Футеровка ванны плавильной печи Советский патент 1993 года по МПК F27D1/00 

Изобретение относится к цветной и черной металлургии, в частности к оборудованию электротермического производства медно-никелевых штейнов при плавке мед-: но-никелевого рудного сырья, а также обеднения жидких оборотных шлаков.

Целью изобретения является уменьшение износа футеровки в шлаковом поясе.

Сущность заявленного решения заключается в следующем.

Из практики работы руднотермических многошлаковых печей (плавка рудного сырья и обеднение конвертерных шлаков и шлаков автогенных процессов) известно, что наиболее агрессивной фазой для футеровки из основного огнеупорного кирпича (на магнезитовой основе) являются шлаки, особенно кислые, которые химически взаимодействуют с магнезитовым (или хромо- магнезитовым) кирпичом. Основной защитой такой футеровки от расплавленного шлака является наличие шлакового гар- ниссажа на огневой поверхности кирпичной футеровки. Но в силу указанных свойств кирпичной футеровки (ее тепловое сопротивление выше сопротивления углеродистой футеровки в 2-2,5 раза) достижение стабильного гарниссажного слоя на ней осуществить значительно труднее, чем на футеровке из углеродистых материалов.

00

о

о

00

кэ

со

Поэтому указанный участок кирпичной футеровки прототипа в зоне контакта ее со шлаком, целесообразно заменить на графитовые блоки.

Штейн практически не взаимодействует химически с основным огнеупорным кирпичом. Поэтому подины печей на всех заводах по производству тяжелых цветных металлов выкладываются из кирпичей на магнезитовой основе (магнезит, хромомагнезит, пе- риклазо-шпинелид и т.д.) и компания их достаточно длительна (до 3-5 лет). По этой причине основная футеровка в зоне контакта со штейном практически не нуждается в защите ее слоем гарниссажа, и поэтому целесообразно нижнюю часть стен также выкладывать из основного огнеупорного кирпича, причем на этом участке стен (по вертикали) нет необходимости в кладку вводить металлические ребра для скорейшего отвода тепла от штейна.

Верхние части стен, которые находятся в контакте лишь с отходящими газами и температура которых не превышает 600- 700°С, целесообразно выполнять из более дешевого кирпича, например из шамотной кладки, установленной на 1-3 ряда хромо- магнезитозого кирпича, выполняющего защитную роль в переходной зоне от графитовых блоков и шамотной кладки при аварийном подъеме шлаковой ванны.

Высота Футеровки нижней части стен из основного огнеупорного кирпича выбрана из соображений возможного колебания уровня штейна и удобства зыкладки стен из большемерных кирпичей.

На высоту более 0,192 высоты стен от свода до критического шва кладка нижней части стен из основного кирпича нецелесообразна, так как максимальный уровень штейна в руднотермических печах не бывает выше этой величины, а высота футеровки, равная 0,115 высоты стен от свода до критического шва,соответствует обычной высоте штейновой ванны при стабильной работе.

Если основная кладка в нижней части стен выложена на высоту более 0,192 высоты стены до критического шва, то наблюдается повышенный износ кладки в нижней части стены из-за ее длительного контакта со шлаком, а если она выложена на высоту менее 0,115 высоты стены до критического шва, то отмечается усиленный износ графитовых блоков из-за длительного контакта их со штейном.

Диапазон высоты футеровки из графи- тированных блоков выбран из соображений возможного колебания уровня шлаковой ванны и удобства выкладки футеровки из стандартных типоразмеров графитированных блоков. На высоту более 0,524 высоты стен от свода до критического шва выполнять футеровку из графитированных блоков нецелесообразно,так как максимальный

уровень ванны в руднотермических печах не бывает выше этой величины, и если блоки находятся выше уровня ванны, то они быстро окисляются воздухом под сводом, а высота футеровки, равная 0,45 высоты стен от

свода до критического шва,соответствует обычной высоте ванны при стабильной работе печей,

Если же высота футеровки ниже этой величины, то шлак начинает разъедать кир5 пичную футеровку из-за отсутствия на ней гарниссажа.

1-3 ряда кладки из основного огнеупор ного кирпича, опирающейся на кладку из

графитированных блоков, я вляются проме0 жуточным (буферным) слоем футеровки на случай аварийного подъема шлаковой ванны, исключающим быстрое разъединение, шамотной кладки (в случае отсутствия указанного промежуточного слоя кладки из ос5 мовного огнеупорного кирпича), Высота этого слоя футеровки (1-3 ряда кирпича) выбрана из соображений максимального прироста уровня шлаковой ванны при аварийных ситуациях (невозможность пони-.

0 жения уровня ванны из-за трудности прожи- гания штейновых шпуров и шлаковых леток) в течение определенного времени (после отключения печи), когда уровень ванны подни-. мается из-за расплавления остатков

5 твердой шихты за счет тепловой инерции шлаковой ванны,.

Если а промежуточном слое кладки (над участком из графитовых блоков) более 3 рядов основного кирпича, то наблюдается не0 рационельное использование кирпича, так как он постоянно находится выше уровня шлаковой ванны, а если этот промежуточный слой кладки отсутствует (менее 1 ряда кирпича), то при аварийных подъемах шла5 ковой ванны шамотная кладка верхней части стен быстро выходит из строя,

Из сказанного вытекает целесообразность оребрения кожуха только на участке кладки из графитированных блоков, так как

0 промежуточный слой футеровки из основного огнеупорного кирпича (между графитиро- ванными блоками и шамотом) работает, т.е. находится в контакте со. шлаком, в редких аварийных случаях, а постоянно нахо5 дится в контакте с шихтовыми откосами и газовой фазой.

Так как теплопроводность углеродистой засыпки, по сравнению с металлическими ребрами и графитовыми блоками в десятки раз меньше (2-3; 30; 50 ккзл/(м2-ч град)) то

для более эффективного отвода тепла от шлаковой ванны через участок футеровки из графитовых блоков длина ребер (по горизонтали) должна быть равной толщине засыпки.

Если длина ребер меньше толщины засыпки, то тепловое сопротивление участка засыпки (между кожухом и холодной поверхностью графитового блока) увеличивается и теплоотдача через футеровку уменьшается, ухудшая условия образования стабильного гарниссажа на огневой поверхности графитовых блоков.

Если длина ребер более толщины слоя засыпки, то на участке контакта между поверхностями графитовых блоков и ребер скорость отвода тепла также уменьшается из-за меньшей величины теплопроводности металла по сравнению с графитом (в 1.5 раза).

Если шаг ребер более ширины блока, то ухудшается отвод тепла через футеровку, а если менее ширины блока, то увеличивается расход металла на оребрение при практически той же скорости отвода тепла.

На высоту менее 0,115 высоты стен от свода до критического шва располагать ребра также нецелесообразно из-за увеличения расхода металла на ребра, так как ниже указанной величины уровень штейна при стабильной работе печей не опускается, а быстрый отвод тепла от штейна увеличивает возможность осаждения настылей.

Слой засыпки из углеродистых материалов по высоте футеровки из графитирован- ных блоков необходим для хорошего спекания блоков с засыпкой и лучшего контакта блоков с кожухом печи (через спекшуюся засыпку), обеспечивающего эффективную теплоотдачу от расплавленного шлака через футеровку (для образования гарниссажа и уменьшения износа блоков).

Если на указанном участке будет обычная огнеупорная засыпка, то спекания блоков с засыпкой не произойдет и графитированная футеровка начнет гореть из-за недостаточного отвода тепла от шлака и невозможности образования гарниссажа на огневой поверхности графити- рованных блоков.

Таким образом, замена части кирпичной кладки графитированными блоками в зоне контакта футеровки печи с шлаковой ванной и части огнеупорной засыпки углеродистой на участке футеровки из блоков позволяет увеличить стойкость футеровки стен и компанию печи, а заявляемые диапазоны расположения по вертикали нижней и верхней частей стен из кирпичной кладки, а также участки графитированных блоков позволяют уменьшить расход металла на оребрение и дорогостоящего основного огнеупорного кирпича (по сравнению с прототипом).

5Существенность отличий заявляемой футеровки подтверждается тем, что анализ патентной и научно-технической литературы не выявил признаков, аналогичных заявляемым.

0 На чертеже представлены вертикальный и горизонтальный разрезы футеровки стены круглой плавильной печи.

Футеровка включает металлический кожух 1. огнеупорную 2 и углеродистую засып5 ки 3, шамотную кладку 4 верхней части стены высотой пз, металлические ребра 5, участок кладки из графитированных блоков 6 средней части стены высотой П2, кирпичную кладку из хромомэгнезитового кирпича

0 7 в нижней части стены высотой hi. подину 9 с критическим швом 8, боковую стену высотой Н.

Пример осуществления. Заявляемая конструкция футеровки плавильной .печи со5 бирается (на примере круглой электропечи Надеждинского металлургического завода) следующим образом. К металлическому кожуху изнутри приваривают вертикальные ребра длиной 3600-4800 мм в зависимости

0 от высоты участка графитированной кладки шириной 80 мм (по горизонтали) и толщиной 2 мм. Между кожухом и кирпичной кладкой засыпается огнеупорный порошок. Толщина слоя огнеупорной засыпки составляет

5 б з 80 мм. Кладка нижней части стен выполнена на 1,5 длины одного болыьемерно- го хромомагнезитового кирпича длиной 300 мм, шириной 150 мм и толщиной 75 мм, Кирпичи укладываются в 3-5 рядов на слой .

0 кирпичей подины (критический шов) на ребро.;

На описанный участок огнеупорной клад- ки из хромомагнезитовых кирпичей устанавливаются графитированные блоки, огневая

5 поверхность которых составляет (400 х 400) мм . По длине блоки могут быть менее длины хромомагнезитовой кладки, а могут быть и заподлицо с огнеупорной кладкой нижней части стены. По высоте укладывается не0 сколько рядов блоков (3-4). Если в кирпич- ; ной кладке 4-5 рядов кирпичей, то кладут три ряда блоков, что составляет уровень от критического шва 1800-1950 мм, а если в нижней части стены кладка из 3 рядов кир5 пичей, то кладут 4 ряда блоков и уровень от критического шва будет 2050 мм. С учетом стрелы прогиба подины максимальный общий уровень расплавленной массы (штейн + шлак) не должен быть более 2100-2350 мм

(что составляет 1800-2050 мм от критическо-металлургического завода позволяет увелиго шва), чтобы не заходить за верхний уро-чить срок службы футеровки на 20 сут и

вень графитированных блоков (в обычнойэкономить на одном ремонте до 380 кг стали

практике работы руднотермических печейи 95 т хромомагнезитового кирпича, что сообщий уровень составляет 1900-2100 мм),5 ставит экономический эффект 0,4 млн. руб.

На участке графитированных блоков уп-в год. лотняющий слой засыпки выполняется на

графитовом порошке с углеродистой пас-Формула изобретения

той, на остальных участках слой засыпки из1. Футеровка ванны плавильной печи,

огнеупорной кирпичной крошки.10 содержащая подину и боковые стены, выВыше участка графитированных блоковполненные из участков кирпичной и графив зоне подсводного пространства кладкатированной кладки, заключенные в

выполняется из 1-3 рядов такого же больше-металлический кожух с приваренными измерного кирпича (хромомагнезит), что и в.«утри металлическими ребрами, уплотняюнижней части стен (на ребро), а выше этой15 щий слой засыпки между кожухом и

кладки футеровки до свода выкладываетсяфутеровкой, отличающаяся тем, что, с

из шамотного кирпича. целью уменьшения износа футеровки в шлзИспытания описанной конструкции фу-ковом поясе, она выполнена последовательтеровки с различными диапазонами заявля-но сверху вниз от свода из слоя шамотной

емых параметров были проведены на20 кладки, 1-3 рядов основного огнеупорного

круглых электропечах для обеднения кон-кирпича, графитированных блоков и слоев

вертерных шлаков и шлаков взвешеннойосновного огнеупорного кирпича, причем

плавки никелеаого сырья на Надеждинскомвысота слоев основного огнеупорного кирметаллургическом заводе в 1989-1990 гг.пича в нижней части кладки равна 0,115Выборочные результаты испытаний25 0,192 высоты стен от свода до критического

приведены в таблице.шва, а высота слоев графитированных блоИз данных таблицы следует, что мини-ков от уровня верхнего торца кладки из ос- мальный износ футеровки (как из графито-новных кирпичей нижней части стен вых блоков, так и кирпичной футеровки)составляет 0,460-0,524 высоты стен от свода наблюдается в режимах 4-7, где одновре-30. до критического шва. менно соблюдаются все заявляемые параметры конструкции футеровки в заявляемом2. Футеровка по п. 1, о т л и ч а ю щ а я- диапазоне их величин, .с я тем, что оребрение кожуха из вертиСкорость износа хромомагнезитовойкальных ребер, длина которых равна высоте

футеровки при контакте ее со шлаком со-35 участка из графитированных блоков, шириставляет 0,82-0,90 мм/сут, скорость износана равна толщине слоя засыпки, выполнено

графитовых блоков в 3 раза меньше, скоро-только на участке футеровки из графитирость износа графитовых блоков при контактеванных блоков с шагом, равным ширине

со штейном 1,2-1,4 мм/сут. . блока, при этом слой засыпки на участке

Внедрение указанной конструкции графитированных блоков выполнен из углетеровки на электропечах Надеждинскогород истых материалов.

Изобретение относится к цветной и черной металлургии. Сущность изобретения заключается в том, что футеровка ванны плавильной печи содержит подину и боковые стены, выполненные из участков кирпичной и графитированной кладки, заключенные в металлический кожух с приваренными изнутри металлическими ребрами, уплотняющий слой засыпки между кожухом и футеровкой. Новым является то, что верхняя часть стен до свода выполнена из шамотной кладки, установленной на 1-3 ряда основного огнеупорного кирпича, нижняя часть стен выполнена из такого же основного кирпича до уровня, равного 0,115-0,192 высоты стен от свода до критического шва, а выше до уровня, равного 0,460-0,524 высоты стен от свода до критического шва, выложена из графитированных блоков. Оребрение кожуха из вертикальных ребер, длина которых равна высоте участка из графитированных блоков, ширина равна толщине слоя засыпки, выполнено только на участке футеровки из графитированных блоков, с шагом, равным ширине блока, при этом слой засыпки на участке графитированных блоков выполнен из углеродистых материалов. 1 з. п. ф-лы, 1 ил., 1 табл. (Л С