регистрация / вход

Инновационные монолитные огнеупорные решения Компании Calderys для цементной промышленности

“Инновационные монолитные огнеупорные решения Компании «Calderys» для цементной промышленности” Авторы: Мария Веб-Янишь; Андрей Клемба

“Инновационные монолитные огнеупорные решения Компании

«Calderys» для цементной промышленности”

Авторы: Мария Веб-Янишь; Андрей Клемба

Введение:

Группа Компаний «Calderys»--мировой лидер в проектировании и поставке материалов и технологий для огнеупорных решений различных перерабатывающих отраслей промышленности. Создание инновационных, современных монолитных продуктов и решений для различных проектов позволило нам идти в ногу с техническим прогрессом в цементной промышленности. 100 лет опыта в огнеупорных технологиях и их развитии, развитие своей мировой сети инженерных центров, позволяют «Calderys» обеспечивать полный сервис для Заказчиков по футеровке и теплоизоляционным решениям, включая индивидуально разработанные для клиента анкерные системы, выполнение шефмонтажа и руководство проектом.

Тенденции в использовании альтернативного топлива и отходов промышленности:

Для обеспечения высокой температуры, необходимой для технологического процесса, могут применяться различные виды топлива ( угольная пыль и отходы коксового производства, мазут, природный газ). Сжигание дополнительного топлива применяется в цементных печах с 1994 года. Из-за высокой стоимости основных видов топлива существует возрастающая тенденция для их замены на альтернативные виды топлива. В цементных печах могут сжигаться надлежащим образом переработанные отходы других отраслей промышленности, включая растворители, нефтепродукты, краски и отходы от их производства, шины, пластмассы, опилки, отходы от перегонки нефти и другие горючие отходы. Некоторые виды пластмасс, содержащие хлориды (такие, как винил) хорошо уничтожаются благодаря осаждению хлоридов в клинкер. В Азии, несмотря на то, что применение ископаемых видов топлива очень велико, в качестве альтернативного топлива могут применяться сельскохозяйственные отходы: рисовая шелуха, пальмовые листья, текстильные отходы и отходы из резины, различные отходы от производства нефтепродуктов и прочее. Для использования альтернативных видов топлива мы применяем в агрегатах огнеупоры с особыми эксплуатационными характеристиками.

Основные зоны футеровки в цементной промышленности, подверженные наибольшим перегрузкам.

Основные виды воздействия на различные зоны футеровки агрегатов представлены в следующей таблице. Графа 1: основные виды воздействия на футеровку.

Зона применения Абразивное

Темп.

>800°

C

Химическое воздействие Нарост/ гарнисаж Термическ ий удар Возд.-е пыли
Основной циклон Газоходы

X

X

X

X

Циклон ниж. уровня XX XX XXXX XXX X XX

Кальцинатор

Входная камера

Впускн. коллектор

XX

XXX X

XXXX

XXXX XX

XXXX

XXXX

XXXX

X

XXXX

XXXX

X

XX

XX

XXX XX

XXX

Газоход третичного возд. Устр.-во подачи

XXX

XXX

X

XX

X

XX

XXX

X

Свод Головки печи XX XXXX XXX XX XXX
Фурма горелки XXX XXXX XXXX XX XXX

Вход печи

Вх. и выходное кольцо

XX

XXXX

XX

XXXX

X

XXX

Холодник XXXX XXXX XXX XXX XXXX

Влияние топлива на футеровку:

В теплоагрегатах, таких как подогреватель или печь предобжига, вещества в газообразной форме, такие как щелочи, сульфаты и хлориды попадают в систему через топливо и другие горючие вещества. Они неоднократно испаряются и конденсируются, вызывая обогащение этих фаз в сырье. Сильное изнашивание огнеупора происходит в областях, под-верженных наибольшему вредному воздействию. Уровни R2O, SO3 и CL- по срав-нению с обычным содержанием в печи могут повыситься этими факторами 5 раз, 3-5 раз и 80-100 раз соответственно, в самой горячей зоне подогревателя. Сырое сырье мо-жет сформировать конденсат и, затем, формировать новые фазы, особенно в области входного отверстия между ротационной печью и подогревателем. Хлориды (KCl и NaCl) формируются сначала в газовой фазе из-за схожести хлора с щелочами. Щелочи (Na2O, K2O) реагируют с SO3 и Cl2, которые создают кислые остатки K2SO4 и KCl. Эти продукты находятся в газообразной форме в температурах выше 700/800 0 С. Следу-ющая катастрофическая реакция дает начало щелочному воздействию, если R2O и уровни хлоридов больше чем 1 и 0,01 соответственно. Сложные щелочные соли проявляют более серьезные коррозийные свойства, нежели простая соль. Смеси сульфата и солей хлорида понижают их температуру отвердевания, ниже, к 700 0 С. Эти соли проникают как далее вниз по агрегатам по движению сырья в линии (холодильник) или же вверх по теплоагрегатам (подогреватель, циклон нижнего уровня, колосниковая решётка подогревателя) K2SO4 и KCl, проникают через поры огнеупора и вступают в реакции, которые приводят к образованию новых реагентов, которые увеличиваются в объеме, и, в конечном счете вызывают разрушение под воздействием щелочи. Продукты реакции, которые могут быть KAS2, KAS4 [лейцит], зависят от щелочной концентрации и химического состава огнеупора (Al2O3/SiO2). Формирование лейцита (породообразующий минерал подкласса каркасных алюмосиликатов ) связано с 20 кратным увеличением объема. Щелочи, которые не объединены с хлором, реагируют с серой, и формируют щелочные сульфаты (Na2SO4). Формирование полевых шпатов, фойдов (близкая к полевым шпатам минеральная группа) и алюмината кальция вызывает увеличение объема и приводит к разрушению футеровки.

Воздействие

Щелочная атака Al2O3-SiO2 на огнеупоры: Шамотные огнеупоры с <25% Al2 O3 :

Шамот, содержащая более высокий процент кварца, чем каолинит, надо полагать, подвергается следующим реакциям:

2K +CO

Al2 O3 ,2SiO2 + 2SiO2 - KAS4 (лейцит) + C

2K +CO

Al2 O3 ,2SiO2 + 4SiO2 - KAS6 (калиевый полевой шпат) + C

High K2 O

And KAS6 (калиевый полевой шпат) + C - KAS4 (лейцит)

Low Na2 O

Al2 O3 ,2SiO2 + 2 SiO2 - NAS6 (альбит)

High Na2 O

NAS6 (альбит) -NAS2 (нефелин)

Диффузионный процесс значительно ограничен следующими процессами:

- Насыщаемостью стекловидной фазы соединения с щелочами,

- Другие кристаллические элементы как муллит, кварц или кристаллоболит, находятся в жидкой фазе;

- Это ведет к закупорке пор и уменьшает проникновение щелочей. Такая «защита» происходит при температуре ниже чем 1200 °C.

Шамотные огнеупоры с >25% Al 2 O 3 :

Полевые шпаты могут также появиться в материалах, с более высоким содержанием Al2O3, в присутствии существенных количеств щелочных элементов [5-10%] и при температурах выше чем 900-1000 °C. Увеличение объема также весьма важно для лейцита и достигает 20%. Другие полевые шпаты или фойды (калиафелит, нефелин) могут также образоваться с различным увеличением объема.

Fig. 2 Шамот при 1100°C в щелочной среде

Mуллиты:

При температуре более, чем 950 °C , муллит может подвергаться воздействию щелочей. Лейцит и калиафелит кристаллизуются при наличии щелочи. Учитывая, такие факторы как температура и время мы имеем:

3 Al2 O3 ,2SiO2 + 6K+3CO - K2 O,Al2 O3, 2SiO2 + 2 (K2 O,Al2 O3 ) + 3C

(муллит) ( калиафилит)

Совместимые с NaO

(K,Na)2 ,Al2 O3 ,2SiO2 (калсилит)

Вышеупомянутая реакция увеличивает объем примерно до 29%

Высокоглиноземистые материалы с содержанием >80% Al2 O3 :

В небольших количествах лейцит и калиафелит могут образоваться при контакте с щелочами. Алюминаты калия могут образоваться при температуре более чем 1200 °C. В этом случае увеличение объема может достигнуть 17-20%. Контакт α - глинозема (корунд)иβ - глинозема с щелочами [(K, Na) 2O, nAl2O3] приводят к разрушению под воздействием щелочи. Реакция может иметь следующий вид:

11 Al2 O3 + 2K + CO - K2 O,11Al2 O3 + C

С возрастанием доли глинозема в связанной фазе в алюмосиликатных огнеупорах наблюдается возрастание реакций в присутствии увеличения щелочных паров, это приводит к увеличению объема вкраплений, вступающих в эти реакции. Это было выявлено, как главная причина для

трещин и разрушения огнеупоров в теплообменнике вращающихся

Fig. 3 Корундовый огнеупор обжиговых печей в цементной промышленности. при 1300°C в щелочной среде

Проникновение солей в огнупорный материал:

В зависимости от пористости и размеров этих пор соли (KCl или NaCl) могут проникать в огнеупор в стандартных эксплуатационных условиях. Поскольку температура уменьшится, новые соединения, возникшие в реакции с щелочами кристаллизуются с увеличением объема (порождение

Fig. 4 Пример огнеупора, депозита соли с разрыванием. «пропитанного» химическими новообразованиями

Aбразивное воздействие:

Высокое абразивное воздействие на своды, стены, на газоходы или другие зоны падения клинкера- последствие циркуляции пыли и воздействия клинкера в различных зонах тепло-агрегатов. Входное кольцо, горячие зоны холодильника, фурма горелки - лучший пример зон сильного абразивного воздействия, только должным образом выбранное решение футеровки может принести ожидаемую длительную эксплуатацию огнеупора. Футеровка входного отверстия, входной камеры циклонов может разрушиться меньше чем через 6 месяцев, когда огнеупорный материал был не правильно подобран.

Как уменьшить и исключить образование разрушающих включений ?

Выбор материалов:

Использование специальных карбидокремниевых материалов уменьшает эффект щелочного воздействия и воздействия сырья и шлаков на футеровку. Многолетние тесты подтвердили, что специальный выбор материала с карбидом кремния, существенно увеличивают химическую стойкость огнеупоров. В тесте приведенном ниже, мы рассмотрим поведение огнеупора в щелочной среде (сульфаты, хлоры и карбонаты) и в различных температурах. В современных агрегатах цементной промышленности температуры в камере сгорания или даже в самой обжиговой печи могут повыситься до 1350°C и 1200°C соответственно. Это делает более сложной работу фактически используемых футеровочных материалов. Введение третичного и вторичного воздуха также изменяет существующие условия работы футеровки и может вызвать дальнейшее увеличение окисления огнеупоров. Таким образом выбор огнеупоров должен быть сделан на основе хорошего понимания специфических условий работы определенного агрегата .

Таблица 2 Тест на воздействие щелочной коррозии на огнеупоры с различным содержанием карбида кремния (температура горения <1100 °C)

Исследование подтверждает, что продукты с содержанием глинозема:> 25% и > 85% требует, что дополнение их карбидом кремния улучшает их стойкость. Маленькие трещины видимы на задней стороне испытуемого тигля. Ситуация изменяется при в более высокой температуре, которая имеется в камере сгорания, у входного кольца , своде головки печи, фурме горелки или в горячей зоне холодильника. При более высокой температуре содержание карбида кремния в огнеупорном бетоне имеет положительное значение.В бетонах на основе шамота небольшое добавление 5-10% карбида кремния создает положительный эффект. Подобная ситуация появляется в бетонах на основе муллита и более высоко глиноземестом материале. Это было также доказано в практике, что продукты, содержащие между 5-15% из карбида кремния представляют превосходные показатели по сопротивлению щелочной коррозии и абразивному воздействию.

Таблица 3 Тест на воздействие щелочной коррозии на огнеупоры с различным содержанием карбида кремния (температура горения <1100 °C)

Шамот

Бетоны с Al2 O3 содержание Al2 O3 >25%;

Муллит

Бетоны, содержание

Al2 O3 >85%;


Детальное наблюдение процессов позволило «Calderys» создать полный дипазон материалов с карбидом кремния, которые могут значительно уменьшить существующие проблемы. Для избежания щелочной коррозии и налипания гарнисажа, не всегда необходимо использовать продукты, с высоким уровнем содержания карбида кремния (60-70%). Из-за значительногоокисления при высокой температуре такие материалы могут вызвать очень сильное тепловое расширение и создать проблемы.


Fig. 6 Поверхность бетона с 65% SiC после окисления

Компания «Calderys» была пионером в создании материалов с низким содержанием карбида кремния в цементной промышленности. Многолетний опыт подтверждает их успешное применение в обжиговой печи, камере сгорания, фурме горелки, входного кольца, или в горячей зоне холодильника.

Таблица 4. Стандартные карбидокремниевые материалы для камеры сгорания, входного кольца подающей трубы, свода холодильника

Продукт

Calde Cast ML 55 S5 Calde Gun MM55 S5 Calde Gun LF 45S

Calde

Spraycast

A 50 S5

Бетон Торкрет масса LPG Casting/pumpin g
Высокоглиноземи с-тый Высокоглиноземи с-тая Высокоглиноземи с-тая шамот
max. рабочая темп. 1550 1500 1500 1550
Al2O3 55 57 43.3 52
SiC -
CaO 1.4 4.1 1.7 2.2

откр. порист.при

1000°C [%]

14 20 - 17

плотность[g/cm

3]

2.46 2.35 2.24 2.38

CCS [MPa]

110

100

90

70

800 130 80 - 60
1000 130 75 - 100
1200 120 75 120 120
1400 105 60 - 135

Все продукты, представленные в таблице могут использоваться в различных агрегатах, по необходимости, они могут быть нанесены как торкретированием, или как заливной или саморастекающийся бетон, по технологии «спрейкаст». При окислении карбида кремния образуется кварцит, который «затыкает» поры в огнеупоре и уменьшает пористость материала с низким содержанием (5-30%) карбида кремния.

III Заключение:

Кирпичная футеровка была заменена на соответствующие монолитные решения в цементой промышленности. Ограничения времени и отсутствие надлежащего обучения для персонала, который монтирует футеровку, были первыми препятствиями для введения монолитных решений футеровки. Большие успехи достигнуты за счет развития инновационных решений, таких как LCC (низко цементных бетонов), и ULCC (бетонов с ультра низким содержанием бетона) объединенных с современными монтажными технологиями, таких как саморастекающийся бетон, технологии «спрейкаст», и технологии торкретирования.

Наши технические решения развиваются при партнерских отношениях с клиентами, увеличивают стойкость футеровки, они применимы для различных зон агрегатов в цементной промышленности и могут устанавливаться при помощи различных технологий.

ОТКРЫТЬ САМ ДОКУМЕНТ В НОВОМ ОКНЕ

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ [можно без регистрации]

Ваше имя:

Комментарий

Все материалы в разделе "Промышленность и производство"