Основной проблемой при разработке горелок и нагревательных печей в настоящий момент является снижение потерь тепла с отходящими газами и снижение выбросов вредных веществ. Уже при температуре 1000°С потери с отходящими газами превышают 50% границу. Для того чтобы реализовать потенциал сохранения энергии логичным является использование давно известного принципа  догрева воздуха для горения.
Естественным желанием является повысить температуру догрева воздуха для горения, однако использование потенциала сохранения энергии ограничивается сильно возрастающей температурой пламени и связанного с этим тепловым образованием NO.

2. Обычное горение

В горелке со стабильным пламенем основные реакции происходят внутри фронта пламени, где местная температура достигает адиабатической температуры. Адиабатическая температура горения обычного топлива около 2000°С и повышается соответственно при предварительном догреве воздуха для горения. Термическое NO начинает образовываться при температуры реакции от 1500°С и очень сильно растёт с ростом температуры догрева воздуха. Это ведет к тому, что пересекаются допустимые граничные значения выбросов и необходимо предпринять меры к снижению выбросов NO. Это, например, очистка отходящих газов, ступенчатая подача воздуха и газообразного топлива, распыление через специальные насадки воды, и, не в последнюю очередь, ограничение температур процесса и догрева воздуха горения, со связанным с этим снижением эффективности горения.

Рисунок 1.1: Обычное горение «Пламя»

При высоких температурах термообработки температура во фронте пламени значительно выше границы образования NO, так что при температурах догрева воздуха для горения более 600°С, даже при использовании технологий снижения NO, приходится считаться с высокими выбросами.

3. Беспламенное горение

Если при горении со стабильным пламенем подмешивать в воздух для горения отходящие газы, горение происходит стабильно лишь до определенной степени. Как только эти границы пересекаются, пламя становится нестабильным, обрывается и , в конце концов, гаснет. При высоких температурах это может привести к воспламенению в пространстве печи и ведет к неполному сгоранию, поэтому состояние нестабильного горения в любом случае необходимо избегать. Тем не менее при дальнейшем увеличении скорости рециркуляции отходящих газов, при определённых условиях, опять можно достигнуть стабильной реакции. При этом газообразное топливо невидимо и бесшумно полностью реагирует и поэтому этот способ горения называется «беспламенное окисление» или коротко «FLOX®» (FLammelose OXidation).

Рисунок 1.2: Беспламенное горение FLOX®

Принцип беспламенного горения опирается на предварительное смешивание газов горения с дымовыми газами в таком соотношении, что даже при высоком догреве воздуха горения можно избежать таких больших температурных пиков, как во фронте пламени.
Реакционная пропорция определяется по принципу смешивания между тремя элементами: топливом, воздухом и продуктами горения смешанными перед горением.
Однако окисление не происходит при любом составе предварительной смеси.
Необходимый состав реакционной смеси определяется фактором  Kv, который обозначает отношение рециркулированного массового потока к сумме массовых потоков газообразного топлива и воздуха. При этом мы исходим от полностью достаточной молекулярной смеси перед реакцией.

Kv =     _____M рец _______
(Mвоздуха + Mтоплива)

Рисунок 2: Области стабильности (схематично)

При температуре выше температуры самовоспламенения 850°С и Kv > 3 возможна реакция окисления без пламени, которая достигается благодаря высокому моменту вдуваемых газов. При более высоких соотношениях предварительного смешивания максимальная адиабатическая температура существенно снижается и растет независимо от температуры догрева воздуха для горения, оставаясь ниже температуры образования NO. Вопросы стабилизации при этом не играют никакой роли, поэтому скорость воздуха и вместе с ним мощность могут быть увеличены.
На рисунке 2 представлены схематически области стабильно горящего пламени и беспламенного окисления в зависимости от соотношения предварительного смешивания и температуры в пространстве горения.

4. Применение FLOX® для нагрева печей

4.1. Концепция FLOX® -горелки

В беспламенной горелке фронт пламени сознательно удален и реакция горения происходит при смешивании топливо-воздушной смеси с захваченными рециркулирующимися продуктами горения благодаря особой геометрии дюз. Струи догретого воздуха для горения засасывают сначала во много раз большую массу отходящих газов, затем эта смесь воздух / отходящие газы смешивается с топливом.  Для того, чтобы этот процесс окисления начался, продукты горения должны быть с температурой выше температуры самовоспламенения (для безопасности >850°C). При этом при соблюдении условий пропадает пламя и голубое свечение, исчезает шум горения, при сохранении реакции с выделением тепла.
FLOX® -горелка включает в себя как составную часть обычную конвекционную горелку, которая используется для подачи топлива и воздуха для реакции, а также для достижения в пространстве горения необходимой для начала реакции температуры.
Термическая нагрузка на горелку при беспламенном окислении существенно снижается, поскольку вблизи горелки отсутствуют температурные пики, что также положительно сказывается на сроке службы горелки.

4.2. Экономия энергии

Теплотехнический коэффициент полезного действия зависит от эффективности догрева воздуха для горения ε, связанными с ней температурами отходящих газов и догрева воздуха для горения, коэффициента избытка воздуха и особенностей топлива.

Для различных типов горелок эффективность догрева составляет:
горелки с центральным рекуператором                                ε = 0,30 - 0,50;
рекуперативные горелки                                                          ε = 0,50 - 0,75;
регенеративные горелки                                                          ε = 0,75 - 0,90.

Как видно, эффективности догрева воздуха ε > 0,6 и связанного с ней экономии топлива можно достичь при применении рекуперативных и регенеративных горелок.

4.3. Рекуперативная горелка

Для прямого и косвенного нагрева промышленных печей часто используются рекуперативные горелки. Конструкция рекуперативной горелки базируется на интегрированном теплообменнике: дымовые газы удаляются из печи через саму горелку, а воздух, идущий на горение, нагревается, охлаждая отходящие газы. Горелки такой конструкции позволяют добиться теплового КПД 75-85%, что соответствует сохранению энергии/ экономии топлива 15-25% в сравнении с использованием центрального рекуператора или же горелок без догрева.
Поскольку горелка и теплообменник являются одним целым, то в этом случае практически отсутствуют потери в трубопроводах, которые есть при применении центрального рекуператора.
Горелки оборудуются комплектным блоком управления, что позволяет моделировать систему нагрева печи отдельными самостоятельными блоками. Регулирование работой горелки происходит по принципу «Вкл./Выкл.» (импульсно), что соответствует современной цифровой технике управления. При импульсном регулировании есть только одна рабочая точка горелки с необходимой мощностью. Настройки горючей смеси для каждой горелки оптимизируются под эту рабочую точку и не изменяются под влиянием регулировки температуры. Это позволяет избежать снижения эффективности из-за изменения коэффициента избытка воздуха. Рекуперативная FLOX® горелка оптимизирована таким образом, что могут быть достигнуты низкие, практически нулевые выбросы.

Рисунок 5: Схема работы рекуперативной горелки

На рисунке 6 показаны режимы «Пламя» и «FLOX®» при работе высокоскоростной горелки REKUMAT®, применяемой для термообработки в печах.

Рисунок 6: Рекуперативная горелка REKUMAT® в режимах Пламя и FLOX®

4.4. Регенерационная горелка

Особенностью регенерационной горелки является очень высокий догрев воздуха идущего на горение.

В регенерационной горелке в теплообменник особой конструкции, «регенератор», поступают попеременно то отходящие газы, то воздух для горения. Содержащееся в отходящих газах тепло периодически накапливается и затем «регенерируется» воздухом, идущим на горение.

Рисунок 7: Схема регенеративной горелки REGEMAT®

Для обеспечения непрерывной работы горелки используется пара регенераторов, каждый из которых состоит из трёх регенерационных керамических патронов с очень большой поверхностью теплообмена. Регенерационные патроны расположенные вокруг центральной трубки подачи газа и пропускаю через себя с тактом в 10 сек. то воздух для горения (в печь), то отходящие газы (в общий коллектор). Регенераторы, переключающие клапаны и стартовая горелка являются при этом одним модулем.
В горелке такой конструкции с догревом воздуха для горения до 1000°С в полной мере используется принцип беспламенного окисления FLOX® в применении для высокотемпературной обработки.
Первоначальный нагрев печи до 850°С производится встроенной стартовой горелкой, после чего регенерационная горелка переключается в беспламенное горение FLOX®, которое и является ее рабочим режимом.
Горелка REGEMAT® в таком компактном исполнении, со всеми необходимыми вентилями и блоком управления, имеет мощность 200 кВт (20 нм3/час), с рабочим диапазоном температур печи от 900°С до 1300°С. Воздух на горение догревается до 1000°С и благодаря этому достигается высокий теплотехнический КПД даже при высоких температурах в печи. В зависимости от температуры процесса, теплотехнический КПД составляет от 80 до 90%. Благодаря использованию FLOX® - технологии образование NOx при столь экстремально высоком догреве воздуха находится в пределах 25 - 100 ppm., CO практически 0, содержание O2 настроено в пределах от 2 до 4%.

5. Применение в промышленности

При применении при нагреве промышленных печей рекуперативной или регенеративной горелок при использовании технологии беспламенного горения FLOX® появляется возможность сильно повысить температуру догрева воздуха для горения даже в печах с высокими температурами процессов без превышения разрешенных выбросов NOx. Поскольку повышение температура догрева напрямую связано со снижением  потребления топлива, то можно говорить о существенном энергосбережении без ущерба окружающей среде.
Например, при использовании регенеративных горелок REGEMAT®, реальным является использование топлива 85-90% при крайне низком, практически нулевом выбросе вредных веществ.

Рисунок 8: Значения выбросов NOx разных типов горелок

При беспламенном горении нет видимого пламени (Рисунок 6). Кроме того, в беспламенном режиме горение происходит практически бесшумно и нет шума горения. Это объясняется тем, что нет турбулентного фронта пламени, производящего основной рёв в высокоскоростных горелках. Для сравнения: шум поступающего в печь воздуха составляет 78 дБ, рекуперативная FLOX®-горелка производит шум 82 дБ, высокоскоростная горелка - 96 дБ. Разница в падении шума на 14 дБ на каждой горелке особенно сильно ощущается при применении в промышленных печах с десятками горелок.
При беспламенном горении FLOX® отсутствует фронт пламени с присущими ему пиковыми температурами. Благодаря интенсивному перемешиванию  по всему пространству горения, температура распределяется очень равномерно (Рисунок 1.2.). При этом отсутствуют местные перегревы обрабатываемого материала, печи и механизмов в ней, самой горелки. Это свойство беспламенного горения существенно увеличивает равномерность термообработки и качество конечной продукции, а также существенно продлевает срок службы горелки и печи.
При применении высокоэффективных горелок использующих FLOX® горение при модернизации существующих печей существенной является также  возможность увеличения производительности печной установки при одновременном увеличении качества производимой продукции либо «укорачивание» печи при сохранении необходимых объемов производства.

Кардинально изменившаяся в новом веке информационная насыщенность жизни стала основополагающей причиной появления принципиально нового подхода к проектированию строительных объектов. Сопровождающий процесс проектирования поток информации требует новых инструментов для ее обработки.

Появление информационного моделирования зданий и сооружений является совершенно новым подходом к их возведению, эксплуатации и оснащению. Информационное моделирование предполагает сбор и обработку информации, связной с технологическим, архитектурно-конструкторским, экономическим и другими аспектами со всеми взаимосвязями и зависимостями. В этом случае здание рассматривается как единый объект.

Залог успеха информационного моделирования — правильное определение и квалификация взаимосвязей, грамотно организованное структурирование достоверных данных. Конечно при такой концепции принципиальные решения все равно остаются за проектировщиком, а компьютер выполняет техническую функцию сбора и обработки информации. Но этот объем работы человеку выполнить трудно, а чаще и невозможно. Совместная работа проектировщика и компьютера получила название информационное моделирование зданий.

Проектирование зданий коммерческого назначения – сложный, трудоёмкий и многоэтапный проект. Такую работу можно поручить только высококвалифицированным специалистам.

Заказчику, выбирая проектную компанию, необходимо обратить внимание на следующие моменты:
1. Наличие лицензии на предоставляемые услуги.
2. Опыт данной компании в сфере проектирования.
3. Сколько проектов разработано и успешно введено в эксплуатацию.
4. Какой спектр услуг предлагается заказчику.
5. Какой состав и комплектация трудового коллектива.

Заказывая проект, уточните, осуществляет ли выбранная компания согласование проектной документации в контролирующих органах и «авторский надзор».

Для осуществления качественного и грамотного проектирования коммерческого задания (гостиница, ресторан, кафе, магазин, торговый центр), нужно предварительно провести маркетинговые исследования. Они позволят выявить масштабы проекта, целевую аудиторию, лучшее месторасположение и основное направление работы.

Так, проектирование зданий гостиниц предполагает наличие:

• привлекательного архитектурного решения гармонирующего с окружающим ландшафтом;
• удобных подъездных путей;
• широкого спектра дополнительных услуг;
• соответствия природно-климатическим, санитарно-гигиеническим, экологическим и техническим требованиям

При проектировании гостиниц учитывают такие нюансы, как:

• возможности размещения на территории гостиницы мест отдыха, места для парковки транспорта постояльцев;
• удобство и доступность мест общего назначения для инвалидов;
• размещение на территории гостиницы сопутствующих зданий или рациональное размещение в самом здании гостиницы ресторана, кафе, бара, салона красоты, сауны, химчистки и прачечной.

Проектирование торговых зданий включает в себя не только учёт покупательской способности, уровня проходимости, удобного месторасположения, но и ориентацию на определённый рыночный сегмент.

При проектировании торговых зданий особое внимание уделяется подъездным путям, разделению входов для посетителей и для осуществления приёмки товара, инженерно-техническим коммуникациям, планированию торговых и складских помещений.

Кроме того, в проектировании  коммерческих зданий особое внимание отводиться проектированию систем безопасности – видеонаблюдение, системы пожаротушения, системы оповещения.

На стадии проектирования коммерческих зданий необходимо учесть все нюансы и соблюсти все условия и требования, предъявляемые к зданиям такого типа. А самое главное, вложенные в коммерческое здание средства должны приносить прибыль. Только профессионально выполненное проектирование объекта, может гарантировать эффективность инвестиций.

Выбирая лучшее – выбираешь успех!

Использовать неровности участка бывает значительно интереснее, чем его выравнивание для создания плоской поверхности. При проектировании выделяются две позиции: поляризация и интеграция. В первом случае архитектура дома противопоставляется ландшафту, во втором — сливается с ним. Если говорить о поляризации, то поверхность участка оставляют в первоначальном виде, а здание поднимают над ним с помощью различных конструкций, таких как опоры, колон и пр. идея такого проектирования заключается в минимальном соприкосновении дома с ландшафтом.

Интеграция наоборот, предполагает максимальное вписывание дома в природный рельеф, визуально растворяясь в нем. Террасы, опоры, пандусы, лестницы и природные строительные материалы усиливают эффект слияния дома с природой, подчеркивая особенности ландшафта. Дом проектируется по схеме «лестница».

Ванная печь применяется для нагрева материалов в жидкой среде. 

Протяжная печь

Протяжная печь – это термическая печь для обработки металлической ленты, которая движется через рабочее пространство по опорным роликам или на газовой подушке.
Протяжные печи используют в составе поточных линий, в которых наряду с термохимической и термической обработкой ленту очищают, травят, наносят на неё покрытия (цинковое, алюминиевое, электроизоляционное и др.), окрашивают, сушат и т.д.
Протяжные печи разделяю по:
Назначению — для закалки, нормализации, отжига, отпуска;
Конструкции — горизонтальные и вертикальные.
Горизонтальные протяжные печи могут достигать до 300 метров с производительностью до 75 тонн/час.
В целях роста производительности и сокращения рабочих площадей цеха строятся печи 2-, 3-, 4- и даже 5-этажными. Высота вертикальных протяжных печей может достигать от 15 до 45 метров, число оборотов ленты от 1 до 50, при длине до 1 км.
В многооборотных вертикальных протяжных печах производительность может достигать до 100 тн/час.
Протяжные печи в своём большинстве многокамерные, где устанавливаются последовательно камеры нагрева, выдержки, медленного и быстрого охлаждения, закалки, сушки и др. Всё это зависит от технологии обработки.
Отличительной особенностью протяжных печей является тепловой режим, который остаётся постоянным во времени и переменным по длине печи.

Проходная печь 

Проходная печь — это вид промышленной печи непрерывного действия, которая используется для нагрева изделий с перемещением этих изделий через печь.
Проходные печи разделяют по методу перемещения изделий:
туннельная печь;
толкательная печь (проталкиванием);
секционная печь скоростного нагрева;
печь с роликовым подом;
на вращающемся поде (кольцевая печь)
на подвижных балках (печь с шагающим подом);
на печном конвейере (конвейерная печь);
и т.д.
Проходные печи используют для обжига керамических, эмалированных и металлических изделий, а также для нагрева металлических заготовок перед обработкой давлением и термообработкой деталей.
Рабоче габариты проходных печей: ширина от 1 до 6 м (иногда до 25 м); высота от 1 до 2 м; длина до 250 м.
Тепловой режим проходных печей постоянный по времени и меняющийся по длине печи, который создаётся многочисленными сравнительно небольшими источниками тепла. Такие источники располагают на продольных стенах, а при необходимости, ещё дополнительно своде и поде.
Процесс сжигания топлива происходит непосредственно в рабочем пространстве проходной печи. В случае высокотемпературного нагрева газом осуществляют подогрев газа или воздуха.
Для высокой равномерности нагрева применяют рециркуляцию продуктов сгорания.
Проходные печи в которых изделия не должны соприкасаться с продуктами сгорания топлива, обогреваются радиационными трубами или электрическими нагревателями сопротивления.

Колпаковая печь 

Вертикальная печь — это термическая печь для обработки длинномерных изделий перемещающихся вертикально вниз или вверх.  Индукционная нагревательная установка – это вид электротермической печи, где нагрев металлических заготовок (деталей) происходит под действием индукционного поля (индукционный нагрев)  Дуговая сталеплавильная печь — электрическая плавильная печь, в которой используется тепловой эффект электрической дуги для плавки металлов и других материалов. 

 Огнеупорные материалы – изделия на основе минерального сырья, отличающиеся способностью сохранять свои свойства в условиях эксплуатации при высоких температурах, и которые служат в качестве конструкционных материалов и защитных покрытий.
Эксплуатационные свойства огнеупорных материалов определяются комплексом химических, физико-химических и механических свойств.
Основное свойство огнеупорных изделий - огнеупорность, т.е. способность изделия противостоять, не расплавляясь, действию высоких температур. Огнеупорность характеризуется температурой, при которой стандартный образец из материала в форме трехгранной усеченной пирамиды высотой 30 мм и сторонами оснований 8 и 2 мм (конус Зейгера) размягчается и деформируется так, что его вершина касается основания. Определенная таким образом температура обычно выше максимально допустимой температуры эксплуатации огнеупорных материалов.
Различают:
- собственно огнеупорные материалы (огнеупорность 1580-1770 °С);
- высокоогнеупорные (1770-2000 °С);
- материалы высшей огнеупорности (выше 2000 °С).
Огнеупоры могут быть общего назначения и для определения тепловых агрегатов и устройств, например, доменные, для сталеразливных ковшей и т.д., что указывается в нормативно-технической документации.
Формованные и неформованные огнеупорные материалы
Огнеупорные изделия могут быть формованными и неформованными.
Неформованные огнеупоры - огнеупоры, изготовленные без определенных форм и размеров в виде кусковых, порошковых и волокнистых материалов, а также паст и суспензий. Неформованные огнеупорные материалы обычно упрочняют введением минеральных (например, жидкое стекло) или органических (полимеры) связующих.
К ним относят металлургические заправочные порошки, заполнители и мелкозернистые компоненты для огнеупорных бетонов, огнеупорные цементы, бетонные смеси и готовые к применению массы, мертели, материалы для покрытий (в т.ч. торкрет-массы), некоторые виды волокнистых огнеупоров.
Неформованные огнеупоры могут быть сухими, полусухими, пластичными и жидкотекучими.
Неформованные огнеупоры применяют для выполнения и ремонта футеровок сталеразливочных ковшей (набивные и наливные кремнеземные, высокоглиноземные и магнезиальные массы); конвертеров (торкрет-массы), нагревательных и обжиговых печей (шамот, и высокоглиноземные массы), индукционных печей (корундовые и периклазовые массы), коксовых печей (обмазки), подин мартен, и электродуговых печей (заправочные порошки) и т. д.
Формованные огнеупоры применяют для изготовления огнеупорных кладок стен, сводов, подов и других конструкций коксовых, мартеновских и доменных печей, печей для выплавки различных сплавов, при футеровке ядерных реакторов, МГД-генераторов, авиационных и ракетных двигателей; неформованные - для заполнения швов при кладке формованных огнеупоров, нанесения защитных покрытий на металлы и огнеупоры.
По характеру термической обработки различают безобжиговые и обожженные огнеупорные материалы.
Безобжиговые огнеупоры - изделия из огнеупорных материалов и связки, приобретают требуемые свойства при сушке < 400°С (после нагрева изделий от 400 до 1000°С их называют термообработанными). Связкой могут быть глины, керамические суспензии, растворы фосфатов, щелочные силикаты (жидкое стекло), смолы термопластичные и термореактивные, эластомеры и другие безобжиговые огнеупоры по прочности и пластичности не уступают, а по термостойкости превосходят обожженные огнеупоры.
Наиболее широко применяют следующие безобжиговые огнеупоры: кремнеземистые бетонные блоки (для нагревательных колодцев), шамот и высокоглиноземные (для обжиговых агрегатов), магнезиальноизвестковые на смоляной (пековой) связке (для сталеплавильных конвертеров) периклазовые и периклазохромитовые (для сталеразливочных стаканов), магнезиальные в стальных кассетах.
Для обожженных огнеупорных материалов температура обжига превышает 600 °С и определяется достижением необходимых физико-химических свойств материала. Обжиг огнеупорных материалов проводят в плазменных или электрических печах периодического или непрерывного действия - камерных, кольцевых, туннельных, шахтных и др.
Другие важные свойства огнеупорных материалов - пористость, термическая стойкость, теплопроводность, температура начала деформации под нагрузкой и химическая стойкость в различных средах.
По пористости (объемной доле пор в %) различают:
- особоплотные огнеупорные материалы (пористость менее 3%),
- высокоплотные (3-10%),
- уплотненные (16-20%),
- материалы повышенной пористости (20-30%),
- легковесные (45-75%) - огнеупоры с высокой (45-85%) пористостью. В зависимости от сырья изготовления, бывают шамотными, динасовыми, глиноземными и другими.
- ультралегковесные (75-90%), к которым обычно относят волокнистые огнеупорные материалы.
По химико-минеральному составу огнеупоры делят на типы (кремнеземистые, алюмосиликатные, глиноземистые, глиноземоизвестковые, магнезиальные, известковые, хромистые, цирконистые, оксидные, углеродистые, карбидкремниевые и бескислородные), на типы на группы. При композиционном составе в наименовании огнеупоров на первое место ставится преобладающий компонент (например, периклазохромитовые и хромитопериклазовые).
Алюмосиликатные огнеупорные материалы
Алюмосиликатные огнеупоры (alumina-silica refractories) - огнеупоры, изготовленные преимущественно из А12О3 и SiO2.
В зависимости от количества содержания А12О3 такие огнеупоры бывают:
- полукислые (содержание А12О3 - от 14 до 28%);
- шамотные (содержание А12О3 - от 28 до 45%);
- высокоглиноземистые (содержание А12О3 - от 45 до 95%).
Полукислые огнеупоры - алюмосиликатные огнеупоры с массовой долей А12О3 от 14 до 28 %.
Их свойства позволяют использовать такие огнеупоры только на малозначимых участках футеровки коксовых печах и в некоторых других сталелитейных агрегатах, но как противопожарная изоляция, этот вид огнеупоров имеет большие перспективы.
Шамотные огнеупорные материалы
Шамотные огнеупоры – содержат в совеем составе 28-45% А12О3 и 50-70 SiO2. Технология производства формованных шамотных огнеупоров включает: обжиг глины (каолина) при 1300-1500°С во вращающихся или шахтных печах, измельчение полученного шамота, смешивание со связующей глиной и водой (иногда с добавлением других связующих материалов), формование, сушку и обжиг при 1300-1400°С.
Шамотные огнеупоры применяют для футеровки доменных печей, сталеразливочных ковшей, нагревательных и обжиговых печей, котельных топок и др., а также для изготовления сифонных изделий для разливки стали. Неформованные шамотные огнеупоры изготовляют из измельченного шамота и связующих материалов и применяют в виде мертелей, набивных масс, порошков, заполнителей бетонов при выполнении и ремонте огнеупорных футеровок разных тепловых агрегатов.
Отличительной особенностью высокоглиноземистых огнеупорных изделий является повышенное содержание Al2O3, которое превышает 45%. Огнеупорность высокоглиноземистых изделий составляет порядка 1750 °С и выше. В сумме с высокой температурой начала размягчения и повышенной химической стойкостью против кислых и щелочных расплавов позволяет использовать их в основных тепловых агрегатах металлургической промышленности.
Наиболее распространенными агрегатами для применения высокоглиноземистых огнеупорных изделий являются: верхняя часть стен и купола воздухонагревателей, кладке лещади и горна в доменных печах, при непрерывной разливке стали; в печах с рабочей температурой 1400°C—1500 °С, сталеразливочные ковши при обработке стали вакуумированием, как заполнители огнеупорных бетонов, мертелей и т.п.
Эти огнеупорные изделия бывают трех видов:
- Муллитокремнеземистые (А12О3 - 45-62%), МКР, имеют шамотную основу из глин и бокситов; характеризуются содержанием Аl2О3 до 62%. Они производятся методом плавки в электрической печи оксидов алюминия и кремния.
- Муллитовые (А12О3 -62-72%);
- Муллитокорундовые (А12О3 - 72-90%) МК, так же, как и МЛ, имеют основу из глиноземов, маложелезистых бокситов и электрокорундов.
Высокоглиноземистые корундовые огнеупоры. К ним относятся огнеупоры, содержание А12О3 в которых >95%. Для изготовления такого огнеупора используют порошок электроплавкого корунда и технический глинозем. После формировки его обжигают при температуре 1600 °C – 1750 °C. Огнестойкость получаемого материала позволяет использовать его в процессах с температурой 1750 °C – 1800 °C, корундовый огнеупор способен устойчиво контактировать с жидким металлом и шлаками, кислотами, щелочами и расплавленным стеклом.
Из корундовых огнеупоров изготовляют корундовые плиты для шиберных затворов сталеразливочных ковшей, изделия для футеровки камер вакууматоров стали, насадки высокотемпературных воздухонагревателей, чехлы термопар, тигли для плавки стекол, металлов и др.
Неформовованные корундовые огнеупоры - мертели и бетоны с корундовым заполнителем применяют для футеровки патрубков вакууматоров стали, а массы и обмазки - для изгототовления и ремонта огнеупорных футеровок с рабочей температурой > 1700°С.
Волокнистые огнеупоры (fibrous refractories) - теплоизоляционные, состоящие из волокон огнеупоры в виде формованных (плиты, блоки, листы и др.) с неорганической или органической связкой и неформованных (вата, войлок и др.) изделий. Волокнистые огнеупоры изготовляют преимущественно из высоко-глиноземного и глиноземного стекловолокна и из корундового, поликристалличического волокна, а также из ZrO2 и др. оксидов.
Волокнистые огнеупоры применяют для теплоизоляции и футеровки тепловых агрегатов, а также для заполнения компенсационных швов.
Динасовые огнеупоры - содержат > 93% SiO2 или 80-93% SiO2 (при изготовлении с добавками) и изготовливаются из кварцитов. В порошок кварцита добавляют известковое молоко и железистые добавки, формуют на прессах изделия задан, размеров и обжигают при 1430-1460°С.
Динасовые огнеупоры применяют для футеровки коксовых, стекловар, печей, воздухонагревателей, а также ряда плавильных агрегатов в ЦМ и др. Неформованные динасовые огнеупоры - мертели, материалы для обмазок и т.п. изготавливают из молотых боя динас, огнеупоров и кварцитов, применяют при выполнении и ремонте кладки.
1. Известковопериклазовые (доломитовые) – огнеупорные изделия, изготовленные из доломита, в т.ч. с добавлением периклазового порошка с массовой долей MgO - 10-50% и СаО - 45-85%. Известковопериклазовые огнеупорные изделия устойчивы при взаимодействии с основными шлаками.
Используют неформовованные известковопериклазовые огнеупоры (массы из обожженного доломита со связкой) для набивки блочных и монолитных футеровок электросталеплавильных печей, конвертеров, сталеразливочных ковшей и др.
2. Безобжиговые известковопериклазовые – огнеупорные изделия, изготовленные на основе SiC (> 70%). Безобжиговые известковопериклазовые огнеупорные изделия изготавливают формованием порошков обожженного доломита на органической связке (каменноугольная смола, пекбез или с термической обработкой при 300-600°С); огнеупорность их > 2000°С. Изготовляют также известковопериклазовые изделия, обожженные при 1500-1750°С и сохранившие частично свободные СаО.
3.Карбидкремниевые – огнеупорные изделия с количеством SiC > 70%. Карбидкремниевые огнеупоры применяют для изготовления муфелей, рекуператоров, чехлов термопар и др.; футеровки электрических нагревательных колодцев, агрегатов производства цинка и алюминия, циклонов трубопроводов и т.п.
Карбидкремниевые огнеупоры на нитридной и оксинитридной связке используют также для футеровки нижней части шахты домен, печей. Неформованные карбидкремниевые огнеупорные изделия применяют для покрытий щитовых экранов котельных топок, в виде мертелей и масс при выполнении огнеупорной кладки.
Магнезиальные огнеупорные материалы
Магнезиальные огнеупоры (magnesia refractories) – огнеупорные изделия, содержащие в основе MgO. Их изготовляют из смеси обожженных и сырых материалов, которые после добавки связки проходят термообработку при температуре 1500-1900°.
Такие огнеупоры обладают высокой огнестойкостью, что позволяет применять их в процессах, связанных с расплавом металла и шлаками, а также при футеровке агрегатов металлургии. Магнезиальные огнеупорные изделия имеют высокую стойкость при взаимодействии с расплавами металлов и основных шлаков.
Магнезиальные огнеупорные изделия бывают трех видов:
Магнезиальносиликатные огнеупоры - их основу составляет форстерит Mg2SiO4, к которому добавлены 50-60% MgO, 25-40% SiO2 и связующая добавка. Магнезиальносиликатные огнеупоры формуют со связующей добавкой и обжигают при 1450-1550°С (или используют без обжига).
Основные свойства магнезиальносиликатных огнеупоров: пористость открытая 22-28%, температуpa начала размягчения под нагрузкой - до 1610-1620°С.
Магнезиальносиликатные огнеупоры применяют для футеровки насадок регенераторов мартенов, и стекловарных печей, сталеразливочных ковшей (в т.ч. в виде набивных масс), плавильных агрегатов ЦМ, а также для изготовления сталеразливочных стаканов и др. Неформованные магнезиальносиликатные огнеупоры могут применяться как добавка в металлургических порошках.
Магнезиальношпинелидные огнеупоры имеют в своем составе периклиз и хромшпинелид MgO. Обжигаемые при температуре 1700-1850°С, периклазохромитовые огнеупоры имеют в своем составе более 60% MgO, и от 5 до 20% Cr2O3. Для получения нужных характеристик огнеупора необходим чистый, более 96%, MgO, а также концентраты хромита.
К магнезиальношпинелидным огнеупорам (также относят: хромитопериклазовые, изготовляемые из смеси периклазового порошка с хромитовой рудой и содержащие 40-60% MgO и 15-35% Сг2О3; периклазошпинельные (> 40% MgO и 5-55% А12О3), шпинельные, состоящие в основном из шпинели состава MgO o А1203 и хромитовые огнеупоры (> 30 % Сг2О3 и < 40% MgO).
Такие огнеупоры используют в самых ответственных местах металлургических агрегатов: в сталелитейных печах при футеровке сводов, в горловинах и летках кислородных конвертеров, в сталелитейных ковшах, в высокотемпературных печах.
Стоимость магнезиальношпинелидных огнеупоров более низкая, чем магнезиальношпинелидных периклазохромитовых, поэтому первые применяются на менее ответственных участках металлургических агрегатов.
Магнезитоизвестковые - изготовляются из прошедшего обжиг доломита или из составов, в которые входят окислы магния и кальция. Такие огнеупоры служат для футеровки конвертеров.
Другие огнеупорные материалы
Периклазовые огнеупоры (periclase (mag-nesite) refractories) - магнезиальные огнеупоры, содержащие > 85% MgO. Их изготовляют из периклазового порошка с добавлением клеящей связки обжигом при 1600-1900°С; для безобжиговыех периклазовых огнеупоров используют связки из лигносульфонатового сульфата магния и др.
Периклазовые огнеупорные изделия применяют для футеровки стенок мартеновских печей, миксеров, печей для плавки меди и никеля, высокотемпературных нагревательных печей, леток кислородных конвертеров и др., а также в виде плит шиберных затворов сталеразливочных ковшей, стаканов для разливки сталей, пористых фурм для продувки стали газами и т.п. Неформованные периклазовые огнеупоры используют для изготовления мертеля, металлургических (заправочных) порошков, набивных масс для вакууматоров стали, индукционных печей и др.
Периклазоуглеродистые огнеупоры - огнеупоры, изготовленные из периклазового порошка с добавлением 6-25% природного или искусственного графита и органической связки (например, фенольной порошкообразной с этиленгли-колем или бакелита).производятся из спеченного и плавленного периклаза с добавлением 6-25% графита (натурального или искусственного) и органической связки (например, фенольной с этиленгликолем или бакелита).
Периклазоуглеродистые огнеупоры используются в промышленности для футеровки агрегатов, подающих газ в конвертерах со смешанной продувкой, а также участков стен мощных электродуговых печей. Широко применяются периклазоуглеродные огнеупоры и в производстве шиберных затворов, а также шлакового пояса электродуговых печей и сталеразливочных ковшей.
Алюмопериклазовые огнеупоры сочетают в себе качества углеродсодержащих и высокоглиноземистых огнеупоров. Хорошая термостойкость последних (более высокая, чем у огнеупоров основного состава) повышена введением углеродного компонента.
Алюмопериклазовые огнеупоры изготавливаются с использованием корунда, плавленого или спеченного периклаза, алюмомагнезиальной шпинели, высококачественных спеченных бокситов и крупночешуйчатого графита с различными функциональными добавками. Содержание Al2O3 в них превышает 73%.
Данный вид огнеупорных изделий предлагается как альтернатива к периклазоуглеродистым и высокоглиноземистым огнеупорам, в случае если их стойкость не удовлетворяет техническим условиям. Они используются при футеровке сталеразливочных ковшей и кислородных конвертеров.
Периклазохромитовые изделия содержат > 60% MgO и 5-20% Сг2О3. Периклазохромитовые огнеупоры формуют и обжигают при 1700-1850°С. Для высококачественных периклазохромитовых огнеупорных изделий используют MgO чистотой > 96% и концентраты хромита.
Данный вид огнеупоров характеризуется высокой термостойкостью и стойкостью к фаялитовому шлаку. Они производятся из спеченного и плавленного периклаза с добавлением хромитовой руды. Содержание магнезита колеблется от 65 до 83%, хромита – от 17 до 35%.
Хромитопериклазовые огнеупоры используются в цветной металлургии для кладки высокотемпературных печей, в печахвзвешенной плавки и обеднения шлаков, для футеровки отражательных печей, конвертеров. Хромитопериклазовые огнеупорные материалы применяются также в средней части насадок регенераторов, работающих при температурах 700—1100°С.
Смоломагнезитовые огнеупоры (tar-magnesite refractories) - формованные на прессах изделия из порошка обожженного доломита (крупность зерен до 6-8 мм), смешанного при нагревании до 100-120°С с 4-6% каменноугольной смолы или пека. Смолодоломитовые огнеупорные изделия имеют кажущуюся плотность 2800-2900 кг/м3, предел прочности при сжатии 2000-4000 МПа, устойчивы против основных шлаков. При добавке в массу магнезитового порошка изделие называются смолодоломитомагнезитовыми.
Основная область применения смолодоломитового огнеупора - футеровка кислородных конвертеров.
Оксидные огнеупоры (oxide refractories) – огнеупорные изделия, содержащие > 97% высокоогнеупорных оксидов (BeO, MgO, CaO, A12O3, Cr2O3, ZrO2, ThO2 и др.) или их соединений и твердых растворов. Формованные оксидные огнеупоры изготовляют преимущественно из тонкозернистых порошков прессов, или литьем из суспензий с последующим обжигом, а неформованные оксидные огнеупоры - измельчением оксидов, обычно после предварительного обжига и введения необходимых добавок.
В металлургии оксидные огнеупоры применяют в виде изделий из технической керамики для аппаратуры при измерении высоких температур, датчиков контроля масс, доли кислорода в стали, тиглей для лабораторных плавильных печей, вкладышей в разлив, устройствах и др.
Углеродосодержащие огнеупоры (carbon refractories) - огнеупоры, состоящие преимущественно из свободного углерода или содержащие углерод в качестве основного компонента.
Углеродосодержащие огнеупоры отличаются высокой теплопроводностью, низким ТКЛР, хорошей стойкостью при взаимодействии с расплавами металлов и шлаками.
К этому виду огнеупорных изделий относятся:
- угольные, а также графитированные блоки, которые производятся из смеси кокса, термоантрацита, в качестве связующего применяются каменноугольная смола, битум, антрацитовое масло. Температура обжига таких блоков - 1100-1450°С.
- графитированные изделия, выпускаемые из нефтяного кокса. Такие огнеупоры имеют графитовую структуру и низкое содержание золы. Температура обжига таких изделий - более 2000°С.
- пирографит, который получают в результате распада углеродосодержащего газа на поверхности с высокой температурой.
Углеродистые огнеупоры применяют для футеровки нижнего строения домен, печей, электротермических печей, агрегатов для плавки свинца, меди и др., а также для изготовления погружных стаканов, стопоров-моноблоков, вкладышей для изложниц, тиглей для плавки цветных металлов и др.
Неформованные углеродистые огнеупоры из коксрвых порошков на каменноугольной смоле применяют для заполнения швов кладки, углеродсодержащие - для футеровки желобов домен, печей и др.
Цирконистые огнеупоры (zircon/zirconia refractories) – огнеупорные изделия, на основе бодделеита ZrO2 (67,1 % ZrO2) и циркона (ZrSiO4).
Цирконистые огнеупоры отличаются высокой огнеупорностью (до 2600°С), хорошей стойкостью при взаимодействии с расплавами металлов и шлаков, высокой прочностью при 2200-2400°С и высокой термостойкостью.
Высокоплотную керамику из ZrO2 применяют в виде чехлов термопар, фильтров для сплавов, а также нагревательных элементов при температуpax до 2200°С в печах с резистивным и индукционным нагревом. Зернистые огнеупоры из ZrO2 используют в устройствах для разливки стали, для футеровки агрегатов с > 1800°С, тиглей для плавки ряда металлов и сплавов. Стаканы из циркона (в т.ч. с графитом) с добавлением пластифицированного компонента используют в промежуточных ковшах при разливке стали.
Цирконистые огнеупоры в зависимости от содержания ZrO2 подразделяют на:
- оксидциркониевые (> 85 % ZrO2),
- бадде-леитокорундовые (20-85 % ZrO2 и до 65 % А12О3),
- цирконовые (> 50 % ZrO2 и > 25 % Si2O,),
- оксидцирконийсодержащие (< 20 % ZrO2).
Бескислородные огнеупоры (non-oxygenous refractories) – огнеупорные изделия, изготовленные из тугоплавких бескислородных соединений: карбидов, нитридов, боридов, силицидов, сульфидов. В окислительной среде такие материалы имеют очень ограниченное применение.