RU2130571C1

RU2130571C1 - Rotary furnace lining

Info

Publication number: RU2130571C1
Application number: RU97103399A
Authority: RU
Inventors: А.П. Храмцов; В.Ф. Татауров; Р.Ш. Назмутдинов; В.Н. Утробин
Original assignee: Акционерное общество открытого типа по производству огнеупоров Комбинат "Магнезит"
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 1999-05-20

Abstract

FIELD: heat treatment of loose materials; refractory and cement manufacture. SUBSTANCE: furnace lining includes fire bricks on furnace body with metal plates laid between them. In sintering zone, lining is divided into sections; metal plates and fire bricks on section of maximum temperatures equal to length of flame are laid over circumference at a ratio of 1:2 and at a ratio of 1:1 in panels on sections towards edges of sintering zone. EFFECT: smooth thermal stress over length of sintering zone; enhanced resistance of refractory lining; reduced usage of metal. 3 dwg

Description

Изобретение относится к вращающимся печам для термической обработки сыпучих материалов, преимущественно к футеровке печи в зоне спекания, и может быть использовано в металлургической промышленности и промышленности строительных материалов - в производстве огнеупоров и цемента. The invention relates to rotary kilns for heat treatment of bulk materials, mainly to the lining of the furnace in the sintering zone, and can be used in the metallurgical and building materials industries - in the production of refractories and cement.

Известно для скрепления отдельных кирпичей или блоков в огнеупорной кладке вращающихся печей и придания ей монолитности, обеспечивающей строительную прочность, применение разнообразных связующих материалов - цементных, а также специальных кладочных растворов и металлических пластин. Металлические пластины используют, как правило, при футеровке зоны спекания из периклазохромитового, хромитопериклазового и периклазошпинелидного огнеупоров. Металлические пластины изготавливают из мягкого железа и укладывают как в продольных, так и в поперечных швах (см. Ильина Н.В., Сохацкая Г.А. и др. "Футеровка вращающихся печей цементной промышленности" М., Издательство литературы по строительству, 1967, с. 9, 32-34). It is known for fastening individual bricks or blocks in the refractory masonry of rotary kilns and giving it monolithicity, which provides structural strength, the use of a variety of adhesive materials - cement, as well as special masonry mortars and metal plates. Metal plates are used, as a rule, when lining the sintering zone from periclase-chromite, chromite-periclase and periclase-spinel refractories. Metal plates are made of soft iron and laid in both longitudinal and transverse joints (see Ilyina N.V., Sokhatskaya G.A. et al. "Lining of rotary kilns of the cement industry" M., Building Literature Publishing House, 1967 , p. 9, 32-34).

Известна футеровка вращающейся печи, содержащая установленные внутри корпуса печи огнеупорные кирпичи и уложенные между ними металлические пластины из мягкой стали (см. а.с. СССР N 632885, F 27 B 7/28, 1977). Торец пластины, контактирующей с корпусом печи, выполнен с клиновым скосом. Этим достигается уменьшение теплопроводности футеровки и снижение металлоемкости и стоимости пластин за счет скосов. A known lining of a rotary kiln containing refractory bricks installed inside the kiln body and metal plates made of mild steel laid between them (see AS USSR N 632885, F 27 B 7/28, 1977). The end face of the plate in contact with the furnace body is made with a wedge bevel. This achieves a decrease in the thermal conductivity of the lining and a decrease in the metal consumption and the cost of the plates due to bevels.

Известна также футеровка вращающейся печи, содержащая огнеупорные кирпичи и уложенные между ними металлические пластины, расположенные рядами вдоль продольной оси печи (см. а.с. СССР N 1270520, F 27 B 7/28, 1984, прототип). Металлические пластины выполнены в виде параллелограмма и установлены в шахматном порядке, причем наклоны пластин смежных рядов противоположны. Also known is the lining of a rotary kiln containing refractory bricks and metal plates laid between them, arranged in rows along the longitudinal axis of the kiln (see AS USSR N 1270520, F 27 B 7/28, 1984, prototype). The metal plates are made in the form of a parallelogram and installed in a checkerboard pattern, and the slopes of the plates of adjacent rows are opposite.

Недостатком известных футеровок вращающихся печей является то, что они не снижают повышенные напряжения в огнеупорной кладке в высокотемпературной зоне, поскольку металлические пластины устанавливаются в каждый продольный ряд огнеупорных кирпичей и создают дополнительные напряжения в огнеупорной кладке, что, в свою очередь, приводит к термическому разрушению и сколу кирпичей. Кроме того, равномерность расположения металлических пластин в зоне спекания неадекватна температурным параметрам по длине зоны спекания печи, при этом где выше температура, там и больше теплоотдача через металлический корпус в атмосферу. A disadvantage of the known linings of rotary kilns is that they do not reduce the increased stresses in the refractory masonry in the high temperature zone, since metal plates are installed in each longitudinal row of refractory bricks and create additional stresses in the refractory masonry, which, in turn, leads to thermal destruction and chip bricks. In addition, the uniformity of the location of the metal plates in the sintering zone is inadequate to the temperature parameters along the length of the sintering zone of the furnace, and where the temperature is higher, there is more heat transfer through the metal casing to the atmosphere.

Металлические пластины в рядах кладки при нагревании в окислительной атмосфере, окисляясь, образуют магнетит, при этом пластина увеличивается в объеме почти в 2,1 раза. Далее происходит реакция образования магнезиоферрита, которая сопровождается увеличением объема на 24,3% (см. Гавриш Д.И. "Огнеупорное производство". Справочник. Том 1, М., Металлургия, 1965, с. 338). When heated in an oxidizing atmosphere, metal plates in the rows of masonry oxidize to form magnetite, and the plate increases in volume by almost 2.1 times. Next, the reaction of formation of magnesioferrite occurs, which is accompanied by an increase in volume by 24.3% (see Gavrish D. I. "Refractory production. Handbook. Volume 1, M., Metallurgy, 1965, p. 338).

Таким образом, установка металлических пластин в каждом продольном ряду не обеспечивает равномерную стойкость кладки по всей длине зоны спекания. При этом в высокотемпературной зоне, равной длине факела, возникают максимальные термические напряжения. Thus, the installation of metal plates in each longitudinal row does not provide uniform masonry resistance along the entire length of the sintering zone. At the same time, in the high-temperature zone equal to the length of the flame, maximum thermal stresses arise.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании равномерных термических напряжений по длине зоны спекания, в повышении стойкости огнеупорной футеровки печи, а также в снижении ее металлоемкости. The problem to which the invention is directed is to create uniform thermal stresses along the length of the sintering zone, to increase the resistance of the refractory lining of the furnace, as well as to reduce its metal consumption.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в снижении на 20% термических напряжений на участке максимальных температур, равном длине факела, и повышении срока службы футеровки до 40%. The technical result that can be obtained by using the invention is to reduce by 20% the thermal stresses at the maximum temperature section, equal to the length of the torch, and increase the service life of the lining up to 40%.

Сущность изобретения заключается в том, что в футеровке вращающейся печи, содержащей установленные на корпусе печи огнеупорные кирпичи и уложенные между ними металлические пластины, футеровка в зоне спекания разделена на участки, при этом на участке максимальных температур, равном длине факела, металлические пластины и огнеупорные кирпичи в панелях уложены по окружности в соотношении 1: 2, а в панелях на крайних участках зоны спекания металлические пластины и огнеупорные кирпичи уложены в соотношении 1:1. The essence of the invention lies in the fact that in the lining of a rotary kiln containing refractory bricks mounted on the furnace body and metal plates laid between them, the lining in the sintering zone is divided into sections, while at the maximum temperature equal to the length of the torch, the metal plates and refractory bricks in panels, they are laid around the circumference in a ratio of 1: 2, and in panels on the extreme sections of the sintering zone, metal plates and refractory bricks are laid in a ratio of 1: 1.

На фиг. 1 изображена футеровка вращающейся печи, а именно развертка внутренней поверхности кладки огнеупорного кирпича с металлическими пластинами в зоне спекания;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;
на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг. 1.In FIG. 1 shows a lining of a rotary kiln, namely, a scan of the inner surface of a refractory brick masonry with metal plates in a sintering zone;
in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1;
figure 3 is a section bB in fig. 1.

Футеровка вращающейся печи содержит установленные на корпусе 1 вращающейся печи огнеупорные кирпичи 2, между которыми уложены металлические пластины 3, расположенные рядами вдоль продольной оси печи. Футеровка может быть выполнена продольными рядами с перевязкой поперечных швов в двух смежных рядах, как показано на фиг. 1, так и кольцами. The lining of the rotary kiln contains refractory bricks 2 mounted on the housing 1 of the rotary kiln, between which metal plates 3 are laid, arranged in rows along the longitudinal axis of the kiln. The lining can be performed in longitudinal rows with ligation of transverse joints in two adjacent rows, as shown in FIG. 1 and rings.

Футеровка печи в зоне спекания имеет участок 4, равный длине факела, и является зоной максимальных температур, а участки 5 расположены по краям зоны спекания и имеют более низкую температуру. Внутри участков кладка ведется панелями 6, между которыми располагаются температурные швы 7. The lining of the furnace in the sintering zone has a section 4 equal to the length of the torch, and is a zone of maximum temperatures, and sections 5 are located at the edges of the sintering zone and have a lower temperature. Inside the sections, the masonry is carried out by panels 6, between which there are temperature joints 7.

Кладка панелей на участке 4 в зоне максимальных температур ведется с установкой металлических пластин 3 через два ряда огнеупорных кирпичей 2 (см. фиг. 2), а кладка панелей на крайних участках 5 выполняется с установкой металлических пластин через каждый ряд огеупорных кирпичей (см. фиг. 3). The laying of panels in section 4 in the maximum temperature zone is carried out with the installation of metal plates 3 through two rows of refractory bricks 2 (see Fig. 2), and the laying of panels in the extreme sections 5 is performed with the installation of metal plates through each row of refractory bricks (see Fig. . 3).

Футеровка вращающихся печей в производстве магнезитовых огнеупорных изделий, особенно в зоне спекания, подвержена воздействию высоких температур (1700-1900^oC) и после 2/3 каждого оборота печи соприкасается с обжигаемым материалом, температура которого на 150-200^oC ниже температуры факела. От общей длины вращающейся печи на зону спекания приходится до 40%, в том числе около 18% - на длину факела, на участке которого развиваются достаточно высокие температуры. Так, для примера, на 90-метровой печи длина факела и зоны спекания составляет соответственно 15,4 и 44 метра.The lining of rotary kilns in the production of magnesite refractory products, especially in the sintering zone, is exposed to high temperatures (1700-1900 ^o C) and after 2/3 of each revolution of the furnace is in contact with the calcined material, the temperature of which is 150-200 ^o C lower than the temperature of the torch. Of the total length of a rotary kiln, the sintering zone accounts for up to 40%, including about 18% - for the length of the torch, in the area of which sufficiently high temperatures develop. So, for example, on a 90-meter furnace, the length of the torch and the sintering zone are respectively 15.4 and 44 meters.

Таким образом, футеровка зоны спекания имеет участок с максимальной температурой в зоне факела и участки, примыкающие к нему, с температурами более низкими. Thus, the lining of the sintering zone has a section with a maximum temperature in the zone of the torch and sections adjacent to it with lower temperatures.

Температуру корпуса печи нельзя повышать более 450^oC, так как прочность стали уменьшается в 7 раз. Обычно температура корпуса не должна превышать 300-350^oC. При более высоких температурах возникают большие растягивающие напряжения, прочность резко падает и корпус может разрушаться. Если брать в расчет, что температура корпуса - величина постоянная и составляет 200^oC в приграничных участках к зоне факела и 300 - 350^oC в зоне факела, то температура на поверхности кладки колеблется от 1000^oC до 1200^oC в приграничных к зоне факела участках и 1500-1600^oC в зоне факела (см. Гавриш Д.И. "Огнеупорное производство", Справочник, том II, М., Металлургия, 1965, с. 8-9).The temperature of the furnace body cannot be increased more than 450 ^o C, as the strength of the steel is reduced by 7 times. Typically, the temperature of the housing should not exceed 300-350 ^o C. At higher temperatures, large tensile stresses occur, the strength drops sharply and the housing may collapse. If we take into account that the hull temperature is constant and amounts to 200 ^o C in the border areas to the flare zone and 300 - 350 ^o C in the flare zone, the temperature on the masonry surface ranges from 1000 ^o C to 1200 ^o C in the border to the zone torch plots and 1500-1600 ^o C in the zone of the torch (see Gavrish D. I. "Refractory production", Handbook, Volume II, M., Metallurgy, 1965, S. 8-9).

Величина термических напряжений, возникающих в изделиях кладки, пропорциональна изменению температуры и определяется по формуле

где σ - величина термического напряжения, кГ/см²;
E - модуль упругости материала, кГ/см²;
α - коэффициент линейного термического расширения материала;
ΔT - разность температур;
μ - коэффициент Пуансона,
(см. Панарин А. П., перевод с японск. Тихонова А.А. "Огнеупоры. Технология строительства и ремонта печей", М., Металлургия, 1980, с. 79).The value of thermal stresses arising in masonry products is proportional to the temperature change and is determined by the formula

where σ is the value of thermal stress, kg / cm ² ;
E is the modulus of elasticity of the material, kg / cm ² ;
α is the coefficient of linear thermal expansion of the material;
ΔT is the temperature difference;
μ is the Punch coefficient,
(see Panarin A. P., translation from Japanese. A. Tikhonova A. "Refractories. Technology of construction and repair of furnaces", M., Metallurgy, 1980, p. 79).

Для магнезитовых огнеупорных кирпичей
α₁ = 1,14 • 10^-5
E₁ = 0,625 • 10⁶ кГ/см²
μ₁ = 0,16
(см. Гавриш Д.И. "Огнеупорное производство", справочник, том 1 М., Металлургия, 1965, с. 319 и с. 324).For magnesite refractory bricks
α ₁ = 1.14 • 10 ^-5
E ₁ = 0.625 • 10 ⁶ kg / cm ²
μ ₁ = 0.16
(see Gavrish D. I. "Refractory production", reference book, volume 1 M., Metallurgy, 1965, p. 319 and p. 324).

Для металлических пластин
α₂ = = 11,0 • 10^-5
E₂ = 2,0 • 10⁶ кГ/см²
μ₂ = 0,25
Суммарное термическое напряжение, возникающее в футеровке печи, определяется по формуле:

где σ_o - величина термического напряжения в огнеупорных кирпичах;
σ_м - величина термического напряжения в металлических пластинах;
l_о - длина огнеупорной кладки по окружности;
l_м - длина кладки металлических пластин по окружности.For metal plates
α ₂ = = 11.0 • 10 ^-5
E ₂ = 2.0 • 10 ⁶ kg / cm ²
μ ₂ = 0.25
The total thermal stress that occurs in the lining of the furnace is determined by the formula:

where σ _o - the value of thermal stress in refractory bricks;
σ _m - the value of thermal stress in metal plates;
l _about - the length of the refractory masonry around the circumference;
l _m - the length of the masonry metal plates around the circumference.

Для упомянутой выше вращающейся печи определим суммарные термические напряжения на участках зоны спекания существующей футеровки и предложенной. For the rotary kiln mentioned above, we determine the total thermal stresses in the areas of the sintering zone of the existing lining and the proposed one.

В зоне факела ΔT = 1600^oC - 300^oC = 1300^oC.In the zone of the flame ΔT = 1600 ^o C - 300 ^o C = 1300 ^o C.

В приграничных участках к зоне факела
ΔT = 1100^oC - 200^oC = 900^oC.In border areas to the torch zone
ΔT = 1100 ^o C - 200 ^o C = 900 ^o C.

Отношение

в зоне факела и в прилегающих к зоне факела участках существующей футеровки равно

(металлические пластины и огнеупорные кирпичи по всей зоне спекания уложены в соотношении 1:1).Attitude

in the torch zone and in adjacent to the torch zone sections of the existing lining is

(metal plates and refractory bricks throughout the sintering zone are laid in a 1: 1 ratio).

Отношение

в зоне факела предлагаемой футеровки равно 1/100 (металлические пластины и огнеупорные кирпичи уложены в соотношении 1:2) и в прилегающих к зоне факела участках

В соответствии с приведенными выше формулами (1) и (2) суммарные термические напряжения на участках зоны спекания определяют по формуле:

Подставляя значения в формулу (3), получим:
- для существующей футеровки в зоне факела
σ = 18653,4 кГ/см², а в прилегающих к зоне факела участках σ = 12913,9 кГ/см²;
- для предложенной футеровки в зоне факела
σ = 14939,8 кГ/см², а в прилегающих к зоне факела участках σ = 12913,9 кГ/см².Attitude

in the torch zone of the proposed lining is 1/100 (metal plates and refractory bricks are laid in a ratio of 1: 2) and in areas adjacent to the torch zone

In accordance with the above formulas (1) and (2), the total thermal stresses in the areas of the sintering zone are determined by the formula:

Substituting the values in the formula (3), we obtain:
- for existing lining in the torch zone
σ = 18653.4 kg / cm ² , and in areas adjacent to the flame zone σ = 12913.9 kg / cm ² ;
- for the proposed lining in the torch zone
σ = 14939.8 kg / cm ² , and in areas adjacent to the flare zone σ = 12913.9 kg / cm ² .

Футеровка вращающейся печи работает следующим образом. Lining a rotary kiln operates as follows.

Уменьшение величины термического напряжения в зоне факела (на участке максимальных температур) с 18653,4 кГ/см² в существующей футеровке до 14939,8 кГ/см² в предложенной футеровке достигается созданием температурно-компенсационных швов, функцию которых выполняют ряды огнеупорных кирпичей без металлических пластин, между которыми присутствует воздушная прослойка, выполняющая роль кладочного раствора (мертеля).The decrease in thermal stress in the flame zone (at the maximum temperature section) from 18,653.4 kg / cm ² in the existing lining to 14,939.8 kg / cm ² in the proposed lining is achieved by creating temperature-compensating joints, the function of which is performed by rows of refractory bricks without metal plates, between which there is an air gap that acts as a masonry mortar (mortar).

В таблице приведены сравнительные данные предлагаемой и существующей футеровок. The table shows the comparative data of the proposed and existing linings.

Предлагаемая футеровка вращающейся печи позволяет уменьшать величину термических напряжений в зоне факела - на участке максимальных температур на 20% и обеспечить выравнивание термических напряжений на участках зоны спекания. При этом надежность работы футеровки печи повышается, увеличивается срок службы, уменьшается металлоемкость и сокращается время укладки футеровки. The proposed lining of a rotary kiln allows to reduce the magnitude of thermal stresses in the zone of the torch - in the area of maximum temperatures by 20% and to ensure the alignment of thermal stresses in areas of the sintering zone. At the same time, the reliability of the furnace lining increases, the service life increases, the metal consumption decreases, and the time for laying the lining is reduced.

Claims

A lining of a rotary kiln containing refractory bricks mounted on the furnace body and metal plates laid between them, characterized in that the lining in the sintering zone is divided into sections, while at the maximum temperature equal to the length of the torch, metal plates and refractory bricks are laid in panels circles in a ratio of 1: 2, and in panels on the extreme sections of the sintering zone, metal plates and refractory bricks are laid in a ratio of 1: 1.