Тепловая изоляция вертикальных подовых труб

 

Сущность изобретения: изоляция состоит из внутреннего слоя теплоизоляционного материала и наружных сегментообразной формы огнеупорных блоков, каждый из которых охватывает подовую трубу на 120^o. На правой и левой половинах верхнего сегментообразного торца содержатся продольные выступы, оси симметрии которых пересекаются на радиальной оси симметрии блока 7 над углом 120^o. Оси симметрии продольных выступов параллельны боковым вертикальным граням блока и радиусам, ограничивающих блок в 120^o. На обеих половинах нижнего сегментообразного торца выполнены сквозные канавки, параллельные радиальной оси симметрии блока. Расстояние от оси симметрии сквозной канавки до радиальной оси симметрии блока равно расстоянию от оси симметрии продольного выступа до параллельного ему радиуса, ограничивающего сегмент в 120^o. При сборке в оба продольных выступа одного блока входят сквозные канавки двух смежных блоков вышестоящего ряда, образуя надежный замок. Две сквозные канавки, параллельные радиальной оси симметрии блока и расположенные на нижнем сегментообразном торце блока, позволябт изготавливать блоки на мощных прессах с большой прочностью. 6 ил., 2 табл.

Изобретение относится к устройствам для транспортировки заготовок при их нагреве в печах и может быть использовано в металлургической и других отраслях промышленности.

Известна тепловая изоляция вертикальных подовых труб из двух составных огнеупорных блоков (угол охвата трубы по 180^о), в которых на верхнем сегментообразном торце и на внутренней его половине и по всей длине выполнен сегментообразный выступ, а на нижнем торце и на внешней его части сегментообразное углубление (СТП 14-288-16-82 "Изделия огнеупорные фасонные для футеровки тепловых агрегатов сталеплавильного и прокатного производства" Государственный союзный институт "Стальпроект", М: 1982, с. 213).

Как показала практика, тепловая изоляция стояков из этих блоков в зонах с температурой свыше 1200^оС имеет срок службы до 6 месяцев. Блоки разрушаются по двум причинам сваливаются со столба от вибрации печи и труб из-за отсутствия сцепления блоков друг с другом и растрескиваются от термических напряжений, которые возникают из-за большой кривизны блоков.

Известна тепловая изоляция вертикальных подовых труб под названием "Инсулок", состоящая из теплоизоляционного материала и наружных огнеупорных блоков с углом охвата трубы по 120^о, каждый из которых в верхнем и нижнем сегментообразных своих торцах и по их середине содержит сегментообразное углубление размером 60^о. Для предотвращения смещения блоков одного ряда относительно другого ряда на обеих внутренних прямоугольных вертикальных гранях сегментообразных выступов одного торца имеется вертикальный выступ, а на этих же гранях противоположного торца вертикальный паз. При сборке вертикальный выступ одного блока заходит в вертикальный паз другого блока (см. проспект фирмы Morgan Refractories Limited "Insuloc").

Данная конструкция изоляции имеет недостаточно высокий срок службы (до 9 месяцев) по следующим причинам. Как известно (Гусавский В.Л. "Изоляция подовых труб методических печей" Э.-И. института "Черметинформация", сер. 13. вып. 2, 1972), теплоизоляция служит в крайне тяжелых условиях подвергается температурным перепадам и вибрации от проталкивания заготовок по трубам, на нее постоянно действует температура до 1300^оС, блоки снаружи разъедаются окалиной и печными газами, на нижние блоки в столбе высотой до 2,5 м действуют большие сжимающие напряжения. Поэтому блоки теплоизоляции должны иметь как можно более высокую прочность, термостойкость и окалиноустойчивость и низкую пористость, газопроницаемость и ползучесть при температурах до 1300^оС.

Кроме того, блоки должны иметь высокую точность и по размерам, и по свойствам, так как при разрушении всего нескольких блоков быстро разваливается весь столб из 100 и более блоков. Из дешевых этим требованиям отвечают алюмосиликатные огнеупоры (шамот, муллитокремнезем и муллит), изготовленные методом полусухого прессования.

Известно (Стрелов К.К. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. М. Металлургия, 1985, с. 272-285), что пористость является основной характеристикой огнеупоров, от нее зависит прочность, термостойкость, ползучесть и газопроницаемость. Наибольшая термостойкость достигается при пористости 15-30% а минимальная ползучесть при 20% и менее. Поры снижают прочность и между ними существует следующая почти линейная зависимость для алюмосиликатных огнеупоров, представленная в табл. 1.

Таким образом, для обеспечения высокого срока службы алюмосиликатные блоки для изоляции труб должны иметь оптимальную пористость 16-20% прочность на сжатие не менее 40 МПа и минимальные отклонения между блоками по прочности и точности изготовления.

Блоки-прототипы из-за вертикальных выступов и пазов, расположенных на внутренних прямоугольных вертикальных гранях сегментообразных выступах, во избежание их разрушения при автоматическом сталкивании блоков с пресс-формы изготавливаются только на полуавтоматическом фрикционном прессе с ручным съемом.

Наилучший в России фрикционный пресс 4КФ-200 имеет усилие до 200 т и число ударов до 5 в 1 мин (Ильич А.П. Машины и оборудование для заводов по производству керамики и огнеупоров. М. Высшая школа, 1979, с. 248-250). Предназначен пресс для прессования неответственных огнеупоров с большим отклонением по высоте, например, стопорных трубок. Пресс работает по принципу молота и наносит заданное число ударов. Чем тоньше изделие, тем сильнее удар.

Из-за небольшого усилия прессования и нескольких ударов изоляционные блоки, изготовленные на фрикционном прессе, имеют большие заусеницы и большие отклонения по высоте, прочности и пористости при низкой прочности и высокой пористости между отдельными изделиями: Предел прочности на сжатие, МПа 15-25 Отклонение по прочности от среднего значения, МПа 20± 5 в ±25 Открытая пористость, 24-28 Отклонения по высоте, ±1,5-2 Из-за отклонений по высоте и наличия заусениц нагрузка от веса изоляционного столба (вес столба достигает 400 кг) распределяется неравномерно как по поверхности одного блока, так и по блокам одного ряда, что приводит к появлению больших изгибающих сил в отдельных блоков и к их растрескиванию. Трещина постепенно распространяется к верху и столб разваливается от вибрации печи.

Целью изобретения является увеличение срока службы теплоизоляции и улучшение качества огнеупорных блоков за счет повышения технологичности их изготовления полусухим методом на высокоточных и мощных коленорычажных прессах с автоматическим выдвиганием изделий с нижнего штемпеля.

Поставленная цель достигается тем, что правая и левая половина верхнего сегментообразного торца огнеупорного блока содержит продольный выступ, параллельный радиусу, ограничивающим сегмент в 120^о, а на обеих половинах нижнего сегментообразного торца выполнена сквозная канавка, параллельная радиальной оси симметрии блока, при этом расстояние от оси симметрии сквозной канавки до радиальной оси симметрии блока равно расстоянию от оси симметрии продольного выступа до параллельного ему радиуса, ограничивающего сегмент в 120^о.

На фиг. 1 представлена теплоизоляция вертикальной трубы, общий вид; на фиг. 2 вид сверху на теплоизоляцию; на фиг. 3 разрез теплоизоляции по А-А; на фиг. 4 огнеупорный блок, вид снизу; на фиг. 5 то же, вид сбоку; на фиг. 6 то же, вид сверху.

Изоляция состоит из внутреннего слоя теплоизоляционного материала 1, которым покрыта наружная поверхность водоохлаждаемой вертикальной подовой трубы 2. От воздействия высоких температур, печных газов и шлака теплоизоляционный материал снаружи защищен плотными огнеупорными блоками 3, которых в одном ряду вокруг трубы расположено три штуки, т.е. один блок охватывает трубу на 120^оС. Нижний ряд блоков установлен на огнеупорном растворе 4.

Огнеупорный блок устроен следующим образом (см. фиг. 2-6).

На правой и левой половинках верхнего сегментообразного торца 5 содержатся продольные выступы 6, оси симметрии которых пересекаются на радиальной оси симметрии блока 7 под углом γ=120^о. Продольные выступы 6 и их оси симметрии параллельны боковым вертикальным граням 8 блока и параллельны также радиусам 9, ограничивающих блок размером в 120^о. Кроме этого, оси симметрии продольных выступов 6 отстоят от радиусов 9 на равном расстоянии l или на равном угле β.

Примерно посредине на обеих половинках нижнего сегментообразного торца 10 выполнены сквозные канавки 11, параллельные радиальной оси симметрии блока 7. Оси симметрии этих канавок расположены на расстоянии l или на угол β от радиальной оси симметрии блока 7.

При сборке в оба продольных выступа 6 одного блока нижнего ряда должны входить сквозные канавки 11 двух смежных блоков вышестоящего ряда, при этом верхний ряд смещается относительно нижнего ряда на 60^о. Для выполнения этих условий, т. е. для того, чтобы блоки собирались в столб, необходимо, чтобы сквозные канавки 11 были параллельны друг другу, параллельны радиальной оси симметрии блока 7 и отстояли от этой оси на равном расстоянии l. Кроме этого, оси симметрии продольных выступов 6 должны быть параллельны боковым граням 8 и располагаться от них на расстоянии l.

Изоляцию собирают следующим образом.

Вертикальную подовую трубу 2 обматывают теплоизоляционным материалом 1, например, муллитокремнеземистым волокном и закрепляют его проволокой или приклеивают к трубе. Чтобы увеличить площадь опоры первый ряд блоков (три штуки) кладут на огнеупорном густом растворе 4, который заполняет все углубления на нижних торцах блоков, при этом все блоки располагают продольными выступами 6 кверху (см. фиг. 1 и 3). Следующий ряд блоков кладут также продольными выступами кверху, но с поворотом на 60^о относительно блоков нижнего ряда, при этом две сквозные канавки 11 верхнего блока заходят на два продольных выступа 6 двух смежных блоков нижнего ряда и т.д.

Предложенный огнеупорный блок за счет продольных выступов в верхнем сегментообразном торце и сквозных канавок в нижнем торце образует надежный замок как между соседними рядами блоков, так и между блоками одного ряда.

Кроме этого, замок новой конструкции позволяет блоки изготавливать на высокоточных, мощных и высокопроизводительных коленорычажных прессах с автоматическим выдвиганием изделия с нижнего штемпеля, что значительно улучшает их качество и соответственно увеличивает срок службы теплоизоляции подовых труб нагревательных печей.

Изготавливать данный блок на коленорычажных прессах с автоматическим выдвиганием изделия с нижнего штемпеля специальным сталкивателем стало возможным потому, что при направлении сталкивающей силы вдоль радиальной оси симметрии блока 7 сквозные канавки 11 не разрушают блок и свободно сходят с выступов нижнего штемпеля, так как они параллельны сталкивающей силе.

Ниже приведена характеристика различных видов прессов и свойства изоляционных блоков с внутренним диаметром 210 мм и наружным 370 мм, отпрессованных полусухим методом из одной и той же массы, содержащей 62% окиси алюминия, представленная в табл. 2.

Как показали опыты, в печи производительностью до 320 т/ч при нагреве слябов толщиной 250 мм до температуры 1260-1280^оС срок службы двухслойной теплоизоляции вертикальных труб диаметром 133-168 мм, выполненной из разработанных блоков, увеличился в несколько раз и достигает трех лет в зонах с температурой до 1300-1360^оС и с полужидкой окалиной, при этом тепловые потери при толщине слоя муллитокремнеземистого волокна 21-38,5 мм составляли при самых высоких температурах 4,5-6,5 кВт/м².

Значительное увеличение срока службы изоляции обусловлено высокой прочностью, термостойкостью и окалиноустойчивостью блоков и надежным их замком.

Формула изобретения

ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПОДОВЫХ ТРУБ, содержащая сегментообразные блоки с углом охвата трубы на 120^o, отличающаяся тем, что она снабжена примыкающим к подовой трубе теплоизоляционным материалом, верхние торцы огнеупорных блоков выполнены с продольными выступами на правой и левой относительно радиальной оси симметрии блока половинах, параллельными радиусу, ограничивающему сегмент в 120^o, а нижние торцы выполнены со сквозными канавками, параллельными радиальной оси блока, при этом расстояние от оси симметрии сквозной канавки до радиальной оси симметрии блока равно расстоянию от оси симметрии продольного выступа до параллельного ему радиуса, ограничивающего сегмент в 120^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7