Предлагаются технологии изготовления огнеупорных изделий любой сложной формы методом скоростного высокотемпературного синтеза (СВС). При этом рецептура смесей и технологии изготовления самих изделий для СВС кардинально отличаются друг от друга в зависимости от использования основных составляющих оксидов, и тем самым — от используемых температур при работе.
Рассмотрим по аналогии с шамотным и динасовым кирпичом две технологии изготовления огнеупорных изделий.
- Синтез огнеупорного изделия с огнеупорностью 1100-1300 градусов.
Здесь в качестве основного компонента смеси всегда выступает оксид алюминия. Экспериментально доказано, что в смеси с алюминиевой пудрой он прекрасно прессуется в любой форме до готового изделия для СВС. Использовать связующее в этом случае нет необходимости.
- Синтез огнеупорного изделия с огнеупорностью 1700-1800 градусов.
Здесь в качестве основного компонента смеси всегда выступает оксид кремния и т.п. Экспериментально доказано, что в смеси с алюминиевой пудрой он не прессуется до готового изделия. Здесь необходимо использовать обязательно связующее по типу силикатов и т.п.
Исходя из Выше изложенного предлагается кардинально изменить технологию восстановления отопительных простенков коксовых печей и рассмотреть возможность применения технологии так называемого твёрдого пламени или само распространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) — научное открытие советских ученых 1967 год.
Такая технология позволит создать отопительный простенок по аналогии с огнеупорным литьём, но с учётом того, что при СВС отопительный простенок практически сразу набирает требуемую прочность, огнестойкость и немедленно готов к использованию. А это уже в контексте временных характеристик простоя печей, как я понимаю, для Вас самое главное.
Здесь нет смысла акцентировать внимание на физических основах данного явления. Всё достаточно просто и к тому же одновременно – достаточно сложно. Только экспериментальные работы позволят подобрать состав компонентов, их предварительную обработку и т.п. Это обусловлено тем, что в теории не все параметры СВС однозначны, а некоторые имеют вероятностные характеристики.
Скажу только, что для целей заявляемого основными компонентами СВС всегда являются:
1. Порошок металлического алюминия (для алюмотермии).
2. Оксиды для так называемого бескислородного горения и восстановления в порошке алюминия.
Для примера – рецептурный состав для СВС, с которым я лично экспериментировал.
1. Диоксида кремния 75 %,
2. Порошок алюминия 25 %
3. Раствор жидкого стекла 35 %-ный в количестве 16‒18 % от массы.
При зажигании дуги внизу сформованной заготовки начинает протекать СВС, который всегда идёт со скоростью примерно 1 мм/секунда в направлении снизу – вверх. При этом температура в зоне горения достигает более 2500 градусов. Идёт экзотермическая реакция синтеза высокопрочного, огнестойкого огнеупора в режиме послойного горения, направленного снизу-вверх, рис. № 10.1.
Рис. № 10.1. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) огнеупорного изделия.
Остановимся сейчас на самих технологиях применения заявляемого. Их может быть, на мой взгляд, две.
- Монтируется опалубка с внутренними вертикалами всего отопительного простенка. Вводится смесь компонентов для СВС. Инициируется СВС снизу-вверх. Но здесь нужно решить главную проблему – теплоизоляция поперечных стяжек КБ.
- Заблаговременно до начала ремонтных работ методом СВС в формах формируются отдельные модули простенка по типу элементов конструктора ЛЕГО для без растворной сборки. Дополнительное прессование компонентов в формах позволит получить модули, которые не требуют дополнительной механической обработки. Размер модулей здесь будет зависеть от существующих возможностей сборки, т.е. от 30 кг для ручной сборки и выше – при использовании какого-либо механического манипулятора. Просматривая мировую практику по этому вопросу, например, одна иностранная компания рассчитала, что для восстановления всего простенка оптимальным является 21 модуль. Только в её работах речь велась о модулях, изготовленных из огнеупорного бетона, а я веду здесь речь о кардинально другой технологии, которая позволяет использовать печь по назначению сразу, после формирования простенка.
При заранее отработанной на стапеле заявленной выше технологии восстановление отопительного простенка “с нуля” можно провести в течении одного дня, а с учётом того фактора, что после СВС простенок практически сразу набирает требуемую прочность, огнестойкость — печь будет готова к работе немедленно.
В качестве основных финансовых затрат в этом случае является порошок алюминия. Остальными затратами для предварительного расчёта можно пренебречь. Возьмём для примера отопительный простенок размером 6,00х15,00 м. Для СВС количество порошка алюминия будет ориентировочно необходимо в количестве 13.5 тонн. Это примерно 1 350 000,00 руб.
Однозначно для отработки технологии затраты возрастут в десятки раз.
Проведённые эксперименты подтверждают возможность с помощью СВС синтеза любых огнеупорных изделий.
В области качественных характеристик получаемых огнеупорных изделий – здесь большое поле для эксперимента.
Экспериментами подтверждено, что:
- изменения даже в 1 % любого компонента из смеси для СВС,
- усилие прессования изделия,
существенно влияют на качественные характеристики синтезируемого огнеупорных изделий.
К сожалению в настоящее время полноценный математический расчёт качества готовой продукции не возможно, слишком много неопределённостей и вероятностных характеристик.
Таким образом проведение ОКР — единственный способ повышения качества готовой огнеупорной продукции.
PS:
Способом СВС (скоростного высокотемпературного синтеза) была отремонтирована футеровка фехралевой электрической печи, в которой со временем раскрошились так называемые «полочки» под нагревательную спираль, рис. № 10.2.
Рис. № 10.2. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) полочек под нагревательную спираль внутри печи.
Состав смеси для СВС:
1. Диоксида кремния 75 %,
2. Порошок алюминия 25 %
3. Раствор жидкого стекла 35 %-ный в количестве 16‒18 % от массы.
В печи болгаркой была убрана полностью спирального вида внутренняя опора для нагревательного элемента.
Была «вылеплена» внутри печи заново так называемая вставка со спиральным углублением по всему внутреннему периметру.
После полного высыхания вставки произведён нагрев и непосредственно инициация СВС снизу вверх .