Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РЕМОНТА ФУТЕРОВКИ ТЕПЛОВОГО АГРЕГАТА

Изобретение относится к технологии ремонта огнеупорных футеровок тепловых агрегатов.

Известен способ ремонта футеровки путем нанесения на горячую поверхность огнеупора термитной массы из порошка кремния, марганцевого концентрата, железорудного концентрата и шамота, в которую предварительно вводят хлорид натрия и воду до получения вязкопластичного состояния / Пат. РФ №2187484, МПК⁷ С04В 35/36. Способ горячего ремонта футеровки коксовых печей и термитная масса для горячего ремонта Гамма-2 КС / М.П. Уткин, А.В. Тивин, Ю.В. Белов - №2001106535/03; Заявлено 14.03.2001; Опубл. 20.08.2002/.

Недостатком данного способа является сложность производства ремонта, необходимость поддержания высоких температур в зоне ремонта, относительно высокие трудозатраты и дороговизна.

Известен способ ремонта футеровки тепловых агрегатов жаростойким бетоном, включающий подготовку поверхности и обработку 50-70%-ным раствором ортофосфорной кислоты, с последующим нанесением мелкозернистой жаростойкой бетонной смеси на гидравлических вяжущих или жидком стекле, пропитку затвердевшего и высушенного слоя жаростойкого бетона раствором ортофосфорной кислоты 50÷70%-ной концентрации и последующую термообработку при первом пуске и выводе на режим теплового агрегата /Патент на изобретение №2265780, Хлыстов А.И., Соколова С.В. от 10.12.2005 г. /. Принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится: сложность технологического процесса ремонта футеровки, дороговизна и низкая адгезионная прочность бетонного слоя к ремонтируемой футеровке, выполненной из штучных огнеупоров.

Сущностью изобретения является повышение качества ремонта футеровки и эксплуатационных свойств получаемого покрытия, а также упрощение технологического процесса и снижение стоимости ремонта футеровки.

Техническим результатом изобретения является повышение адгезионной прочности ремонтного покрытия из мелкозернистого жаростойкого бетона к огнеупорной футеровке, упрощение технологического процесса производства ремонтных работ, расширение функциональных возможностей мелкозернистой жаростойкой бетонной смеси, позволяющих производить ремонт футеровок из различных материалов, а также снижение стоимости ремонта футеровки тепловых агрегатов.

Технический результат достигается тем, что в известном способе ремонта футеровки теплового агрегата, включающем подготовку поверхности футеровки, покрытие ее мелкозернистой жаростойкой бетонной смесью и пропитку раствором образовавшегося ремонтного покрытия после его набора первоначальной прочности и высыхания и последующую термообработку при первом пуске и выводе на рабочий режим теплового агрегата, особенность заключается в том, что футеровку покрывают мелкозернистой жаростойкой бетонной смесью на жидком стекле с расширяющимся эффектом, а пропитку образовавшегося ремонтного покрытия производят раствором алюмокальцийфосфатной связки (АКФС), синтезированной на основе ортофосфорной кислоты и алюмокальциевого шлама, содержащего, мас. %: Аl₂O₃ - 14,6~20,3; СаО - 26,32~28,42; Fe₂O₃ - 0,3~0,7; MgO - 4,9-5,12; SO₃ - 1,41-1,58; п.п.п. - 38,88-39,59, при следующем соотношении компонентов, мас. %: алюмокальциевый шлам - 30÷35, ортофосфорная кислота плотностью ρ=1,42 г/см³ - 65÷70%.

При ремонте шамотной футеровки для ее покрытия используют мелкозернистую жаростойкую бетонную смесь на жидком стекле с применением кремнефтористого натрия, а при ремонте муллитовой футеровки - мелкозернистую жаростойкую бетонную смесь на жидком стекле с применением глиноземистого цемента.

Авторы изобретения предлагают при ремонте футеровок тепловых агрегатов использовать мелкозернистую жаростойкую бетонную смесь на жидком стекле, содержащую алюминиевые опилки в качестве компонента, обеспечивающего расширяющийся эффект в процессе ее твердения.

Расширяющийся эффект в процессе твердения жидкостекольных композиций обеспечивается за счет выделения газа водорода. Гидролиз жидкого стекла можно представить уравнением:

Реакцию образовшейся щелочи NaOH с алюминием можно выразить уравнением:

В предложенном способе ремонта футеровки тепловых агрегатов перед нанесением мелкозернистой жаростойкой бетонной смеси поверхность футеровки очищают от налипшего налета обжигаемого материала, зачищают трещины и каверны от слабых частиц кирпича и пыли. Затем наносят мелкозернистую жаростойкую бетонную смесь на жидком стекле с расширяющимся эффектом, которая содержит алюминиевые опилки фракции - 0,1-1 мм. После затвердевания и высыхания полученное ремонтное покрытие из мелкозернистой жаростойкой бетонной смеси пропитывают раствором алюмокальцийфосфатной связки плотностью 1,42 г/см³, синтезируемой на базе ортофосфорной кислоты и алюмокальциевого шлама (отхода цветной металлургии). При первом пуске и выводе на рабочий режим теплового агрегата происходит термообработка, которая формирует окончательную структуру ремонтного покрытия с образованием кристаллических фосфатов металлов.

При пропитке ремонтного слоя раствором АКФС и последующей термообработке происходит не только взаимодействие фосфатных растворов с составляющими оксидами и минералами затвердевшего мелкозернистого жаростойкого бетона с образованием стабильных тугоплавких фосфатов металлов, но и формирование таковых из раствора алюмокальцийфосфатной связки в процессе ее кристаллизации.

Расширяющийся эффект мелкозернистой жаростойкой бетонной смеси на жидком стекле обеспечивает добавка алюминиевых опилок фракции 0,1-1 мм.

Использование жидких фосфатных связок при ремонте футеровок благодаря их химической активности к взаимодействию со многими неорганическими соединениями (оксиды, силикаты, алюминаты и т.д.) способствует образованию стабильных фосфатов металлов в процессе их физико-химических превращений при нагревании. Фосфаты по условию образования представляют собой неорганические полимеры.

Основным структурным элементом фосфатов является группа которая на поверхности имеет один атом кислорода, соединенный двойной химической связью с центральным атомом фосфора. Такое строение придает поверхности мелкозернистых жаростойких бетонов на фосфатной связке химическое отталкивание любых жидких агрессивных сред, т.е. ее несмачиваемость различными расплавами. Обработка жидкой алюмокальцийфосфатной связкой готового ремонтного покрытия огнеупорной футеровки позволяет значительно повысить качество ремонта и эксплуатационные характеристики покрытия тепловых агрегатов.

Заявленный способ ремонта футеровки позволяет увеличить адгезионную прочность ремонтного покрытия из мелкозернистого жаростойкого бетона ко всем основным типам используемых огнеупоров.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Для проведения испытательного эксперимента были приготовлены образцы мелкозернистой жаростойкой бетонной смеси на двух типах отвердителя жидкого стекла:

смесь №1 - с применением традиционного кремнефтористого натрия для ремонта алюмосиликатной шамотной футеровки тепловых агрегатов, выполненной из шамотного огнеупора типа ША или ШБ, которая имеет следующий состав, кг/м³: тонкодисперсный алюмохромистый отход -отработанный катализатор ИМ - 2201=440, кремнефтористый натрий=35, шамотный щебень фр. 5-10=650, шамотный песок фр. 0-5=750, жидкое стекло ρ=1,32-1,36 г/см³=350, алюминиевые опилки фр. 0,1-1 мм=50;

смесь №2 - с применением глиноземистого цемента в качестве отвердителя жидкого стекла для ремонта высокоглиноземистой муллитовой футеровки тепловых агрегатов, выполненной из муллитового огнеупора типа МЛС - 62, имеющая следующий состав, кг/м³: тонкодисперсный алюмохромистый отход - отработанный катализатор ИМ - 2201=330, глиноземистый цемент ГЦ-40=110, муллитовый щебень, фр. 5-10=700, муллитовый песок, фр. 0-5=800, жидкое стекло ρ=1,32-1,36 г/см³=350, алюминиевые опилки фр. 0,1-1 мм=50.

Мелкозернистая жаростойкая бетонная смесь на натриевом жидком стекле с расширяющимся эффектом наносилась на подготовленную поверхность теплового агрегата. Смесь №1 наносилась на поверхность шамотной футеровки, а смесь №2 - на поверхность муллитовой футеровки. После 3-суточного набора прочности в процессе воздушного твердения ремонтных покрытий при нормальных условиях и последующего высыхания до постоянной массы была произведена их пропитка раствором алюмокальцийфосфатной связки. После этого был произведен пуск и вывод теплового агрегата в рабочий режим.

Алюминиевые опилки для приготовления мелкозернистой бетонной смеси были взяты из промышленных отходов цветной металлургии (Самарский металлургический завод) - отработанная дробь с установок Гутмана.

Для мелкозернистых жаростойких бетонных смесей, приготовленных на основе жидкостекольных композиций, определялись: плотность, прочность при сжатии и их адгезионная прочность к штучным огнеупорам.

В результате проведенных испытаний были получены эксплуатационные характеристики мелкозернистых жаростойких бетонных смесей, предназначенных для ремонта футеровок, которые приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы характеристики смеси №1 и смеси №2 значительно отличаются от характеристик прототипа - смеси №3 по такому весьма важному параметру, как адгезионная прочность. Адгезионная прочность бетонных смесей №1 и №2 возросла, что положительно скажется на долговечности футеровок тепловых агрегатов.

Следует отметить, что шамотный бетон (смесь №1) на жидком стекле с применением кремнефтористого натрия эксплуатируется при максимальных температурах 1280-1320°С, а тяжелый бетон (смесь №2) на жидком стекле с муллитовым заполнителем и с применением глиноземистого цемента в качестве отвердителя вяжущего - при температурах 1400-1450°С. После обработки этих ремонтных покрытий раствором алюмокальцийфосфатной связки максимальная температура их эксплуатации увеличивается соответственно на 150-200°С.

Для определения характеристик адгезионной прочности предложенных мелкозернистых жаростойких бетонных смесей смесь №1 наносилась на шамотный огнеупор типа ША, а смесь №2 - на муллитовый огнеупор типа МЛС - 62. После набора прочности и высыхания полученного ремонтного покрытия была произведена его поверхностная пропитка раствором алюмокальцийфосфатной связки (ρ=1,42 г/см³), которая позволила повысить его эксплуатационную прочность в 1,5 раза.

Достижение изобретением указанного выше технического результата подтверждается тем, что:

- при ремонте футеровки мелкозернистой жаростойкой бетонной смесью с расширяющимся эффектом в процессе ее твердения происходит расклинивание и заполнение всех каверн и трещин бетонной смесью, что значительно увеличивает адгезионную прочность бетонного слоя к ремонтируемой шамотной или муллитовой футеровки приблизительно в 1,5 -1,6 раза. Это повышает качество и долговечность ремонтного покрытия футеровки.

- заявленный способ позволяет ремонтировать футеровки без поддержания высоких температур в зоне ремонта, что делает его наиболее эффективным и безопасным с точки зрения технологии производства ремонтных работ;

- применяемые сырьевые материалы в ремонтных составах мелкозернистой жаростойкой бетонной смеси являются недефицитными и многие компоненты могут быть взяты из промышленных отходов, поэтому предлагаемый способ является недорогим и способствует утилизации промышленных отходов;

- данный способ является универсальным, так как он расширяет функциональные возможности мелкозернистой жаростойкой бетонной смеси и позволяет производить ремонт футеровок как из штучных огнеупоров, так и из монолитного жаростойкого бетона и бетонных элементов.