CS270436B2

CS270436B2 - Furnace's arch

Info

Publication number: CS270436B2
Application number: CS863744A
Authority: CS
Inventors: Istvan Ing Horvath
Original assignee: Magyar Aluminium
Priority date: 1985-07-05
Filing date: 1986-05-22
Publication date: 1990-06-13
Also published as: IT210133Z2; DE3620257A1; HU203391B; IT8635845V0; FR2584485B3; YU113586A; CS374486A2; FR2584485A1; HUT50908A

Description

Vynález se týká klenby pece z tvárnic odlitých z taveniny na bázi kysličníku kovu, vytvořených jako hranoly s lichoběžníkovou základnou a opatřených kanály.

Klenby pecí, pracujících s vysokými provozními teplotami, jako například sklářských tavičích pecí jsou obvykle sestavovány z dinasových cihel nebo z jiných žáruvzdorných keramických materiálů. Nad klenbou se pak případně navrství různé tepelně izolační materiály.

Zvyšování výkonnosti pecí je podmíněno zvyšováním provozní teploty, což však má škodlivý vliv na běžně používané žáruvzdorné materiály. Některé složky v peci tavených materiálů, například ve sklářských tavičích pecích fluor, bor a podobně, napadají žáruvzdorné materiály chemicky. Zvýšením provozní teploty pece se současně také ve značné míře zvyšuje množství klenbou unikajícího tepla, to je tepelná ztráta, protože tloušťku tepelné izolace není možno z důvodu omezené fyzické a termické zatížitelnosti klenby zvětšovat proporcionálně ke zvýšení provozní teploty.

S růstem nákladů na energii bylo proto také žádoucí přezkoušení sklářských tavících pecí z hlediska možnosti snížení jejich tepelných ztrát, které činí u klenby 40 až 50 % a u bočních stěn 20 až 25

Další problém spočívá v tom, že rozměrová přesnost tvarovek, vyrobených z běžně používaných žáruvzdorných materiálů, je nedostatečná, a že proto v průběhu stavby pece je nutné jejich dodatečné opracování na konečné požadované rozměry. Tím jsou samozřejmě značně zpomalovány obnovovací práce a příslušně zvyšovány výpadkové časy výroby.

Další nevýhoda tvarovek, vyrobených z keramických materiálů spočívá v tom, že jejich materiál v průběhu temperování pece prodělává dokonce vícenásobnou změnu krystalické struktury, s čímž souvisí změna jejich objemu. Z toho důvodu musí být volena malá rychlost roztápění pece, čímž se dále zvyšuje časový průběh obnovy, případně provozního výpadku pece.

V současnosti jsou rovněž známy tak zvané žáruvzdorné materiály odlité z taveniny a z nich zhotovené tvárnice. Jejich životnost je značně vyšší než životnost keramických tvárnic a také jejich odolnost proti korozi je příznivější. Proto mohou být účelně používány pro provádění obezdívek pecí. Jejich tepelná vodivost a jejich hmotnost jsou přitom ale značně vyšší než je tepelná vodivost, případně hmotnost keramických tvárnic. Tím se také zvyšuje hmotnost z těchto tvárnic sestavených obezdí vek. Z toho důvodu nemohou být prakticky používány jako tvarovky klenby bez jejich konstrukční změny, protože, jak již bylo zmíněno, zatížitelnost konstrukčních prvků, nesoucích klenbu, je omezená· Tím je životnost pecí silně ovlivňována životností jejich klenby, protože tato je značně kratší než životnost obezdívek, sestavených ze žáruvzdorných materiálů odlitých z taveniny kovu.

Záměrem vynálezu je tudíž vytvoření klenby pece z tvárnic vyrobených ze žáruvzdorného, z taveniny odlitého materiálu, přičemž však jejich hmotnost nemá překročit hmotnost běžně používaných keramických tvárnic, přičemž z nich sestavená klenba má vykazovat nižší tepelnou vodivost než klenba sestavená z keramických materiálů.

Uvedený záměr splňuje klenba pece z tvárnic odlitých z taveniny na bázi kysličníku kovu, vytvořených jako hranoly s lichoběžníkovou základnou a opatřených podle vynálezu, jehož podstatou je, že je sestavena ze dvou s různým obsahem kanálů, přičemž kanály jednotlivých tvárnic na sebe souose navazují a jsou alespoň částečně vyplněny tepelně izolačním materiálem s nižší tepelnou vodivostí než má materiál tvárnic a tvárnice ležící v řadách probíhajících vedle sebe rovnoběžně s podélnou osou klenby jsou vzájemně vůči sobě uspořádány s přesazením o jeden kanál·

Je výhodné, když klenba je pokryta alespoň jednou tepelně izolační vrstvou· Výhodou takto sestavené klenby pece je, že umožňuje zvýšení životnosti pece i při vyšších provozních teplotách a snižuje při tom tepelné ztráty vznikající únikem tepla obezdívkou.

Další výhodou je, že žáruvzdornost a chemická odolnost takové klenby jsou výrazně lepší než u klenby sestavené z keramických tvárnic. Použitím odlehčených odlitých tvárnic se také snižuje hmotové zatížení a v rámci stejného hmotového zatížení může také být zvětšena tloušíka tepelně izolační vrstvy. V důsledku odlehčeného provedení odlitých tvárnic se hmotnost klenby v porovnání s běžným provedením klenby snižuje asi o 10 až 15

Příkladné provedení vynálezu je znázorněno na výkresech, kde obr. 1 А, В, C, D představuje čelní pohledy na různé tvary provedení tvárnic pro klenbu pece podle vynálezu, obr. 2 perspektivní pohled na rozestavenou klenbu sestavenou z tvárnic podle obr. 1A, В, C, D, obr. 3 čelní pohled na klenbu, obr. 4 pohled na klenbu podle obr. 3 v půdorysu, obr. 5 pohled na klenbu sestavenou z jinak tvarovaných tvárnic a obr. 6 podélný řez klenbou, opatřenou tepelně izolačními vrstvami.

Tvárnice pro klenbu pece, zobrazené na obr. 1 jsou hranoly s lichoběžníkovými základnami, to je dvě jejich boční plochy probíhají vzájemně rovnoběžně a druhé dvě boční plochy spolu svírají úhel daný tvarem klenby. Jejich dolní plocha je rovná nebo je vytvarovaná do oblouku podle poloměru zakřivení klenby, přičemž v horní vymezovací ploše jsou vytvořeny otevřené kanály JL, probíhající kolmo na podélnou osu tvárnice.

Kanály 1 jsou vymezeny vnějšími žebry 2 a vnitřními žebry 3.· U provedení IB je tloušbka vnějších žeber 2_ a vnitřních Žeber 3 stejná, u provedení 1A а 1C je však tloušíka vnějších žeber £ jen poloviční než tloušíka vnitřních žeber U provedení 1A a LC vytvářejí tudíž vnější žebra 2 vedle sebe uspořádaných tvárnic žebra stejné tlouštky, jakou mají vnitřní žebra Jh

U provedení IB a LC je výška vnitřních žeber 3 menší než výška vnějších žeber

2. To je výhodné pro dosažení bezpečné vazby tepelně izolační vrstvy II, III, kladené na tvárnice klenby.

Společným znakem kanálů .1 je jejich otevřené provedení, přičemž však mohou být z hlediska jejich tvarování vytvořeny různě.

U provedení 1A, LB, ID probíhají boční stěny kanálů 1 vzájemně rovnoběžně, u provedení IC ee však sbíhají. U provedení IB je přitom průřez kanálu 1 u přechodu dna kanálu do bočních stěn zaoblen, u provedení ID je obloukově vytvořeno celé dno kanálu JL. U provedení 1A а 1C jsou dna kanálu 1 rovná s ostrým přechodem do bočních stěn.

Na obr. 2 je zobrazen perspektivní pohled na rozestavěnou klenbu. Klenba je sestavena z tvárnic podle provedení 1A na obr. К Z vyobrazení je zřejmé, jak se vzájemným přiložením vnějších žeber 2 a vnitřních žeber J^vytvoří průběžné příčné ž ebrování klenby.

Klenba může být sestavena ze dvou druhů tvárnic, jak je zřejmé z obr. 4. Ve znázorněném příkladu je klenba sestavena z jednokanálových a dvoukanálových tvárnic. Řady tvárnic, probíhající rovnoběžně s podélnou osou klenby, začínají střídavě kratšími a delšími tvárnicemi. Každá druhá řada je přitom sestavena jen z delších tvárnic.

Sítové uspořádání klenby může také být vytvořeno jiným způsobem, například po* dle obr· 5, kde je zobrazen pohled na klenbu v půdorysu, sestavenou z tvárnic obsa* bujících jeden kanál 1 a z tvárnic obsahujících tři kanály 1· U tohoto provedení začínají řady rovněž střídavé kratšími a delšími tvárnicemi, přičemž však každá řada obsahuje i kratší tvárnice*

Ze znázorněných příkladů provedení kleneb je zřejmé, že sítové uspořádání klenby může být dosaženo růdnými způsoby, přičemž však jejich společným znakem je, Že tvárnice jsou uspořádány v řadách rovnoběžných s podélnou osou klenby, přičemž jsou vzájemně vůči sobě přesazeny alespoň o jeden kanál 2.· Tím á^e možno zajistit vzájemné napojení kanálů 1 a žeber 2 a 3*

Není také vyloučena možnost takového uspořádání klenby, přičemž jsou tvárnice uspořádány vedle sebe bez jejich vzájemného přesazení· Toto provedení má však za následek menší stabilitu klenby*

Na obr* 6 je znázorněn podélný řez hotovou klenbou* Je z něj zřejmé, že kanály

I tvárnic jsou vyplněny tepelně izolačním materiálem s dobrou tepelně izolační schopností· Nad tímto tepelně izolačním materiálem JE. jsou položeny dvě tepelně izolační vrstvy II а III*

Výška M použitých tvárnic je s výhodou 250 mm, hloubka m v tvárnicích vytvořených kanálů 1 je 100 mm* Tvárnice jeou vyrobeny odlitím z taveniny z materiálu typu Zirkosit - 30. Kanály 1 jsou vyplněny tepelně izolačním materiálem o tloušťce 120 mm, z materiálu Almotim-A10 a na něj byly položeny dvě tepelně izolační vrstvy

II а III, vytvořené ze žáruvzdorných tepelně izolačních materiálů typu Sigmotim a Standart - 1260. Tloušíka těchto tepelně izolačních vrstev II, III je 200 mm případně 100 mm*

Z uvedených materiálů se u materiálu Zirkosit-30 jedná o žáruvzdorný materiál na bázi badaleyit-korund, obsahující 50 % AlgOp 33 % ZrOg a 14 % SiOg* Materiál Almotim-A10 je žáruvzdorná hmota na bázi elektrokorundu, s chemickou vazbou, obsahující 90 % AlgOy Materiál Sigmotim je izolační hmota s hydraulickou vazbou, obsahující 40 % AlgO^ a 30 % SiOg* Tepelně izolační hmota Standard-1260 je izolační matrace, použitelná až do teploty 1260 °C a vyrobená ze žáruvzdorného vláknitého materiálu o tepelné vodivosti 0,2 W/mK.

Provozní teplota takto vytvořené pece byla 1550 °C, vnější teplota klenby byla 109 °C. Tepelná ztráta dosahovala hodnoty 991 kcal/m²h*

Při stejných provozních podmínkách byla v případě klenby z dinasových cihel o tlouštce 375 mm vnější teplota klenby 282 °C a její tepelná ztráta činila 5072 kcal/m²h. Tyto hodnoty se paralelně dále zvyšovaly se zeslabováním klenby za provozu. Klenba, zhotovená z dinasových cihel, se provozu po dobu 32 měsíců zeslabila tak, že pec musela být z důvodu nutnosti obnovení klenby odstavena z provozu. Životnost pokusné klenby pece, zhótovené z tvárnice odlitých z taveniny, byla však delší než 50 měsíců*

V následujících tabulkách jaou uvedeny další porovnávací příklady porovnáním klenby A v provedení podle vynálezu a běžných provedení klenby B.

Tabulka 1

Název	Materiál	Tloušťka příp. rozměr M/m mm	Tepelná vodivost kcal/mh °C
A Tvarovky	Zirkosit-30	250/125	4,7
I. vrstva	Zirmotim 30/C⁺	145/20	0,8
II. vrstva	Sigmotim M +/	200	0,7
III. vrstva	vláknitý materiál	100	0,08
В Tvarovky	Silika	300	1.5
Izolační vrstva	Silika lehká	65	0,7
Izolační vrstva	Šamot lehký	65	0,5

+/ Materiál Zirmotim 30/C je žáruvzdorná hmota na bázi AZS (Al^Oj- ZrO^ - SiOg) s hydraulickou vazbou, obsahující 50 % ^A12°3 ^{a 2}θ * ^Zr02*

Materiál Sigmotim M je tepelně izolační hmota na bázi ΑΙ^θβ s chemickou vazbou.

Při vnitřní teplotě v peci 1400 °C ee vnější teplota v případě obezdívky A ustálí na 95 °C (hustota tepelného toku 810 kcal/m²h) a v případě obezdívky В na 202 °C (hustota tepelného toku 2830 kcal/m²h)♦

Tabulka 2

	Tloušťka příp.	Tepelná
Název		Materiál	rozměr M/m	vodivost
			mm	kcal/mh °C
A Tvarovky		KORVISIT ^+/	300/200	5,0
I. vrstva		АШ0Т1М A10	220/20	2,1
II. vrstva		Izolační šamot	2 x 65	0,4
В Tvarovky		Silika	450	1,5
Izolační vrstva		Silika lehká	65	0,7

+/ Materiál KORVISIT je žáruvzdorná hmota, obsahující 98 % ALgO^ a odlitá z taveniny na bázi alfakorundu.

Při vnitřní teplotě v peci 1600 °C činila vnější teplota v případě obezdívky A 218 °C (hustota tepelného toku 3230 kcal/m²h)· Podle provedených výpočtů by po dalším pokrytí klenby vláknitou matrací o tloušťce 50 mm vnější teplota klesla na 133 °C a při tloušťce matrace 100 mm na 103 °C. V případě obezdívky В byla vnější teplota 233 °C. V tomto případě nemohla však být tepelná izolace zvýšena položením dalších izolačních vrstev, protože v takovém případě by se materiál klenby ohřál na nežádoucí teplotu a byl by v krátké době rozrušen.

Tabulka 3

Název	Materiál	Tloušťka příp. rozměr M/m mm	Tepelná vodivost kcal/mh °C
A Tvarovky	ZIRKOSIT-30	250/125	5,2
I. vrstva	ALMOTIM A10	110	2,1
II· vrstva	SIGMOTIM M	200	0,7
III· vrstva	izolační šamot	100	0,4
В Tvarovky	SILIKA	350	1,5
Izolační vrstva	⁴ Silika, lehká	2 x 65	0,7

Při vnitřní teplotě v peci 1550 °C byla teplota vnějšího povrchu klenby v příθ o pádě obezdívky A 96 C proti 216 ^UC v případě obezdívky B.

Z uvedeného je zřejmé, že klenba podle vynálezů vykazuje v porovnání s běžným provedením četné výhody.

Klenba má vyšší tepelnou odolnost, lepší chemickou odolnost a současně i vyšší mechanickou pevnost a tudíž i značně delší životnost·

Jelikož odolnost proti korozi z taveniny odlitých tvárnic je i při výrazně vyšších teplotách značně lepší než u běžných tvárnic, může být tloušťka izolačních vrstev klenby vytvořena větší než u dřívějších provedení klaněl?, čímž se tepelné ztráty značně sníží, dosáhnou úspory energie·

Tvárnice mohou být při odlévání vyrobeny ve zvlášť přesných rozměrech, čímž se časy na stavbu klenby značně zkrátí· To současně znamená zvýšení užitné provozní doby a stupně využití pece·

V případě vytvoření klenby z tvárnic odlitých z taveniny je možno uplatnit rychleji roztopení pece, čímž se dále zkrátí doba jejího provozního výpadku·

Claims

1. Klenba pece z tvárnic z taveniny na bázi kysličníku kovu, vytvořených jako hranoly s lichoběžníkovou základnou a opatřených kanály, vyznačující se tím, že je sestavena ze dvou druhů tvárnic s různým obsahem kanálů (1), přičemž kanály (1) jednotlivých tvárnic na sebe souose navazují a jsou alespoň částečně vyplněny tepelně izolačním materiálem (I) в nižší tepelnou vodivostí, než má materiál tvárnic a tvárnice ležící v řadách probíhajících vedle sebe rovnoběžně 8 podélnou osou klenby jsou vzájemně vůči sobě uspořádány s přesazením o jeden kanál (1)·

2. Klenba pece podle bodu 1, vyznačující se tím, že je pokryta alespoň jednou tepelně izolační vrstvou (II, III)·