НОВАЯ ТЕХНИКА И ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ ПРОЦЕССА КЕРАМИЧЕСКОЙ СВАРКИ (ОКСИТЕРМИЯ) ДЛЯ КОКСОВЫХ БАТАРЕЙ И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ КОВШЕЙ

Процесс керамической сварки также известен под названием окситермия. С его помощью возможен ремонт на месте дефектов в огнеупорной футеровке металлургических печей.

Сухая смесь с помощью специальной горелки распыляется в потоке кислорода на предварительно очищенное место дефекта футеровки. В результате химической реакции получается материал с характеристиками, практически идентичными огнеупорам поврежденной футеровки. Срок службы получаемой футеровки в 7—10 раз больше, чем у других процессов торкретирования.

Процесс стал стандартным методом ремонта коксовых печей на Западе. Это означает, что коксовые батареи могут работать гораздо более продолжительное время, чем ранее пред 92 полагалось. Процесс также находит применение при производстве стекла и стали.

В металлургических ковшах процесс может быть применен для ремонта зон, подверженных наибольшему износу: выпускные отверстия,

пористые блоки и зона контакта со шлаком. Зоны разрушения вакууматоров также могут быть обработаны с использованием специальных масс. Во всех случаях можно избежать промежуточных перефутеровок и тем самым увеличить рентабельность работы установок.

Требования по продолжительности срока службы огнеупорной футеровки металлургических печей постоянно возрастают. Объекты металлургического производства, такие как коксовые печи, металлургические ковши обязательно должны иметь стойкость футеровки до капитального ремонта. Необходимо всячески избегать промежуточных ремонтов, вызванных повышенным износом футеровки. Другой задачей является сохранение этой огнеупорной футеровки в эксплуатации на больший, чем первоначально запланированный срок.

Огнеупорная футеровка в процессе эксплуатации подвержена разнообразному воздействию. В случае коксовых печей возникающие механические и химические нагрузки приводят к образованию трещин, раскрытию швов, образованию отверстий, разрушению кладки и т.д. Для огнеупорной футеровки металлургических ковшей возникают дополнительные трудности, связанные с химическим воздействием различных типов шл^ка, а также коррозии и эрозии под воздействием турбулентного движения стали и газов.

Это приводит к различному сроку службы различных зон огнеупорной футеровки ковшей и, как следствие, к промежуточным ремонтам с остановкой производства с соответствующим прямым и косвенным нарушением производственного цикла.

Процесс керамической сварки, также известный как окситермия, позволяет избежать этих проблем. Окситермия в настоящее время хорошо известна и широко применяется для ремонта коксовых печей в Европе, являясь обычным способом ремонта. Интерес к этой технологии так велик, что получили быстрое дальнейшее развитие разработки в области металлургии, особенно в производстве стали.

Принцип процесса

Целью процесса керамической сварки является восстановление огнеупорной футеровки при сохранении рабочей температуры в печи и без отклонения от нормального хода. Принцип процесса заключается в подаче посредством горелки предварительно подготовленной огнеупорной смеси и тонкопомолотого металлургического порошка в струе кислорода в зону, требующую ремонта. Металлический порошок действует как горючее вещество, кислород как окислитель, огнеупорная смесь как наполнитель. При контакте с горячей стенкой происходит экзотермическое окисление металла и огнеупорный наполнитель расплавляется. В качестве металлического порошка используется алюминий или кремний, окисление которых приводит к образованию оксидов по следующим экзотермическим реакциям:

Полученные таким образом оксиды соединяются с огнеупорным наполнителем, в состав которого входят те же составляющие, и образуют литую структуру, или при необходимости частично литую структуру.

Реакция поддерживается постоянным вводом порошка, расплавляющегося в потоке кислорода. Очевидно, что управление этим процессом необходимо контролировать несколькими параметрами: скоростью эжекции; расходом 'кислорода; выбором наносимого материала; долей металлического порошка (гранулометрический состав порошка, плотность продукта и удельная поверхность).

Процесс позволяет нанести по месту огнеупорный материал, по химическим и физическим свойствам не отличающийся от первоначальной футеровки (табл. 1). Оборудование просто и безопасно в работе и состоит из контейнера со смешанным порошком, системы подачи материала и оборудования управления, которое позволяет регулировать различные параметры напыления. При ремонте печей используются обычные или водоохлаждаемые горелки, а также горелки с двойным: охлаждением. Их форму и размеры выбирают под каждый конкретный вид ремонта, обычно возможно проникновение горелки до 14 м в глубь печи.

В принципе, любая огнеупорная футеровка может быть восстановлена керамической сваркой. Каждый конкретный случай требует соответствующего подбора смеси и метода применения. Во всех случаях необходимо учитывать состояние обрабатываемой поверхности, а также изменения в структуре соседних зон. Нанесенный на кладку материал идентичен по кристаллической структуре, химическим и физическим свойствам к первоначальной футеровке печи. В результате в зоне нанесения отсутствуют нежелательные химические реакции, не образуются легкоплавкие эвтектические соединения, не возникают напряжения внутри наносимой массы, отсутствует возможность отделения наносимого материала, что означает устранение всех возможных причин, приводящих к росту первоначального дефекта футеровки.

В коксовых печах все видимые дефекты футеровки могут быть устранены. В процессе обычного старения коксовых печей дефекты футеровки растут и вглубь и вширь. Так как обычно не хватает средств для выполнения новых стен или строительства новых батарей, целесообразным является ремонт даже этих значительных дефектов. Это химически надежный, быстрый и экономичный метод. Для достижения этого были выполнены новые разработки, опробованные на практике.

Принцип частичной перефугеровки в комбинации с керамической сваркой

Эта новейшая разработка применима в случае необходимости удаления целого участка огнеупорной кладки канала, даже если объем кладки настолько велик, что затронуты несколько нагревательных каналов.

Прежде всего полностью удаляются все поврежденные кирпичи, оставшиеся кусочки мертеля и т.д. Последующий ремонт футеровки по новой технологии возможен даже на полностью очищенном от кладки нагревательном канале.

Метод горячей перефутеровки

Новым в этой технике является приваривание холодных огнеупорных плит на предварительно выполненные проемы в футеровке. Отличительной чертой этих плит является то, что при первоначальном нагреве от нуля до рабочей температуры (около 1100 °С) они не имеют термического расширения. По достижению этой температуры они ведут себя как обычные динасовые огнеупоры с термическим расширением в зависимости от температуры (табл. 2).

Огнеупорная плита, известная также как модуль, обычно имеет толщину от 4 до 6 см. Они вставляются в стену через специально предусмотренные отверстия и привариваются к оставшейся кладке.

Модули привариваются к кладке один за другим сверху вниз до тех пор, пока проем в кладке не закрывается. Так как модули имеют меньшую толщину, чем первоначальная кладка канала, профиль стенки восстанавливается поверхностной сваркой с использованием ок ситермического процесса. Примененная здесь комбинированная технология делает стенку стабильной и газоплотной с сохранением прежней ширины камеры.

За последние несколько лет эта технология горячей перефутеровки была использована на ремонте больших поверхностей стен более 50 коксовых печей. В настоящее время прошло около 8 лет после первого ремонта по этой технологии, а отремонтированные поверхности до сих пор не имеют следов разрушения. Наибольшая поверхность, отремонтированная по способу горячей перефутеровки, составляла более 2 м.

Метод горячей перефутеровки может быть быстро и эффективно применен на стенах коксовых печей изза того, что стены остаются горячими во время ремонта.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 3, Москва 1994