Материалы используемые в электропечестроении (стр. 1 из 6)

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Камышинский технологический институт (филиал)

Волгоградского государственного технологического университета

Кафедра: электроснабжение промышленных предприятий

Семестровое задание

На тему:

Материалы, используемые в электропечестроении

По дисциплине:

"Электротехнологические установки"

Выполнил:

Студент группы КЭЛ-051(с) Ермаков М.М.

Проверил: Панасенко М.В.

Камышин 2007г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.. 3

1. Материалы, используемые в электропечестроении. 4

2. Огнеупорные материалы.. 6

2.1. Огнеупорные изделия. 10

2.2. Огнеупорные растворы, бетоны, набивные массы и обмазки. 16

2.3. Пористые огнеупоры.. 17

3. Теплоизоляционные материалы.. 20

3.1. Жароупорные материалы.. 23

4. Дешевизна и недефицитность. 25

4.1. Материалы для нагревательных элементов электрических печей сопротивления 27

Заключение.. 34

Список использованной литературы... 35

Введение

Помимо обычных материалов, употребляемых в машиностроении, в электропечестроении применяются некоторые специфические материалы, предназначенные для работы при высоких или повышенных температурах. Наличие в электропечах зон с высокими температурами требует, с одной стороны, материалов, способных работать при этих температурах, с другой – материалов, изолирующих эти зоны в тепловом отношении от остальных частей и окружающего пространства. К таким материалам относятся огнеупорные и теплоизоляционные материалы, жароупоры и материалы для нагревательных элементов.

1. Материалы, используемые в электропечестроении

Во всякой электрической печи имеется рабочая камера для нагрева или плавления обрабатываемых в печи материалов. Рабочая камера, область печи с наиболее высокими температурами, отделена от окружающего пространства и внешних конструкций материалом, способным работать при этих температурах и быть достаточно прочным, чтобы выдерживать те нагрузки и удары, которыми он подвергается в печи. Кроме того, он должен плохо проводить тепло, снижая до минимума тепловые потери камеры в окружающее пространство. Материалов, которые удовлетворяли бы всем этим требованиям, в природе не существует. Плотные, механически прочные керамические материалы сравнительно хорошо проводят тепло, пористые легкие, плохо проводящие тепло материалы недостаточно прочны. Поэтому футеровку высокотемпературных и среднетемпературных печей выполняют минимум из двух слоев: внутреннего - огнеупорного, способного работать при рабочей температуре печи и достаточно механически прочного – этот слой воспринимает все нагрузки от нагреваемых изделий и нагревателей; наружного – теплоизоляционного, освобожденного от несения каких-либо нагрузок, кроме собственного веса, но зато обеспечивающего уменьшения до минимума тепловых потерь.

При очень больших для керамических материалов нагрузках применяют упрочнение кладки печи при помощи креплений из жароупорных сталей. Так, при больших пролетах делают подвесные своды на жароупорных балках, из жароупорных сталей выполняют ограждения, защищающие нагреватели и кладку от ударов со стороны загрузки, всякого рода экраны в печах, герметизированные ящики и муфели. Кроме того, части механизмов, находящиеся внутри печи и служащие для перемещения изделий (конвейеры, направляющие рельсы, поддоны и т.п.), также выполняют из жароупорных сталей.

В особую группу должны быть выделены материалы для нагревательных элементов, так как к ним предъявляются специфические требования, касающиеся их электрических свойств.

2. Огнеупорные материалы

К огнеупорным материалам для электропечей предъявляют следующие требования:

Достаточная огнеупорность.

Достаточная механическая прочность при высоких температурах.

Способность выдерживать, не растрескиваясь, резкие колебания температуры (стойкость к термоударам).

Сопротивляемость химическим воздействиям при высоких температурах.

Достаточно малая теплопроводность.

Малая теплоемкость.

Малая электропроводность, как при низких, так и при высоких температурах.

Дешевизна и доступность материалов.

Огнеупорностью в соответствии с ГОСТ 4069 – 69 называется свойство материала противостоять не расплавляясь, воздействию высоких температур. Огнеупорность материала определяется на сделанном из него образце "конусе", имеющем форму усеченной трехгранной пирамиды. Под действием нагрева материал образца постепенно размягчается, и его вершина начинает склоняться к основанию. Температура "падения" образца, когда его вершина достигнет уровня основания, принимается за огнеупорность образца. Так как эта температура может меняться при изменении скорости нагрева, то устанавливают ее не непосредственным измерением, а "пироскопами".

У огнеупорных материалов огнеупорность лежит между 1580 и 17700С. Материалы с огнеупорностью больше 17700С, называются высокоогнеупорными.

Некоторые материалы, являясь достаточно огнеупорными, теряют свою прочность задолго до температуры размягчения и поэтому могут работать механически нагруженными лишь до ограниченных температур. Для того чтобы охарактеризовать способность материала работать в нагруженном состоянии при высоких температурах, определяют в соответствии с ГОСТ 4070 – 48 температуру его деформации под нагрузкой 196,2 кПа. При этом отмечают температуру начала размягчения (НР) образца и температуры его сжатия 4 и 40%.

У некоторых материалов диапазон между началом размягчения и 40% -ным сжатием достаточно большой, и температурный интервал равен 100 – 2000С. У других этот интервал измеряется лишь 20 – 300С (рис.1). Динас и магнезит сохраняют прочность почти до температуры разрушения, другие же материалы теряют прочность задолго до наступления разрушения.

Способность выдерживать, не растрескиваясь, резкие колебания температуры особенно нужна в материалах, применяемых в печах, работающих периодически, а также в зонах с резкими колебаниями температуры. Для определения стойкости к термоударам кирпич быстро нагревают с торца в электрической печи до 8500С, охлаждают в проточной вод, вновь нагревают и так до потери им 20% начальной массы из-за скалывания кусков. Таким образом, стойкость материала к термоударам оценивается по числу водяных теплосмен, которые он выдерживает, данные для некоторых термоупорных материалов даны в табл.1.

Таблица 1. Стойкость к термоударам огнеупорных материалов

Наименование	Число водяных теплосмен до 20% потери массы
Шамотные изделия	10 - 25
Многошамотные изделия	50 – 100
Динасовые изделия	1 – 2
Магнезитовые изделия	2 – 3
Нагревостойкие хромомагнезитовые изделия	Более 30

Иногда стойкость материала к термоударам определяют по числу воздушных теплосмен, которые он выдерживает.д.ля этого раму с кирпичами подвергают сначала одностороннему нагреву, а затем охлаждению вентилятором. Это испытание является менее жестким.

Сопротивляемость химическим воздействиям при высоких температурах является также весьма важным свойством для огнеупоров. Необходимо, чтобы огнеупорные материалы не вступали в химические соединения с обрабатываемыми в печи изделиями или с материалом нагревательных элементов, а также с атмосферой печи, так как это опасно не только для самих огнеупоров, но может вывести из строя нагреватели печи или привести к браку изделий. В некоторых печах нагреваются и расплавляются кислые материалы, а в других – основные; очевидно, что и огнеупоры этих печей также должны быть соответственно кислыми в первом случае и основными во втором во избежание химических реакций с этими материалами или шкалами.

Рис.1. Температуры деформации некоторых огнеупоров.

1 – шамотный кирпич класса А; 2 – шамотный кирпич класса Б; 3 – полукислый; 4 – динасовый; 5 – муллитовый; 6 – магнезитовый.

Малая теплопроводность требуется от огнеупорных материалов, так как они отделяют нагретую камеру печи от окружающей среды и через них из камеры проходит поток тепла. Хотя эти потери ограничиваются в основном теплоизоляцией печи, а не огнеупорным слоем, все же температурный перепад в последнем часто является достаточно заметным, а главное он снижает максимальную рабочую температуру теплоизоляции и тем самым увеличивает срок ее службы.

Малая теплоемкость огнеупорных материалов обеспечивает уменьшение аккумулированного футеровкой тепла. Правда, иногда значительная аккумуляция тепла кладкой является положительным фактором, стабилизирующим тепловой режим печи, однако большей частью она приводит к существенному перерасходу энергии, особенно при частых разогревах.

Малая электропроводность огнеупоров желательна, потому что в электрических печах сопротивления они могут применяться как электрические изоляторы для нагревательных элементов, что удешевляет и упрощает кладку. Наконец, требование дешевизны и доступности выдвинуто потому, что огнеупоры являются массовыми материалами, потребляемыми в больших количествах не только при изготовлении печей, но и их эксплуатации. Особенно много огнеупоров потребляют дуговые сталеплавильные и рудотермические печи.

Огнеупорные материалы применяются в виде сплошных и пористых кирпичей и фасонных камней. Фасонные камни изготавливаются самых различных конфигураций и размеров, причем, как правило, чем больше размер камня, тем труднее его изготовить и тем он дороже, но зато тем надежнее кладка, набранная из таких камней.

Огнеупорные материалы применяются иногда и в виде порошка, огнеупорных бетонов, набивных масс и обмазок, а также в виде мелких готовых деталей – трубок, крючков, втулок и т.п., главным образом в электрических печах сопротивления в качестве изоляторов нагревателей.