ОГНЕУПОРНЫЙ КАМЕНЬ Российский патент 2002 года по МПК F27D1/04 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, черной и цветной металлургии, промышленности строительных материалов и может быть использовано для футеровки тепловых агрегатов с несущим металлическим корпусом, преимущественно при обжиге сыпучих и кусковых материалов во вращающихся печах.

Известно использование для футеровки вращающейся печи огнеупорных кирпичей, выполненных с выемками на торцах, обращенных к корпусу печи, глубина выемки составляет 0,04-0,1 толщины кирпича (а.с. СССР 1508070).

Основным недостатком такого решения является низкая строительная прочность полученной футеровки. В той части огнеупорного камня, которая примыкает к металлическому корпусу печи, изделие испытывает растягивающие усилия, а соответственно и деформации растяжения. Этому процессу противодействует трение материала футеровки о металлический корпус. Чем больше размер кирпича и расстояние между опорными участками, а также чем выше градиент температур, тем большие усилия будут испытывать эти опорные участки и тем быстрее произойдет их разрушение Необходимо также отметить, что ослабление участка огнеупорного изделия, примыкающего к металлическому корпусу за счет исполнения выемки, не позволяет производить жесткую "расклинку" огнеупоров в каждом кольце, так как это мероприятие неизбежно приведет к разрушению кирпича. Недостаточная жесткость замкнутой кольцевой футеровки приводит к тому, что в процессе эксплуатации увеличивается опасность выпадения отдельных огнеупорных изделий или участков кладки.

Известен огнеупорный клиновидный камень с профилированными боковыми гранями для футеровки вращающейся печи, в расширенной части которого на уровне тычковой плоскости на двух смежных гранях выполнен выступ, а на двух других гранях - выемка, повторяющая форму выступа (а.с. СССР 321668).

Недостатком футеровки, выполненной из огнеупорных камней такой формы, является ее большая теплопроводность, которая определяется только лишь теплофизическими свойствами огнеупорного материала, а также относительно низкой термической стойкостью огнеупорного камня, так как геометрические параметры огнеупорного изделия не соизмерялись с внутренними температурными напряжениями.

Известен огнеупорный клиновидный камень (патент СССР 1828532, прототип), состоящий из основной и вспомогательной частей, смещенных относительно друг друга с образованием выступов на двух смежных гранях, примыкающих к расширенному торцу основной части камня и выемок на двух других гранях. При этом соотношение сторон поверхности суженого торца основной части камня и его высоты равно 1:1:(2-10), площадей торцевой поверхности вспомогательной части и расширенного торца основной части камня равно 1:(1,01-5), а смещение вспомогательной части камня относительно боковых граней основной его части составляет 1/5-1/50 от соответствующих сторон его расширенного торца.

Предложенная форма камня позволила повысить строительную прочность кладки, снизить потери тепла в окружающую среду и уменьшить массу футеровки.

Однако практика выявила существенные недостатки предложенного решения, которые особенно существенны, когда камень-прототип используется для выполнения футеровки вращающейся печи.

Огнеупорная футеровка является неотъемлемой конструктивной составляющей печи. В процессе эксплуатации печи ее металлический корпус, а соответственно и футеровка испытывают сложное механическое воздействие. Эксплуатация вращающихся печей всегда происходит в условиях поперечной деформации корпуса, а соответственно и футеровки, на опорах, а также продольной деформации между опорами. При этом поперечная деформация при вращении печи вызывает многократно повторяющиеся и знакопеременные динамические нагрузки. Взаимное зацепление между основной и вспомогательными частями прилегающих друг к другу огнеупорных камней делает футеровку очень жесткой и резкая граница между сопрягающимися вспомогательной и основной частями является причиной концентрации сдвигающих и срезающих напряжений по плоскостям их взаимного сочленения. По этим же плоскостям за счет разнонагретости слоев происходит концентрация внутренних температурных напряжений. Все это приводит к уменьшению термической стойкости камня и снижению прочности футеровки.

Целью изобретения является повышение термической стойкости огнеупорного камня и прочности футеровки.

Поставленная цель достигается тем, что предложен огнеупорный камень для футеровки тепловых агрегатов, состоящий из сочлененных основной и вспомогательной частей, смещенных относительно друг друга с образованием выступающего участка вспомогательной части, при этом в соответствии с изобретением выступающий участок вспомогательной части огнеупора плавно сопряжен с торцом основной части с образованием переходной зоны, а на противоположенном торце основной части в области, прилегающей к вспомогательной части, выполнен скос, повторяющий форму переходной зоны, при этом толщина переходной зоны выполнена равной 0,2-3,0 толщины слоя вспомогательной части.

Наличие плавного перехода между выступающим участком вспомогательной части и основной частью огнеупорного камня приводит к уменьшению величины концентрации напряжений, повышает эксплуатационную прочность камня, вследствие чего повышается надежность и долговечность футеровки.

Размер переходной зоны зависит от упругопрочностных теплофизических характеристик огнеупорного материала, из которого выполнен камень, и может составлять 20-300% толщины вспомогательной части огнеупорного изделия.

При величине переходной зоны менее 20% от толщины вспомогательной части огнеупорного камня недостаточно устраненная концентрация (температурных) напряжений практически всегда выше предельно допустимых прочностных характеристик применяемых огнеупорных материалов. В этой связи сохраняется вероятность механического разрушения огнеупорного камня.

При плавном переходе, когда переходная зона составляет более 300% от толщины вспомогательной части огнеупорного камня, эффект взаимного смещения, а соответственно и зацепления основной и вспомогательных частей уменьшается. В определенных ситуациях, когда условия эксплуатации даже незначительно отклоняются от стандартного режима (вибрация печи, биение металлического корпуса на опорах и т.д.), появляется вероятность выпадения огнеупорных камней или обрушения целых участков кладки.

В зависимости от технологического удобства переход и соответствующий скос могут иметь прямую или овальную форму.

На практике площадь выступающего участка вспомогательной части, как правило, составляет 2-50% от площади основной части, сочлененной с вспомогательной, что с одной стороны обеспечивает надежность взаимного зацепления смежных огнеупорных камней, а с другой - прочность камня на сдвиг и срез по плоскостям сочленения основной и вспомогательной частей.

Основная часть огнеупора может быть выполнена клиновидной формы, при этом со вспомогательной частью сочленяется ее расширенный торец.

Торцевые поверхности основной части заявляемого камня могут быть выполнены как квадратной, так и прямоугольной формы, а соотношение их площадей зависит от формы печи. Для вращающихся печей предпочтительным является соотношение между сторонами и высотой основной части заявляемого камня, равное 1: (1-5):(0,5-10).

Уменьшение площади торцевой поверхности вспомогательного слоя по отношению к примыкающей к нему торцевой поверхности основного слоя приводит к уменьшению теплопроводности футеровки, поэтому для тепловых агрегатов, в частности для вращающихся печей, указанное отношение предпочтительно составляет 1:(1,01-20).

Вспомогательная часть на выступающей и/или противоположенной ей боковых поверхностях может иметь прямой или овальный скос, размеры которого зависят от прочности материала огнеупора.

Наличие скоса, не изменяя площади сцепления основной и вспомогательной частей, уменьшает площадь контакта камня с металлической поверхностью и способствует уменьшению градиента температур и напряженности, а значит, увеличению прочности камня.

На фиг.1 представлен заявляемый огнеупорный камень (общий вид), на фиг.2 - часть футеровки вращающейся печи, выполненной из заявляемого камня (в разрезе).

Заявляемый огнеупорный камень (фиг.1) состоит из сочлененных основной 1 и вспомогательной 2 частей, смещенной относительно друг друга с образованием выступающего участка вспомогательной части 3, который плавно сопряжен с торцом основной части с образованием переходной зоны 4.

На противоположенном торце основной части в области, прилегающей к вспомогательной части, выполнен скос 5, повторяющий форму переходной зоны.

Вспомогательная часть на выступающей и противоположенной ей боковых поверхностях имеет скосы 6 и 7 соответственно.

На фиг.1 представлен камень, основная часть которого 1 имеет клиновидную форму, переходная зона 4 и скосы 5, 6, 7 имеют прямую форму, толщина переходной зоны (а) равна толщине слоя вспомогательной части (в), площадь выступающего участка вспомогательной части составляет 30% от площади основной части, сочлененной с вспомогательной, а отношение площади торцевой поверхности вспомогательной части к примыкающей к ней торцевой поверхности основной части составляет 1:1,6.

При выполнении футеровки из заявляемых камней (фиг.2) торец вспомогательной части 2 огнеупора непосредственно соприкасается с металлическим корпусом 8 и передает на него нагрузку веса перерабатываемого продукта. Между оставшимся участком торцевой поверхности основной части и корпусом образуется полость 9, которая, как правило, заполняется теплоизолятором преимущественно волокнистого типа.

Проведенные опытно-промышленные испытания показали, что наличие плавного перехода от основной части камня к вспомогательной путем выполнения переходной зоны повышает прочность камня и улучшает технологичность его производства при прессовании.

Изобретение относится к металлургии и огнеупорной промышленности, в частности к огнеупорным камням для футеровки тепловых агрегатов. Огнеупорный камень состоит из сочленных основной и вспомогательной частей, смещенных относительно одна другой с образованием выступающего участка вспомогательной части. Выступающий участок вспомогательной части плавно сопряжен с торцом основной части с образованием переходной зоны. На противоположном торце основной части в области, прилегающей к вспомогательной части, выполнены скосы, повторяющие форму переходной зоны. Толщина переходной зоны составляет 0,2-3,0 толщины слоя вспомогательной части. Переходная зона может иметь прямую или овальную форму. Площадь выступающего участка составляет 2-50% от площади основной части, сочлененной с вспомогательной. Основная часть может быть выполнена клиновидной формы и сочленена со вспомогательной частью своим расширенным концом. Технический результат - повышение прочности огнеупорного камня. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Огнеупорный камень для футеровки тепловых агрегатов, состоящий из сочлененных основной и вспомогательной частей, смещенных относительно одна другой с образованием выступающего участка вспомогательной части, отличающийся тем, что выступающий участок вспомогательной части плавно сопряжен с торцом основной части с образованием переходной зоны, а на противоположном торце основной части в области, прилегающей к вспомогательной части, выполнены скосы, повторяющие форму переходной зоны, при этом толщина переходной зоны выполнена равной 0,2-3,0 толщины слоя вспомогательной части. 2. Огнеупорный камень по п. 1, отличающийся тем, что переходная зона имеет прямую или овальную форму. 3. Огнеупорный камень по п. 1 или 2, отличающийся тем, что площадь выступающего участка вспомогательной части составляет 2-50% от площади основной части, сочлененной с вспомогательной. 4. Огнеупорный камень по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что основная часть выполнена клиновидной формы, при этом с вспомогательной частью сочленяется ее расширенный торец. 5. Огнеупорный камень по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что соотношение площади торцевой поверхности вспомогательной части и примыкающей к ней торцевой поверхности основной части составляет 1: (1,01-20). 6. Огнеупорный камень по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что вспомогательная часть на выступающей и/или противоположной ей боковых поверхностях имеет прямой или овальный скос.