книги / Неформованные огнеупоры. Свойства и применение неформованных огнеупоров Сост. И. Д. Кащеев [ др.]; Под ред. И. Д. Кащеева

также внутреннюю поверхность стояков. Положительно зарекомендовала себя футе­ ровка стояков, выполненная в виде огнеупорных бетонных колец.

В настоящее время огнеупорные бетонные блоки получили довольно широкое при­ менение не только для футеровки дверей и стояков, но и в более крупных конструкци­ ях: кладке обогревательных простенков, перекрытиях камер коксования, подах печей, перекрытиях печей и других элементах.

Взамен динаса рекомендованы динасокварцитовые (рис. 2.2) и динасовые бетоны на жидком стекле (табл. 2.2). Химический состав основных оксидов в кварцитах при­ веден в табл. 2.3, динасовых заполнителей (лом и бой динасовых огнеупоров) — в табл. 2.4, состав шихты бетонных масс — в табл. 2.5. Бетонные блоки затвердевают в формах при 15-60 °С в течение 6-24 ч. Затем их сушат теплоносителем с температу­ рой 110-150 °С в зависимости от размеров изделий в течение 72-96 ч.

Вместо шамотного кирпича применяют бетоны на шамотном заполнителе и глино­ земистом или высокоглиноземистом цементе (табл. 2.6). Для изготовления блоков марки ШБВЦ-40 заполнителем служит шамот с массовой долей А120 3 не менее 40 %, связу­ ющим — высокоглиноземистый цемент. Для изготовления блоков марки ШБГЦ-38 в качестве исходных компонентов используют шамотный заполнитель, а также бой и лом шамотных изделий в соотношении 1:1; связующим служит глиноземистый це­ мент, вводимый в количестве 15-20 %.

При твердении гидратационных вяжущих, к которым относятся глиноземистый и высокоглиноземистый цементы, поверхность бетона необходимо увлажнять в тече­ ние соответственно 3 и 7 сут. Извлечение изделий из форм и снятие опалубки осуще­ ствляют не ранее чем через 24 ч после окончания формования. Особенность тверде­ ния бетонов на глиноземистом цементе заключается в том, что оно происходит с выде­ лением тепла, приводящим к снижению проч­ ности бетона, поэтому бетон при твердении необходимо охлаждать, особенно при боль­ ших объемах бетонируемых участков. Для ускорения твердения бетоны на высокоглино­ земистом цементе можно пропаривать через 2-6 ч после изготовления. Температуру в ка­ мерах пропаривания повышают со скоростью не более 30 °С/ч. Изотермическая выдержка должна составлять 20-24 ч при 70 °С, 8-12 ч при 80 °С и 6-8 ч при 100 °С. Сушку обычно производят у изготовителя по специальному режиму. Известно применение для дверей коксовых печей бетонных блоков на шамот-

Рис. 2.2. Обогревательный простенок из огнеупор­ ного динасокварцитового бетона: 1 — корнюрная зона; 2, 3 — отопительные каналы; 4 — перекрытие отопительных каналов; 5 — перекрытие камеры, б, 7

— перекрытие блока камер

ном заполнителе и портландцементе, однако срок их службы меньше, чем у блоков на глиноземистом и высокоглиноземистом цементе. Блоки на портландцементе исполь­ зуют в менее ответственных местах коксовых печей. Особенно тщательно требуется выдерживать размеры блоков, так как неточности при изготовлении вызывают значи­ тельные затруднения при кладке. Техническими условиями для бетонных шамотных блоков предусматривают следующие предельные отклонения, мм:

Использование блоков взамен кирпичной кладки дает возможность широкого варь­ ирования конструктивных решений, существенно снижает число типоразмеров. Круп­ ные блоки обеспечивают более высокую механическую прочность кладки за счет со­ кращения в 3-10 раз общей протяженности материальных швов, повышение темпера­ туры 4%-ной деформации и предела прочности при сжатии материала блоков в про­ цессе эксплуатации.

На Стахановском коксохимическом заводе впервые в практике коксохимической промышленности в значительном масштабе была показана эффективность строитель­ ства и ремонта коксовых батарей с применением крупных бетонных блоков. На двух коксовых батареях (по 40 печей) кладка корнюров, пода печей, обогревательных про-

стенков, перекрытий камер коксования была выполнена из динасокварцитовых бло­ ков на жидком стекле, а зоны дюзовых каналов и загрузочных люков — из шамотных блоков на глиноземистом цементе. Между блоками были предусмотрены швы сколь­ жения. Конструкция обогревательных простенков из бетонных блоков показана на рис. 2.2. Для кладки зоны обогревательных простенков были применены четыре ти­ поразмера блоков, мм: № 1 2317х540(565)х1000, № 2 2330х565(530)х1000, № 3 2330x530 (615)х1000, № 4 2883х610(640)х1000.

Качество кокса, полученного в печах из крупногабаритных бетонных блоков, по ос­ новным показателям не уступает качеству кокса, полученного в печах с традиционной кладкой мелкоштучными изделиями; при этом период коксования сохраняется прак­ тически на существующем уровне.

После 8 и 10 лет эксплуатации батареи были остановлены на холодную консерва­ цию в связи с дефицитом углей для коксования. Их техническое состояние перед ос­ тановкой было весьма удовлетворительным. Отмечается, что после капитально-вос­ становительного ремонта головочной части обогревательных простенков предполага­ емый ресурс коксовых батарей составит еще 6-8 лет. Общий ресурс крупноблочной кладки при этом достигнет 16-18 лет, что превышает первоначальный прогноз на мо­ мент пуска гарей на 5-6 лет.

Изучение состояния поверхности бетонной кладки коксовых печей в процессе их эксплуатации позволило определить особенность ее износа — образование вначале незначительных вертикальных и горизонтальных трещин, а затем мелких сколов на поверхности блоков головочной части простенков и в зонах, примыкающих к матери­ альным швам. В дальнейшем эти дефекты постепенно увеличивались в размерах и распространялись на следующие участки кладки простенков.

Для продления сроков службы батарей из огнеупорных бетонов целесообразно про­ водить своевременные ремонты дефектов кладки, возникающих в начальный период эксплуатации батареи. Анализ распределения дефектов по видам и интенсивности их возникновения в процессе эксплуатации батареи показал, что трещины следует счи­ тать основным видом дефектов (62-88 %), остальное — раковины, сколы и т.п., при­ чем крайние (головочные) блоки имеют до 35 % всего числа дефектов кладки. Наи­ большее значение интенсивности трещинообразования наблюдалось в начальный пе­ риод эксплуатации батарей (до 200 печевыдач). В дальнейшем происходило ее посте­ пенное снижение за счет заграфичивания (после 1500 печевыдач в 3 -4 раза по сравне­ нию с начальным периодом) при степени разрушения блоков с коксовой стороны в 1,2-1,35 раза большей, чем с машинной. Выполненные прочностно-деформационные испытания блочной футеровки позволили установить, что среднестатистическая проч­ ность блоков, бывших в эксплуатации, в 2-3 раза выше прочности их до службы.

Внедрение крупноблочных огнеупорных бетонных конструкций и переход на индус­ триальные методы при изготовлении, монтаже и эксплуатация коксовых батарей реша­ ют ряд проблем, сложившихся в коксохимическом и огнеупорном производстве, и дают значительный народнохозяйственный эффект. Футеровка, выполненная из бетонных блоков, имеет больший ресурс, чем выполненная из мелкоштучных огнеупоров.

Для обеспечения длительного срока службы коксовых печей необходимо проводить горячие ремонты наиболее изнашиваемых мест кладки. Наиболее часто встречающи­ еся виды профилактических ремонтов: торкретирование стен камер, заделка и замена

подов, ремонт сводов, головок обогревательных простенков, перекладка фасадов над и под бронями, заделка неплотностей, ремонт регенераторов и т.п. Для ремонтов де­ фектов кладки традиционно используют метод мокрого торкретирования шамотным порошком на ортофосфорной кислоте. Применение кремнеземистых масс на жидком стекле весьма ограничено, так как срок их службы в 7-3 раза ниже, чем у шамотных торкрет-масс на ортофосфорной кислоте.

Для изготовления торкрет-массы используют шамотные порошки марки ПШТ на основе шамота водопоглощением не более 5 %, а для изготовления обмазок — порош­ ки марки ПШГ из 90-93 % шамота и 7-10 % огнеупорной глины марок ЧПК1 и ДНПК2. Физико-химические показатели порошков: массовая доля А120 3 не менее 32 %, влаж­ ность не более 5 %, потери при прокаливании 0,5-0,3 % (только для марки ПШГ). Проход через сетку, %: № 2 не менее 100, № 16 не менее 98, № 05 65-85, № 009 25-40.

Для приготовления торкрет-масс используют 40%-ную ортофосфорную кислоту плотностью 1250 кг/м3, для обмазки — 57%-ную в количестве 14-17 % (из расчета на Н3Р 0 4 к массе сухих порошков) плотностью 1400 кг/м3. Потребителю ортофосфорная кислота должна поступать концентрацией 75 % и плотностью 1570 кг/м3. Плотность полученной торкрет-массы должна иметь консистенцию массы, удобной для нанесе­ ния на динасовую кладку.

Затворение шамотных порошков ортофосфорной кислотой и приготовление из них торкрет-массы и обмазок производятся перед их применением.

Торкрет-массу наносят с помощью торкрет-аппарата (рис. 2.3) сжатым воздухом, обмазки — специальными лопатками. Торкрет-масса связывается с динасовой клад­ кой при температуре выше 340 °С в результате химического взаимодействия ортофос­ форной кислоты, образуя с кремнеземом динаса фосфаты кремния, а с глиноземом — фосфат алюминия, что приводит к возникновению монолитного, довольно прочного и термостойкого слоя.

Согласно правилам технической эксплуатации коксохимических предприятий тех­ нология торкретирования должна обеспечивать следующий срок службы торкрет-мас­ сы, мес., не менее: на трещинах в головках камер коксования б, на шнурах, зазорах между броней и заплечиками 7, на раковинах в зоне максимальных температур 3, на подах камер коксования 6.

Рис. 2.3. Типовая схема торкрет-аппарата: 1 — ба­

чок; 2 —крышка; 3 — переходныемуфты дляшлан­ гов; 4 — кран для манометра; 5 — манометр; б — крандля инжектирования; 7— штуцердля заливки материала; 8 — воздухоотвод; 9 — краннавоздухо-

отводе; 10 — труба для подачи воздуха; 11 — кран дляподачивоздуха; 1 2 —трубас конусомдлявыда­ чи торкрет-массы; 13 — барометр; 14 — сливной штуцер

Т а б л и ц а 2.7

Эффективность ремонта дефектов кладки коксовых печей торкрет-массами на ортофосфорной кислоте

Эффективность ремонта дефектов с помощью торкрет-массы на ортофосфорной кис­ лоте представлена в табл. 2.7. Опыт применения этих торкрет-масс показал, что методи­ ка ремонта должна соответствовать характеру и виду повреждения кладки, а именно:

• трещины в кладке крайних отопительных каналов с глубиной и шириной кромок до 10 мм, если через них нет видимых прососов газа, торкретировать нецелесообразно;

•трещины с шириной и глубиной кромок 10-15 мм целесообразно торкретировать вслед за выдачей кокса из печей без предварительного их обезграфичивания, произво­ дя только продувку трещин воздухом для их, очистки;

•трещины с шириной и глубиной кромок более 15 мм перед торкретированием, не­ обходимо полностью очищать от графита путем его прожигания сжатым воздухом;

•торкрет-массу следует наносить на кладку тонкими слоями последовательно слой за слоем;

•общая толщина всего слоя торкрет-массы не должна превышать 10 мм.

Торкрет-массы на фосфатной связке пригодны для ремонтов участков кладки коксо­ вых печей с рабочей температурой 800 °С и выше. Основной недостаток метода — охлаждение контактного слоя динасовой кладки, нередко приводящее к ее дополни­ тельному разрушению, которое происходит из-за непрочного сцепления покрытия с кладкой.

Эффективным методом горячего ремонта является факельное торкретирование, при котором происходят оплавление готового огнеупорного материала в факеле газооб­ разного топлива и распыление его на поврежденный участок. Средняя продолжитель­ ность службы отремонтированного участка кладки при факельном торкретировании превышает 12 мес.

В СНГ в качестве топливной составляющей торкрет-факела используют природный газ или пропан-бутановую смесь. Для изготовления торкрет-масс применяют кварци­ ты, лом динасовых огнеупоров, кварцешинистую набивную массу.

Подготовка ремонтируемого участка кладки заключается в удалении отложений пироушерода и разогреве поверхности до 1300-1350 °С. Для ремонта кладки коксо­ вых батарей способом факельного торкретирования используют две установки— руч­ ную и машинную (рис. 2.4 и 2.5). Установка ручного типа предназначена для ремонта сравнительно небольших повреждений кладки площадью менее 0,3 м2 (раковины, ско­ лы), повреждений в местах стыков брони с кладкой по всей высоте брони при ширине

шва 15-50 мм, трещин шириной 1,10-100 и глубиной до 50 мм, а также устранения дефектов, располагающихся по всей высоте камеры с удалением от фасадов на рас­ стояние не более 3 м.

Установки машинного типа позволяют устранять крупные поверхностные дефекты площадью не более 3 м2 и сквозные прогары независимо от мест их расположения в кладке. В табл. 2.8 приведены основные технологические характеристики установок факельного торкретирования. Основные характеристики получаемых покрытий: от­ крытая пористость <12 %, предел прочности при сжатии >60 МПа, прочность сцепле­ ния с ремонтируемой поверхностью >6 МПа, срок службы >12 мес.

В табл. 2.9 приведены данные по опытно-промышленному опробованию техноло­ гии факельного торкретирования коксовых печей на различных коксохимических за­ водах (КХЗ).

Широкое распространение получил метод горячего ремонта камер способом высо­ котемпературной керамической сварки (наплавки). Суть способа заключается в том, что ремонтируемая поверхность обдувается потоком кисяорода, несущим частицы огнеупора и металлические частицы (кремний и алюминий). При окислении металли­ ческих частиц кислородом выделяется тепло, частицы огнеупора плавятся и заполня­ ют трещины на поверхности кладки. Несмотря на высокие температуры ведения про­ цесса (2200-2500 °С), локальных термических повреждений огнеупорной кладки не наблюдается. Степень превращения массы в динас достигает 90 % (отскок частиц —

20 %). Принципиальная схема высокотемпературной керамической сварки показана на рис. 2.6. Метод керамической наплавки дает возможность выполнения оператив­ ного ремонта весьма простым и надежным оборудованием (как и у наиболее исполь­ зуемого метода мокрого торкретирования), исключает разрушающее влияние на клад­ ку при нанесении покрытия (как и при факельном торкретировании), обеспечивает высокую стойкость отремонтированных участков вследствие близости химического

* Крайние отопительные каналы. ** Середина печи.

состава, кристаллической структуры и физических свойств наплавляемого материала и динасовой кладки (табл. 2.10), образует общую кристаллическую структуру на сты­ ке кладки и наплавленной массы, дает возможность ремонта дефектов кладки любой конфигурации и в любом месте камеры коксования, в том числе и в комбинации с частичной перекладкой.

Для качественного выполнения ремонтов требуются тщательная подготовка повер­ хности ремонтируемого участка, удаление старого торкрет-покрытия, графита, разру­ шенного кирпича, высокая квалификация обслуживающего персонала.

В СНГ технология керамической сварки представлена оригинальными методами, разработанными фирмами “Фосбель” (Германия), Федеральным центром двойных технологий “Союз” (Россия), ООО “Научно-внедренческое предприятие “МАК” (Ук­ раина). Несмотря на то, что разработанные методы основаны на одних и тех же прин­ ципах, они имеют некоторые различия в технической реализации. В табл. 2.11 пред­ ставлены характеристики покрытий, полученных с помощью разработанных методов керамической наплавки.

Затраты на ремонт одного обогревательного простенка способом керамической на­ плавки оценивают как 15-25 % от затрат на полную перекладку простенка.