Анализ конструкций современных газовых однокамерных ванных печей для переплава алюминиевых ломов и используемых в них инжекционных горелок Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Трусов В.А., Трусов В.В., Трусова В.П. , Макаров В.В., Селиванов Е.П., Вершинин Н.Н. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ СОВРЕМЕННЫХ ГАЗОВЫХ ОДНОКАМЕРНЫХ ВАННЫХ ПЕЧЕЙ ДЛЯ ПЕРЕПЛАВА АЛЮМИНИЕВЫХ ЛОМОВ И ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В НИХ ИНЖЕКЦИОННЫХ ГОРЕЛОК

В настоящее время для переплава алюминиевых ломов применяются преимущественно газовые ванные печи однокамерные и двухкамерные. Однокамерные отражательные печи проще двухкамерных по конструктивному оформлению и обслуживанию, занимают меньше места в цехе, а их изготовление и ремонт дешевле. Однако производительность однокамерных печей ниже, чем двухкамерных на 25...30%, а расход топлива выше. Для получения доброкачественной продукции в однокамерных печах к шихтовым материалам предъявляют повышенные требования по засорённости.

Для уменьшения отмеченных недостатков плавки алюминиевого лома в однокамерной печи используют миксеры для жидкого металла. В этом случае функции однокамерной печи сводятся к функциям плавильной камеры двухкамерной печи. Подача алюминиевого сплава в миксер производится с помощью ковшей или по жёлобу при близком расстоянии (до 13.14 м) отражательной печи и миксера. Преимуществом плавки по указанной схеме по сравнению с плавкой в двухкамерных печах является автономность теплового режима миксера и незасоряе-мость его пылью отходящих газов, недостатком - более высокий удельный расход топлива из-за недоиспользования тепла отходящих газов. [1]. По мере улучшения качества подготовки алюминиевого сырья к плавке,

повышения вместимости ковшей и скорости разливки металла возможности получения алюминиевых сплавов в однокамерных печах должны обязательно расшириться. Однокамерные газовые ванные плавильные печи для переплава алюминиевых ломов с торцевой загрузкой используются на предприятиях Самары, Волгограда, Саратова, Подольска, Мценска. Более широкое применение нашли газовые ванные плавильные печи, которые успешно эксплуатируются на предприятиях Пензы, Ульяновска, Саранска, Воронежа, Москвы, Новосибирска, Урала. Как правило, при больших объёмах перерабатываемого сырья разрабатываются и монтируются плавильные ванные печи с торцевой загрузкой. В настоящее время в печах во избежание потерь тепла и экономии топлива широко используются теплоизоляционные материалы. Разработанная авторами и запатентованная газовая ванная печь с фронтальной загрузкой, изображённая на рисунке 1, имеет теплоизоляцию стен, состоящую из двойного слоя асбеста.[2].

Печь размещена в металлическом кожухе. Теплоизоляция свода состоит из двух слоёв огнеупорной обмазки и слоя огнеупорных теплоизоляционных матов. Подина и рабочий стол имеют теплоизоляцию из

трёх слоёв асбеста. Конструкция механизма подъёма и опускания заслонки печи запатентована и обес-

печивает высокую герметичность внутреннего пространства печи[3]. Вследствие высокой герметичности печи расплавленный металл меньше окисляется и меньше угарает. В современных однокамерных и двухкамерных печах для переплава алюминиевых ломов используются различные огнеупорные материалы. Для исследования и анализа влияния на стойкость футеровки печей огнеупорных материалов были взяты две газовые ванные печи отражательного типа емкостью 3 т, работающие в ООО «Ресурсы Поволжья» (г.

Пенза), и две ванные газовые печи отражательного типа емкостью 6 т, работающие в ООО «УЗТС-

Станколит» (г. Ульяновск)[4].

Рис.1

Продольный размер печи: 1 - прямой шамотный кирпич №5; 2 - под печи; 3 - стол (наклонная площадка); 4 - лёточная стена; 5 - теплоизоляция стола; 6 - лётка;

7 - каркас печи; 8 - швеллеры каркаса; 9 - бетон; 10 - лёточный кирпич; 11 - вертикальные швеллеры; 12 - горизонтальные швеллеры; 13 - арка рабочего окна; 14 - арка шлакового окна, огнеупорной ваты и шамотной крошки

Рас і Продольны) разрез печи

Рис. 2 1-стена; 2-арка дымохода; 3-пятовый кирпич; 4-подовые блоки;5-подсыпка под подину; 6-арка рабочего окна; 7-лещадный кирпич; 8-кладка под наклонной площадкой; 9-блок перекрытия горелок; 10-рабочее окно.

Во всех указанных выше печах выплавлялись преимущественно сплавы марок АК5М2, АК7ГОСТ 1583-93. Для выплавки сплавов использовался алюминиевый лом класса А групп I, II, V, VI сорта 1 (ГОСТ 1639-93), медь класса А группы I сорта 1 (ГОСТ 1639-93). Для подшихтовки служил кремний кристаллический Кр2 (ГОСТ 2169-69).

Перед плавкой основные шихтовые материалы не подвергались очистке, просушке и отделению железосодержащих включений. Расплавленный лом обрабатывался универсальным флюсом «Экораф 1». На печах установлены горелки газовые инжекционные с единичными элементами, имеющие насадки на концах единичных смесителей, а также коробы для набивки их огнеупорной набивной массой. Все горелки имели огнеупорный стабилизирующий пламя горелочный туннель. Горелки обеспечивают большую тепловую мощность, хорошее перемешивание газовоздушной смеси, просты в конструкции и надёжны в эксплуатации. Набивку горелок огнеупорной набивной массой и прокалку можно производить вне печи, при этом существенно улучшаются условия труда. На используемые в печах горелки были получены патенты. Ранее использовались инжекционные горелки выпускаемые отечественной промышленностью, которые имели небольшой срок службы, обмуровка их в печи была очень трудоёмкой. В них нельзя было получить разные длины факела. Стены, рабочий стол, подина одних печей, установленных в Пензе и Ульяновске, выкладывались из шамотного кирпича ШБ1, прямого кирпича №5, лещадного кирпича №6, кирпича полуторного №12 (ГОСТ 8 69173). На других печах в Пензе и Ульяновске для футеровки использовался шамотный кирпич марки ША1 указанных выше номеров. Стены каждой печи выложены в два кирпича. Для уменьшения потерь тепла, увеличения КПД и срока работы печей имеется теплоизоляционный слой, состоящий из шамотной набивки, двойной прослойки асбеста, огнеупорной ваты и металлической брони. Загрузочное и шлаковые окна имеют пороги и своды, выложенные по шаблонам из шамотного торцевого клина ШБ1 и ША1 соответственно №22 и №23 (ГОСТ 8691-73). Свод выполнен по шаблону из клина торцевого ШБ1 и ША1 №22 и № 23.

Таблица 1. Характеристики шамотных кирпичей марок ША1 и ШБ1

№ Наименование показателя Норма для марок

ША ШБ

1 Массовая доля окислов А1203 , % не менее 30 28

2 Огнеупорность, оС, не ниже 1690 1650

3 Пористость открытая, %, не более для изделий I группы 24 24

4 Предел прочности при сжатии, Н/мм2, не менее для I подгруппы 20 -

5 Температура начала размягчения, оС, не ниже 1300 -

6 Предельные отклонения размеров, мм, прямые изделия высшей категории качества:

длина + -3 +-3

ширина + -2 +-2

толщина + -2 +-2

7 Температура применения огнеупоров высшей категории качества, оС, не выше 1400 1350

Горелки во всех печах перекрыты блоками ШСУ. Эксплуатация печей в течение трех лет показала, что срок службы футеровки стен практически одинаковый, средняя стойкость футеровки плавильного пояса из шамота ША1 у 3-тонной печи на 13% выше, а у 6-тонной - на 12% выше, чем стойкость футеровки из шамота ШБ1. Средняя стойкость горелочного пояса у 3-тонной печи на 11%, а 6-тонной печи на 10% выше стойкости горелочного пояса, футерованного из шамотных кирпичей марок ШБ. Стойкость рабочего стола и подины печи 3-тонной и 6-тонной, выложенных из кирпичей марок ША1, в среднем выше на 9%, чем стойкость рабочего стола и подины, футерованной кирпичами марок ШБ1. Срок службы футеровки свода 3-тонной и 6-тонной печей практически одинаков, если своды набраны из кирпичей марок ША1, но по сравнению со сводами 3- и 6-тонной печей, футерованных шамотными кирпичами марок ШБ1, срок службы больше на 9%. Из анализа вышеприведенных данных следует, что средний срок службы футеровки стен из шамотных кирпичей марок ША1 и ШБ1 практически одинаков, но футеровка остальных элементов конструкции печи, выполненная из шамотных кирпичей марок ША1 №5, 6, 12 (ГОСТ 8691-73),

имеет среднюю стойкость на 10,6% выше, чем футеровка из шамотных кирпичей марок ШБ1.

Значительно большую стойкость в печах дает применение для футеровки печей блоков ШСУ33-1, ШСУ 33-11 ГОСТ 7151-7 4 производства Подольского огнеупорного завода, вибролитых крупноблочных изделий для

стекловаренных печей ВШБС №1 и ВШБС № 11 (ТУ 1547-033-00187027-2005) производства Семилукского огнеупорного завода или Боровичского огнеупорного комбината.

Химический состав блоков ШСУ 33, ВШБС и их физико-механи-ческие характеристики приведены в табл. 2.

Таблица 2.Химический состав и физико-механические характеристики блоков ШСУ 33 и ВШБС

№ Показатели ШСУ ВШБС

1 Химический состав: Al2O3, %, не менее 33 3

Fe2O3, %, не более со 1 \—1 3 \—1

CaO, % - 3 0

2 Физико-механические характеристики: Кажущаяся плотность, г/см3 1 2 2,15

Открытая пористость, %, не более 18 0 СО \—1

Предел прочности при сжатии, Н/мм2 25 4 5 5 О

Теплопроводность, Вт/мх°С (при средней температуре 500оС) - 1,15

Температура начала деформации под нагрузкой, оС - 1430

В среднем стойкость футеровки по сравнению с футеровкой шамотными прямыми кирпичами ША1 №5 и ША1 №12 блоков ШСУ выросла в 1,3 раза, а блоков ВШБС - в 1,4 раза. Авторы производили в качестве эксперимента футеровку 3-тонных газовых печей для переплавки алюминиевых ломов в ООО «Эком» (г. Пенза) и 6-тонных газовых печей в ООО «Металл-Трейдинг» (г. Саратов), ООО «УЗТС-Станколит» (г. Ульяновск) блоками, изготавливаемыми способом вибролития из тиксотропных масс марок МКТ-90, МКТ-72 и МКРТУ-50 ТУ 14-194-27 5-0 6, физико-хими-ческие показатели которых приведены в табл. 3.

Таблица 3. Физико-химические свойства блоков из тиксотропных масс по ТУ 14-194-275-06

№ Наименование показателя Норма для марки

МКТ-90 МКТ-7 2 МКРТУ-50

1 Массовая доля на прокаленное вещество, %: Al2Oз, не менее 90 72 50

Fe2Oз, не более 1 3 1 5 1

2 Предел прочности при сжатии, Н/мм2, не менее 70 45 65

3 Открытая пористость, %, не более 22 21 19

4 Температура деформации под нагрузкой, оС, не ниже 1660 1500 1460

Во всех городах печи, футерованные блоками из тиксотропных масс марки МКТ-90, имели средний срок службы на 7 0% выше, чем печи, футерованные шамотными кирпичами марок ША1. Печь, футерованная в ООО «УЗТС-Станколит» муллитокорундовой тиксотропной массой марки МКТ-7 2, имела стойкость (срок службы) на 61% выше, чем печь, футерованная шамотными кирпичами ША1. Средний срок службы футеровки печей из тиксотропных масс марки МКРТУ-50 выше на 51% среднего срока службы футеровки печей

из шамотного кирпича марки ША1.

Применением блоков ШСУ и блоков огнеупорных бетонов вместо обычных штучных изделий можно уменьшить количество швов, что снижает газопроницаемость и повышает шлакоустойчивость футеровки;

получить экономию средств, поскольку отпадает процесс предварительного изготовления штучных огне-

упоров; выполнить узлы агрегатов практически любой конфигурации, ускорить процесс строительства и снизить долю ручного труда.

Для повышения стойкости кладки газовых ванных печей отражательного типа авторы добавляли в

раствор огнеупорной глины 3% алюмохромофосфатной смеси и 3% жидкого стекла.

Важно отметить, что в этом случае время между капитальными ремонтами увеличивалось до 5 лет, т.е. стойкость футеровки увеличивалась в 2, 1 раза.

ЛИТЕРАТУРА

1. Галдин Н.М. и др. Цветное литьё: справочник. - М. : Машиностроение, 1989. - 528 с.

2. Трусов В.А. Патент на изобретение №2361161 «Отражательная печь для переплава металла». Опубл.

10.07.2009. Бюл. №19.

3. Трусов В.А. Патент на изобретение №2324881 «Устройство для подъёма и опускания заслонки печи». Опубл. 20.05.2008. Бюл. №14.

4. Трусов В.А. Патент на изобретение №2361162 «Отражательная печь для переплава металла».

Опубл. 10.07.2009. Бюл. №19.