НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ КЕРАМИЧЕСКОЙ СВАРКИ ПРИ ГОРЯЧИХ РЕМОНТАХ ФУТЕРОВКИ 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. Первые незначительные повреждения кладки печей наблюдаются уже в первые годы их эксплуатации, а в дальнейшем характер развития дефектов приобретает всё более сложный характер (рис. 1).
В результате общего старения и естественного износа печного фонда коксохимического производства отмечается повышенный интерес 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 21,4 года. 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.
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. 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 качество соединения старой и новой кладки из-за наличия различных коэффициентов линейного расширения огнеупорных изделий оставалось низким и особенно проявлялось во время разогрева и дальнейшей эксплуатации коксовой батареи.
В создавшихся условиях необходим был поиск метода ремонта промышленных печей, который бы отвечал следующим условиям:
- отсутствие нарушения производственного цикла;
- надежность: достижение длительного срока службы отремонтированных участков;
- экономичность: быстрота и простота применения.
Многолетние исследовательские работы сотрудников «НПО МЕГАТЕК» в области направленного регулируемого синтеза огнеупорного материала в волне горения, такие как рентгенофазовые, морфологические исследования, теоретические и термохимические расчёты, изучение влияния гранулометрического состава, позволили создать отечественную технологию керамической сварки мирового уровня. Данной технологией возможно проводить горячие ремонты практически любого химического состава. При этом обеспечивается максимальная стойкость отремонтированных участков, при минимальном негативном воздействии на кладку.
Технологическая схема проведения ремонтов с помощью выпускаемой на «НПО МЕГАТЕК» машины для проведения керамической сварки «МаКС» (рис. 2) такова: керамический материал подаётся из бункера пневмотранспортом к копью, затем попадает на восстанавливаемую поверхность. На горячей поверхности огнеупора происходит его возгорание и осуществляется синтез огнеупорного материала в волне горения. В результате стало возможным устранять различные виды дефектов. Метод керамической сварки позволяет не только заваривать трещины и сколы, но и заплавлять дефекты большой площади, например, раковины. Кроме того, при помощи данной технологии можно надёжно скреплять между собой стык старой и новой кладки.
В настоящее время «НПО МЕГАТЕК» производит все необходимые материалы горячего ремонта коксовых батарей:
- керамическую массу «МЕГА-К» для ремонта динасовых футеровок печей;
- керамическую массу «МЕГА-ШАМОТ» для восстановления шамотной футеровки;
- керамическую массу «МЕГА-КВ» для восстановления участков футеровки, подверженным большим температурным колебаниям;
- керамическую массу «НИКА» для восстановления подов коксовых печей;
- керамический порошок «БАРЬЕР» для герметизации микротрещин отопительных простенков.
Устранение дефектов футеровки керамическими массами «МЕГА-К», «МЕГА-ШАМОТ» и «МЕГА-КВ» осуществляется методом керамической сварки. При этом, долголетняя стойкость отремонтированных участков достигается благодаря следующим факторам:
- химический и минеральный состав наплавленного материала и восстанавливаемой футеровки печи имеют близкие свойства;
- идентичности структурно-фазового состава огнеупора;
- прочной межатомной (кристаллической) связи напла¬вленной массы и кладки печи.
Керамическая масса «МЕГА-К» после наплавки полностью воспроизводит все свойства динасового огнеупора и хорошо себя зарекомендовала на коксохимических производствах.
Керамическая масса «МЕГА-ШАМОТ» позволяет восстанавливать шамотный огнеупор, которым футерованы области печей, наиболее подверженные тепловым и механическим воздействиям.
Керамическая масса «МЕГА-КВ» предназначена для ремонта участков кладки прилегающих к броне и подверженных сильным температурным колебаниям. Данной массой можно восстановить футеровку «холодных» областей коксовой камеры при температуре от 800ºС.
В отличие от предыдущих ремонтных материалов, керамическая масса «НИКА» наносятся в виде суспензии. Для этого «НИКУ» предварительно смешивают со строго определённым количеством воды, а затем полученную суспензию равномерно разливают по подовой поверхности печи, заполняя дефекты и неровности. Протекает экзотермическая реакция в результате которой масса загорается, расплавляется, подплавляя динасовую кладку пода камеры и заполняя дефекты, образует ровную и гладкую поверхность. Когда температура наплавленной массы снижается до температуры пода печи, она затвердевает и набирает необходимую прочность. Немаловажным является тот факт, что практически сразу после ремонта можно производить загрузку камеры коксования. Масса для восстановления подовых поверхностей «НИКА» показала себя как высокоэффективный ремонтный материал, обладающий устойчивостью к тепловым и механическим воздействиям.
Герметизирующий материал «БАРЬЕР» устраняет мелкие прососы в отопительные простенки за счёт герметизации микротрещин, тем самым обеспечивает стабильную эксплуатацию коксовых батарей, а также значительно сокращаются выбросы коксовых газов в атмосферу. «БАРЬЕР» используется для проведения заключительного этапа восстановления футеровки методом пылевдувания и применяется после проведения ремонтных мероприятий методом керамической наплавки.
Керамическая наплавка является общепризнанным методом ремонта. Технология открывает широкие возможности для ремонта футеровок различного физико-химического состава с целью увеличения срока службы высокотемпературных агрегатов. На основе передовой технологии керамической сварки можно достигать высокой стойкости отремонтированных участков футеровок коксовых печей, но только при условии использования высококачественных материалов.