способ керамической наплавки и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ керамической наплавки, включающий подачу кислорода и смеси из огнеупорного наполнителя и горючей составляющей на нагретую до температуры не менее 600°С поверхность кладки, согласованное регулирование подачи чистого кислорода и смеси, расплавление огнеупорных составляющих факелом с температурой 2000-3000°С, размягчение поверхности ремонтируемой кладки до пластического состояния и их сплавление с образованием монолитной структуры при затвердевании, отличающийся тем, что подачу кислорода осуществляют двумя потоками, один из которых направляют в питатель для псевдоожижения и обогащения смеси из огнеупорного наполнителя и горючей составляющей, а другой - в инжектор, затем псевдоожиженную и обогащенную смесь подают по технологическому трубопроводу через инжектор и наплавочное копье на поверхность ремонтируемой кладки.

2. Устройство керамической наплавки, содержащее питатель, технологический трубопровод, линию подачи кислорода и регулирующие устройства, отличающееся тем, что линия подачи кислорода разделена через разветвитель потока на два технологических трубопровода, один из которых подключен к питателю, а другой через дополнительно установленный инжектор подключен к наплавочному копью через технологический трубопровод подачи готовой смеси, при этом питатель в нижней его части соединен с инжектором посредством технологического трубопровода для подачи псевдоожиженной и обогащенной смеси, с размещенным на нем отсечным краном, причем в верхней части питателя смонтирован загрузочный люк-крышка с клапаном безопасности, а в нижней - газораспределительная решетка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам горячего ремонта огнеупорной кладки печей, и может быть использовано в любой другой отрасли промышленности, использующей аппаратурные методы ремонта керамической наплавкой.

Известны способы керамической наплавки и осуществляющие эти способы устройства, например методы "Фосбель", "Союз" и "НВП МАК", которые обеспечивают транспортировку смесей к дефектам кладки. Дополнительные энергоносители служат для предотвращения нештатных ситуаций (это азот в способах "Фосбель" и "Союз"). Кроме того, для приведения в действие дозаторов в методе "Фосбель" используется электроэнергия, а в методе "Союз" - пневмопривод. Два энергоносителя используются и в методе "НВП МАК". Эти способы содержат одни и те же основные черты, а именно:

в них используют смеси, содержащие горючие составляющие - это кремний и алюминий и огнеупорный наполнитель - это материалы, близкие по химическому составу к ремонтируемому огнеупору. Окислителем в этих способах является кислород. (Баланов В.Г., Носков Ю.В., Мазур В.Л., Чубенко А.Н. Термокерамические способы ремонта кладки коксовых печей. Кокс и химия, 1999 г.)

Недостатком известных способов является использование нескольких энергоносителей, усложняющих эти способы.

Известен камерный насос для транспортировки воздухом торкрет-массы (торкрет-смеси), содержащий герметичную камеру с размещенными на ее крышке узлом загрузки огнеупорного порошка и отсечным клапаном, расположенным у выходного отверстия камеры, и предохранительным пневмоклапаном. Над отсечным клапаном в нижней части камеры расположено аэрирующее устройство с направленными вниз вертикальными отверстиями и инжектор для транспортировки торкрет-массы в транспортный трубопровод. Аэрирующее устройство выполнено кольцеобразным с размещенными по периметру камеры в один ряд вертикальными отверстиями, соединенными общей закрытой упругим кольцом кольцевой проточкой, а инжектор для транспортировки торкрет-массы в транспортный трубопровод выполнен в виде размещенной в камере вдоль вертикальной оси над ее выходным отверстием трубы с возможностью вертикального перемещения и выполнения ею функции отсечного клапана (Патент RU №2049300, F 27 D 1/16, опубл. 1993.08.23, бюл. №31).

Недостатком известного устройства для керамической наплавки является то, что указанный аппарат малопроизводителен и не обеспечивает равномерного поступления смеси частиц горючей составляющей и огнеупорного наполнителя к месту наплавки, а значит, ухудшает качество наплавки.

Наиболее близкими к заявляемому способу и устройству является способ горячего ремонта огнеупорной кладки нагревательных печей методом керамической наплавки и устройство для его осуществления. Способ включает подачу по техническому трубопроводу к наплавочной головке и нанесение торкрет-массы в виде сухой смеси порошков огнеупорных материалов и топливных составляющих струей кислорода на предварительно зачищенную, нагретую до температуры не менее 600°С поверхность кладки, расплавление огнеупорных составляющих факелом с температурой 2000-3000°С, размягчение поверхности ремонтируемой кладки до пластического состояния и их сплавление с образованием при затвердевании монолитной структуры. Подачу торкрет-массы к наплавочной головке осуществляют за счет давления сжатого воздуха в питателе, при этом после питателя через регулирующее устройство дополнительно подключают к технологическому трубопроводу трубопровод сжатого воздуха. Кислород подают через регулирующее устройство к наплавочной головке по отдельному трубопроводу с возможностью изменения скорости перемещения торкрет-массы по технологическому трубопроводу и производительности установки от минимальной до заданной величины за счет согласованного регулирования подачи кислорода и сжатого воздуха. Реализация предлагаемого способа осуществляется при помощи устройства, которое содержит питатель, трубопровод, технологический трубопровод, линию подачи кислорода, наплавочную головку и регулирующие устройства (Патент RU №1836440, С 21 С 5/44, опубл. 1993.08.23, бюл. №31).

К недостаткам указанного способа и устройства относятся раздельная подача смеси, которая подается воздухом, и кислорода, который подается по отдельному независимому трубопроводу в головку копья. Такая подача реагентов (горючих составляющих и инертных добавок смеси и кислорода) в зону реагирования не обеспечивает их перемешивания в достаточной степени и не приводит к образованию кислородно-порошковой струи равномерного состава. Неравномерное поступление частиц горючих составляющих в зону горения требует нанесения керамической наплавки на дефект кладки в два этапа. Кроме того, газовая фаза зоны реакции, где происходит окисление горючих составляющих (кремния и алюминия), существенно обедняется кислородом из-за того, что кислород разбавляется азотом, содержащимся в воздухе. Это снижает тепловую эффективность процесса образования вещества керамической наплавки, т.к. теплообразование новых веществ, оксидов кремния и алюминия, расходуется на нагрев азота, воздуха.

Задачей изобретения является улучшение качества наплавки за счет повышения эффективности использования кислорода как реагента, так и энергоносителя и повышения эффективности перемешивания смеси кислородом за счет создания псевдоожиженного состояния смеси.

Поставленная задача решается следующим образом.

В предлагаемом способе керамической наплавки, включающем подачу кислорода и смеси из огнеупорного наполнителя и горючей составляющей на нагретую до температуры не менее 600°С поверхность кладки, согласованное регулирование подачи чистого кислорода и смеси, расплавление огнеупорных составляющих факелом с температурой 2000-3000°С, размягчение поверхности ремонтируемой кладки до пластического состояния и их сплавление с образованием монолитной структуры при затвердевании согласно изобретению подачу кислорода осуществляют двумя потоками, один из которых направляют в питатель для псевдоожижения и обогащения смеси из огнеупорного наполнителя и горючей составляющей, а другой - в инжектор, затем псевдоожиженную и обогащенную смесь подают по технологическому трубопроводу через инжектор и наплавочное копье на поверхность ремонтируемой кладки.

В предлагаемом устройстве для осуществления способа керамической наплавки, содержащем питатель, технологический трубопровод, линию подачи кислорода и регулирующие устройства, согласно изобретению линия подачи кислорода разделена через разветвитель потока на два технологических трубопровода, один из которых подключен к питателю, а другой, через дополнительно установленный инжектор, подключен к наплавочному копью через технологический трубопровод подачи готовой смеси, при этом питатель в его нижней части соединен с инжектором посредством технологического трубопровода для подачи псевдоожиженной и обогащенной смеси, с размещенным на нем отсечным краном, причем в верхней части питателя смонтирован загрузочный люк-крышка с клапаном безопасности, а в нижней - газораспределительная решетка.

Техническая сущность изобретения заключается в следующем.

Осуществление подачи кислорода двумя потоками, один из которых направлен в питатель, а другой - в инжектор, позволяет получить равномерный поток псевдоожиженной и обогащенной кислородом порошковой струи смеси, которая при ремонте дефектов (сколов, раковин, трещин) кладки коксовых печей обладает хорошей адгезией.

Подача псевдоожиженной и обогащенной смеси в инжектор и ее последующее перемешивание с дополнительным количеством кислорода в инжекторе позволяет регулировать необходимое стехиометрическое соотношение между газообразным кислородом и горючими составляющими смеси. А дальнейшая подача готовой смеси через наплавочное копье на дефект кладки обеспечивает высокое качество наплавки ремонтируемой поверхности.

В устройстве для керамической наплавки установка инжектора обеспечивает бесперебойную и равномерную доставку смеси через технологический трубопровод и наплавочное копье к месту ремонта.

Загрузочный люк-крышка с клапаном безопасности, смонтированный в верхней части питателя, обеспечивает загрузку смеси дискретными порциями по мере необходимости, а также защиту оператора при несанкционированном попадании капель масла, жиров и других самовозгорающихся в кислороде веществ.

Газораспределительная решетка, смонтированная в нижней части питателя, создает эффект псевдоожижения смеси кислородом, подача которого регулируется с помощью регулирующего устройства (вентиля).

Технический результат при использовании данного способа керамической наплавки при помощи устройства для его осуществления заключается в том, что при создании псевдоожиженного и обогащенного кислородом состояния смеси, состоящей из огнеупорного наполнителя и горючей составляющей, их частицы гомогенизируются и повышают качество наплавки на поверхности ремонтируемой кладки коксовой печи.

Предлагаемое техническое решение поясняется рисунком, где на чертеже изображено устройство для керамической наплавки.

Устройство содержит питатель 1, который снабжен люком-крышкой 2, на котором установлен клапан безопасности 3 и натяжной винт 4, в нижней части питателя 1 расположена газораспределительная решетка 5 и крышка 6. Линия подачи кислорода 7 разделена на два технологических трубопровода 7а и 7б через разветвитель 8. Технологический трубопровод 9 для подачи псевдоожиженой и обогащенной смеси, на котором расположен отсечной кран 10, соединен с инжектором 11, который через технологический трубопровод 12 для подачи готовой смеси присоединен к наплавочному копью 13. Контрольный манометр 14 установлен на люке-крышке 2 питателя 1, манометры 15 и 16 - на технологических трубопроводах 7а и 7б соответственно, манометр 17 - на линии подачи кислорода, а регулирующие устройства 18, 19 расположены на технологических трубопроводах 7а и 7б соответственно и регулирующее устройство 20 расположено на линии подачи кислорода.

Способ керамической наплавки реализуется в предлагаемом устройстве следующим образом.

В питатель 1 загружается смесь из огнеупорного наполнителя и горючей составляющей. Запорный люк-крышка 2, на котором установлен клапан безопасности 3, представляющий собой пружину, прижимает люк-крышку 2. Запирание люка-крышки 2 производится натяжным винтом 4. Регулируя натяжение винта по показаниям манометра 14, производят настройку клапана безопасности 3 на "критическое давление". При достижении давления в питателе 1 больше "критического" происходит сброс кислорода в атмосферу по периметру примыкания люка-крышки 2 к горловине люка через неплотности примыкания во всех случаях нештатных ситуаций (забивка линии подачи смеси к наплавочному копью, возгорание смеси на конце копья), которые связаны с возрастанием давления в питателе 1. Нижняя крышка 6 служит для возможности замены газораспределительной решетки 5. Кислород поступает на линию подачи кислорода 7 и через разветвитель 8 направляется по технологическому трубопроводу 7а к питателю 1, где он проходит через газораспределительную решетку 5 и псевдоожижает и обогащает смесь. Регулирование подачи кислорода осуществляется устройством 20 и контролируется по показаниям манометра 17. Далее эту смесь подают по технологическому трубопроводу 9 в инжектор 11, через который смесь транспортируется по технологическому трубопроводу 12 в наплавочное копье 13. Затем готовая смесь направляют на дефект кладки, разогретый до температуры более 600°С. Регулирующими устройствами (вентилями) 18 и 19 по показаниям контрольных манометров, расположенными на трубопроводах 7а и 7б, изменяют количество кислорода, подаваемого к питателю 1 и к инжектору 11 соответственно. Для прекращения процесса керамической наплавки первоначально прекращают подачу псевдоожиженной и обогащенной смеси отсечным краном 10, размещенным на технологическом трубопроводе 9 для подачи псевдоожиженной и обогащенной смеси, а затем закрывают подачу кислорода.

Пример. Реализация способа керамической наплавки осуществлялась при горячем ремонте поверхности кладки коксовой печи, разогретой (имеющую) до рабочей температуры более 600°С. Сухую смесь, состоящую из огнеупорного наполнителя - динаса и горючей составляющей - кремния, в потоке кислорода подавали на участок огнеупорной кладки, имеющей дефекты, например, раковины, трещины, сколы. При контакте мелкодисперсных частиц горючей составляющей с нагретой до температуры более 600°С кладкой происходило их воспламенение за счет физического тепла кладки и расплавление огнеупорных составляющих факелом с температурой 2500°С, далее расплав заполнял дефекты кладки и кристаллизовался, достигая рабочие температуры кладки до 1200°С. В атмосфере кислорода частицы кремния окислялись с выделением тепла, образовывая соответствующий оксид SiO₂. При этом в ходе окисления кремния выделялось 908,87 кДж на моль. В результате локального выделения тепла в месте наплавки развивались температуры свыше 2000°С. Большинство мелкодисперсных частиц огнеупорного наполнителя - динаса переходило в расплав, который, кристаллизуясь по мере остывания кладки до рабочих температур, заполняло ее дефекты. За счет хорошей адгезии и частичного проникновения в поверхность ремонтируемой кладки на глубину 0,5-1,0 мм образующаяся керамическая связка восстанавливала разрушенные участки кладки печи. Регулирование поступления обогащенной смеси для наплавки в инжектор давало возможность регулирования скорости ее подачи, а значит, и регулирование производительности устройства от минимальных значений до максимальных.

С помощью регулирующих устройств (вентилей) на технологических трубопроводах (после разветвителя) достигалось оптимальное соотношение смесь - кислород, которое соответствовало стехиометрическому соотношению горючей составляющей и кислорода в зоне реакции.

Способ и устройство промышленно применимы при горячих ремонтах огнеупорной кладки коксовых печей.