчивость футеровок вращающихся печей.

В каждой квадратной ячейке количество однотипных огнеупоров может колебаться от 1 до 25. Выше этого оптимального количества наблюдается неравномерный износ футеровки, что приводит к снижению ее износоустойчивости в службе.

П р и м е р 1 (по прототипу). Футеровка вращающейся печи выложена из периклазохромитовых (ГОСТ 21436-75) и шамотных (ГОСТ 21436-73) огнеупоров в шахматном порядке в соотношении 2:1 по длине печи, что приводит к повышенному содержанию жидкой фазы и сколам огнеупоров в процессе службы. Это обусловлено низким содержанием в футеровке (в 1 м²) муллита (10%) и хромшпинелида (7%).

П р и м е р 2. Футеровка вращающейся печи выложена из магнезиально-шпинелидных (ГОСТ 21436-75) и муллитохромитовых (ТУ 14-8-623-91) огнеупоров в шахматном порядке по длине печи в соотношении 2:1 с количеством однотипных огнеупоров в одной квадратной ячейке 4. В этом случае количество муллита в футеровке (в 1 м²) составляет 17% и хромшпинелида 28%, что обуславливает повышение ее износоустойчивости вследствие лучшего спекания разнотипных огнеупоров между собой и с обмазкой.

П р и м е р 3. Футеровка вращающейся печи выложена из магнезиально-шпинелидных (ГОСТ 21436-75) и хромитомуллитокремнеземистых (ТУ 14-8-623-91) огнеупоров в шахматном порядке по длине печи в соотношении 1:3 с количеством однотипных огнеупоров в одной квадратной ячейке 25. В этом случае количество муллита в футеровке (в 1 м²) составляет 32% и хромшпинелида 60%, что и обуславливает повышение ее износоустойчивости.

П р и м е р 4. Футеровка вращающейся печи выложена из чередующихся магнезиально-шпинелидных (ГОСТ 21436-75) и муллитохромитовых (ТУ 14-8-623-91) огнеупоров в соотношения 1:5 по длине печи с количеством однотипных огнеупоров в одной квадратной ячейке 9.

В этом случае количество муллита в футеровке (в 1 м²) составляет 45% и хромшпинелида 40% , что и обуславливает повышение износоустойчивости футеровки.

Предложенная комбинированная футеровка вращающихся печей сокращает расход дефицитных магнезиально-шпинелидных огнеупоров; обеспечивает лучшее образование обмазки на разнотипных огнеупорах; исключает сколы футеровок вследствие лучшего спекания разнотипных огнеупоров; повышает износоустойчивость комбинированных футеровок.

Использование: для футеровки вращающихся печей для производства цемента, обожженного известняка, магнезита, дунита и других огнеупорных материалов. Футеровка содержит чередующиеся по длине печи с соотношением от 1 : 5 до 5 : 1 магнезиально-шпинелидные и муллитохромитовые или хромитомуллитокремнеземистые огнеупоры, при этом максимальное количество однотипных огнеупоров в одной ячейке составляет до 25. При этом повышается износоустойчивость футеровки путем улучшения спекания обмазки с изделиями за счет физико-химических процессов взаимодействия муллита и хромита в изделиях с компонентами обмазки.

КОМБИНИРОВАННАЯ ФУТЕРОВКА ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ, содержащая чередующиеся магнезиально-шпинелидные и алюмосиликатные огнеупоры, отличающаяся тем, что она содержит в качестве алюмосиликатных огнеупоров муллитохромитовые или хромитомуллитокремнеземистые огнеупоры, уложенные совместно с магнезиально-шпинелидными огнеупорами по длине печи в соотношении от 1 : 5 до 5 : 1 с максимальным количеством однотипных огнеупоров в одной квадратной ячейке до 25.