Онлайн-ремонт огнеупорной футеровки в зоне обжига известковых печей

Утечки пламени в зоне обжига шахтной известковой печи часто связаны с повреждением огнеупорной футеровки. При длительной эксплуатации кирпичная футеровка может разрушаться под воздействием высокой температуры, щелочной коррозии, термических циклов и механического воздействия материала.

Когда повреждение становится серьезным, горячее пламя может распространяться через разрушенные участки наружу. Это не только увеличивает тепловые потери, но и может привести к повреждению корпуса печи.

В таких условиях литой огнеупорный материал (castable refractory) может использоваться для онлайн-ремонта без полной остановки печи.

Почему происходят утечки пламени в зоне обжига?

В шахтных известковых печах зона обжига обычно работает при температуре около 1150–1200°C. В процессе производства известняк постепенно проходит через зоны предварительного нагрева, обжига и охлаждения.

Из-за примесей в известняке в зоне обжига могут образовываться наросты и отложения. При приближении капитального ремонта прочность кладочного раствора может снижаться. Если крупные отложения падают вместе с материалом, внутренние и наружные слои огнеупорной кирпичной футеровки могут частично отделяться.

Кроме того, известняк после разложения содержит большое количество CaO. Щелочная среда может ускорять коррозию огнеупорных кирпичей, особенно внутреннего слоя.

Если в футеровке появляются отсутствующие кирпичи или крупные трещины, высокотемпературное пламя может проходить через поврежденные участки и вызывать утечку пламени.

Отклонение вертикальности кладки и изменение горизонтального радиуса также могут создавать локальные напряжения и ускорять разрушение футеровки.

Метод 1: Ремонт с помощью наружного стального короба

Для относительно локальных повреждений может применяться конструкция наружного стального короба.

Например, для шахтной известковой печи с наружным диаметром около 6860 мм можно использовать изогнутую стальную пластину толщиной 10 мм из низколегированной высокопрочной конструкционной стали Q355B.

Конструкция короба включает изогнутую стальную пластину, боковые пластины, верхнее и нижнее кольцевые элементы и усиливающие косынки.

Основные этапы ремонта:

1. Сначала нижняя кольцевая пластина и боковые пластины привариваются к наружной стенке печи.

2. Под нижней кольцевой пластиной устанавливаются пять треугольных усиливающих элементов.

3. Внутри стального короба выполняется кладка огнеупорного кирпича LZ-70. Для швов используется раствор с содержанием Al₂O₃ не менее 65%.

4. Наружная поверхность кирпичной кладки покрывается огнеупорным раствором.

5. Устанавливаются два слоя алюмосиликатной теплоизоляционной плиты.

6. Изогнутая стальная пластина прижимает теплоизоляционный материал и полностью приваривается к нижней кольцевой и боковым пластинам.

7. Верхняя кольцевая пластина полностью приваривается к корпусу печи, боковым пластинам и изогнутой пластине.

8. Над верхней кольцевой пластиной устанавливаются еще пять треугольных усиливающих элементов.

Этот метод обеспечивает относительно высокую эффективность ремонта огнеупорной футеровки и позволяет снизить риск дальнейшего распространения повреждения.

Однако при площади ремонтного участка более 20 м² необходимо учитывать влияние наружной стальной конструкции на общую ветровую нагрузку и механическую прочность печи.

Метод 2: Инъекционный ремонт с использованием высокотемпературного литого огнеупорного материала

Если поврежденная область слишком большая, обычного локального ремонта кирпичом может быть недостаточно.

Например, при повреждении участка размером около 1500 мм по высоте и 2200 мм по длине дуги часть кирпичной футеровки в верхней зоне предварительного нагрева может потерять общую опору. В этом случае существует риск внезапного обрушения кирпичей во время работы печи.

Для таких условий можно применять высокотемпературный литой огнеупорный материал для заполнения пустот и участков с отсутствующими или выгоревшими кирпичами.

Основные этапы включают:

1. От поврежденного горизонтального уровня вверх устанавливаются направляющие рамы с расстоянием между ними не более 300 мм.

2. Через направляющие отверстия и отверстия в стенке печи устанавливаются опорные стержни. Глубина установки должна составлять не менее 800 мм, а расстояние между соседними стержнями — не более 150 мм.

3. Нижний поврежденный участок очищается снизу вверх. Ослабленные кирпичи, зола и отложения удаляются с помощью крюков.

4. Устанавливается первая форма из углеродистой стали. Ее внутренняя поверхность должна соответствовать существующей поверхности огнеупорной кладки.

5. Внутри стальной формы привариваются круглые стальные крюки для улучшения сцепления литого материала.

6. Аналогичным образом очищается второй слой огнеупорной футеровки.

7. Огнеупорный литой материал заливается через квадратное отверстие второго слоя. Заливку продолжают до тех пор, пока материал не приблизится примерно на 50 мм к первому ряду опорных стержней.

8. Во время заливки необходимо использовать вибратор для равномерного уплотнения материала и уменьшения внутренних пустот.

9. После затвердевания соответствующие опорные стержни и направляющие рамы постепенно удаляются.

10. После восстановления нижних участков проверяется состояние кирпичной кладки выше поврежденной зоны.

11. Опорные стержни устанавливаются непосредственно под нижней кромкой сохранившейся кирпичной кладки.

12. Повторно выполняются очистка поврежденного участка и установка опалубки.

13. После очистки соответствующих слоев направляющие рамы и стержни последовательно удаляются.

14. В верхней части ремонтного участка выполняются равномерно расположенные отверстия, через которые литой огнеупорный материал заполняет зазор между сохранившейся верхней футеровкой и опорными стержнями.

15. Каждый слой литого материала необходимо тщательно вибрировать для уменьшения пустот и повышения общей прочности восстановленного участка.

При таком ремонте важно не только заполнить поврежденную область castable refractory, но и сохранить достаточную механическую опору существующей футеровки.

Как выбрать подходящий метод ремонта?

Выбор метода зависит от площади повреждения, состояния кирпичной футеровки, конструкции печи и фактических условий эксплуатации.

Наружный стальной короб больше подходит для локальных повреждений. Его основные преимущества — высокая скорость ремонта, относительно простой процесс и более низкий строительный риск.

Высокотемпературный литой огнеупорный материал больше подходит для крупномасштабного ремонта огнеупорной стены. Он позволяет заполнить отсутствующие кирпичи и восстановить общую прочность футеровки, но требует более продолжительного времени выполнения работ.

Для ремонта огнеупорной футеровки известковой печи не существует универсального решения. Перед выбором необходимо оценить температуру эксплуатации, площадь повреждения, состояние соседних кирпичей, механическую опору верхней части футеровки и возможность безопасного выполнения работ во время работы печи.

Правильно подобранный литой огнеупорный материал для известковой печи позволяет эффективно контролировать утечки пламени, продлить срок службы футеровки и оборудования, а в некоторых случаях избежать немедленного капитального ремонта.

Аналогичные методы онлайн-ремонта огнеупорной футеровки также могут применяться для устранения утечек пламени и локальных повреждений в других высокотемпературных промышленных печах.