Техническое обоснование эффективности замены кирпичной футеровки вращающихся и шахтных печей на бетонную для обжига цементного клинкера, извести и керамзита

Научно-производственная компания ООО «Профикс-Воронеж», основываясь на опыт европейских производителей и современные научные решения в области модернизации оборудования и футеровки вращающихся и шахтных печей, разработала способ футеровки вращающихся и шахтных печей огнеупорными бетонами марки «PROFIX» и обосновала эффективность замены традиционной кирпичной футеровки на монолитную бетонную футеровку.

Основываясь на полученный опыт и опираясь на достигнутые результаты, приведем аргументы в пользу такого способа футеровки:

1. Применение огнеупорных бетонов в футеровке таких печей позволяет избежать многих проблем, возникающих в процессе эксплуатации вращающихся и шахтных печей и, как следствие, частых остановок для их промежуточных ремонтов. Бетонная футеровка позволяет увеличить срок эксплуатации печи в 3-5 раз, дает возможность применения теплоизоляционных материалов между кожухом и футеровкой, облегчает конструкцию печи, сокращает расход энергоносителей, снижает содержание нежелательных примесей от износа футеровки в готовом продукте, решает экологические проблемы.

2. Огнеупорные смеси марки «PROFIX» относятся к классу низко-цементных бетонов с содержанием высокоглиноземистого цемента не более 6 % и производятся по ТУ 1523-001-79260715-10 на основе шамотных и муллитовых заполнителей с применением связующих и модификаторов ведущих европейских производителей.

Отличительной особенностью низко-цементных бетонов от традиционно применяемых является отсутствие фактора снижения механической прочности в интервале температур от 600 до 1000 °C. В интервале указанных температур происходит дегидратация цементного камня (образование CaO) и как следствие падение механической прочности футеровки с высоким содержанием цементной связки. В бетонах марки «PROFIX» прочность постоянно растет с увеличением температуры до выхода на рабочий режим 1200 °C. Наличие специальных тонкодисперсных (с размером частиц 1-2 мкм) компонентов и модификаторов европейских производителей позволяет получить показатели механической прочности и абразивостойкости выше в 1,5 -2 раза, чем у обожженных изделий. Так механическая прочность на сжатие огнеупорного бетона шамотного состава марки «PROFIX-40L» после сушки на 110 °C составляет не менее 30 МПа, а после термообработки на 800 °C – не менее 45 МПа. Механическая прочность на сжатие огнеупорного бетона муллитового состава марки «PROFIX-67В» после сушки на 110 °C - не менее 45 МПа, а после термообработки на 800 °C – не менее 55 МПа.

При этом процессы спекания происходят не за счет усадки материала, а за счет оптимизированного полифракционного состава заполнителя. Термическое объемное расширение низко-цементных бетонов после выхода печи на рабочий режим составляет не более 0,5%.

Низкое содержание цемента и высокоглиноземистые компоненты обеспечивают высокую термическую стойкость бетонов. Количество теплосмен в режиме: нагрев до 1000 °C и охлаждение в воде до 20 °C превышает 30 циклов. Высокие эксплуатационные характеристики бетонов позволяют применять их для футеровки различных тепловых агрегатов, таких как вращательные печи, шахтные печи, стекольные печи, вагонетки туннельных и термических печей и другие. Полные технические характеристики бетонов марки «PROFIX» указаны в ТУ 1523-001-79260715-10.

3. Для выполнения футеровки вращающихся печей цементной промышленности, предприятий-производителей извести и керамзита наша компания рекомендуют огнеупорные бетонные смеси марки «PROFIX-40L» (низкотемпературные зоны до 1350 °C) и марки «PROFIX-67В» (высокотемпературные зоны до 1650 °C).

Показатель высокой механической прочности бетонной футеровки и постоянный его рост при повышении температуры характеризует высокую абразивную стойкость и позволяет эффективно заменять футеровку из хромитопериклазовых и периклазохромитовых материалов.

При этом не только повышаются эксплуатационные характеристики печи и сроки эксплуатации между ремонтами, но и решается вопрос экологичности производства - выброс в атмосферу соединений шестивалентного хрома (при использовании изделий хромитопериклазовых марок), опасного для здоровья человека.

Дополнительные преимущества применения бетонной футеровки:

• высокая механическая прочность и износостойкость позволяют рассмотреть вариант уменьшения толщины футеровки, как следствие снижение общего веса;
• высокая термическая стойкость и применение теплоизоляционного слоя из муллитокремнеземистого картона позволяет проводить ускоренный выход на рабочий режим и охлаждение при остановке печи на ремонт;
• укладка дополнительного теплоизоляционного слоя снижает потери тепла через корпус печи и облегчает общий вес футеровки.
• возможность локального ремонта участков монолитной футеровки в случае частичного разрушения.

Все перечисленные преимущества приведут к снижению расхода энергоносителей до 15%, времени футеровки, затрат на ремонты и приобретение огнеупорных материалов, простоев печи и, как следствие, уменьшению себестоимости готовой продукции.

4. Перед укладкой бетона производятся подготовительные работы по установке опалубки и жаропрочных армирующих анкеров к кожуху печи и укладке утепляющего картона МКРК-500 толщиной 10-12мм. Перемешивание бетонной смеси производится лопастной бетономешалкой. Заливка огнеупорного бетона производится "картами" размером по 1,0 - 1,5 м.кв. в готовую опалубку. За счет низкого содержания влаги (7-8%) в затворенной смеси время предварительной сушки готовых бетонов марки «PROFIX» составляет около 10-12 часов. Время окончательного твердения при температуре +5+30 °C составляет не менее 2-3 суток. Применение сушильных камер с температурой 150-300 °C позволяет сократить время удаления влаги из бетонной футеровки, ускорить твердение бетона и увеличить его механическую прочность в 2 раза без высокотемпературного обжига.

Для осуществления поставки бетона и футеровочных работ наша компания предлагает заключить контракт на поставку материала и его укладку "под ключ" на вращающихся печах с предоставлением инженерного сопровождения и услуг по футеровке печей высококвалифицированными специалистами. При футеровке своими силами прилагается подробная инструкция по использованию бетонных смесей марки «PROFIX».

Материал упаковывается в биг-бэги с вкладышем весом по 1тн или полипропиленовые влагонепроницаемые мешки весом по 25кг.

5. Каждая партия бетона проходит тщательный лабораторный контроль. Для оценки термической стойкости бетона образцы нагревают до 1000 °C, выдерживают в течение 3-х часов и опускают в воду с температурой 20 °C. Затем образцы подсушивают 30 минут в сушильном шкафу при 110 °C, снова помещают в муфельную печь, нагревают до выше указанной температуры, выдерживают 3 часа и повторяют испытания.

Срок службы бетонных футеровок на вращающихся печах по опыту западных аналогов достигает 8-10 лет.