Изделия из жаростойкого бетона для футеровки вагонеток туннельных печей и организация их производства на кирпичных заводах

Институт «УралНИИстром» за свою многолетнюю историю внес значительный вклад в развитие отечественной керамической промышленности. На протяжении 60-80х годов прошлого столетия «УралНИИстром» (в то время институт «УралНИИстромпроект») выполнял функции научно-исследовательской и проектной базы в системе Министерства промышленности строительных материалов РСФСР, в том числе и в части модернизации и совершенствования обжиговых агрегатов, используемых на предприятиях отрасли.

Значительный объем научно-исследовательских работ был проведен институтом для решения проблем, связанных с увеличением межремонтного срока эксплуатации вагонеточного парка печей обжига керамического кирпича.

Анализ работ туннельных печей по обжигу керамического кирпича показал, что футеровка вагонеток эксплуатируется в более тяжелых условиях, чем футеровка стен и свода в зоне обжига печи. Наряду с термическими напряжениями при циклическом воздействии температур в течение 24 - 36 часов, связанном с подъемом температуры от до 10-20 до 10000С и выше, остыванием в канале печи до100-2000С и последующим резким охлаждением при выходе из печи под разгрузку, футеровка вагонеток несет нагрузку от садки, подвергается ударным воздействиям при продвижении вагонеток вдоль канала печи.

Тяжелые условия работы футеровки вагонеток приводят к ограниченному сроку их службы, необходимости постоянных затрат на их ремонт, что в конечном итоге приводит к удорожанию основной продукции – керамического кирпича. Практика последних лет показывает, что повышение стойкости футеровки вагонеток туннельных печей на кирпичных заводах может быть достигнуто как за счет применения специальных прессованных огнеупоров, так и за счет использования изделий из жаростойкого бетона с повышенными термомеханическими свойствами.

Первый путь реализован главным образом на импортных заводах, на которые по контрактам предусматривалась поставка не только технологического оборудования, но и огнеупорных изделий. При этом большинство зарубежных фирм, осуществлявших поставки кирпичных заводов в Россию, использовали огнеупоры фирмы «Burton» (Германия), являющейся признанным европейским лидером в области производства огнеупоров для керамической промышленности.

Высокие эксплуатационные свойства огнеупоров «Burton» (срок службы 5-6 лет) достигается за счет использования специальных кордиеритовых составов взамен шамотных составов, применяемых для этой цели на отечественных огнеупорных заводах.

Однако, относительно высокая стоимость огнеупоров фирмы «Burton» сдерживает их широкое применение на российских заводах даже при текущем ремонте вагонеток, в футеровках которых при пуске печи использовались огнеупоры «Burton».

Другим направлением повышения стойкости футеровок вагонеток туннельных печей является применение в футеровках жаростойких бетонов.

Для изготовления рабочего слоя футеровок вагонеток туннельных печей по обжигу керамического кирпича прошли опробацию жаростойкие бетоны на различных вяжущих с температурой применения 1100-1200 0С. Основные свойства жаростойких бетонов регламентированы ГОСТ 20910-90 "Бетоны жаростойкие", а разработка составов и технология изготовления бетонов и изделий из них - Справочным пособием к СНиП 2.03.04.-84 [4]. Однако, практика показала, что использование многих видов жаростойких бетонов (на портландцементе, глиноземистом цементе, жидком стекле) является неоправданным в футеровках вагонеток керамической промышленности [5].

Потребовался длительный поиск оптимальных составов бетонов, термомеханические свойства которых в достаточной степени отвечали бы жестким условиям их эксплуатации в футеровках вагонеток. Так в «УралНИИстромпроекте» были разработаны составы жаростойкого бетона на шамотных и керамзитовых заполнителях, в которых применялся высокоглиноземистый цемент, полученный из шлаков производства металлического хрома, а для изделий канализованного пода - бетон на шлакощелочном вяжущем [2;3;6].

В конце прошлого столетия, при строительстве новых кирпичных заводов мощностью 75-80 млн. шт. условного кирпича с шириною канала туннельной печи 7 м возникла необходимость разработки футеровки вагонеток со строгой геометрией пода, позволяющей использовать робототехнику для укладки кирпича на вагонетки. При этом весь обжигаемый кирпич должен был размещаться на канализованном поде. Масса вагонеток ограничивалась исходя из возможностей механизмов их передвижения. Конструкция футеровки должна была обеспечить высокий уровень теплосопротивления и низкую теплоемкость.

В соответствии с техническим заданием специалистов фирмы "Униморандо" в УралНИИстромпроекте были разработаны составы жаростойкого бетона и конструкция футеровки вагонетки (рис.1).

Свойства жаростойкого бетона для изготовления окантовочных блоков верхнего ряда футеровки и канализованного пода приведены в таблице. Нижний ряд окантовочных блоков футеровки вагонетки изготовлялся из керамзитобетона на высокоглиноземистом цементе со средней плотностью 1400-1600кг/м3, а центральная часть - из керамовермикулита плотностью 500 кг/м3.

Позднее, для изготовления элементов канализованного пода был разработан состав шлакощелочного бетона с улучшенными термо-механическими свойствами.

Разработанная конструкция позволила сократить массу футеровки вагонетки с 12004кг у фирмы "Униморандо" до 10528кг - вариант института УралНИИстромпроект. Это позволило снизить температуру наружной (нижней) поверхности металлоконструкции вагонетки. Долгосрочные наблюдения за работой вагонеток показывают, что температура на буксах колесных пар не превышает 60 0С.

В настоящее время данная конструкция вагонеток с небольшими вариациями успешно используется на подавляющем большинстве заводов, имеющих печи с шириной канала 7 м.

Долговечность футеровки вагонеток зависит не только от термомеханических свойств, применяемых огнеупорных материалов. В значительной мере срок службы вагонеток зависит от конструкции футеровки, а также технологии выполнения футеровочных работ.

Конструкция футеровки вагонетки должна обеспечивать исключение возможности проникновения мелкоразмерной крошки боя кирпича в швы между блоками. В противном случае происходит со временем неизбежная раздвижка элементов блочной футеровки и, как следствие, ее разрушение.

За рубежом с целью сбора крошки боя кирпича с поверхности футеровки вагонеток используют специальные установки для обеспыливания, типа стационарных или передвижных промышленных пылесосов.

Практика показала, что «сухая» сборка блочных элементов футеровки более предпочтительна, чем кладка с использованием растворов и огнеупорных клеев.. т.к. позволяет легко и быстро производить ремонт или замену отдельных блочных элементов в случае выхода их из строя. При сухой сборке устойчивость блоков относительно друг друга обеспечивается за счет «пазогребневых» и « замковых» соединений.

Анализ существующего опыта применения жаростойких бетонов в футеровках вагонеток показывает, что наибольшая эффективность с экономической и технологической точек зрения, достигается в том случае, когда изготовление изделий из жаростойкого бетона для футеровки вагонеток и их монтаж производится на специализированном участке непосредственно на кирпичном заводе [1;6].

Для этой цели институтом «УралНИИстром» разработан типовой проект участка по производству изделий из жаростойкого бетона, который состоит из двух основных установок:

Установка по приготовлению фракционированного заполнителя (рис.2)

включает: бункера исходного материала (бой или лом шамотного кирпича, шлаки); транспортер; дробилку; виброгрохот; бункера фракционированного заполнителя; систему аспирации.

Установка по изготовлению бетонных изделий (рис.3) состоит из набора емкостей для заполнителей, цемента или жидкого связующего, дозаторов, бетоносмесителя, комплекта форм на изделия, виброплощадки, пропарочной или сушильной камеры (для шлакощелочных бетонов), подъемно-транспортного устройства для перемещения форм и готовых изделий.

В случае применения в качестве заполнителей фракционированного щебня, получаемого со специализированных огнеупорных заводов, необходимость в установке дробления и рассева заполнителей отпадает. В этом случае целесообразно применять заполнитель не из боя шамотных изделий, а из первично обожженного шамота. Это позволяет получать бетоны с более высокими эксплуатационными свойствами.

Организация собственного производства изделий из жаростойкого бетона на кирпичных заводах имеет ряд особенностей, главная из которых заключается в том, что эксплуатационные свойства изделий зависят от самого производителя-потребителя в одном лице.

При этом анализ работы некоторых предприятий показывает, что для успешной работы участков по изготовлению изделий из жаростойкого бетона необходимо четко наладить:

Многолетний опыт успешной работы участков по изготовлению изделий из жаростойкого бетона для футеровки вагонеток туннельных печей с канализованным подом, например на Ревдинском кирпичном заводе, Челябинском заводе ОАО "КЕММА" подтверждает практическую и эконо-мическую целесообразность данного направления.

Показатели

Состав 1
(окантовочные блоки)

Состав 2
(канализованный под)

Средняя плотность, кг/м3

1950-2150

2050-2250

Открытая пористость, %

22-26

24-32

Прочность при сжатии, МПа, не ниже

50

35

Термостойкость (8000С - вода), циклы

20

50-120

Теплопроводность при 200С, Вт/(мК)

0,6-0,7

0,7-0,85

Температура применения, 0С

1250

1400

Список литературы

1. Повышение стойкости футеровок вагонеток туннельных печей: Обзор.М.: ВНИИЭСМ, 1976. 45с.

2. Указания по изготовлению и применению блочной футеровки вагонетокобжиговых печей кирпичного производства. Челябинск, УралНИИстромпроект.1976. 24с.

3. Василец О.И., Зализовский Е.В., Завьялов О.А., Захаров М.Ф. Футеровка обжиговых вагонеток туннельных печей с шириной канала 7 метров. В кн.: Эффективные жаростойкие материалы и конструкции для тепловых агрегатов промышленности строительных материалов. Челябинск, УралНИИстромпроект, 1989. С 93-96.

4. Технология изготовления жаростойких бетонов. Справочное пособие к СНиП.- М.: Стройиздат,1991, 64с.

5. Шахов И.И. Совершенствование футеровок вагонеток туннельных печей для обжига кирпича // Строит. материалы. 2001. N 1. С.20-21.

6. Ахтямов Р.Я. Применение эффективных теплоизоляционных материалов и жаростойких бетонов в футеровках печей обжига керамического кирпича // Строит. материалы. 2004. N 2. C. 26-28.



Назад к списку статей в разделе Жаростойкий бетон