Разработка технологии получения экзотермических смесей для горячего ремонта тепловых агрегатов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка технологии получения экзотермических смесей для горячего ремонта тепловых агрегатов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Длительность и эффективность работы высокотемпературных промышленных агрегатов непосредственно зависит от качества проведения профилактических и промежуточных ремонтов футеровки.

К огнеупорным защитным покрытиям предъявляется требование обеспечения высокой стойкости футеровок высокотемпературных промышленных агрегатов (плавильные печи, конверторы, миксеры, желоба, разливочные ковши и др.) и элементов их конструкций, подверженных интенсивным температурным и химическим воздействиям со стороны расплавов металлов, шлаков и других химически агрессивных продуктов, участвующих в производственном цикле [1].

Ремонты огнеупорной кладки осуществляются либо с полной остановкой производственного цикла и последующей прекращением работы высокотемпературных промышленных агрегатов (холодный метод ремонта), либо в процессе производства в период эксплуатационных перерывов (горячий метод ремонта) [2].

К недостатку холодного метода ремонта можно отнести высокую трудоемкость и материалоемкость процесса, а также большую длительность ремонта с учетом необходимого времени на охлаждение и разогрев тепловых агрегатов.

Горячий ремонт осуществляют методами торкретирования или наплавки [3], поэтому усовершенствование старых или поиск новых методов горячего ремонта тепловых агрегатов является актуальной темой исследований.

В последние годы активно развивается способ горячего ремонта по технологии СВС (самораспространяющегося высокотемпературного синтеза) [4]. Достоинство технологии СВС заложено в самом принципе - использовании быстро выделяющегося тепла химических реакций вместо нагрева вещества от внешнего источника, поэтому СВС процессы успешно конкурируют с традиционными энергоемкими технологиями [5].

Характерной особенностью процесса СВС является то, что в ходе процесса практически отсутствует газовыделение и образуются полностью конденсированные продукты. При этом в конденсированной фазе может развиваться очень высокая температура (до 4000°С), однако время действия этой температуры очень мало и определяется скоростью распространения фронта горения [6]. Высокие температуры в конденсированной фазе, большие теплоемкости продуктов сгорания, низкие значения констант массопереноса, своеобразные кинетические закономерности химического взаимодействия, высокотемпературные фазовые переходы - все это характеризует специфическую картину горения [7].

В качестве горючего компонента в СВС-смесях обычно используют тонкодисперсные металлические порошки магния, алюминия или кремния.

Разработка состава экзотермической смеси предполагает решение задачи обеспечения однородности смеси по объему и предотвращения ее расслоения. Учитывая, что компоненты смеси значительно различаются по удельному весу и дисперсности, наиболее логично использовать метод гранулирования. В этом случае становится необходимым использование связующего компонента, способного удерживать частицы алюминиевой пудры на поверхности зерен огнеупорного наполнителя.

Целью работы являлось исследование влияния плотности раствора жидкого стекла и его количества на качество гранулирования и температуру зажигания экзотермической смеси.

Для исследований использовали огнеупорный компонент (бой периклазохромитового кирпича (ГОСТ 10888-93) и алюминиевую пудру (ГОСТ 5494-95) в соотношении 70/30 соответственно. Для закрепления металлического порошка на поверхности периклазохромитовых зерен применяли раствор жидкого стекла с силикатным модулем 3,0 (ГОСТ 13078-81).

Гранулирование осуществляли следующим образом: периклазохромитовый порошок смешивали с раствором жидкого стекла до равномерного увлажнения по всему объему смеси, а затем при постоянном перемешивании порциями вводили алюминиевую пудру. Готовые гранулы подсушивали в сушильном шкафу при 70-100°С. Дисперсность периклазохромитового порошка составляла 2 - 0,1 мм, размер частиц алюминиевой пудры - не более 20 мкм.

Считали, что в готовой гранулированной экзотермической смеси изменение гранулометрического состава связано, в основном, с качеством закрепления тонкодисперсной алюминиевой пудры на поверхности гранул. Поэтому количество несвязанной пудры оценивали с помощью ситового анализа гранул смеси по величине прохода через сетку с размером ячейки 63 мкм.

Полученные смеси сжигали в муфельной печи в струе кислорода.

Исследовали влияние величины плотности раствора жидкого стекла в интервале 1,1 - 1,25 г./см³ на качество гранулирования экзотермической смеси. Содержание связующего оставалось постоянным и составляло 25 мас.% сверх 100% смеси огнеупорного наполнитель - алюминиевая пудра.

С увеличением плотности раствора жидкого стекла наблюдается снижение количества несвязанной алюминиевой пудры, что, в свою очередь приводит к некоторому повышению температуры зажигания смеси (рис. 1). При низких значениях плотности жидкого стекла порошок алюминия плохо закреплялся на зернах огнеупорного наполнителя. При использовании раствора жидкого стекла с плотностью выше 1,2 г/см³ смесь необходимо было готовить быстро, без задержек, чтобы обеспечить равномерное распределение пудры по всей поверхности гранул огнеупорного наполнителя. Наиболее технологичным признан интервал плотности 1,15 - 1,2 г/см³.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учитывая, что огнеупорный наполнитель имеет полидисперсный состав, а его зерна различного размера характеризуются различными показателями открытой пористости, для обеспечения равномерного смачивания порошка связующим была введена дополнительная стадия предварительного увлажнения порошка водой. На рис. 2 приведены результаты исследования влияния количества связующего плотностью 1,2 г/см³ на качество гранулирования.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

огнеупорный кладка высокотемпературный футеровка

Как видно из рисунка, использование предварительного увлажнения огнеупорного порошка приводит к значительному снижению содержания несвязанной алюминиевой пудры: при использовании 25% связующего наблюдается снижение количества свободной алюминиевой пудры с 8,4% (рис. 1) до 2,7% (рис. 2). Увеличение содержания связующего приводит к значительному снижению количества свободной алюминиевой пудры.

Исследовали степень влияния несвязанной части алюминиевой пудры на температуру зажигания экзотермической смеси. Готовые гранулированные смеси с различным содержанием связующего делили на две части, одну из которых подвергали просеиванию через сетку №0063. Результаты определения температуры зажигания приведены на рис. 3. Как видно из рисунка, наличие свободного алюминиевого порошка снижает температуру зажигания до 620 - 630°С. Температура зажигания смесей после отсеивания тонкой фракции повышается на 10-20°С, что дает основание считать, что дополнительная стадия просеивания при получении гранулированной смеси не является необходимой.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

При повышении количества жидкого стекла в смеси наблюдается незначительное снижение температуры зажигания. По-видимому, определяющую роль в этом процессе играет теплопроводность огнеупорного наполнителя и покрытия по зернам: чем выше теплопроводность, тем больше тепла отбирается на прогрев гранул, а значит, тем выше температура зажигания смеси. Так как теплопроводность периклазохромита выше теплопроводности покрытия на основе жидкого стекла, при уменьшении толщины слоя покрытия наблюдается более активный прогрев гранул, а зажигание смеси сдвигается в область более высоких температур.

Принимая во внимание полученные результаты, исследовали влияние количества алюминиевой пудры на температуру зажигания гранулированной экзотермической смеси (рис. 4). Установлено, что повышение содержания алюминиевой пудры в интервале 10 - 30 мас.% приводит к снижению температуры зажигания от 900 до 640°С. Полученные результаты позволяют изготавливать экзотермические смеси с заданной температурой зажигания: если необходимо ремонтировать промежуточный котел с температурой футеровки 500 - 700°С, предпочтительно использовать экзотермические смеси, содержащие 30 мас.% алюминиевой пудры. Если температура нагрева футеровки находится в интервале 700 - 800°С, необходимо снизить содержание алюминиевой пудры в экзотермической смеси до 15-20 мас.%.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таким образом, в результате проведенных исследований разработана технология гранулированных экзотермических смесей для горячего ремонта тепловых агрегатов. Установлено, количество алюминиевой пудры в составе экзотермической смеси определяется температурой нагрева футеровки. Показано, что температура зажигания смеси зависит не только от количества и плотности раствора жидкого стекла, но также связана с теплопроводностью огнеупорного наполнителя.

Библиографический список

огнеупорный кладка высокотемпературный футеровка

1. Parry A.V. Jnvisible Coated Pepair at Surfase Tempepatures // Iron and Steel, 1984. - v. 56. - No 6. - p. 183-184.

2. Jevon A. Coke-oven Wall Repair / A. Jevon, A.Z. Fisher // Jron and Steel Eng, 1984.-v. 61. - No 5. - p. 28-34.

3. Ярмаль А.А. Факельное торкретирование футеровки кислородных ковертеров. - Киев: Техника. - 1984. - 143 с.

4. Швецов В.И. Об эффективности горячих ремонтов огнеупорной кладки коксовых батарей / В.И. Швецов, М.А. Чемарда // Кокс и химия. - 1989. - №4. - С. 57-59.

5. Мамян С.С. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез неорганических материалов со стадией магний-термического восстановления // сб. научн. трудов «СВС:теория и практика», Черноголовка: Территория. - 2001. - С. 276-294.

6. Щепетьева Н.П. Ремонт подов коксовых печей по технологии «Горизонт»/ Н.П. Щепетьева, А.М. Бубра, А.Х. Узунов // Кокс и химия. -1999. - №11. - С. 16-18.

7. Владимиров В.С. Использование для металлургических и литейных производств новых огнеупорных СВС - материалов и покрытий с повышенными эксплуатационными свойствами / В.С. Владимиров, А.П. Галаган, И.А. Карпухин // тез. докл. 2й Междунар. научно-практич. конф. «Автоматизированные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии», М: МИСиС, 2002. - С. 570 - 574.

Размещено на Allbest.ru