RU2185582C1

RU2185582C1 - Refractory stone

Info

Publication number: RU2185582C1
Application number: RU2000127454/02A
Authority: RU
Inventors: О.М. Козин; Г.П. Мироевский; В.К. Якушев
Original assignee: Якушев Виталий Константинович
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2002-07-20

Abstract

FIELD: metallurgy and refractory industry; refractory stones for lining thermal units. SUBSTANCE: refractory stone consists of main and auxiliary parts articulated together and shifted relative to each other, thus forming projecting section of auxiliary part. Projecting section of auxiliary part is smoothly engageable with butt of main part forming transient zone. Opposite butt of main part has skews following the shape of transient zone at area adjoining auxiliary part. Thickness of transient zone is equal to 0.2 to 0.3 of thickness of layer of auxiliary part. Transient zone may be oval or straight in shape. Area of projecting section is 2 to 50 % of area of main part articulated with auxiliary part. Main part may be wedge-shaped in form and may be articulated with auxiliary part by its widened end. EFFECT: enhanced strength of refractory stone. 6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, черной и цветной металлургии, промышленности строительных материалов и может быть использовано для футеровки тепловых агрегатов с несущим металлическим корпусом, преимущественно при обжиге сыпучих и кусковых материалов во вращающихся печах. The invention relates to the refractory industry, ferrous and non-ferrous metallurgy, the construction materials industry and can be used for lining thermal units with a bearing metal body, mainly when firing bulk and lump materials in rotary kilns.

Известно использование для футеровки вращающейся печи огнеупорных кирпичей, выполненных с выемками на торцах, обращенных к корпусу печи, глубина выемки составляет 0,04-0,1 толщины кирпича (а.с. СССР 1508070). It is known to use refractory bricks for lining a rotary kiln, made with recesses at the ends facing the furnace body, the depth of the recess is 0.04-0.1 brick thickness (USSR AS 1508070).

Основным недостатком такого решения является низкая строительная прочность полученной футеровки. В той части огнеупорного камня, которая примыкает к металлическому корпусу печи, изделие испытывает растягивающие усилия, а соответственно и деформации растяжения. Этому процессу противодействует трение материала футеровки о металлический корпус. Чем больше размер кирпича и расстояние между опорными участками, а также чем выше градиент температур, тем большие усилия будут испытывать эти опорные участки и тем быстрее произойдет их разрушение Необходимо также отметить, что ослабление участка огнеупорного изделия, примыкающего к металлическому корпусу за счет исполнения выемки, не позволяет производить жесткую "расклинку" огнеупоров в каждом кольце, так как это мероприятие неизбежно приведет к разрушению кирпича. Недостаточная жесткость замкнутой кольцевой футеровки приводит к тому, что в процессе эксплуатации увеличивается опасность выпадения отдельных огнеупорных изделий или участков кладки. The main disadvantage of this solution is the low structural strength of the resulting lining. In that part of the refractory stone, which adjoins the metal body of the furnace, the product experiences tensile forces and, accordingly, tensile deformations. This process is counteracted by the friction of the lining material against the metal casing. The larger the brick size and the distance between the supporting sections, as well as the higher the temperature gradient, the greater the efforts will be experienced by these supporting sections and the faster their destruction will occur. It should also be noted that the weakening of the section of the refractory product adjacent to the metal casing due to the execution of the recess, It does not allow to produce a rigid “splicing” of refractories in each ring, since this event will inevitably lead to the destruction of the brick. Insufficient rigidity of the closed annular lining leads to the fact that during operation the risk of falling out of individual refractory products or masonry areas increases.

Известен огнеупорный клиновидный камень с профилированными боковыми гранями для футеровки вращающейся печи, в расширенной части которого на уровне тычковой плоскости на двух смежных гранях выполнен выступ, а на двух других гранях - выемка, повторяющая форму выступа (а.с. СССР 321668). A fire-resistant wedge-shaped stone with profiled side faces for lining a rotary kiln is known, in the extended part of which a protrusion is made at the level of the bonding plane on two adjacent faces, and a recess repeating the shape of the protrusion on the other two faces (USSR AS 321668).

Недостатком футеровки, выполненной из огнеупорных камней такой формы, является ее большая теплопроводность, которая определяется только лишь теплофизическими свойствами огнеупорного материала, а также относительно низкой термической стойкостью огнеупорного камня, так как геометрические параметры огнеупорного изделия не соизмерялись с внутренними температурными напряжениями. A disadvantage of a lining made of refractory stones of this shape is its high thermal conductivity, which is determined only by the thermophysical properties of the refractory material, as well as the relatively low thermal stability of the refractory stone, since the geometric parameters of the refractory product were not commensurate with internal temperature stresses.

Известен огнеупорный клиновидный камень (патент СССР 1828532, прототип), состоящий из основной и вспомогательной частей, смещенных относительно друг друга с образованием выступов на двух смежных гранях, примыкающих к расширенному торцу основной части камня и выемок на двух других гранях. При этом соотношение сторон поверхности суженого торца основной части камня и его высоты равно 1:1:(2-10), площадей торцевой поверхности вспомогательной части и расширенного торца основной части камня равно 1:(1,01-5), а смещение вспомогательной части камня относительно боковых граней основной его части составляет 1/5-1/50 от соответствующих сторон его расширенного торца. Known refractory wedge-shaped stone (USSR patent 1828532, prototype), consisting of the main and auxiliary parts, offset relative to each other with the formation of protrusions on two adjacent faces adjacent to the extended end of the main part of the stone and the recesses on the other two faces. The ratio of the sides of the surface of the narrowed end of the main part of the stone and its height is 1: 1: (2-10), the area of the end surface of the auxiliary part and the expanded end of the main part of the stone is 1: (1.01-5), and the offset of the auxiliary part stone relative to the side faces of its main part is 1 / 5-1 / 50 of the corresponding sides of its expanded end.

Предложенная форма камня позволила повысить строительную прочность кладки, снизить потери тепла в окружающую среду и уменьшить массу футеровки. The proposed shape of the stone allowed to increase the structural strength of the masonry, reduce heat loss to the environment and reduce the weight of the lining.

Однако практика выявила существенные недостатки предложенного решения, которые особенно существенны, когда камень-прототип используется для выполнения футеровки вращающейся печи. However, practice has identified significant shortcomings of the proposed solution, which are especially significant when the stone prototype is used to perform the lining of a rotary kiln.

Огнеупорная футеровка является неотъемлемой конструктивной составляющей печи. В процессе эксплуатации печи ее металлический корпус, а соответственно и футеровка испытывают сложное механическое воздействие. Эксплуатация вращающихся печей всегда происходит в условиях поперечной деформации корпуса, а соответственно и футеровки, на опорах, а также продольной деформации между опорами. При этом поперечная деформация при вращении печи вызывает многократно повторяющиеся и знакопеременные динамические нагрузки. Взаимное зацепление между основной и вспомогательными частями прилегающих друг к другу огнеупорных камней делает футеровку очень жесткой и резкая граница между сопрягающимися вспомогательной и основной частями является причиной концентрации сдвигающих и срезающих напряжений по плоскостям их взаимного сочленения. По этим же плоскостям за счет разнонагретости слоев происходит концентрация внутренних температурных напряжений. Все это приводит к уменьшению термической стойкости камня и снижению прочности футеровки. Refractory lining is an integral structural component of the furnace. During operation of the furnace, its metal casing, and accordingly the lining, undergoes a complex mechanical effect. Operation of rotary kilns always occurs under conditions of transverse deformation of the casing, and accordingly of the lining, on the supports, as well as longitudinal deformation between the supports. In this case, the transverse deformation during rotation of the furnace causes repeatedly repeated and alternating dynamic loads. The mutual engagement between the main and auxiliary parts of the adjacent refractory stones makes the lining very rigid and the sharp boundary between the mating auxiliary and main parts causes the concentration of shear and shear stresses along the planes of their mutual joint. On the same planes, due to the different heating of the layers, the concentration of internal temperature stresses occurs. All this leads to a decrease in the thermal resistance of the stone and a decrease in the strength of the lining.

Целью изобретения является повышение термической стойкости огнеупорного камня и прочности футеровки. The aim of the invention is to increase the thermal stability of the refractory stone and the lining strength.

Поставленная цель достигается тем, что предложен огнеупорный камень для футеровки тепловых агрегатов, состоящий из сочлененных основной и вспомогательной частей, смещенных относительно друг друга с образованием выступающего участка вспомогательной части, при этом в соответствии с изобретением выступающий участок вспомогательной части огнеупора плавно сопряжен с торцом основной части с образованием переходной зоны, а на противоположенном торце основной части в области, прилегающей к вспомогательной части, выполнен скос, повторяющий форму переходной зоны, при этом толщина переходной зоны выполнена равной 0,2-3,0 толщины слоя вспомогательной части. This goal is achieved by the fact that the proposed refractory stone for lining of thermal units, consisting of articulated main and auxiliary parts, displaced relative to each other with the formation of the protruding section of the auxiliary part, while in accordance with the invention, the protruding section of the auxiliary part of the refractory smoothly mates with the end face of the main part with the formation of the transition zone, and on the opposite end of the main part in the area adjacent to the auxiliary part, a bevel is made, repeating the shape of the transition zone, while the thickness of the transition zone is made equal to 0.2-3.0 layer thickness of the auxiliary part.

Наличие плавного перехода между выступающим участком вспомогательной части и основной частью огнеупорного камня приводит к уменьшению величины концентрации напряжений, повышает эксплуатационную прочность камня, вследствие чего повышается надежность и долговечность футеровки. The presence of a smooth transition between the protruding section of the auxiliary part and the main part of the refractory stone leads to a decrease in the concentration of stresses, increases the operational strength of the stone, thereby increasing the reliability and durability of the lining.

Размер переходной зоны зависит от упругопрочностных теплофизических характеристик огнеупорного материала, из которого выполнен камень, и может составлять 20-300% толщины вспомогательной части огнеупорного изделия. The size of the transition zone depends on the elastic-strength thermophysical characteristics of the refractory material of which the stone is made, and can be 20-300% of the thickness of the auxiliary part of the refractory product.

При величине переходной зоны менее 20% от толщины вспомогательной части огнеупорного камня недостаточно устраненная концентрация (температурных) напряжений практически всегда выше предельно допустимых прочностных характеристик применяемых огнеупорных материалов. В этой связи сохраняется вероятность механического разрушения огнеупорного камня. When the transition zone is less than 20% of the thickness of the auxiliary part of the refractory stone, the insufficiently eliminated concentration of (temperature) stresses is almost always higher than the maximum permissible strength characteristics of the refractory materials used. In this regard, the probability of mechanical destruction of the refractory stone remains.

При плавном переходе, когда переходная зона составляет более 300% от толщины вспомогательной части огнеупорного камня, эффект взаимного смещения, а соответственно и зацепления основной и вспомогательных частей уменьшается. В определенных ситуациях, когда условия эксплуатации даже незначительно отклоняются от стандартного режима (вибрация печи, биение металлического корпуса на опорах и т.д.), появляется вероятность выпадения огнеупорных камней или обрушения целых участков кладки. With a smooth transition, when the transition zone is more than 300% of the thickness of the auxiliary part of the refractory stone, the effect of mutual displacement, and accordingly the engagement of the main and auxiliary parts, decreases. In certain situations, when the operating conditions even deviate slightly from the standard mode (vibration of the furnace, runout of the metal body on the supports, etc.), there is a chance of falling of refractory stones or collapse of entire sections of the masonry.

В зависимости от технологического удобства переход и соответствующий скос могут иметь прямую или овальную форму. Depending on the technological convenience, the transition and the corresponding bevel can have a straight or oval shape.

На практике площадь выступающего участка вспомогательной части, как правило, составляет 2-50% от площади основной части, сочлененной с вспомогательной, что с одной стороны обеспечивает надежность взаимного зацепления смежных огнеупорных камней, а с другой - прочность камня на сдвиг и срез по плоскостям сочленения основной и вспомогательной частей. In practice, the area of the protruding section of the auxiliary part, as a rule, is 2-50% of the area of the main part articulated with the auxiliary, which on the one hand ensures the reliability of mutual engagement of adjacent refractory stones, and on the other hand, the stone's shear and shear strength along the joint planes main and auxiliary parts.

Основная часть огнеупора может быть выполнена клиновидной формы, при этом со вспомогательной частью сочленяется ее расширенный торец. The main part of the refractory can be made wedge-shaped, while its expanded end is articulated with the auxiliary part.

Торцевые поверхности основной части заявляемого камня могут быть выполнены как квадратной, так и прямоугольной формы, а соотношение их площадей зависит от формы печи. Для вращающихся печей предпочтительным является соотношение между сторонами и высотой основной части заявляемого камня, равное 1: (1-5):(0,5-10). The end surfaces of the main part of the inventive stone can be made both square or rectangular, and the ratio of their areas depends on the shape of the furnace. For rotary kilns, the ratio between the sides and the height of the main part of the inventive stone is 1: (1-5) :( 0.5-10).

Уменьшение площади торцевой поверхности вспомогательного слоя по отношению к примыкающей к нему торцевой поверхности основного слоя приводит к уменьшению теплопроводности футеровки, поэтому для тепловых агрегатов, в частности для вращающихся печей, указанное отношение предпочтительно составляет 1:(1,01-20). A decrease in the area of the end surface of the auxiliary layer with respect to the end surface of the base layer adjacent to it leads to a decrease in the thermal conductivity of the lining; therefore, for thermal units, in particular for rotary kilns, this ratio is preferably 1: (1.01-20).

Вспомогательная часть на выступающей и/или противоположенной ей боковых поверхностях может иметь прямой или овальный скос, размеры которого зависят от прочности материала огнеупора. The auxiliary part on the protruding and / or opposite side surfaces may have a straight or oval bevel, the dimensions of which depend on the strength of the material of the refractory.

Наличие скоса, не изменяя площади сцепления основной и вспомогательной частей, уменьшает площадь контакта камня с металлической поверхностью и способствует уменьшению градиента температур и напряженности, а значит, увеличению прочности камня. The presence of a bevel, without changing the adhesion area of the main and auxiliary parts, reduces the contact area of the stone with the metal surface and helps to reduce the temperature gradient and tension, and therefore, increase the strength of the stone.

На фиг.1 представлен заявляемый огнеупорный камень (общий вид), на фиг.2 - часть футеровки вращающейся печи, выполненной из заявляемого камня (в разрезе). Figure 1 presents the inventive refractory stone (General view), figure 2 is a part of the lining of a rotary kiln made of the inventive stone (in section).

Заявляемый огнеупорный камень (фиг.1) состоит из сочлененных основной 1 и вспомогательной 2 частей, смещенной относительно друг друга с образованием выступающего участка вспомогательной части 3, который плавно сопряжен с торцом основной части с образованием переходной зоны 4. The inventive refractory stone (figure 1) consists of articulated main 1 and auxiliary 2 parts, offset relative to each other with the formation of the protruding section of the auxiliary part 3, which smoothly mates with the end of the main part with the formation of the transition zone 4.

На противоположенном торце основной части в области, прилегающей к вспомогательной части, выполнен скос 5, повторяющий форму переходной зоны. At the opposite end of the main part in the area adjacent to the auxiliary part, a bevel 5 is made, repeating the shape of the transition zone.

Вспомогательная часть на выступающей и противоположенной ей боковых поверхностях имеет скосы 6 и 7 соответственно. The auxiliary part on the protruding and opposite side surfaces has bevels 6 and 7, respectively.

На фиг.1 представлен камень, основная часть которого 1 имеет клиновидную форму, переходная зона 4 и скосы 5, 6, 7 имеют прямую форму, толщина переходной зоны (а) равна толщине слоя вспомогательной части (в), площадь выступающего участка вспомогательной части составляет 30% от площади основной части, сочлененной с вспомогательной, а отношение площади торцевой поверхности вспомогательной части к примыкающей к ней торцевой поверхности основной части составляет 1:1,6. Figure 1 shows the stone, the main part of which 1 has a wedge-shaped shape, the transition zone 4 and the bevels 5, 6, 7 have a straight shape, the thickness of the transition zone (a) is equal to the thickness of the layer of the auxiliary part (c), the area of the protruding section of the auxiliary part is 30% of the area of the main part articulated with the auxiliary, and the ratio of the area of the end surface of the auxiliary part to the adjacent end surface of the main part is 1: 1.6.

При выполнении футеровки из заявляемых камней (фиг.2) торец вспомогательной части 2 огнеупора непосредственно соприкасается с металлическим корпусом 8 и передает на него нагрузку веса перерабатываемого продукта. Между оставшимся участком торцевой поверхности основной части и корпусом образуется полость 9, которая, как правило, заполняется теплоизолятором преимущественно волокнистого типа. When performing the lining of the claimed stones (figure 2), the end face of the auxiliary part 2 of the refractory is in direct contact with the metal body 8 and transfers the load of the weight of the processed product to it. Between the remaining portion of the end surface of the main part and the body, a cavity 9 is formed, which, as a rule, is filled with a predominantly fibrous type heat insulator.

Проведенные опытно-промышленные испытания показали, что наличие плавного перехода от основной части камня к вспомогательной путем выполнения переходной зоны повышает прочность камня и улучшает технологичность его производства при прессовании. The pilot tests showed that the presence of a smooth transition from the main part of the stone to the auxiliary by performing the transition zone increases the strength of the stone and improves the manufacturability of its production during pressing.

Claims

1. A refractory stone for lining thermal units, consisting of articulated main and auxiliary parts, offset relative to one another with the formation of the protruding section of the auxiliary part, characterized in that the protruding section of the auxiliary part is smoothly interfaced with the end of the main part with the formation of the transition zone, and on the opposite the end of the main part in the area adjacent to the auxiliary part, bevels are made that repeat the shape of the transition zone, while the thickness of the transition zone is made equal to 0 , 2-3.0 layer thickness of the auxiliary part.

2. Refractory stone according to claim 1, characterized in that the transition zone has a straight or oval shape.

3. Refractory stone according to claim 1 or 2, characterized in that the area of the protruding section of the auxiliary part is 2-50% of the area of the main part articulated with the auxiliary.

4. Refractory stone according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the main part is made wedge-shaped, with its extended end articulated with the auxiliary part.

5. Refractory stone according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the ratio of the area of the end surface of the auxiliary part and the adjacent end surface of the main part is 1: (1.01-20).

6. Refractory stone according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that the auxiliary part on the protruding and / or opposite side surfaces has a straight or oval bevel.