Материалы, применяемые в электропечестроении

2. Материалы, применяемые в электропечестроении
В связи с наличием в электрических печах зон с вы­сокой температурой в них помимо обычных конструкци­онных и электротехнических материалов [2, 5] применя­ют также специфические материалы, способные работать при этой температуре и обладающие необходимыми для этого свойствами. К ним относятся огнеупорные и тепло­изоляционные материалы, а также материалы для на­гревательных элементов.
Огнеупорные материалы используются для формиро­вания рабочего пространства печи — ее камеры или ванны. Они образуют огнеупорную кладку — внутрен­нюю часть футеровки печи.
В соответствии с условиями работы к огнеупорным материалам предъявляются следующие основные требо­вания:
1) огнеупорность, т.е. способность выдерживать без деформации и оплавления высокие температуры (t_огн ≥ 51580° С);
2) механическая прочность при высоких температу­рах: огнеупорный слой кладки должен выдерживать мас­су загрузки, тары, транспортирующих устройств, на нем крепятся нагревательные элементы;
3) термическая устойчивость — способность, не рас­трескиваясь, выдерживать резкие колебания температу­ры. Особенно важно это требование для огнеупоров, применяемых в плавильных печах, где на раскаленную
кладку ванны после слива металла загружают холодную шихту;
4) малая электрическая проводимость, В электричес­ких печах огнеупорный материал часто служит электри­ческим изолятором, так как на внутренней поверхности огнеупорной кладки монтируются нагреватели; огне­ упорный материал служит опорой и разделителем для токоведущих частей;
5) малая теплопроводность: чем меньше теплопро­водность огнеупорных материалов, тем легче изготовить кладку печи с малыми тепловыми пртерями, не увеличи­вая чрезмерно толщину стен;
6) химическая нейтральность. Огнеупорные мате­ риалы должны быть химически нейтральными к на­греваемому в печи материалу, к нагревателям и га­зовой среде, заполняющей рабочее пространство печи.
Огнеупорные материалы обычно производятся на ба­зе дешевого и недефицитного сырья, содержащего в ка­честве основных компонентов глинозем А1₂Оз, кремнезем SiO₂ и окись магния MgO. Для печей сопротивления ос­новным огнеупорным материалом является шамот — материал, содержащий 35—45% А1₂О₃, остальное SiO₂ и небольшую долю примесей. По плотности различают' шамоты плотные (ν=1900-1800 кг/м³) и легковесные (λ= 13004-800 кг/м³). Легковесные шамоты имеют не­сколько меньшую механическую прочность, но они лучше по теплоизоляционным свойствам, поэтому их примене­ние целесообразнее для печей с рабочей температурой до 1200° С. Для высокотемпературных печей в качестве огнеупорных применяют высокоглиноземистые материа­лы (алунд, корунд, корракс), двуокись циркония ZrO_2> а также уголь и графит.
Для плавильных печей в основном применяют сле­дующие огнеупорные материалы: динас (SiО₂ = 94—97%), магнезит (MgO = 95%), хромомагнезит, доломит и шамот. Огнеупорные материалы производят в виде порош­ков для изготовления набивной части кладки (подин и "стен плавильных печей), тиглей, а также в виде кирпи­чей и фасонных изделий. Наиболее употребительные стандартные прямоугольные кирпичи имеют размеры 230ХИЗХ65 и 250X123X65 мм.
Назначение тепловой изоляций в электрических пе­чах— снижение тепловых потерь через стенки печи. Поэтому основное требование, предъявляемое к тепло­изоляционным материалам, — малый коэффициент теп­лопроводности при достаточной огнеупорности. Тепло­изоляционные материалы представляют собой рыхлые легкие массы или пористые изделия (кирпичи, блоки, плиты).
Наиболее широко применяются в промышленных электропечах следующие теплоизоляционные материа­лы: диатомит, шлаковые и минеральные ваты, перлит, зонолит, различного рода комбинированные материалы на основе асбеста. Для высокотемпературных печей в качестве тепловой изоляции применяют графитовые крупку, вату, вой­лок или другие ватообразные и волокнистые мате­риалы на основе высокоогнеупорных окислов и кар­бидов. В табл. 1.5 даны свойства теплоизоляционных материалов, наиболее широко применяемых в электри­ческих печах.
Нагревательные элементы являются основным узлом конструкции печи сопротивления, определяющим на­дежность работы печи и во многом возможность соблю­дения требуемого технологического режима.
Материалы для нагревательных элементов выбирают в соответствии с требуемой температурой и атмосферой печи. Эти материалы должны обладать жаростойкостью, т. е. способностью не окисляться при высоких темпера­турах, достаточной жаропрочностью (прочностью при высоких температурах) и обрабатываемостью (прокатываемостью, свариваемостью).
Таблица 1. Основные свойства некоторых теплоизоляционных материалов.