Металлы и сплавы

Расход металла для изготовления арматуры железобетонных кон­струкций, каркаса и кожуха печей очень велик и достигает сотен и ты­сяч тонн на печь в зависимости от ее типа и производительности. Для этих целей применяют сталь рядовых марок. Ее используют в виде стального листа и сортового проката. Применяют стальной лист тол­щиной от 4 (небольшие нагревательные печи) до 36 мм (доменные печи) для выполнения кожухов печей. Сортовой прокат используют для вы­полнения, каркасов, рам, заслонок и дверей и других элементов кон­струкций, причем все соединения выполняют посредством сварки.

Стальные и чугунные отливки используют в виде плит оконных рам, холодильников, иногда подпятовых балок и т. д. Для глиссажных и опорных труб методических печей применяют цельнотянутые трубы.

Следует иметь в виду, что рядовые стали и чугуны удовлетвори­тельно служат при температурах не выше 350—400 °С. При более вы­соких температурах снижается механическая прочность стали, а в чу­гунах начинается процесс распада карбидов, сопровождающийся изме­нением размера изделий. Кроме того, чем выше температура, тем интенсивнее происходит окисление металла. Поэтому для того, чтобы конструкции, изготовленные из рядовых сталей и чугунов, не нагрева­лись выше 400 °С, их защищают от воздействия высоких температур с помощью теплоизоляции или выполняют водоохлаждаемыми.

Некоторые металлические элементы конструкций и деталей печей работают при температурах, превышающих 400 °С. Их изготовляют из жаростойких и жаропрочных сплавов. К этим элементам и деталям от­носятся: металлические рекуператоры, радиационные трубы, муфели термических печей для светлого отжига, штанги толкателей, ролики в печах с роликовым подом, цепи в конвейерных печах, вентиляторы и вы­сокотемпературные дымососы, а также многие другие узлы. Одни из этих элементов предназначены для службы при высоких температурах практически без внешней нагрузки, а другие подвергаются при этом воз­действию иногда очень значительных нагрузок.

Для выполнения деталей, работающих под небольшой нагрузкой или вообще без нее, используют жаростойкие стали и сплавы. Жаро­прочные стали и сплавы применяют для изготовления тех деталей и узлов, которые предназначены для длительной службы при высокой температуре под нагрузкой.

Жаростойкой (окалиностойкой) называют сталь (сплав), обладаю­щую стойкостью к окислению при высокой температуре. Окалиностойкость сплаву придают легирующие добавки, окисляющиеся легче, чем железо, и образующие на поверхности изделия прочную тонкую пленку оксидов, защищающую его от воздействия окружающей среды. К таким добавкам относят хром, алюминий, кремний, марганец, титан, бор и др. Очень эффективным оказывается одновременное легирование несколь­кими из перечисленных элементов. Это позволяет обеспечить значи­тельное повышение жаростойкости.

Жаропрочной называют сталь (сплав), сохраняющую достаточную прочность в нагруженном состоянии, а также стойкую к окислению при высокой температуре. Жаропрочность стали обеспечивается при боль­шом содержании в ней хрома и никеля с добавками вольфрама, кобаль­та, молибдена, ванадия и других легирующих элементов. В ряде слу­чаев, когда предъявляются особо высокие требования к условиям служ­бы отдельных деталей и узлов печей при высоких температурах (например, рейтеры для глиссажных труб современных методических пе­чей, электрические нагревательные элементы и т. д.), используются не сплавы на основе железа (стали), а сплавы на основе кобальта, нике­ля, молибдена и хрома.

К настоящему времени разработано очень много марок жаростой­ких и жаропрочных сталей. Некоторые, наиболее употребляемые из них при сооружении печей приведены ниже:

для элементов конструкций печей, работающих без нагрузок до 600—650 °С: Х6С, Х9С2, Х12ЮС;

для крепежных деталей печей, работающих при небольших нагруз­ках до 600—650 °С: 15Х5М, 15X11МФ;

для узлов и деталей, работающих при небольших нагрузках до 700—750 °С (теплообменники, муфели, крепеж): 12X13, 20X13, Х12НВМФ, 13Х11Н2В2МФ;

для деталей печей, работающих при существенных нагрузках до 750 °С (ролики, цепи и ленты печных конвейеров, штанги толкателей, опорные элементы футеровки): 10Х14Г14Н4Т, 17Х18Н9, 08Х18Н12Б;

для деталей и узлов, работающих при небольших нагрузках до 1050—1100 °С (радиационные трубы, рекуператоры, детали горелок, му­фели): 15Х25Т, 15X28;

для деталей и элементов, работающих при значительных нагрузках до 1050—1100 °С (штанги толкателей, элементы конвейеров и роликов, опорные плиты и брусья): 20Х23Н13; 20Х25Н20С2Л;

для деталей печных роликов, работающих под нагрузкой до 1050 °С: 20Х25Н20С2.

Из жаростойких чугунов широкое применение для выполнения ли­тых элементов конструкций печей нашел кремнистый чугун (силал). Из этого чугуна отливают игольчатые и блочные рекуператоры. При вы­полнении их из чугуна марки ЖЧС-5, 5 они служат до температуры стен­ки 600 °С, а при использовании модифицированного магнием кремнисто­го чугуна марки ЖЧС-5, 5-0, 1 рабочая температура достигает 950 °С.

Разработаны и применяются также жаростойкие хромистые чугуны ЖЧХ-9, ЖЧХ-1, 5 и ЖЧХ-2, 5, допускающие использование изготовлен­ных из них деталей до 600—700 °С в окислительной среде.