Новости
- 11.06.09
Неформованные огнеупоры в футеровке вращающейся печи
Л.М. Аксельрод, В.С. Комаров, В.Т. Хадыев,Группа Магнезит, Россия
РЕФЕРАТ. В статье приведены характеристики и описаны результаты применения низкоцементных огнеупорных бетонов новых марок, изготовленных Dalmond Feuerfest Siegburg, которая входит в состав Группы Магнезит. После футеровки ими участков загрузки и выгрузки пяти вращающихся печей для обжига магнезита Комбината «Магнезит» остановки печей в течение года уменьшились на 640 часов. Современные огнеупорные бетоны внедрены и в настоящее время проходят испытания на ряде цементных заводов России.
В настоящее время доля неформованных огнеупорных материалов, используемых в футеровках тепловых агрегатов во всех отраслях, растет. В США, Японии, Германии доля неформованных огнеупоров, потребляемых всеми отраслями, превысила, и существенно, долю формованных огнеупорных изделий.
Группа Магнезит хорошо известна специалистам предприятий по производству цемента как крупнейший поставщик огнеупорных изделий основного состава для футеровки вращающихся печей марок ПШПЦ (ПШПЦ-81), ПХЦ, а также кладочных мертелей различного состава, в том числе марок МПСФ, ЗХП, МПШП [1]. В последние годы разработаны новые марки бесхромистых огнеупоров цементных марок: ПШПЦ-82, ПШПЦ-83, ПШПЦ-81Т [2], предназначенных для использования в переходных зонах вращающихся печей, в том числе при использовании альтернативного топлива. Первые две марки обладают высокими прочностными свойствами при высоких температурах, высокой температурой начала размягчения под нагрузкой, низкой общей пористостью и специфической поровой структурой, которая препятствует проникновению жидкой фазы, формирующейся на контакте обжигаемой шихты (клинкера), вглубь огнеупора. Изделия марки ПШПЦ-81Т предназначены для эксплуатации при использовании альтернативного топлива. За счет введения комбинированной добавки, содержащей оксид титана, в приповерхностном (со стороны рабочей поверхности) слое формируется газонепронецаемый слой, который препятствует проникновению вглубь огнеупора не только жидкой фазы, но и газовой, включающей пары хлора, оксидов щелочных металлов и серы.
С 2008 года в состав Группы Магнезит входит Slovmag – известный изготовитель и поставщик на рынки СНГ, Чехии, Словакии и ряда других стран как огнеупоров периклазохромитового состава марок SLIIC-5A; SLIIIC; SLIMA-3C; SLIIIV, так и периклазошпинельных изделий различного качества, таких как SLIMA 20; SLIMA 90; SLIQMA; SLIMA 80; SLIMA 86AF.
Вопрос применения неформованных материалов в футеровке тепловых агрегатов цементного производства сегодня однозначно решен положительно для «неподвижных» агрегатов, таких как циклоны, газоходы, футеровка горелок, холодильники, кальцинаторы и т. д. Высокая эффективность неформованных материалов определяется легкостью выполнения футеровки торкретированием либо заливкой бетоном в сочетании с высокой устойчивостью к тепловым, термическим, механическим нагрузкам, химической и абразивной устойчивостью. Применение различных добавок позволяет регулировать перечисленные свойства. Интенсивные исследования и промышленное применение неформованных материалов в последние два десятка лет привели к созданию фактически их новых классов, ранжируемых по содержанию высокоглиноземистого цемента. Обычно нормируется содержание CaO. Это – средне- (2,5–6% CaO), низко(1,5–2,5%), ультранизкоцементные (0,2–1,5%) и бесцементные (< 0,2%) бетоны. Широко используются в составе бетона активные глиноземы, микродобавки, например, «диспергирующие глиноземы» фирмы Almatis GmbH,микрокремнезем фирмы Elkem, регулирующие замедление или ускорение схватывания, растекаемость, контролирующие удобоукладываемость и время схватывания при низких и высоких температурах окружающей среды. Применяются добавки тиксотропные, пластифицирующие и упрочняющие, предотвращающие разупрочнение при нагревании и т. д., таких фирм как Nabaltec, BASF Construction Polymers, Almatis GmbH, Kerneos SA. Часть перечисленных добавок выполняет задачу структурного модифицирования огнеупорного бетона в процессе тепловой обработки при эксплуатации футеровки.
Имея собственный опыт в технологии производства неформованных огнеупоров, Группа «Магнезит» в тесном сотрудничестве с германскими производителями неформованных огнеупоров ЕKW GmbH и Dalmond Feuerfest Siegburg GmbH (последняя с 2005 года входит в состав Группs Магнезит), которые, в свою очередь, имеют многолетний успешный опыт в разработке и применении огнеупорных бетонов различного состава в черной и цветной металлургии, литейной промышленности, в тепловых агрегатах производства цемента, извести и т. д., осуществляет проектирование, поставку неформованных материалов и выполняет футеровки соответствующих агрегатов.
На протяжении последних восьми лет Группа Магнезит является одним из ведущих поставщиков комплексных услуг по поставке неформованных огнеупорных материалов (огнеупорных бетонов, торкрет-масс, сухих смесей, мертелей) предприятиям черной и цветной металлургии [3].
Что же касается вращающихся печей цементной промышленности, то сегодня можно утверждать, что существуют огнеупорные бетоны, эффективные по крайней мере на двух участках (зонах) вращающихся печей, а именно – загрузки сырья и выгрузки клинкера [4]. Появятся ли огнеупорные бетоны для применения в иных зонах вращающихся печей, где безоговорочно используются штучные, обожженные изделия, изготавливаемые по специальным технологиям в зависимости от факторов, воздействующих на них при эксплуатации – вопрос дискуссионный [5] и, по-видимому, не ближайшего будущего.
Практическая апробация низкоцементных бетонов (с 1,5–2,5% СаО, что соответствует 4–8% высокоглиноземистого цемента состава ~30%СаО – 70%Al2O3), изготовленных компанией Dalmond Feuerfest Siegburg, которая специализируется на огнеупорных бетонах в течение последних пятнадцати лет, проводится на вращающихся печах Комбината «Магнезит» на протяжении двух лет. Накоплен положительный опыт использования бетонов, включая профессиональное выполнение работ с использованием соответствующего оборудования, в том числе укладку бетона с предварительной наваркой анкеров. Эти работы выполняет предприятие ОО «Магнезит Монтаж Сервис», которое также входит в состав Группы Магнезит.
Футеровка участка загрузки вращающейся печи обжига магнезита (параметры печей – ∅ 3 × 50 м, ∅ 3,5 × 75 м; температура обжига 900–1750 °С; топливо – природный газ) была выполнена бетоном марки Dalcast A 501, свойства которого приведены в таблице. Наполнителями низкоцементного тиксотропного бетона марки Dalcast A 501 являются андалузит, обожженный высококачественный боксит и шамот. Для уменьшения растрескивания монолита, связанного с механическими нагрузками и термическим ударом, в состав бетона вводится металлическая фибра, препятствующая, как известно, процессу распространения трещин. Длина зоны, футерованной бетоном марки Dalcast A 501, составляет 0,2 - 0,3 диаметра печи. Футеровка эксплуатируется на протяжении 480 суток, при этом износ по ее высоте не превышает на отдельных участках 20–25 мм (рис. 1).
Технология укладки данного бетона классическая: участок горячего обреза разбивается на сегменты не более 1 м, навариваются Y-образные металлические анкеры из нержавеющей стали в шахматном порядке с шагом 160 х 200 мм. На свободные концы анкеров надеваются термокомпенсационные пластиковые колпачки. Устанавливается опалубка. Смешивание с водой огнеупорного бетона производится в смесителе принудительного действия. Готовая масса постепенно заливается в опалубку и уплотняется вибрированием с помощью глубинного вибратора, использование которого позволяет оптимально уплотнить футеровочную массу.
Увеличение межремонтного периода эксплуатации футеровки горячего обреза вращающейся печи – актуальная проблема для предприятий, эксплуатирующих эти агрегаты. Группа Магнезит, на предприятиях которой работают 17 вращающихся печей обжига магнезита на периклаз, успешно решает эту проблему.
Футеровка участка выгрузки вращающейся печи обжига магнезита (размеры печи – ∅ 4,0 х 150 м, температура обжига – до 1780 оС, топливо – природный газ) выполнена бетоном марки Dalcast A 40L (рис. 2), свойства которого приведены в таблице. Длина зоны составляет 0,1-0,3 диаметра печи.еровка, выполненная огнеупорным бетоном марки Dalcast A 40L на основе андалузитового заполнителя, облагороженного плавлеными корундом и карбидом кремния, эксплуатируется на протяжении 1,5 лет (рис. 3). Футеровка, выполненная штучными алюмосиликатными изделиями, ремонтировалась через 90 суток.
Температура эксплуатации футеровки в этой зоне – от 600 до 1200 оС. На данном участке износ футеровки происходит истиранием, отрицательное воздействие оказывают также оксиды щелочных металлов, серы (SO2/SO3), проникающие в структуру огнеупорного материала из газовой фазы (продуктов сгорания топлива). Устойчивость к абразивному и химическому воздействию придает бетону марки Dalcast A 40L сочета ние фракций плавленых корунда и карбида кремния, подобранных с целью формирования плотной мелкопористой структуры. Оба компонента придают материалу повышенную абразивоустойчивость при температуре службы. По мере окисления карбида кремния формируется слой, препятствующей инфильтрации агрессивных компонентов вглубь футеровки, а также протеканию химических реакций продуктов сгорания топлива с алюминаткальциевой связкой бетона. За период эксплуатации, который продолжается в настоящее время, бетонная футеровка как горячего, так и холодного конца печи не подвергалась ремонту.
Использование новой конструкции холодного и горячего обреза на пяти вращающихся печах ОАО «Комбинат «Магнезит» позволило в течение года уменьшить остановки печей на 640 часов.
Кроме того, современные огнеупорные бетоны внедрены и в настоящее время проходят испытания на ряде цементных заводов России, в частности, в ОАО «Уралцемент», ОАО «Вольскцемент» – в колосниковых холодильниках и на участке цепной завесы. Во время ремонтного сезона 2008/2009 гг. будут также испытаны новые составы бетонов на других цементных заводах в колосниковых холодильниках, в шахтах печи и на участках цепной завесы.
Имеющийся опыт применения неформованных материалов позволяет Группе Магнезит гарантировать потребителям успешное применение этих материалов на предприятиях, работающих как по мокрому, так и по сухому способу производства клинкера, в частности,использующих альтернативные виды топлива.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ярушина Т.В., Коптелов В.И., Назмутдинов Р.Ш., Зайнаготдинова А.Г., Ерошин М.А. Сервисное обслуживание предприятий цементной отрасли огнеупорами основного состава производства ОАО «Комбинат «Магнезит»// Цемент и его применение, 2002, № 2, с. 23–25.
2. Аксельрод Л.М., Пономарев А.В., Комаров В.С., Хадыев В.Т. Комплексное обслуживание тепловых агрегатов в цементной промышленности//Труды Пятой Международной конференции по цементу «Петроцем», Санкт-Петербург, 2008, 20–22 апреля, с. 150–153.
3. Аксельрод Л.М., Лаптев А.П., Рыпалов Э.М., Амурзаков А.Н., Головин М.А. Опыт выполнения футеровки газоходов теплового агрегата с использованием технологии торкретирования//Новые огнеупоры, 2005, № 4, с. 63–64.
4. Tassot P., Webb-Janich M., Hawecker M. Concepts for the cement industry //46-th International Colloquium on Refractories,12–13 November 2003, Aachen, p. 60–65.
5. Bartha P. The Cement Rotary Kiln and its Refractory Lining //Refractories Manual. //Interceram, 2004, p. 14–17.