English Главная
НПО «МЕГАТЕК»

Технология

Материалы

Оборудование

Статьи

Фото и видео

Наши партнеры

Контакты Координаты
Карта сайта Карта сайта
Главная Главная



НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ КЕРАМИЧЕСКОЙ СВАРКИ ПРИ ГОРЯЧИХ РЕМОНТАХ ОГНЕУПОРНОЙ КЛАДКИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ АГРЕГАТОВ

Длительность и эффективность работы высокотемпературных промышленных агрегатов зависит от уровня их технической эксплуатации, своевременной диагностики возникающих дефектов и качественного проведения профилактических ремонтов [1]. Первые незначительные повреждения кладки печей наблюдаются уже в первые годы их эксплуатации, в дальнейшем характер развития дефектов приобретает все более сложный характер [2, 3] (рис. 1). 


Рис. 1. Схема развития дефектов огнеупорной кладки

Своевременное выполнение необходимого объема наиболее рациональных профилактических ремонтов позволяет значительно продлить срок службы промышленных печей, в частности коксовых батарей, до выполнения дорогостоящих капитальных ремонтов. В результате общего старения и естественного износа печного фонда коксохимического и стекловаренного производства отмечается повышенный интерес промышленных предприятий России к новым передовым технологиям ремонта, обеспечивающим длительный срок службы тепловых агрегатов. Сроки службы хорошо обслуживаемых коксовых батарей составляют 30–40 лет (при нормативном сроке амортизации 18 лет). На сегодняшний день большинство коксовых батарей в России либо выработало свой ресурс, либо находится на пределе возможностей эксплуатации. Так, средний возраст действующих коксовых батарей в России на сегодняшний день составляет 21,6 года [4]. С другой стороны, как показывает опыт отечественной коксохимии, существует немало примеров, когда коксовые батареи благодаря хорошей эксплуатации и своевременному проведению ремонта работали 40–50 лет [5, 6].

До появления технологии керамической сварки коксовые батареи, подвергшиеся сильному износу, ремонтировались только методами частичной или полной перекладки обогревательных простенков, в то время как большинство существовавших на тот момент способов мокрого, полусухого и факельного торкретирования давало временный и, скорее, косметический результат. Восстановительные горячие и холодные ремонты промышленных печей с частичной или полной перекладкой отопительных простенков до последнего времени остаются важным, хотя и дорогостоящим средством продления срока службы промышленных печей [5–8]. Кроме того, реставрация промышленных агрегатов перекладкой имеет ряд недостатков: требуется наличие крупных материальных и финансовых ресурсов, связанных со значительной потерей продукции из-за вывода камеры или целой батареи из производственного цикла. При этом соединение старой и новой кладки из-за наличия разных коэффициентов линейного расширения огнеупорных изделий во время обогрева и дальнейшей работы отремонтированного агрегата остается весьма проблематичным, а срок службы труднопрогнозируемым.

Таким образом, к новым способам ремонта высокотемпературных промышленных агрегатов применяются все более высокие требования.

В создавшихся условиях необходим был поиск метода ремонта промышленных печей, который бы отвечал следующим условиям:
  • отсутствие нарушения производственного цикла при эксплуатации промышленных печей;
  • надежность: достижение длительного срока службы отремонтированных участков стены;

 
экономичность: быстрота и простота применения.

ООО «НПО МЕГАТЕК» — научно-исследовательское предприятие, созданное силами сотрудников, стоявших у истоков разработки технологии и внедрения в производство метода керамической наплавки в российских условиях. Метод керамической наплавки особенно удобен для ремонта и технического обслуживания стекловаренных и коксовых печей и осуществляется без нарушения процесса эксплуатации печей [9–14] (рис. 2).

Рис. 2. Технологическая схема процесса керамической наплавки

Сущность метода заключается в том, что тщательно дозированную сухую смесь огнеупорных материалов и тонких металлических порошков распыляют в среде чистого кислорода, который посредством фурмы (копья) направляют на участок, нуждающийся в ремонте. Технология керамической сварки такова, что процесс воспламенения порошка происходит только на горячей поверхности печи. Металлические порошки служат горючим, кислород — окислителем, а огнеупорные материалы — наполнителями. Окисление металлических порошков приводит к образованию в ходе экзотермических реакций огнеупорных оксидов Men0m:

В ходе реакции достигается температура около 2500°С. Во время реакции развиваются физико-химические процессы различного направления, в результате которых образуются минорные количества стеклообразного кремнезема, который улучшает адгезию и размещение ремонтного материала в печи. Образующиеся в результате горения оксиды объединяются с заполнителем такого же типа и образуют огнеупорный материал с практически идентичными физико-химическими свойствами, что и кладка печи. Физико-механические свойства наплав-ленного керамического слоя (НКС) и динасовой футеровки коксовой печи приведены ниже:

Свойства НКС Динас
 Свойства  НКС   Динас
 Плотность в необожженном состоянии  1,84  1,73–1,85
 Плотность, г/см3  2,35  2,33–2,38
 Пористость, %  19,20  <22,00
 Реверсивное тепловое расширение при 1200°С  1,20  1,20–1,30
 Теплопроводность при 1000°С, Вт/(м–К)  1,50  1,70
 Предел прочности при сжатии в холодном состоянии, МПа  20,00  >20,00
 Сопротивление размягчению при нагреве под давлением, °С  1650  >1650

ООО «НПО МЕГАТЕК» предлагает потребителям комплексный подход к ремонту тепловых промышленных агрегатов. Так, для ремонта динасо-вых футеровок методом керамической наплавки в объединении разработаны керамические массы «МЕГА-С» для ремонта стекловаренных печей и «МЕГА-К» для восстановления кладки коксовых печей. Все керамические массы прошли технологические испытания и с успехом используются на «Северсталь», «Новолипецком металлургическом комбинате» (НЛМК), «Мечел», «Са-лаватстекло», стекловаренном предприятии «Востек».

Долголетняя стойкость отремонтированных участков достигается благодаря двум факторам:
 1. Химический и минеральный составы наносимого порошка имеют близкие характеристики для обеспечения межатомной (кристаллической) связи с поверхностью футеровки (рис. 3).
 2.
Происходит кристаллическое соединение наплавленной массы и кладки печей. Такое соединение происходит потому, что на поверхности дефектных динасовых изделий протекает экзотермическая реакция в температурном интервале более 2500°С. Под воздействием выделяющегося тепла поверхность ремонтируемой футеровки и частицы порошка для высокотемпературной керамической сварки (ВКС) размягчаются и переходят в пластическое и жидкое состояния. При этом расплавившиеся частицы, за-полняя дефект, объединяются с расплавленной массой кладки печи.

В последнее время, в рамках договора с «Северсталь», на стадии испытаний находится новая керамическая масса, предназначенная для ремонта участков кладки коксовых печей, подверженных сильным температурным колебаниям. Масса предназначена для проведения восстановления холодных областей камеры при температуре от 800°С. Впервые она была применена на коксохимическом производстве (КХП) «Северсталь» для ремонта участков коксовой печи №410 четвертой коксовой батареи в области, прилегающей к броне (рис. 4).


Рис. 3. Фотография шлифа наплавки на огнеупорной подложке 


Рис. 4. Фотография участка коксовой камеры №410 КХП «Северсталь» до (а) и после (б) ремонта

Разновидностью керамической сварки, где используется твердофазный окислитель, является ремонт подовых поверхностей печей. Ремонтный материал представляет собой смесь огнеупорного наполнителя, горючих металлических порошков и окислителей, в качестве которых могут выступать нитраты или пероксиды. Разработанная в ООО «НПО МЕГАТЕК» смесь для ре
монта подовых поверхностей камер коксовых печей НИКА прошла все технологические испытания в лаборатории предприятия и с успехом используется на «Северсталь» и «НЛМК».

Как правило, заключительной стадией ремонта камер коксования методом керамической наплавки для обеспечения их стабильной эксплуатации является герметизация микротрещин. Для решения этой проблемы в ООО «НПО МЕГАТЕК» был создан новый уплотнительный материал «БАРЬЕР», который представляет собой смесь огнеупорных порошков и флюса, смешанных в определенных пропорциях. Результаты испытаний показали, что уплотнительный материал «БАРЬЕР» обладает теми же характеристиками, что и динасовые огнеупорные изделия коксовых печей.

Технология ВКС, таким образом, экономически эффективна, ее средняя окупаемость составляет 10–12 мес.

Предприятие ООО «НПО МЕГАТЕК» разработало и провело заводские и промышленные испытания машины керамической сварки «МаКС» для ремонта огнеупорных футеровок промышленных печей (рис. 5). Машина керамической сварки «МаКС» создана специалистами, хорошо знающими достоинства и недостатки установок для горячего ремонта футеровок высокотемпературных промышленных агрегатов. Она успешно эксплуатируется на «Стеклоинвест» и «Северсталь». Машина компактна и не уступает по технологическим и потребительским качествам аналогичным зарубежным образцам. Машина может комплектоваться различными пультами управления: пневматическим или пневмоэлектрическим. Конструктивное исполнение пультов позволяет после несложной замены применять их по желанию заказчика.


Рис. 5. Общий вид установки «МаКС» в лаборатории (а) и на коксохимическом производстве «Северсталь» (б)

Порядок работы на машине с различными пультами управления практически одинаков. Отличительные особенности машины «МаКС»:
 не имеет сложных приводных устройств и механизмов;
 позволяет стабильно подавать порошок с требуемой в каждом конкретном случае производительностью — от 50 до 160 кг/ч и более;
 позволяет устанавливать необходимый режим работы с пульта; 
 имеет выносную «кнопку безопасности», включающую режим продувки азотом (для пневмо-электрического пульта управления);
 имеет меньшие габариты и массу по сравнению с аналогами.

Основные технические характеристики установки МаКС:
 Наименование

 Единица измерения

 Значение

 Объём бака ремонтного материала:
 полный / рабочий

 л

 37–30

 Производительность

 кг/ч

до 160

 Давление газов на входе, не более:
 МПа (кгс/см2)

 кислород
 азот

 0.60÷0.63
 0.70÷0.80

 Расход газов при давлении
 0.6÷0.8 МПа (6÷8 кгс/см2)

 м3/мин

 0.4÷0.7

 Дальность подачи ремонтного
 материала

 м

 до 20

 Габариты, В×L×H

мм

510×780×1000


По требованию заказчика машина комплектуется необходимым оборудованием (пневмомо-лотки, бойки, копья сборные, копья охлаждаемые длиной до 6 м, скребки, тележки, барабаны, подставки и др.).
На основе передовой технологии нового процесса керамической сварки можно достигать высокой стойкости отремонтированных участков стенок коксовых и стекловаренных печей, что позволяет увеличить срок их эксплуатации на годы и предположительно даже на десятилетия.
Такое применение керамической сварки позволяет обойтись без крупных ремонтов и продлить срок службы батарей. В качестве положительного примера можно привести коксовую батарею №4 «Северсталь», огнеупорная кладка которой регулярно ремонтируется в течение ряда лет методом керамической сварки. Срок службы батареи достиг 48 лет, на ней нет ни одной недогруженной, несерийной или забученной печи. Кроме того, применение керамической сварки ведет к уменьшению загрязнения окружающей среды.
В настоящее время керамическая сварка является устоявшимся процессом. Практически все промышленные печи можно ремонтировать с помощью этого метода. Интерес, проявленный к нему, привел к созданию материалов и оборудования, пригодных для ремонта огнеупорной кладки различного физико-химического состава.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ухмылова Г. С. Продление срока службы коксовых батарей / По материалам IV Европейского конгресса по
коксохимическому и доменному производствам // Кокс и химия. 2001. №4. С. 21–24.
2. Кривошеин В. Т. О причинах образования трещин в кладке стен коксовых печей // Там же. 1998. №2. С. 12–14.
3. Парфенюк А. С, Третьяков П. В., Костина Е. Д. О разрушении кладки коксовых батарей из крупных огнеупорных
бетонных блоков и традиционных динасовых огнеупоров // Там же. 2004. №8. С. 14–29.
4. Швецов В. Н. О состоянии коксового печного фонда России / Отчет о работе школы-семинара «Основные
проблемы сохранности печного фонда России, Украины и Казахстана». Магнитогорск, 2005. С. 6–8.
5. Коксовой батарее №4–42 года: Опыт эксплуатации / А. С. Афанасьев, Е. И. Германов, Н. А. Ершов и др. // Кокс
и химия. 2001. №2. С. 20–22.
6. Розов Г. П., Лазарев Ю. О. Коксохимическому производству Кузнецкого металлургического комбината 65 лет //
Там же. 1997. №2. С. 2–4.
7. Ухмылова Г. С. Ремонт коксовых печей на заводе Окселесунд / По материалам IV Европейского конгресса по
коксохимическому и доменному производствам // Там же. 2001. №7. С. 21.
8. Ухмылова Г. С. Горячий ремонт кладки коксовых печей в сжатые сроки / По материалам IV Европейского
конгресса по коксохимическому и доменному производствам // Там же. 2001. №7. С. 20.
9. Кривошеин В. Т. Выбор и реализация оптимального ремонта печных камер // Там же. 1989. №6. С. 15–17.
10. Пак 3. П., Щепетьева Н. П. Экзотермический процесс горения порошкообразного материала — основа
эффективного метода ремонта промышленных печей // Материаловедение. 1999. №5.
11. Горячие ремонты коксовых печей керамической наплавкой и смесями СВС / А. Н. Патрушев, В. М. Неволин,
В. В. Дябин, Ю. Л. Крутский и др. // Кокс и химия. 2000. №1. С. 16–19.
12. Волков А.П., Пушкарев А.А., Хлопотов С.С. Ремонты кладки печных камер коксовых батарей с применением
технологии фирмы “Fosbel” // Там же. 2005. №7. С. 18–20.
13. Горячие ремонты кладки печных камер коксовых батарей №4, 5 с применение оборудования фирм “Fosbel” и
“Lichtenberg” / Б. Д. Зубицкий, С. Д. Тихов, Б. X. Булаевский и др. // Там же. 2004. №2. С. 17–19.
14. Щепетьева Н. П. Отчет о работе школы-семинара «Основные проблемы сохранности печного фонда России,
Украины и Казахстана». Магнитогорск, 2005. С. 61, 62. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




© ООО «НПО МЕГАТЕК»


Телефон/Факс: +7(495) 550-4127, 550-5648, 550-2455
E-mail: info@npomegatek.ru, megatek@inbox.ru