КОКСОВАЯ ПЕЧЬ Российский патент 1996 года по МПК C10B29/02 

Изобретение относится к коксохимической промышленности, в частности к огнеупорной кладке коксовых печей большой емкости и может быть использовано в кладке перекрытия печей, а также в кладке тепловых агрегатов, работающих в условиях воздействия теплотехнических и химико-физических факторов.

Современные тенденции развития коксохимической промышленности характеризуются повышением мощности коксовых батарей, одним из путей которого является увеличение объема коксовых камер.

Увеличиваются длина и высота огнеупорной кладки коксовых печей. Отдельные зоны кладки в новых условиях подвержены повышенным нагрузкам (статической и динамической) при сохранении существующих толщин несущих стен и слоев кладки по высоте коксовой печи.

Во время разогрева коксовых печей кладка из огнеупорных материалов, обладающих различными коэффициентами температурного расширения, растет (удлиняется).

Так как температура различных зон кладки коксовых печей неодинакова, нарушаются условия совместности роста всего массива кладки. Создаются условия для появления в кладке трещин, щелей. Нарушается газоплотность и прочность кладки коксовых печей.

В связи с вышеописанным, изменения размеров кладки коксовых печей, протекающие в процессе сушки, разогрева и продолжающиеся в ходе эксплуатации, требуют усовершенствования ответственных элементов кладки коксовых печей, системы их армирования. Это является производственной необходимостью. Значительная опасность для прочности и монолитности кладки возникает при температурном росте различных зон печей, образующих сплошной массив кладки по всей длине батареи.

Одной из таких зон является перекрытие коксовых печей.

Известна коксовая печь, включающая камеру коксования, обогревательные простенки, выполненные из динасового кирпича, перекрытие печи, выполненное из динасового и шамотного кирпича, анкер, регулирующий напряжения в кладке при разогреве коксовой печи и ее эксплуатации. В перекрытии верха печи шамотная кладка размещена над динасовой, а на границе динасовой и шамотной кладок выполнен растопочный канал [1]
Однако известная печь характеризуется недостаточной герметичностью перекрытия коксовой печи, наличием утечек газов вследствие образования трещин в шамотной кладке, соединенной материальным швом с динасовой кладкой, но имеющей иной коэффициент термического расширения.

Кроме того, размещение растопочного канала между динасовой и шамотной кладками способствует утечке газов через трещины в материальном шве и в шамотной кладке.

Ближайшим техническим решением (прототипом) по сути и достигаемому результату является коксовая печь [2] включающая камеру коксания, обогревательные простенки, выполненные из динасового огнеупора, перекрытие печи, выполненное из динасового и шамотного огнеупора, брони, рамы, армирующие элементы, регулирующие напряжения, возникающие в кладке при разогреве печи и ее эксплуатации. Плоскость раздела динасовой и шамотной кладок перекрытия печи выполнена выше верхней кромки брони, между динасовой и шамотной кладками выполнен шов скольжения.

Наличие шва скольжения в кладке перекрытия печи обеспечивает независимое перемещение динасовой и шамотной кладок, что позволяет повысить газоплотность и прочность перекрытия печи и коксовой печи в целом.

Однако, в условиях повышения объема коксовых камер, на практике, кроме нагрузок от кладки на контфорсы (продольное армирование) в некоторых конструкциях фундаментов передаются усилия от трения между массивом кладки печей и железобетонными боровами под печами. Это усилие не поглощается сопротивлением контфорса и приводит к деформации контрфорсов и в процессе разогрева коксовых печей возможны отключения от допустимых пределов (20-30 мм) с каждой стороны коксовой печи.

Задача изобретения создание коксовой печи, в которой новое выполнение кладки перекрытия печи позволило бы обеспечить компенсацию температурного расширения кладки по длине коксовой батареи с учетом сжимаемости материальных швов в период разогрева коксовых печей и за счет этого повысить монолитность, прочность и газоплотность коксовой печи в целом.

Это достигается тем, что в коксовой печи, включающей камеру коксования, обогревательные простенки, перекрытие коксовых печей, выполненные из динасовых и шамотных огнеупоров, армирующие элементы, регулирующие напряжения, возникающие в кладке при разогреве коксовой печи и ее эксплуатации, температурные швы, расположенные между динасовой и шамотной кладками перекрытия печи, согласно изобретению суммарная величина температурных швов составляет 0,4-1,0% от осевого расстояния между печами, а отношение высоты динаса к высоте слоя шамота составляет не более 0,7%
При этом, отношение слоя динаса к общей высоте печи составляет 0,065-1,0%
Выполнение кладки перекрытия печи с минимально необходимыми количеством и размерами температурных и материальных швов позволяет компенсировать расширение кладки по длине коксовой батареи при разогреве и за все время эксплуатации.

Благодаря этому достигается наибольшая монолитность кладки, максимальное сопротивление проходу газов, а также исключается возможное отклонение контроформов выше допустимых пределов, т.е. 20-30 мм с каждой стороны батареи.

Оптимальные соотношения толщины динасового слоя к общей высоте печи, суммарная величина температурных швов на каждом осевом расстоянии выбрано экспериментально, на основании многолетнего опыта и знаний таким, чтобы создать прочность и газоплотность кладки перекрытия и коксовой печи в целом.

Если суммарная величина температурных швов на каждом осевом расстоянии будет составлять менее 0,4% от осевого расстояния, то для компенсации температурного расширения это может вызвать отклонение контрфорсов от вертикали, если больше 1,0% то температурные швы после окончания роста кладки могут оказаться незаполненными, и кладка перекрытия печи утратит газоплотность, монолитность и прочность.

Соотношение толщины динаса и шамота, составляющее менее 0,7, выбрано исходя из достижения допустимой температуры на верху печей.

Соотношение толщины динаса и шамота больше 0,7% приведет к высокому расходу дорогостоящего динаса. При этом, шов скольжения будет располагаться в тех рядах кладки, где его расположение вызовет значительное усложнение конфигурации динасовых и шамотных изделий.

Соотношение толщины динасового слоя к общей высоте печи 0,065-0,1 выбрано для создания нормальных условий отвода теплоносителя, так как температурное расширение динасового массива происходит, в основном, в период разогрева кладки.

На фиг. 1 показана кладка коксовых печей, продольный разрез по коксовой батарее; на фиг. 2 узел I, на фиг.1 перекрытие коксовой печи; на фиг. 3 разрез А-А на фиг.1.

Коксовая печь включает камеру 1 коксования, обогревательные простенки 2, перекрытие печи, выполненное из динасовой кладки 3 и расположенной под ней шамотной кладки 4.

Для уменьшения при разогреве батареи относительных смещений кладки различных зон по высоте применяют армирование (поперечное и продольное) печного массива, регулирующее напряжение в кладке (поперечное армирование (не показано). Армирование кладки по продольной оси батареи осуществляют с помощью торцовых упорных стен-контрфорсов 5, которые в большинстве случаев составляют одно целое с железобетонной фундаментной плитой (не показана).

Между динасовой и шамотной кладками 3 и 4 перекрытия печи размещен шов скольжения 6, выполненный, например, на графитовой основе, а шамотная кладка 4 выполнена длиннее динасовой кладки 3 на величину разницы в росте динаса и шамота.

Над каждой камерой 1 коксования на границе раздела стыкуемых огнеупорных материалов выполнены температурные швы 7 для компенсации расширения кладки по длине батареи.

Коксовая печь работает следующим образом.

При разогреве коксовых печей до рабочих температур, необходимых для коксования, происходит температурный рост кладки и ее удлинение по всем зонам соответственно повышению температуры.

В участках кладки, которые разделяются между собой сплошными полостями или проемами, например, камеры 1 коксования, температурное расширение происходит за счет сужения свободного пространства по сторонам коксовой печи.

При разогреве и в процессе эксплуатации коксовых печей динасовая кладка 3 перекрытия печи по мере температурного расширения перемещается по шву скольжения 6 относительно шамотной кладки 4.

Массив кладки каждой печи расширяется по обе стороны от своего центра (оси) тяжести навстречу движению кладки соседних печей и температурные швы 7, расположенные в перекрытии печей над каждой камерой 1 коксования, смыкаются. Таким образом увеличивается газоплотность и прочность кладки перекрытия печей и коксовых печей в целом.

Выполнение шва скольжения 6 в кладке перекрытия печи между материалами, имеющими различные коэффициенты температурного расширения, может обеспечить прочность и газоплотность кладки коксовой печи только при условии минимального необходимого количества температурных и материальных швов.

Благодаря тому, что суммарная величина температурных швов 7, расположенных над каждой камерой 1 коксования на границе раздела стыкуемых огнеупорных материалов, составляет 0,4-1,0% от осевого расстояния между печами г (фиг.1), а отношение высоты слоя динаса а к высоте слоя шамота б (фиг.3) составляет не более 0,7% обеспечивается компенсация температурного расширения кладки перекрытия коксовой печи. При этом, отношение слоя динаса а к общей высоте печи в (фиг.1) составляет 0,065-0,1%
Исследования и практика показали, что при 1400-1500^оС под влиянием давлений в пределах 2-10 кг/см² деформация (сжимаемость) мертеля, который используют для выполнения материальных швов, достигает 30-40% В результате мертели приобретают большие плотность и прочность, чем огнеупорные изделия.

Способность мертелей к значительному сжатию при высоких температурах и нагрузках использована благодаря опыту и значениям для частичной компенсации увеличения объема огнеупоров (динаса и шамота) в кладке коксовых печей при их термическом расширении.

Это в совокупности с известным выполнением шва скольжения в перекрытии печей (прототип), позволило обеспечить монолитность, прочность и газоплотность кладки коксовых печей в целом.

Дополнительным преимуществом является то, что в условиях повышения производительности коксовых печей за счет увеличения коксовых камер, исключаются возможные отклонения контрформов выше допустимых пределов (20-30 мм с каждой стороны батареи) в процессе эксплуатации коксовых печей.

Использование: для выполнения огнеупорной кладки коксовых печей большой емкости. Сущность изобретения: коксовая печь имеет перекрытие, выполненное из динасового и шамотного огнеупора, армирующие элементы, шов скольжения, выполненный между динасовой и шамотной кладками, температурные швы. Суммарная величина температурных швов составляет 0,4 - 1,0% от осевого расстояния между печами, а отношение высоты слоя динаса к высоте слоя шамота составляет не более 0,7%, при этом отношение слоя динаса к общей высоте печи составляет 0,065 - 0,1%. 3 ил.

Коксовая печь, включающая камеру коксования, обогревательные простенки, перекрытие печи, выполненное из динансового и шамотного огнеупора, армирующие элементы, шов скольжения, выполненный между динасовой и шамотной кладками, температурные швы, отличающаяся тем, что суммарная величина температурных швов составляет 0,4 1,0% от осевого расстояния между печами, а отношение высоты слоя динаса к высоте слоя шамота не более 0,7% при этом отношение слоя динаса к общей высоте печи составляет 0,065 0,1%