Составление эскиза печи

Определив площадь пода и высоту рабочего пространства, необходимо составить эскиз печи с указанием расположения нагревательных элементов и рабочих окон.

Первоначально выбирается толщина стенок печи с учётом размеров кирпича и необходимых размеров швов между кирпичами. Наиболее употребительны следующие размеры толщины стенок:

1. ½ кирпича огнеупорного + ½ кирпича теплоизоляционного (113+113+4=230 мм, 1 кирпич, «4» - толщина шва в мм),

2. ½ кирпича огнеупорного + 1 кирпич теплоизоляционный (345 мм, 1½ кирпича),

3. 1 кирпич огнеупорный + ½ кирпича теплоизоляционного (345 мм, 1½ кирпича),

4. 1 кирпич огнеупорный + 1 кирпич теплоизоляционный (365 мм, 2 кирпича),

5. 1½ кирпича огнеупорного + 1 кирпич теплоизоляционный (580 мм, 2½ кирпича).

Обычно кладка стен для мелких и средних печей выполняется толщиной в 1½ кирпича, а для крупных - в 2 2½ кирпича. Из конструктивных соображений кладка стен может быть и толще. В печах периодического действия толщину огнеупорной кладки надо делать по возможности меньше, с целью уменьшения времени разогрева печи.

Из соображений строительной прочности для печей с температурой 800 900 ⁰С рекомендуются следующие минимальные толщины огнеупорного слоя при высоте до 1 м – 113 мм (½ кирпича), при высоте до 2 м – 230 мм (1 кирпич), при высоте более 2 м – 345 мм (1½ кирпича). В кладке следует предусмотреть температурные швы. Средняя толщина температурного шва на 1 м кладки из шамотного и диатомитового кирпича равна 5 6 мм, а для динасовой кладки - 10 12 мм.

Количество слоев зависит в первую очередь от температуры печи. Считается, что наиболее компактные и экономичные футеровки, работающие при температуре печи до 500  – однослойные; до 900...1000  – двухслойные; при большей температуре печи – трехслойные. Такое количество слоев определяется, в основном, огнеупорностью имеющихся теплоизоляционных материалов и с появлением новых, более огнеупорных, будет уменьшаться. Количество слоев в результате расчета теплового баланса (раздел 7) может быть скорректировано и в большую, и в меньшую сторону.

Теплоизоляционный слой в малых печах берется в ½ кирпича, а в больших в 1 кирпич и более.

Выбор материалов для каждого слоя (см. приложения 5 и 6) ведется с учетом условий эксплуатации слоя и стоимости.

Первый, огнеупорный, слой должен:

– выдерживать температуру внутреннего пространства, т.е. огнеупорность материала должна быть выше рабочей температуры;

– не вступать в химическое взаимодействие с технологической средой, находящейся во внутреннем пространстве печи;

– противостоять химическому воздействию окалины (на поду);

– быть стойким к истиранию (на поду);

– обладать прочностью при рабочих температурах, достаточной для того, чтобы выдержать массу футеровки свода и других узлов печи (на стенах печи);

– иметь минимальную массу (на своде).

Второй слой (первый теплоизоляционный) должен при минимальной толщине снизить рабочую температуру материала третьего слоя до допустимой величины.

Третий слой (второй теплоизоляционный) должен при минимальной толщине обеспечить максимальную теплоизоляцию, т.е. должен обладать минимальным коэффициентом теплопроводности.

При этом во всех случаях необходимо стремиться к минимально возможной цене материалов.

Кроме перечисленного, конкретные конструкция печи и технологический процесс могут предъявить к материалу футеровки какие-то специфические требования.

Толщина слоев футеровки зависит от множества факторов. Окончательно определяется дальнейшим расчетом теплового баланса (раздел 7). Но предварительно необходимо все-таки ее установить. На данном этапе рекомендуется:

– толщину огнеупорного слоя назначить, исходя из размеров кирпича нормального формата (65х113х230 мм), и с учетом ожидаемой механической нагрузки на него (обычно при высоте внутреннего пространства до 1 м – четверть или полкирпича; до 2 м – полкирпича или кирпич; до 3 м – кирпич или полтора кирпича);

– толщину второго слоя назначить также, исходя из размеров кирпича нормального формата и не менее толщины первого слоя (обычно  – в интервале от 1:1 до 2,5:1);

– толщину третьего слоя (это чаще всего – засыпка или вата) назначить в соотношении  в интервале от 1:1 до 3:1).

– если слой футеровки выкладывается из кирпича, то толщина слоя должна быть кратной размерам кирпича нормального формата;

– если слой футеровки выполняется из сыпучих или мягких материалов, то его толщина создается кратной 0,05 м.

Для печей с температурой ниже 600 ⁰С стены следует выкладывать из одного диатомитового кирпича с теплоизоляцией вермикулитом или другими материалами.

Наружный слой теплоизоляции печи из сыпучих или мягких формованных материалов ограничивается кожухом из стального листа толщиной 3 - 4 мм. Листы крепятся на каркасе печи, изготавливаемого из сортового проката (уголок, швеллер, тавр и др.) болтами, винтами, сваркой.

Стенки печи с температурой 500 ⁰С и ниже можно делать в виде короба из двух стальных листов с засыпкой теплоизоляционным материалом.

Торцевые стенки печи вследствие размещения в них рабочих окон выкладываются по всей толщине из шамотного кирпича. Если ширина окна превышает 1,5 м, то для создания надежных опор оконного свода торцевые стенки делают толщиной в 1,5 кирпича.

Своды термических печей выкладываются из шамота, причем при ширине печи до 1 м толщина свода принимается равной 113 мм (0,5 кирпича), при ширине 1-3,5 м - толщина 230 мм (1 кирпич), при ширине более 3,5 м – 350 мм (1,5 кирпича).

При кладке сводов через каждые 2 м длины также необходимо устраивать температурные швы (4 – 6 мм) для компенсации теплового расширения. Кладка свода сверху изолируется засыпкой толщиной 70 – 140 мм. Арочный свод (радиус свода печи обычно равен ее ширине, что обеспечивает большую устойчивость свода) делается при ширине печи от 1 до 4 м. При большей ширине внутреннего пространства печи необходим подвесной свод. Опорные пятовые кирпичи должны быть прочными и разгружены на каркас печи через поперечный уголок, швеллер или литую балку.

Под термических печей на толщину 115 – 130 мм выкладывается из шамотного кирпича, шамотной набивки или огнеупорного бетона, далее следует слой (230 мм) из диатомитового или красного кирпича.

Высота нижнего среза загрузочного/разгрузочного отверстия над уровнем пола цеха по требованиям эргономики желательна в пределах 700 – 900 мм.

Выбранные на основе указанных рекомендаций материалы и размеры слоев стенок уточняются при тепловом расчете печи.

Правильность выбора толщины стенки и ее слоев контролируется температурой наружной стенки электропечей: 40 –60⁰С. Более высокие температуры ухудшают КПД печи, условия работы персонала и могут привести к травмам.

Под основными отверстиями понимаются только загрузочно-разгрузочные окна. Их размеры должны обеспечивать свободную загрузку-разгрузку, но в то же время быть минимальными для уменьшения тепловых потерь. При этом должно быть учтено наличие каких-либо конструктивных элементов (например, конвейерная лента, пульсирующий под и т.п.).

Таким образом может быть создан эскиз футеровки. Его правильность проверяется на следующем этапе проектирования печи.