Transcript Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ

11.1 Визначення, переваги і недоліки неформованних вогнетривких матеріалів
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
Визначення: неформовані вогнетривкі матеріали – це вогнетривкі сипкі
матеріали, які поставляються на об’єкт з метою виготовлення футерівки
(приготування, укладання, ущільнення, твердіння ), а термічна обробка
(сушіння та випалення) робиться під час першого нагріву цього теплового
агрегату (И.Д.Кащеев: Химическая технология огнеупоров, 2007, с.558).
Таким чином, неформовані вогнетривкі матеріали можуть бути у вигляді:
• вогнетривкого бетону (суха суміш), тобто ретельно дібрана суміш в’яжучого,
мікро заповнювачів, мілких (фракція 0-5мм) та крупних (фракція 5 – 10мм)
заповнювачів, рідини та у необхідності багатофункціональних добавок , які
укладаються за технологією вогнетривких бетонів: змішування у сухому станізмішування із рідиною – укладання – ущільнення вібрацією- твердіння (фізикохімічні процеси в системі: в’жуче-мікрозаповнювач-заповнювач-рідина) в
певних умовах (традиційна технологія) [А.М.Тропинов/Опыт ремонта
футеровки шахтной пересыпной печи//Новые огнеупоры, 2008, №12, с.6-10];
11.1 Визначення, переваги і недоліки неформованних вогнетривких матеріалів
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
• торкрет-маси (суха суміш), тобто ретельно дібрана суміш в’яжучого, мікро
заповнювачів, пластичної добавки, мілких заповнювачів (фракція 0-5мм),
рідини, яку готують за традиційною технологією та укладають методом
торкретування (набризкування, тобто напівсуха суміш (W=6-8%) накидується
(ручний спосіб, р=0,2МПа) або торкрет-машина (р=1-12МПа) на місце
футерівки (A.Tropinov/Lining of a cylindrical furnace for oil processing/Refractories
and Industrial Ceramics,Vol.48, N2, p.88-90);
• набивні маси, тобто ретельно дібрана суміш мікро заповнювачів
(пластифікатор[вогнетривка глина], вогнетривкий матеріал [наприклад, шамот,
муліт, корунд] та мілкі та крупні заповнювачі, які укладаються методом
набивання (трамбування), а тверднуть у 2 етапи: при висиханні глина трохи
зміцнюється (Rcт=0,1-0,3МПа) , а після першого нагріву другий етап
(Rст=0,5-5,0 МПа);
• захисні покриття, тобто сухі матеріали, які розводяться рідиною (як правило
вода і деякі речовини), які наносяться як фарба на поверхню футерівки з
метою надання останній спеціальних властивостей (ущільнення, корозійна
стійкість або підвищення твердості і т.д.), які тверднуть за умови спеціальних
умов (наприклад, СВС процес- „саморозповсюджуючий високотемпературний
синтез [космічні технології] (А.М.Тропинов, И.В.Тропинова, В.С.Владимиров/
Работа композиционного материала в факеле горелки//Тр.межд.конф.
„Материалы и покрытия в экстремальных условиях” НАН Украины, Крым,
2006, с.141)
11.1 Визначення, переваги і недоліки неформованних вогнетривких матеріалів
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
Переваги і недоліки неформованих вогнетривких матеріалів
Сучасний рівень розвитку економіки визначається витратами вогнетриву
на 1 тону металу, який виробляє країна
Япония; 4,8
США; 5,9
Китай; 19,4
Австрия; 6,3
Франция; 6,7
Германия; 7,1
Украина; 17,3
Нидерланды; 8,2
Индия; 14,2
Россия; 13,1
Чехия; 9,1
Япония
США
Австрия
Франция
Германия
Нидерланды
Чехия
Россия
Индия
Украина
Китай
11.1 Визначення, переваги і недоліки неформованних вогнетривких матеріалів
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
Таке застосування неформованих вогнетривів обумовлене перевагами в порівнянні із
формованими вогнетривами:
* можливість виготовлення великогабаритних елементів, що зменшує кількість швів,
тобто тільки збільшення габариту подовжує ресурс експлуатації на 20 – 30%,
газонепроникненність на 15 – 25%;
* можливість виготовлення елементу футерівки „складної геометрії” ;
* можливість виготовлення в тих випадках, де не можливо застосування формованого
вогнетриву, наприклад: „уклінне склепіння”, футерівка типа „лижи” або амбразура і т.д.;
* підвищення продуктивності в 20-30 разів зведення футерівки та механізації
процесу виготовлення в 5-7 разів, що прискорює зведення або ремонт теплового
агрегату;
* високий показник термостійкості підвищує ресурс в 1,5 – 7 разів, що зменшує витрати
підприємства, що, таким чином підвищує конкурентоспроможність цього виробництва
(металургія, нафтопереробка, промисловість будівельних матеріалів, харчова
промисловість);
* застосування неформованих вогнетривів це енергозберігаюча технологія, т.я. для
твердіння не потребується додаткової термічної обробки: кінцеві показники
властивостей неформовані вогнетриви набувають під час першого нагріву теплового
агрегату, що в свою чергу значно зменшує шкідливі викиди в атмосферу, тобто, з одного
боку: зменшує парниковий ефект та покращує навколишнє середовище;
* властивості неформованих вогнетривів відповідають „новим умовам експлуатації”,
тобто сучасним типам пальників, печей та технологій.
11.1 Визначення, переваги і недоліки неформованних вогнетривких матеріалів
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
Недоліками неформованих вогнетривів в порівнянні із
формованими є:
* менша міцність на стиск;
* дороговизна;
* небажання вчитись новому, яке пояснюється нашим менталітетом, тобто
небажання застосовування сучасних технологій;
* низький рівень знань з області технології вогнетривких матеріалів, який
пояснюється відсутністю методів підвищення кваліфікації технічних робітників
(теплотехніків, металургів, ІТР), в результаті якого йде порушення технології
розробника. Наприклад, Китай більше всієї Європи виробляє вогнетриви, але
якість їх гірша за Європейську.
11.1 Визначення, переваги і недоліки неформованних вогнетривких матеріалів
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
Класифікація неформованих вогнетривів.Згідно ГОСТ 28874 неформовані вогнетриви за призначенням
класифікуються:
Характеристика
Призначення
Вогнетривкі бетони та сухі суміші
Для виготовлення бетонних виробів, монолітних футерівок та їх
Матеріали, які готові до застосуванню або необхідно додати елементів, а також для ремонту вогнетривкої кладки
затворителя, складені із заповнювачів, мікро заповнювачів,
зв’язок (гідратаційних або хімічних) і добавок (пластифікуючи,
структуруюючих та.інше)
Торкрет-маси Це суміші здрібнених вогнетривких матеріалів Укладаються методом набризку стисненним повітрям або газом
разом із зв’язкою, які застосовуються після змішування із для „гарячого” та „холодного” ремонту футерівки теплових
затворювачем та які укладаються методом набризку.
агрегатів”
Вогнетривкі маси та різні суміші Маси і суміші, які мають на Для виготовлення без випалювальних вогнетривів, монолітних
відзнаку від бетонних коагуляційну або органічну зв’язку
футерівок і їх елементів, а також ремонт футерівки
Льоточні (Летка-рос.) маси Спеціальні маси, які призначені для Наносять механічним методом (торкрет) для швидкого
герметизації льоток доменних печей
закривання металовипускаючого отвору в плавильних агрегатах
Вогнетривкі покриття Суміші вогнетривких матеріалів разом із Для нанесення на робочу поверхню вогнетриву з метою його
зв’язкою (хімічна)
захисту від дії високої температури, корозії і т.д.
Вогнетривкі мертелі Сухі суміші здрібненних вогнетривких Матеріал для заповнення швів та з’єднання вогнетривких виробів
матеріалів разом із зв’язкою, які застосовують після змішування із в муруванні, для вирівнення мурквання
затворювачем
Вогнетривкі заправочні порошки Вогнетривкі порошки певного Для виготовлення нового поду металургійних печей та їх ремонту
зернового складу
(заправки)
Вогнетривкі волокнисті теплоізоляційні
Для теплової ізоляції футерівки теплових агрегатів
матеріали Волокнисті матеріали: вата, повсть, тканина, шнури,
папір, картон
Вогнетривкі заповнювачі Вогнетривкі непластичні матеріали Для виготовлення сухих сумішей, вогнетривких бетонів, торкретпевного зернового складу
мас
Вогнетривкі цементи Мілко зернисті матеріали, які після Для виготовлення вогнетривких бетонів, сухих сумішей, торкретзатворення рідиною забезпечують твердіння вогнетриву
мас, мертелів, покриттів
Вогнетривкі порошки Здрібнені та змелені
Компоненти сухих сумішей, вогнетривких бетонів, торкрет-мас,
вогнетривкі матеріали
розчинів, покриття
11.2 Вихідні компоненти неформованих вогнетривів
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
Вихідні компоненти для неформованих вогнетривів повинні забезпечувати задані властивості
вогнетривкого бетону і відповідати умовам відповідних СТАНДАРТІВ та ТЕХНІЧНИХ УМОВ:
* в’яжучі:
- портландцемент, швидкотверднучий портландцементи: ГОСТ10178 – 76. Портландцементи
застосовують „чисті”, тобто, без активних мінеральних добавок, белітові, тобто з помірним
вмістом трьох кальцієвого силіката (С3S). Застосовують тільки разом з тонкомеленою
добавкою: шамотна, кварцового скла і т.д.;
- цемент глиноземний (у світовій практиці – алюмінат ний), „ГЦ-40”(вміст Al2O3:39-40%):
ГОСТ969 – 66*;
- високоглиноземний цемент „ВГЦ”(вміст Al2O3:68-69%);
- рідке скло натрієве, ретельно проварене, силікатного модуля (SiO2/R2O):2,4 – 3,0, густиною:
р=1300 – 1360кг/м3;
- ортофосфорна кислота (H3PO4) – ГОСТ10678 – 76*. В якості тонкомелених активних добавок
застосовують разом: шамотну, із значним вмістом: Al2O3 ;MgO; Cr2O3. Ортофосфорну кислоту
розчинюють до густини, р=1100 – 1200 кг/м3.
11.2 Вихідні компоненти неформованих вогнетривів
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
* тонкомелені добавки:
- шлаки, які утворились в результаті силікатного розпаду, повинні мати: СаО:50 – 55%; SiO2 –
25 – 30%;
- тонкомелені добавки повинні відповідати вимогам ГОСТ20990-90 та СН156 – 79*;
* заповнювачі:
- заповнювачі повинні відповідати вимогам ГОСТ 20990-90, фракції: 0-5мм (мілкий, тобто
пісок), 5-10мм та 10-20мм;
- вологість заповнювачів не більше 2%;
- заповнювачі повинні бути „чистими”, тобто без вмісту шлаку, скла та інше;
* вода:
- вода повинна бути чистою, pH=7,0-8,0 та відповідати вимогам ГОСТ 4797-69*.
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
11.3 Сухі суміші вогнетривких матеріалів
Останнім часом, у світі переважно (90%) застосовуються сухі суміші, перевага
яких:
* можливість отримання якісного футерувального матеріалу (вогнетривкого
бетону), які забезпечені точним дозуванням (забезпечує підприємство
виготовлювач) в заводських умовах;
* зменшення витрат праці на 25-40% та збільшення продуктивності
футерувальних робіт в 1,5 – 3 рази, що прискорює строки ремонта в 2 – 4 рази;
* транспортні витрати скорочуються на 25% (вода додається на місці укладання);
* гнучкість технології сухих сумішей полягає в тому, що кожному замовнику можна
зробити (склад суміші) відповідно до вимог його теплового агрегату;
* зменшення матеріаломісткості та відходів на 7-10%, внаслідок „порційного”
застосування сухих сумішей;
* набір 70-90% від марочної міцності прискорює пуск теплового агрегату у рази;
* можливість проводити роботи за умови від’ємних температур, внаслідок
значного тепловиділення при твердінні алюмінатних цементів.
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
11.3 Сухі суміші вогнетривких матеріалів
Технологічна схема виробництва сухої суміші: “Вертикальна”
“Горизонтальна”
11.4 Технологія приготування неформованних вогнетривів
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
Переважна більшість світової футерівки (90%) виготовляється із сухих сумішей. В тому
випадку, якщо треба зробити бетон на місці укладання (застаріла технологія ХХ сторіччя),
треба придбати компоненти, та справно їх дозувати (ваговий метод - точний).
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
11.4 Технологія приготування неформованних вогнетривів
1Етап технології: змішування . Змішування треба робити у бетонозмішувачах примусового
перемішування:
Бетонозмішувач фірми Eirich
(Германія),1806р.
Бетонозмішувач фірми Hobbarta
(Голландія), 1978 р.
Бетонозмішувач фірми Eirich, 1823 р.
Бетонозмішувач фірми Eirich, 1986р.
Змішування у бетонозмішувачах гравітаційного типу недоцільно внаслідок підвищеного вмісту
води (15-20%) і зменшення марки бетону на 20-30%.
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
2 Етап технології: укладання і ущільнення.
11.4 Технологія приготування неформованних вогнетривів
Укладання: як правило приготовлену бетону суміш викладають у відра, ящики або бадью, це
залежить від об’эму футерівки.
Заповнення
бетонозмішувача сухою
сумішшю BRAB40И15,
фірма „НВФ
„Алінека”,Україна
Подача бетонної суміші BRAB40И15 в шахтну
піч для бетонування, фірма „НВФ”Алінека”,
Україна
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
11.4 Технологія приготування неформованних вогнетривів
Ущільнення: як правило ущільнюють глибинними, поверхневими (товщина виробу більше
350мм), або торкретом.
Ушільнення футерівки
шахтної печі
вогнетривким бетоном
BRAB40И15** глибинним
вібратором ИЗ-2в (фірма
„Алінека”, Україна,
1999р.)
Укладання і ущільнення торкретмаси BRAB1И11т торкрет-апаратом
фірми „Rec” (Германія), фірмою
„Алінека”, Україна, 1999р.
11.4 Технологія приготування неформованних вогнетривів
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
3 Етап технології: витримка бетону робиться відповідно до його складу:
* на рідкому склі не менше 3 діб сухих умов (t=180C, W=30-40%);
* на портландцементі не менше 7 діб нормального твердіння (t=180C, W=90100%);
* на алюмінатному цементі: нормальні умови: (t=180C, W=90-100%);
* на ортофосфорній кислоті в умовах: t=200 – 4000C.
4 Етап технології: перший нагрів.
Найважливіший етап технології, тому що, перший нагрів, а саме швидкість
підйому температури може зруйнувати футерівку: якщо швидкість підйому
температури швидше висиханню бетону від зайвої води, то він руйнується.
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
11.5 Вогнетривкі бетони на різних в’яжучих
Вихідний компонент
1. Портландцемент М400
2. Алюм.цемент „ГЦ-40”
3. Ортофосфорна кислота
4. Рідке скло
5. Тонкомелений шамот(S>300)
6. Тонкомелена добавка*
7. Мілкий заповнювач(0-5мм),
шамотний пісок
8. Крупний заповнювач(5-20мм)
шамотний щебінь.
Властивості:
*густина,кг/м3
*марочна міцність, МПа
*остаточна міцність, %
*максимально припустима температура застосування, 0С
*ТДН,0С: -н.р.
-4%
-40%
*КЛТР,0С-1х10-6
*термічна стійкість, водні теплоз.
*твердість за Мосом
Вогнетривкий
бетон на портланд цементі
+
+
+
Вогнетривкий
бетон на алюмі
натиному цем.
+
+
Вогнетривкий
бетон на ортофосфорній к-ті
+
+
+
+
Вогнетривкий
бетон на рідкому склі
+
+
+
+
+
+
+
+
1900
40,0
30,0
2000
40,0
30,0
1900
300
80,0
1900
20 – 30
100 – 300**
1100
960
1120
1200
8,2
8-10
6,0
1300
1130
1360
1390
7,6
16 – 20
6,0
1200
1140
1230
1300
7,9
60
6,5
1100
980
1140
1230
7,2
60-150**
7,0
Примітка: * на ортофосфорній кислоті застосовують: Al2O3, MgO, Cr2O3, ZrO2, B2O3;
** бетони НПФ „Алінека”
11.6 Експлуатація неформованих вогнетривів. Ресурс. Досвід провідних фірм
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
експлуатація вогнетривких бетонів „традиційного складу (цементу-12-15%)
Досвід провідних фірм
Властивості
Бетону
1.Густина,кг/м3
2.Марка, МПа
3.Залишкова
міцність, %
4.Максимальноприпустима тем
пература застосування, 0С
5.Термостійкість
водн.теплозміни
6. Ресурс експлу
атації, рік
Фірма „БВЗ”,
Росія, №21
Фірма„Алінека”
Україна, бетон
BRAB40И15*
Фірма„Borgestad»,Норвегія,
бетон „Kerlite
Q130”
Фірма„Lafarge”
Франція, бетон
„Alage”
2000
40,0
2050
40,0
1950
50,0
2150
80,0
30,0
52
32
100
1500
1500
1500
1500
20
42
25
50
1,2
5,0
3,0
5,0
11.6 Експлуатація неформованих вогнетривів. Ресурс. Досвід провідних фірм
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
Компаративні властивості „традиційного складу бетонів” і „малоцементних”
Вихідні компоненти/Властивості
Склад:
1.Цемент алюмінатний,
(Al2O3:70%)
2.Вода,%
3.Тонкомелена добавка
4.Активні мінеральні та хімічні
добавки: 5 найменувань
5.Агрегати (Al2O3:72-84%)
6.Інші агрегати
Властивості:
1.Видавана густина. кг/м3
2.Марка, МПа
3.Залишкова міцність, (t=8000C), %
4.Максимально-припустима
температура застосування,0С
5.Термостійкість(8000С-H2O),
цикли
6.Твердість за Моосом
7.Вартість: Є/тн
8.Ресурс експлуатації: рік
Фірма „Lafarge”
Франція, 2002р.
5%
5%
+
+
--
Фірма „Тulca”,
Oklahoma,США,
BR-16, 2004р.
Фірма „Алінека”
BRAB90И16**,
Україна,2002р.
5%
5%
-
+
12%
+
+
+
--
+
+
3000
70
43
2950
95
39
2750
90
51
1600
1600
1600
28
7,5
4500,00
0,9
33
7,5
5600,00
0,8
46
8,5
1150,00
1,4 – 1,8
11.6 Експлуатація неформованих вогнетривів. Ресурс. Досвід провідних фірм
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
Амбразура фірми „Алінека” після 18 місяців експлуатації, Білорусь
11.6 Експлуатація неформованих вогнетривів. Ресурс. Досвід провідних фірм
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
Торкрет-маси – застосовуються в тих випадках, коли треба зробити футерівку „складної
геометрії”
Торкрет випарної станції
BRAB1И11т (Алінека), Україна
Торкрет-барабана BRAB5И13т
(Алінека) котла ДКВр-10, Україна
11.6 Експлуатація неформованих вогнетривів. Ресурс. Досвід провідних фірм
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
Захисні обмазки та покриття застосовуються в тих випадках, коли треба
захистити матрицю (основний вогнетрив) від дії, якихось убивчих впливів:
* дія підвищеної температури;
* високих потоків газового середовища;
* супер агресивне середовище, наприклад: R2O>25%;
* комплекс, вищенаведених дій.
11.6 Експлуатація неформованих вогнетривів. Ресурс. Досвід провідних фірм
Лекція №11. НЕФОРМОВАНІ ВОГНЕТРИВКІ МАТЕРІАЛИ
Укладання захисної
обмазки BRAB-KK фірма
„Алінека”, 1999р.,ресурс1рік
Укладання захисного покриття „М-1*” розробником
покриття, Україна, 2002р., ресурс-2роки(у 4,5 раза
збільшений ресурс)