Фундаменты печей

Элементы нагревательных печей

Фундаменты воспринимают и равномерно распределяют нагрузку от печи и металла на грунт, которая часто не превышает 100 кПа. Поэтому обычно расчет фундамента на прочность не производят.

Сооружают фундаменты (рис. 5.19) из красного кирпича, бутового камня с заливкой бетоном, из бетона и для особо нагруженных фундаментов – из железобетона (рис. 5.19).

Рис. 5.19. Фундамент печи: 1 – грунт; 2 – уплотненный слой; 3 – толщина бетонного фундамента; 4 – бетон с арматурой; 5 – гнезд под стойки; 6 – каркас; 7 – край фундамента от поверхности кладки

Нагревательные печи обычно располагают внутри цехов и поэтому нет необходимости закладки фундаментов ниже глубины промерзания грунта. Заглубление фундамента определяется расположением горизонтальных дымоотводящих каналов (боровов).

Под фундаментом обязательно должен быть уплотненный слой – подготовка 2, непосредственно располагающиеся на грунте 1. Толщина подготовки – порядка 100 мм, выполняют ее из бит ого кирпича или щебня.

Конструктивно толщину бетонного фундамента 3 принимают равной 300 – 400 мм, а для бутового или бутобетонного – не менее 250 мм из соображений максимального возможного размера камня.

Фундамент печи в плане должен быть больше на величину, достаточную для размещения гнезд 5 под стойки каркаса 6. Край фундамента от поверхности кладки 7 должен быть на расстоянии: для бутового фундамента – размер стойки плюс 250 мм; для бетонного с арматурой 4 – размер стойки плюс 150 мм. Бетон армируют стальными прутьями диаметром 12-16 мм. Глубину гнезд для стоек каркаса обычно принимают равной 200-300 мм.

Фундамент во влажных грунтах покрывают гидроизоляционными материалами, так как бетон водопроницаем.

При проектировании пода печи важно предохранить фундамент от перегрева, так как обычные (неогнеупорные) бетоны подвержены разрушению при нагреве до 200-250˚С.

Футеровка (кладка) печей

Футеровкой (кладкой) печи называют защитный слой для различных элементов печи, состоящий из огнеупорных и теплоизоляционных материалов, который должен удовлетворять технологическим и теплотехническим особенностям печи. Основными являются требования по термической стойкости и огнеупорности футеровки.

Футеровку оценивают не только по используемым материалам, но и по качеству изготовления, сроку службы, стоимости, потерям теплоты во внешнею среду и по другим показателям.

В проекте печи футеровку пода, свода, стен и других элементов рассчитывают и выбирают таким образом, чтобы была обеспечена строительная устойчивость кладки, ее газаплотность и минимальные потери теплоты с целью повышения КПД печи.

Футеровку стен и элементов печи выполняют кирпичной, крупноблочной, панельной (например из волокнистых материалов), литой – из жаростойких бетонов и набивных масс. Наиболее прогрессивные и эффективные – бетонные и панельные футеровки.

Стены печей футеруют не менее чем в 2 слоя. Внутренний слой, обрамляющий рабочее пространство печи, выполняют из огнеупорного материала, обладающего необходимыми рабочими свойствами, а наружный – теплоизоляционный, отличается низкой теплопроводностью и невысокой плотность.

Размеры кладки в каждом конкретном случае определяют исходя из технико-экономических соображений или на основе практических данных. Во всех случаях следует применять за правило, что толщина огнеупорного слоя кладки должна быть минимальной, с обязательным подбором эффективной теплоизоляции.

Рядовой стандартный огнеупорный и теплоизоляционный кирпич имеет размеры 230 ´ 113 ´ 65 мм. Поэтому размеры кладки принимают кратными размерам кирпича. Для прочности кладки и повышения ее газоплотности кирпичи укладывают со смещением швов – вперевязку. Вертикальные швы необходимо обязательно перевязывать, для горизонтальных это менее необходимо.

На рис. 5.20 приведены элементы кладки камерной печи. Выстилка пода 1, боковые 2 и торцовые 4 и 7 стенки выложены вперевязку, а свод 6 – кольцами. В передней стенке 4 имеется арка окна 3 в два оката. В задней стенке размещена горелочная амбразура (горелочный камень) 5.

В зависимости от температуры печи толщина кирпичного тепло­изоляционного слоя может быть равной 115, 230 мм и даже 345 мм. Она определяется также теплофизическими свойствами кирпича. Помимо кирпича, стенка может быть дополнительно теплоизолирована, например, минераловатными плитами.

В процессе нагрева футеровки происходит ее расширение, для компенсации которого предусматривают температурные швы, размещаемые на расстоянии 2 – 3 м друг от друга. Толщину швов на 1 м длины стены принимают равной 5 – 10 мм. Она определяется помимо температуры еще и материалом стенки.

Рис. 5.20. Кладка камерной печи

Под (подину) печи размещают на фундамента. По конструкции поды бывают стационарные и подвижные (выкитными).

Стационарный под печи (рис. 5.21) выполняют следующим образом. На фундамент 1 укладывают стальные балки 2, на них металлический лист 3 толщиной 8 – 12 мм, а на лист тепловую изоляцию 4. Поверх изоляции размещают менее огнеупорный слой 5, а на него укладывают основной рабочий слой огнеупора 6 толщиной в полкирпича.

Подвижными (выкатными) подами (рис. 5.22) оснащают печи, используемые в термических или лилейных цехах для термообработки крупногабаритных отливок, поковок, сварных конструкций. Под передвигают вдоль продольной оси печи по роликам 5 или шарам цепью Галля 1. С целью исключения подсоса воздуха в печь и перегрева металлоконструкций пода и роликов дымовыми газами предусмотрены песочные затворы, состоящие из корыт с песком 6 и ножей 7. Стальной лист 8, на котором укладываются слои изоляции и огнеупорных материалов 3, располагаются на поперечных балках 2, а те, в свою очередь, на продольных 4.

Продукты сгорания из рабочего пространства печи удаляют в вертикальный канал 9 в стенке печи. В канале размещен рекуператор 10 для подогрева воздуха теплом отходящих газов. Затем газы поступают в горизонтальный канал (боров) 11.

Внутренний слой пода изготовляют из шамотного, талько-магне-зитового, периклазового, хромитопериклазового или карбидкремниевого огнеупора. Поды из шамотных кирпичей обычно применяют в печах, имеющих температуру не выше 800 – 850 °С. При температурах до 1100 – 1200 °С окалина, состоящая из оксидов железа, образует с шамотом химические соединения, разрушающие под. Магнезитовый огнеупор для подов является лучшим, однако он дорог и дефицитен. Поэтому поды чаще изготовляют из хромомагнезита или талька.

Свод печи – наиболее ответственная часть футеровки. Его выполняют обычно арочным (рис. 5.23). Свод из огнеупорного кирпича имеет тепловую изоляцию. Характеристики арочных (распорных) сводов – пролет В (ширина) печи, стрела h и угол раскрытия α. Для термических и кузнечных печей α принимают 50 – 60˚.

Рис. 5.23. Арочный свод печи

При ширине печи более 5 м своды изготовляют подвесными из специальных фасонных кирпичей. Наибольшее распространение получили своды с креплением к рамным металлоконструкциям (рис. 5.24.). Фасонные кирпичи 3 подвешивают на подвесках 2, прикрепленных к балкам 4, передающих нагрузку от массы свода на стойки каркаса 1.

Длина кирпича в подвесных сводах несколько больше обычных так как теплоизолировать такой свод трудно из-за опасности перегрева стальных подвесок.

Рис. 5.24. Подвесные своды нагревательных печей

Все большее распространение получают конструкции стен и сводов печей из волокнистых материалов При их выполнении особое внимание уделяют способу крепления изделий к металлоконструкциям печи. Плиты керамического волокна, применяемые для футеровки печей с рабочими температурами до 1000˚С, крепят болтами. Однако, наибольшее распространение получило крепление штырями. При всех способах крепления крепежные изделия располагают на расстоянии 50 мм от краев слоя волокна с промежутком между местами крепления 400 – 500 мм.

При строительстве печей с использованием керамического волокна нет необходимости предусматривать температурные швы, так как удлинения волокна не происходит.

Масса керамического волокна в 5 – 6 раз меньше массы шамотного легковеса и потому футеровка такой печи будет легче.

Дата добавления: 2015-06-27