January 21, 2026
Naukowe dobieranie cegły ogniotrwałe do pieców do wytapiania w procesie topienia zawiesinowego jest kluczową podstawą zapewnienia bezpiecznej i stabilnej pracy urządzeń do wytapiania metali nieżelaznych. Piec do topienia zawiesinowego to wielkoskalowe urządzenie do wytapiania metali nieżelaznych, składające się głównie z trzech części: wieży reakcyjnej, osadnika i kanału wznoszącego. Ze względu na znaczne różnice w poziomach temperatury, charakterystyce mediów i warunkach erozji przepływu powietrza w każdej części, dobór materiałów ogniotrwałych i konfiguracja konstrukcyjna muszą być specjalnie zaprojektowane zgodnie ze specyficznymi warunkami pracy.
Ogólna charakterystyka konstrukcyjna i zasady doboru materiałów ogniotrwałych do pieców do topienia zawiesinowego
Różne obszary funkcjonalne pieca do topienia zawiesinowego pełnią różne funkcje procesowe, a zatem mają znacznie różne wymagania dotyczące wydajności materiałów ogniotrwałych. Wieża reakcyjna odpowiada głównie za szybkie reakcje w wysokiej temperaturze, osadnik odpowiada za magazynowanie i separację stopu, a kanał wznoszący odpowiada za transport gazów spalinowych w wysokiej temperaturze. Dlatego dobór cegieł ogniotrwałych powinien kompleksowo uwzględniać odporność na wysoką temperaturę, odporność na erozję żużla, odporność na erozję przepływu powietrza oraz warunki konserwacji i wymiany, a nie po prostu dążyć do materiałów wysokiej jakości.
Wieża reakcyjna: konfiguracja cegieł ogniotrwałych w warunkach wysokiej temperatury i silnej erozji
Wieża reakcyjna jest najbardziej krytyczną częścią pieca do topienia zawiesinowego, z najwyższą temperaturą i najbardziej skoncentrowanymi reakcjami materiałowymi. Maksymalna temperatura wewnątrz pieca może osiągnąć 1400-1500℃. Materiały piecowe o wysokiej temperaturze i przepływ powietrza przechodzą przez korpus wieży szybko w ciągu kilku sekund, czemu towarzyszy przepływ stopionego materiału wzdłuż wewnętrznej ściany, powodując silną erozję i korozję chemiczną cegły ogniotrwałe. Biorąc pod uwagę, że wieża reakcyjna jest zawieszona nad osadnikiem i trudna do wymiany, jej główna wykładzina zwykle wykorzystuje cegły magnezytowo-chromowe topione elektrycznie lub cegły magnezytowo-chromowe odlewane elektrycznie, aby spełnić kompleksowe wymagania dotyczące odporności na wysoką temperaturę, odporności na erozję i odporności na korozję.
Warunki pracy górnej wykładziny wieży reakcyjnej są stosunkowo łagodne. Obszar ten jest narażony głównie na ciepło promieniowania, temperatura jest niższa i nie ma bezpośredniego kontaktu z materiałami piecowymi. Można stosować cegły magnezytowo-chromowe pół-rekombinowane lub wysokiej jakości cegły magnezytowo-chromowe wiązane bezpośrednio. W warunkach wytapiania wzbogaconego w tlen o wysokiej czystości i wzmocnionego chłodzenia, zależność od wysokiej jakości cegieł magnezytowo-chromowych może być dalej zmniejszona.
Osadnik: zróżnicowane zastosowanie materiałów ogniotrwałych w wielu obszarach
Osadnik jest najbardziej złożonym obszarem pod względem konfiguracji materiałów ogniotrwałych w piecu do topienia zawiesinowego. Górna przestrzeń osadnika jest narażona głównie na gazy o wysokiej temperaturze powyżej 1350°C. Ponieważ nie ma bezpośredniego kontaktu ze stopionym materiałem, stopień erozji i korozji jest stosunkowo niewielki. Zazwyczaj stosuje się cegły magnezytowo-chromowe pół-rekombinowane lub wysokiej jakości cegły magnezytowo-chromowe wiązane bezpośrednio, wraz ze strukturą belki chłodzonej wodą, aby obniżyć temperaturę dachu pieca i przedłużyć jego żywotność.
Linia żużla osadnika i obszar poniżej wieży reakcyjnej to obszary najbardziej narażone na erozję. Żużel pieca zawiesinowego jest alkaliczny, bogaty w FeO i SiO₂ i ma silne właściwości korozyjne w stosunku do cegieł ogniotrwałych. Wpływa również na niego erozja stopionego materiału i częste operacje odprowadzania żużla. Obszar ten zwykle wykorzystuje wysokiej jakości cegły magnezytowo-chromowe pół-rekombinowane o doskonałej odporności na żużel i erozję. Cegły magnezytowo-chromowe topione elektrycznie są bardziej odpowiednie dla obszaru linii żużla.
Dno pieca i obszar poniżej linii żużla tworzą fundament nośny konstrukcji wykładziny pieca. Chociaż stopień erozji jest stosunkowo niewielki, co najmniej jedna strona ma długotrwały kontakt z cieczą o wysokiej temperaturze, wymagając wysokiej wytrzymałości na ściskanie, niskiej pozornej porowatości i wysokiej temperatury mięknienia pod obciążeniem. W praktyce inżynieryjnej często stosuje się wysokowytrzymałe cegły magnezytowo-chromowe pół-rekombinowane lub cegły magnezytowo-chromowe topione elektrycznie. Dolne i środkowe warstwy dna pieca są połączone z cegłami glinianymi ogniotrwałymi i cegłami izolacyjnymi wysokotemperaturowymi, aby spełnić zarówno wymagania dotyczące nośności, jak i izolacji.
Dobór materiałów ogniotrwałych do części łączących i kanału wznoszącego
Części łączące wieży reakcyjnej, osadnika i kanału wznoszącego są narażone na najbardziej skoncentrowaną erozję przepływu powietrza. Obszar ten zwykle wykorzystuje chłodzącą rurę miedzianą jako szkielet, wypełnioną wewnątrz amorficznym materiałem ogniotrwałym. Materiał musi mieć dobrą odporność na korozję i erozję w wysokich temperaturach, a także dobrą płynność podczas budowy i wystarczający czas utwardzania.
Kanał wznoszący jest kanałem do zbierania i odprowadzania gazów spalinowych z pieca zawiesinowego. Normalna temperatura pracy wynosi zwykle 1250–1300°C, a prędkość gazów spalinowych waha się od 5,0 do 9,0 m/s w różnych obszarach. cegły ogniotrwałe w tym obszarze są narażone na erozję przepływu powietrza i są również podatne na gromadzenie się pyłu. Zazwyczaj stosuje się cegły magnezytowo-chromowe pół-rekombinowane lub cegły magnezytowo-chromowe wiązane bezpośrednio. Obszar w pobliżu osadnika i nad wylotem żużla ma wyższe temperatury i znaczne zmiany przepływu powietrza, co sprawia, że cegły magnezytowo-chromowe pół-rekombinowane są bardziej odpowiednie. Niektóre projekty wykorzystują konstrukcje z chłodzonych wodą płyt miedzianych, aby zmniejszyć częstotliwość konserwacji.Wnioski
Dobór cegieł ogniotrwałych do pieców do topienia zawiesinowego powinien być kierowany zasadą przydatności do warunków pracy. Doświadczenie praktyczne pokazuje, że racjonalny podział materiałów ogniotrwałych w różnych częściach pieca powinien osiągnąć równowagę między wydajnością a opłacalnością, spełniając jednocześnie wymagania dotyczące odporności na wysoką temperaturę, odporności na korozję i bezpieczeństwa konstrukcyjnego. Nie jest to po prostu kwestia używania materiałów najwyższej jakości.
