Содержание
Введение в технологии горячего ремонта
Горячий ремонт стекловаренных печей представляет собой комплекс технологических операций, направленных на восстановление изношенных огнеупорных элементов без остановки производственного процесса. Данный подход позволяет продлить межремонтный период работы агрегата и избежать значительных потерь, связанных с полной остановкой печи.
Традиционный холодный ремонт стекловаренных печей требует полной остановки агрегата, слива стекломассы и охлаждения печи до температуры 150-200 градусов Цельсия, что занимает от нескольких дней до недель. В отличие от этого, горячий ремонт выполняется при рабочих температурах печи 1450-1550 градусов Цельсия, что позволяет оперативно устранять локальные повреждения и предотвращать их развитие.
Основным преимуществом горячего ремонта является возможность проведения ремонтных работ с минимальным прерыванием производства. Перед началом работ приостанавливается подача топлива только в ремонтируемую зону, при этом остальные участки печи продолжают функционировать. Это критично важно для стекольных предприятий, где остановка производства приводит к нарушению технологического цикла.
Зоны износа стекловаренных печей
Стекловаренная печь подвергается интенсивному износу в различных зонах, каждая из которых имеет специфические условия эксплуатации и требует индивидуального подхода при ремонте. Понимание механизмов износа критически важно для выбора оптимальной технологии восстановления.
Зона уровня стекломассы
Наиболее интенсивный износ огнеупоров происходит на уровне границы раздела стекломасса-газовая среда. В этой зоне материалы подвергаются одновременному воздействию высоких температур до 1550 градусов Цельсия, химической коррозии щелочными парами и механической эрозии от конвекционных потоков расплава. Брусья бассейна первого ряда из электроплавленных материалов AZS подвергаются интенсивной коррозионно-эрозионной деградации.
Механизм износа включает растворение стеклофазы огнеупора с образованием пористости, через которую щелочные пары проникают вглубь материала. Одновременно происходит вымывание кристаллических фаз под действием движущейся стекломассы. Скорость износа в этой зоне зависит от режима эксплуатации и качества огнеупоров.
Свод плавильного бассейна
Свод печи изготавливается преимущественно из динасовых огнеупоров с содержанием кремнезема не менее 93 процентов. Основными факторами износа являются воздействие щелочных паров от варки шихты, механические напряжения от температурных градиентов и химическое взаимодействие с летучими компонентами стекольной шихты. При длительной эксплуатации в своде образуются проплавленные участки и трещины.
Динасовые кирпичи свода подвергаются фазовым превращениям при температурных колебаниях, что приводит к образованию микротрещин. Щелочные пары конденсируются в более холодных зонах свода, образуя низкоплавкие соединения, которые ускоряют деградацию кладки.
Регенераторы
Насадка регенераторов работает в циклическом температурном режиме от 600 до 1400 градусов Цельсия. Огнеупоры подвергаются воздействию горячих дымовых газов температурой 1350-1450 градусов, содержащих щелочные соединения и сульфаты. Со временем происходит засорение каналов между насадочными кирпичами отложениями сульфатов, что снижает эффективность теплообмена.
Верхние ряды насадки испытывают наибольшие температурные нагрузки и химическую агрессию. Происходит образование низкоплавких соединений на поверхности кирпичей, которые при остывании кристаллизуются и создают прочные отложения.
Горелочные порты и пламенное пространство
Влеты горелок и простенки между ними подвергаются экстремальным температурным воздействиям в зоне горения факела. Огнеупоры этой зоны испытывают резкие температурные перепады при переключении направления подачи топлива в регенеративных печах. Материалы подвергаются термоударам, абразивному износу от частиц пыли в воздухе и химической коррозии продуктами сгорания.
| Зона печи | Рабочая температура | Тип огнеупора | Основные факторы износа |
|---|---|---|---|
| Уровень стекломассы | 1500-1550 градусов | AZS электроплавленый | Коррозия, эрозия, щелочи |
| Свод варочной части | 1520-1580 градусов | Динас высокочистый | Щелочные пары, термоудар |
| Дно бассейна | 1400-1500 градусов | AZS, шамот плотный | Восстановление, проплавление |
| Регенераторы верх | 1350-1450 градусов | Динас, высокоглиноземистый | Циклический нагрев, засорение |
| Горелочные порты | Локально до 1650 градусов | Корунд, циркон | Высокая температура, термоудар |
Метод охлаждающих труб
Метод охлаждающих труб является одной из распространенных технологий локального горячего ремонта стенок варочного бассейна стекловаренных печей. Технология основана на принципе локального охлаждения стекломассы в зоне интенсивного износа огнеупорной кладки с целью формирования защитного слоя застывшего стекла.
Технология установки охлаждающих труб
Для реализации метода используются бесшовные стальные трубы диаметром от 20 до 50 миллиметров. Трубы устанавливаются горизонтально через отверстия в стене печи, при этом конец трубы погружается на глубину 50-80 миллиметров ниже уровня поверхности стекломассы в зоне наиболее интенсивного износа брусьев бассейна. Через трубы осуществляется непрерывная циркуляция охлаждающей воды.
Установка труб производится с внешней стороны печи путем бурения отверстий в огнеупорной кладке. Работы выполняются с использованием алмазного бурильного инструмента с водяным охлаждением. После установки трубы герметизируются огнеупорными материалами для предотвращения утечек воздуха в печь.
Механизм защитного действия
Охлаждающее воздействие труб приводит к локальному снижению температуры стекломассы в прилегающей зоне. При этом происходит кристаллизация и застывание стекла, образуя защитный слой на поверхности изношенного огнеупора. Застывшая корка стекла выполняет функцию барьера, препятствующего дальнейшей коррозии и эрозии основной кладки.
Эффективность защиты определяется температурным градиентом в зоне охлаждения. При правильно подобранном режиме охлаждения скорость износа огнеупора снижается по сравнению с незащищенными участками. Однако застывшая корка подвержена растрескиванию при температурных колебаниях и постепенному растворению в движущейся стекломассе.
Преимущества и ограничения метода
Основным преимуществом технологии является простота реализации и относительно невысокая стоимость оборудования. Установка может быть выполнена силами обслуживающего персонала предприятия. Метод эффективен для ремонта верхней части стеновых брусьев в зоне варки и осветления.
Существенным недостатком является увеличение энергопотребления печи. Отвод тепла через охлаждающие трубы приводит к необходимости увеличения подачи топлива для компенсации тепловых потерь. Дополнительный расход топлива зависит от количества установленных труб и интенсивности охлаждения.
Системы мониторинга и контроля
Для обеспечения стабильной работы системы охлаждения необходим непрерывный контроль параметров. Измеряются расход воды, температура на входе и выходе каждой трубы, давление в системе. Современные установки оснащаются автоматическими регуляторами, которые поддерживают заданный режим охлаждения независимо от колебаний температуры в печи.
Критическим параметром является разность температур воды на входе и выходе. Периодически проводится визуальный осмотр зоны установки труб через смотровые окна для оценки состояния защитной корки застывшего стекла.
Горячее торкретирование огнеупоров
Торкретирование представляет собой технологию напыления огнеупорных материалов на ремонтируемую поверхность под давлением сжатого воздуха. Метод активно применяется для горячего ремонта свода печи, стен бассейна и регенераторов без остановки производственного процесса.
Принцип технологии торкретирования
Процесс торкретирования заключается в послойном нанесении огнеупорной смеси через специализированное сопло под давлением. Согласно ВСН 412-80, для полусухого торкретирования используется давление воздуха в материальном шланге от 0,1 до 0,28 мегапаскалей в зависимости от удаленности от аппарата и типа поверхности. Огнеупорная масса транспортируется по шлангу воздушным потоком и с высокой скоростью ударяется о ремонтируемую поверхность, обеспечивая плотное прилегание и механическое сцепление материала с основой.
Существует два основных способа торкретирования - сухой и мокрый. При сухом методе огнеупорная смесь подается в сухом виде, а вода добавляется непосредственно в сопле перед распылением. Мокрый метод предполагает предварительное затворение смеси водой или жидким связующим с последующей подачей готовой массы. Для горячего ремонта стекловаренных печей преимущественно применяется сухой метод, так как он обеспечивает быстрое схватывание материала на горячей поверхности.
Огнеупорные материалы для торкретирования
Состав торкрет-масс подбирается в зависимости от химической природы ремонтируемых огнеупоров и условий эксплуатации. Для ремонта динасовой кладки свода применяются кремнеземистые составы с содержанием SiO2 не менее 94 процентов. Для зон с повышенной щелочной агрессией используются высокоглиноземистые композиции.
Торкрет-массы содержат заполнитель фракцией от 0 до 6 миллиметров, тонкомолотую связующую добавку и модифицирующие компоненты. В качестве связующих применяются высокоглиноземистый цемент, жидкое стекло или фосфатные связки согласно требованиям ВСН 412-80. Важным показателем является адгезионная прочность торкрет-слоя к основе.
| Тип торкрет-массы | Химический состав | Огнеупорность | Область применения |
|---|---|---|---|
| Кремнеземистая | SiO2 - 94-97 процентов | 1710-1730 градусов | Свод, стены варочной части |
| Высокоглиноземистая | Al2O3 - 70-85 процентов | 1750-1800 градусов | Регенераторы, горелочные порты |
| Циркониевая | ZrO2 - 30-40, SiO2 - 50-60 процентов | 1780-1850 градусов | Зона контакта со стекломассой |
Технологический процесс нанесения
Перед началом торкретирования ремонтируемая поверхность очищается от загрязнений, пыли и отслоившихся частиц огнеупора. Очистка производится струей сжатого воздуха или водяным паром под давлением. Для улучшения адгезии поверхность смачивается водой или раствором связующего.
Нанесение торкрет-массы выполняется послойно. Сопло располагается перпендикулярно к ремонтируемой поверхности на расстоянии 0,7-1,5 метра. Оператор производит равномерное перемещение сопла для обеспечения однородности покрытия. При горячем ремонте материал быстро схватывается на нагретой поверхности благодаря испарению воды и активации связующего.
Критически важным параметром является отскок материала - часть огнеупорной массы, которая не прилипает к поверхности. При правильно подобранных параметрах отскок составляет 15-25 процентов для горизонтальных и наклонных поверхностей. Для снижения отскока применяются специальные добавки-пластификаторы.
Контроль качества торкретного покрытия
После завершения нанесения производится контроль толщины покрытия, плотности и отсутствия дефектов. Толщина измеряется в контрольных точках с помощью ультразвукового толщиномера или механическим зондированием.
Визуальный осмотр позволяет выявить трещины, отслоения и зоны недостаточного уплотнения. При обнаружении дефектов производится дополнительное нанесение материала или зачистка дефектных участков с последующим восстановлением.
Кислородно-топливное напыление огнеупоров
Кислородно-топливное напыление является высокотемпературной технологией ремонта, при которой огнеупорный материал расплавляется в кислородно-топливном пламени и в жидком или полужидком состоянии наносится на ремонтируемую поверхность. Метод обеспечивает получение плотного покрытия с высокой адгезией к основе.
Метод лавового пламени
При использовании метода лавового пламени тонкоизмельченный огнеупорный материал фракцией менее 0,1 миллиметра смешивается с кислородом и горючим газом - пропаном или ацетиленом. Смесь подается в горелку специальной конструкции, где происходит сгорание топлива с образованием высокотемпературного факела.
Огнеупорные частицы проходят через зону горения, где частично или полностью расплавляются. Расплавленные частицы с высокой скоростью ударяются о ремонтируемую поверхность, растекаются и кристаллизуются, образуя плотное покрытие. Температура факела достаточна для плавления огнеупорных материалов, включая корунд, циркон и хромитовые составы.
Метод термитного напыления
Альтернативным подходом является метод термитного напыления, при котором огнеупорный материал смешивается с порошком металлического кремния или алюминия. Смесь транспортируется потоком кислорода к ремонтируемой поверхности, где происходит экзотермическая реакция окисления металла.
Термитная реакция кремния с кислородом протекает с выделением большого количества тепла. Выделяющегося тепла достаточно для плавления огнеупорных частиц и обеспечения их сцепления с ремонтируемой поверхностью. При этом образующийся диоксид кремния входит в состав покрытия.
Метод термитного напыления характеризуется простотой оборудования и возможностью работы без внешнего источника нагрева. Недостатком является необходимость точного дозирования металлического компонента для обеспечения полноты реакции.
Оборудование для напыления
Установка для кислородно-топливного напыления включает систему подачи порошка, газовую горелку, источники кислорода и топливного газа. Порошок подается из бункера шнековым дозатором или пневмотранспортом.
Горелка имеет специальную конструкцию с каналами для подачи топлива, кислорода и огнеупорного порошка. Смешение компонентов происходит в зоне горения. Для контроля процесса горелка оснащается системой запальных электродов и датчиками пламени.
Для напыления покрытия толщиной 50 мм на площади 2 м²:
- Объем покрытия: 2 м² × 0,05 м = 0,1 м³
- Масса огнеупора при плотности 2500 кг/м³: 0,1 м³ × 2500 кг/м³ = 250 кг
- С учетом технологических потерь 20 процентов: 250 кг × 1,2 = 300 кг
Особенности применения в стекловаренных печах
Кислородно-топливное напыление эффективно применяется для ремонта свода печи, восстановления изношенных участков стен бассейна выше уровня стекломассы, ремонта горелочных портов. Технология позволяет создавать покрытия с высокой плотностью и низкой газопроницаемостью.
При ремонте динасовых сводов применяются кремнеземистые составы, обеспечивающие совместимость с основным материалом кладки. Для зон с повышенной щелочной агрессией используются высокоглиноземистые композиции. Важным преимуществом метода является возможность создания покрытий переменной толщины с плавным переходом к неповрежденным участкам.
Технология керамической сварки
Керамическая сварка представляет собой технологию горячего ремонта огнеупоров, при которой специальные порошковые материалы проецируются на поврежденную поверхность потоком кислорода через водоохлаждаемую форсунку. Метод разработан в конце 1960-х годов и получил широкое распространение в стекольной промышленности для ремонта печей при рабочих температурах.
Принцип керамической сварки
Процесс основан на экзотермической реакции окисления металлических компонентов сварочной смеси при контакте с горячей огнеупорной поверхностью. Сварочный материал представляет собой смесь огнеупорного заполнителя и металлического порошка - алюминия или кремния. При взаимодействии с потоком кислорода происходит интенсивное окисление металла с выделением тепла.
Выделяющееся тепло расплавляет как частицы сварочного материала, так и поверхностный слой ремонтируемого огнеупора. Происходит формирование керамической связи на молекулярном уровне между наносимым материалом и основой, обеспечивая высокую прочность соединения.
Состав сварочных материалов
Для ремонта различных типов огнеупоров разработаны специализированные сварочные композиции. Для динасовых материалов применяются кремнеземистые смеси с содержанием SiO2 более 95 процентов и добавкой металлического кремния. При сварке формируются кристаллические фазы кристобалита и тридимита, идентичные структуре базового материала.
Для ремонта электроплавленных материалов AZS используются циркониевые композиции, содержащие бадделеит ZrO2, корунд Al2O3 и металлический алюминий. Соотношение компонентов подбирается для соответствия фазовому составу ремонтируемого огнеупора.
| Тип огнеупора | Состав сварочной смеси | Металлический компонент |
|---|---|---|
| Динас | Кремнезем высокочистый с добавкой Si | 4-7 процентов кремния |
| AZS электроплавленый | ZrO2 + Al2O3 с добавкой Al | 5-10 процентов алюминия |
| Высокоглиноземистый | Al2O3 с добавкой Al | 6-12 процентов алюминия |
Оборудование и технология выполнения сварки
Установка для керамической сварки включает водоохлаждаемую форсунку длиной от 1 до 15 метров в зависимости от доступности ремонтируемой зоны, систему подачи сварочного материала, источник кислорода высокого давления и систему водоснабжения для охлаждения. Форсунка изготавливается из нержавеющей стали с внутренними каналами для циркуляции воды.
Сварочный материал дозируется шнековым питателем и пневмотранспортом подается в форсунку. В наконечнике форсунки порошок смешивается с потоком кислорода и выбрасывается на ремонтируемую поверхность. Оператор перемещает форсунку вдоль ремонтируемого участка, обеспечивая равномерное нанесение материала.
Важным элементом технологии является предварительная подготовка поверхности. Для улучшения качества сварки поверхность предварительно прогревается кислородно-топливной горелкой специальной конструкции. Прогрев обеспечивает очистку поверхности от загрязнений и повышение ее температуры до оптимального уровня для активации реакции.
Области применения в стекловаренных печах
Керамическая сварка применяется для ремонта свода плавильного бассейна, включая заделку проплавленных отверстий. Технология позволяет восстанавливать углы и сопряжения между сводом и стенами печи, ремонтировать горелочные порты и арки. Эффективен метод для укрепления растрескавшихся участков кладки и герметизации температурных швов.
Для ремонта внутренних поверхностей применяется горячая керамическая сварка с доступом через люки и специально вырезанные отверстия. Для герметизации наружных швов и соединений используется холодная керамическая сварка при пониженной температуре поверхности.
Преимущества технологии
Основным преимуществом керамической сварки является возможность выполнения ремонта при полной рабочей температуре печи без снижения производительности. Технология обеспечивает высокую прочность соединения благодаря образованию керамической связи на границе раздела. Восстановленные участки имеют свойства, близкие к свойствам базового огнеупора.
Метод характеризуется высокой скоростью выполнения работ. Возможность использования водоохлаждаемых форсунок большой длины обеспечивает доступ к труднодоступным участкам печи. Современные системы визуального контроля с перископами и камерами позволяют оператору наблюдать процесс сварки и контролировать качество в реальном времени.
Сравнительный анализ методов горячего ремонта
Выбор оптимальной технологии горячего ремонта определяется характером повреждения, его локализацией, требуемой скоростью выполнения работ и техническими возможностями. Каждый метод имеет специфические области применения, где он наиболее эффективен.
Технологические характеристики методов
Метод охлаждающих труб характеризуется простотой реализации и минимальными требованиями к квалификации персонала. Однако эффективность ограничена верхними зонами стеновых брусьев, а постоянное энергопотребление снижает привлекательность при длительном применении. Технология оптимальна как временная мера для стабилизации износа до планового холодного ремонта.
Горячее торкретирование обеспечивает производительность нанесения материала и возможность ремонта больших площадей. Технология эффективна для восстановления свода, стен и регенераторов. Ограничением является относительно низкая плотность торкретного слоя по сравнению с формованными огнеупорами и повышенный отскок материала при работе на потолочных поверхностях.
Кислородно-топливное напыление позволяет получать покрытия с высокой плотностью и хорошей адгезией. Метод требует специализированного оборудования и высокой квалификации операторов. Эффективен для локального ремонта небольших по площади повреждений, где требуется высокое качество восстановления.
Керамическая сварка обеспечивает высокое качество ремонта благодаря формированию керамической связи с основным материалом. Технология универсальна и применима для различных типов огнеупоров. Высокая стоимость оборудования и материалов компенсируется долговечностью ремонта и возможностью работы при максимальных температурах.
| Метод | Квалификация персонала | Область применения | Основные преимущества |
|---|---|---|---|
| Охлаждающие трубы | Средняя | Стеновые брусья верхняя зона | Простота установки |
| Торкретирование | Средняя-высокая | Свод, стены, регенераторы | Большие площади покрытия |
| Кислородно-топливное напыление | Высокая | Локальные участки свода и стен | Высокая плотность покрытия |
| Керамическая сварка | Высокая | Свод, порты, критические зоны | Прочная керамическая связь |
Рекомендации по выбору метода
Для оперативной стабилизации локального износа стеновых брусьев в зоне варки рекомендуется установка охлаждающих труб. При планировании продления кампании целесообразно применение торкретирования или напыления для восстановления больших площадей свода и стен. Для ремонта критических повреждений оптимальна керамическая сварка.
При выборе подрядчика для выполнения горячего ремонта необходимо учитывать опыт работы на аналогичных объектах, наличие сертифицированного оборудования и квалифицированного персонала. Важным фактором является возможность круглосуточного выполнения работ для минимизации влияния на производство.
Часто задаваемые вопросы
Отказ от ответственности:
Настоящая статья носит исключительно ознакомительный характер и предназначена для общего информирования технических специалистов о современных технологиях горячего ремонта стекловаренных печей. Информация представлена на основе открытых технических источников и обобщенного практического опыта отрасли.
Автор не несет ответственности за возможные последствия применения изложенной информации. Проектирование, строительство, эксплуатация и ремонт стекловаренных печей должны выполняться в строгом соответствии с действующими техническими регламентами, государственными стандартами и требованиями промышленной безопасности.
Все работы по горячему ремонту стекловаренных печей должны выполняться квалифицированными специалистами, имеющими соответствующие допуски и сертификаты. Перед началом любых ремонтных работ необходимо провести тщательную оценку состояния оборудования, разработать проектно-технологическую документацию и получить необходимые согласования.
Применение описанных технологий без надлежащей подготовки персонала, специализированного оборудования и соблюдения мер безопасности может привести к авариям, травматизму и материальному ущербу. Рекомендуется привлечение профильных инжиниринговых компаний с подтвержденным опытом работ на аналогичных объектах.
Источники
При подготовке материала использовались следующие авторитетные источники:
- ВСН 412-80 «Инструкция по выполнению футеровок тепловых агрегатов методом торкретирования» - ведомственные строительные нормы, устанавливающие технические требования к торкретированию огнеупоров
- Научные публикации в журнале «Техника и технологии» Сибирского федерального университета по оптимизации теплоизоляционных конструкций стекловаренных печей
- Техническая документация по технологии керамической сварки огнеупоров для ремонта стекловаренных печей
- Статьи в журнале Ceramic Engineering and Science Proceedings по развитию процесса керамической сварки для ремонта стекловаренных печей
- Публикации научно-технического журнала Nippon Steel Technical Report по методам термического напыления огнеупоров
- Монография IspatGuru по технологиям торкретирования и напыления огнеупорных материалов в металлургической и стекольной промышленности
- Исследования ScienceDirect по механизмам коррозионно-эрозионного износа огнеупоров в стекловаренных печах
- Техническая литература по производству и ремонту промышленных печей от специализированных инжиниринговых компаний
- Учебные материалы по стекловарению Томского политехнического университета
