ПРИМЕНЕНИЕ ЖАРОСТОЙКОГО БЕТОНА ПРИ ГОРЯЧИХ РЕМОНТАХ КОКСОВЫХ БАТАРЕЙ

© Левченко Анатолий Александрович, главный специалист

Статья опубликована в журнале "Кокс и химия" 2013 № 4 С. 60-62

  В промышленности производится много видов жаростойкого бетона. Для его производства используют в качестве вяжущих компонентов портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый или периклазовый цемент, фосфатные связки, жидкое стекло и др. Во многих случаях в вяжущие компоненты вводят тонкомолотые добавки. В качестве заполнителей применяют дробленые огнеупорные или тугоплавкие горные породы, бой обожженных огнеупорных изделий и другие материалы. Жаростойкие бетоны подразделяют на высокоогнеупорные (огнеупорность выше 1770 °C), огнеупорные (1580–1770 °C), жароупорные (ниже 1580 °C).

  Применение жаростойкого бетона на коксовых батареях мало распространено и ограничивается в основном использованием его для футеровки дверей, крышек загрузочных люков и газоотводящих стояков. Имеются наработки американских (United States Patent 5,423,152) и немецких (Fosbel’s MONOWALL™) специалистов в области использования жаростойкого бетона при горячих ремонтах коксовых батарей. Предложения американских специалистов по использованию бетонных блоков имеют ряд недостатков, таких как:

– постоянное применение грузоподъемной техники, что затруднительно при действующей батарее;

– обязательная установка поперечных и продольных распорных домкратов на неремонтируемой кладке, что следует считать большим тормозом укладки бетонных блоков;

– необходимость предварительного изготовления и обжига блоков (так же как и для подготовки динасового кирпича) не отвечает условиям срочности ремонта;

– невозможность наладить серийное изготовление блоков из-за разной длины простенков на ремонтируемых батареях.

  Данная технология больше подходит для нового строительства. Больший интерес представляет технология применения жаростойкого бетона, предложенная фирмой «Фосбель» (MONOWALL™), которая значительно больше подходит для горячих ремонтов. По этой технологии для горячих ремонтов применяется плавленый динас с коэффициентом расширения 0,06 % при 1000 °C, с содержанием SiO₂ 99 %. Данная технология была разработана, чтобы решить следующие проблемы:

– длительности изготовления и поставки динасового и шамотного кирпича;

– нехватки трудовых ресурсов (квалифицированных огнеупорщиков);

– снижения складских запасов материалов;

– ускорения монтажных работ.

  По состоянию на апрель 2010 г. таким методом фирмой «Фосбель» отремонтировано 207 отопительных каналов и пять простенков на всю длину. Небольшие цифры объясняются тем, что данную технологию стали применять недавно. Применение жаростойкого бетона на месте с использованием опалубки полностью отвечает требованиям срочного горячего ремонта, когда первой необходимостью является продление срока службы простенка до капитального ремонта. В связи с тем, что бетонное литье требует устройства опалубки, то и область ремонта ограничивается этим условием. Например, невозможно бетоном залить провал отопительного канала или восстановить участок перекрытия печи без создания условий для устройства опалубки и т. д. Однако в практике коксохимии много случаев, когда нет времени на заказ и поставку нужных огнеупоров, а необходимо срочно переложить простенок на глубину двух и более отопительных каналов. При этом не рассматриваются вопрос долговечности бетона и другие требования к кладке, а есть одно условие – продлить работу печной камеры до начала капитального ремонта.

  Литой бетон хорошо связывается со старой кладкой и если температура старой кладки в месте стыка с бетоном будет поддерживаться в пределах 800–900 °C, что вполне реально, то никаких смещений между кладкой и бетоном не произойдет. Чтобы не появлялись трещины в кирпиче при со- прикосновении с холодной жидкой массой бетона, рекомендуется предварительно нанести на кирпич слой бетона с низким содержанием воды (исполь- зуя жидкое стекло или ортофосфорную кислоту).

  Преимущества жаростойкого бетона – малый коэффициент линейного расширения, высокая огнеупорность, простота приготовления и применения – позволяют значительно увеличить долю его участия при горячих ремонтах коксовых батарей. Чтобы не дискутировать по вопросам долговечности бетонных простенков, стоимости материала и другим показателям, рассмотрим целесообраз- ность его применения там, где нет другой возможности срочно выполнить необходимую работу.

  При перекладке участков шамотного перекрытия печей требуется большое количество шамотных марок, которые успешно может заменить жаростойкий бетон. Например, часто причиной выхода из строя поперечных анкерных стяжек является горение газа над бронями через закладку из шамотного кирпича. В данном случае требуется перекладка фасада печей над бронями шамотным кирпичом, который можно заменить жаростойким бетоном с металлической опалубкой.

  В случаях, когда брони отходят от кладки и сгорают закрылки броней, но необходимо продлить нормальную работу печной камеры без замены броней, можно использовать жаростойкий бетон следующим образом:

– изготавливают П-образную металлическую опалубку по размеру верхней части камеры (высота опалубки должна закрывать щель отхода брони от кладки, ширина опалубки должна перекрывать расстояние от кладки до дверной рамы);

– устанавливают перемычку или экран на глубину одного отопительного канала;

– разбирают кирпичный фасад над бронями;

– вставляют опалубку и распирают домкратами;

– к дверной раме прикрепляют шнур в проектных местах и заливают бетон до верхней кромки рамы;

– на фасад устанавливают металлическую опалубку и заливают до верха бетоном.

  Таким методом была восстановлена работоспособность шести печей на коксовой батарее с печными камерами объемом 41,6 м³, ожидающей капитального ремонта, которые успешно проработали в течение года до его начала. Кроме того, на данной батарее необходимо было срочно выполнить ремонт 12 простенков с перекладкой на 2–4 отопительных канала, чтобы обеспечить работу половины батареи на время капитального ремонта другой половины с холодной перекладкой от седьмого ряда. Полного комплекта динасовых огнеупоров не было, а были ремонтные стеновые марки («гитарки», «ложки», «биндеры») и марки перекрытия камер, и те и другие, сделанные из шамота. Автором настоящей статьи было предложено переложить стены шамотными марками, а для головок, зоны перекрытия отопительных каналов и перекрытия печей использовать жаростойкий бетон, производимый соседним заводом ЖБИ, выдерживающий температуру 1450 °C.

  Перекладку проводили по правилам горячего ремонта с сохранением температур в соседних простенках и в неремонтируемой части в пределах 800 °C. Для удаления хвостов «ложек» при устройстве штрабы на стыке новой кладки со старой устанавливали сплошные перегородки так, чтобы ближний обрез перегородки шел строго по оси «биндера». Перегородки ставили плотно с забивкой остающихся щелей раствором, при этом распорные домкраты были не нужны. Соединение новой кладки со старой выполняли при помощи штрабы на каждом ряду без подогрева новой кладки. Перекладку вели ускоренными темпами по 10 рядов в смену на четыре и по 20 рядов в смену на два отопительных канала без опасения, что новая кладка при нагреве подорвет старую.

  Крайний (головочный) отопительный канал выполнялся так же, как и остальные, только «ложки» срезались для захода простенка за ребро брони. Пространство между броней и кладкой заливали бетоном с прокладкой от брони слоя минеральной ваты (бланкета) толщиной 25 мм. Простенок до перекрытия печи выкладывали из стенового кирпича, а перекрытие отопительных каналов – из длинных «биндеров», образуя основание шахточек. Выше перекрытия отопительных каналов перегородки («биндеры») не клали, а устанавливали трубы (жестяные) диам. 120 мм вместо шахточек на высоту до «горшка» (фасонной марки под смотровым лючком) и заливали 61 бетоном до уровня перекрытия печи. После кладки перекрытия печи (с устройством газового люка из нормала и установкой опалубки на фасаде) заливали бетоном весь объем до «ребрика». На перекладку четырех отопительных каналов одного простенка затрачивали не более семи дней (сутки на ломку старой кладки и установку домкратов, 2–3 сут на кладку стен до перекрытия печных камер, сутки на перекрытие камер и печей, двое суток на разогрев).

  После перекрытия печи убирали перегородки и ставили дверь. Через сутки после установки двери подавали газ на обогрев, а еще через сутки грузили печь. Температуры в переложенных отопительных каналах не должны были превышать 1250 °C, что вполне достаточно при обороте печей 17 ч. Таким образом, отремонтированные шамотом и бетоном обогревательные простенки успешно проработали в течение 1,5 года до пуска второй половины батареи после капитального ремонта. При разборке этих простенков приходилось использовать грузоподъемный кран для снятия бетонного монолита. Сплошных трещин или пропусков газа в бетоне не обнаружили. Имеющийся опыт применения блоков из жаростойкого бетона при строительстве новых батарей позволяет предположить, что в будущем жаростойкий бетон может полностью заменить штучные динасовые и шамотные огнеупоры. Однако для этого необходимо улучшить качество бетона по теплопроводности и изнашиваемости. Минимальное линейное расширение, отсутствие необходимости обжига, отсутствие существенных трещин в нижней зоне батареи при разогреве и эксплуатации, значительное сокращение сроков строительства батареи и многократно ускоренный процесс ее разогрева, сокращение необходимого числа высококвалифицированных каменщиков-огнеупорщиков и минимальное применение ручного труда делают перспективным такое направление.

  Блоки из жаростойкого бетона также можно применять при горячих ремонтах кладки под средними загрузочными люками в зоне перекрытия отопительных каналов. Ведение горячих ремонтов в этой зоне особенно затруднено из-за высоких температур и необходимости выполнения большого объема работ с целью защиты от температуры. Разборку старой кладки можно вести с использованием ломов и длинных щипцов, а класть блоки – при помощи укосины и лебедки на загрузочной машине. Марки перекрытия печей можно менять целыми панелями. Такой метод значительно сокращает время ремонта и позволяет делать то, что невозможно при ремонте кирпичом.

  На новых батареях устройство фасадных стен над бронями после разогрева батареи можно выполнять из жаростойкого бетона, который, по мнению автора статьи, будет устойчивей кирпича.

  Выводы

  Применение жаростойких бетонов для горячих ремонтов в коксохимической промышленности на данном этапе незначительно не по причине отрицательного эффекта, а из-за недостаточного внимания к этому вопросу. Жаростойкий бетон с успехом заменяет шамотную часть кладки коксовых батарей и характеризуется следующими преимуществами:

– возможность срочного ремонта без ожидания изготовления и поставки и без необходимости большого запаса огнеупорного кирпича;

– улучшенная газонепроницаемость литого массива шамотной части кладки;

– значительно бóльшая прочность монолитного исполнения над кирпичной кладкой;

– сокращение срока ремонта;

– уменьшение трудозатрат;

– резкое сокращение числа огнеупорщиков высокой квалификации.

При улучшении качества жаростойкого бетона по теплопроводности и изнашиваемости открываются большие перспективы замены кирпичной кладки печных камер коксовых батарей бетонными блоками.