Влияние различных окислителей на процесс восстановления огнеупорных футеровок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Украинская инженерно-педагогическая академия

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ОКИСЛИТЕЛЕЙ НА ПРОЦЕСС ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ФУТЕРОВОК

Т.Б. Гонтар, С.М. Вилков,

О.Б. Скородумова, Я.Н. Гончаренко

ВВЕДЕНИЕ

Эффективность работы высокотемпературных промышленных агрегатов в значительной степени зависит от качественного проведения профилактических и промежуточных ремонтов. Актуально использование новых методов горячего ремонта футеровок тепловых агрегатов, обеспечивающих значительную экономию энергоресурсов.

Одним из наиболее перспективных является метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), основанный на экзотермическом взаимодействии двух или нескольких компонентов при горении в струе окислителя [1,2]. Организация этого процесса осуществляется локальным или объемным нагревом до температур, соответствующих порогу инициирования реакций окисления-восстановления в зоне синтеза [3,4]. Температура инициирования СВС - процесса зависит от физико-химической природы экзотермической смеси. Ремонт горячей поверхности футеровки осуществляется путем нанесения покрытия, образующегося при подаче через сопло смеси на основе огнеупорного наполнителя, близкого по составу к ремонтируемой футеровке, и порошков металлов в струе окислителя [5 - 7]. В качестве газообразного окислителя, в основном, используют кислород. Недостатком этого способа ремонта является повышенная взрывоопасность [8].

Известно, что двуокись углерода при высоких температурах может являться окислителем [8,9]. Однако возможность использования ее для процесса СВС не изучалась.

Целью данных исследований является изучение возможности использования в качестве окислителя экзотермической смеси двуокиси углерода.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для исследований использовали порошок алюминия марки ПАП-2 (ГОСТ 5494-95) порошок магния (ГОСТ 6001-79). Температуру воспламенения металлических порошков определяли в муфельной печи при нагреве в струе окислителя. Экзотермические смеси готовили следующим образом: гранулировали мелкодисперсный динасовый порошок с помощью связующего (жидкое стекло), а затем плакировали гранулы высокодисперсным металлическим порошком. Экзотермическую смесь наносили на динасовую футеровку в струе кислорода или углекислого газа в горячей печи при 870 °С. Смачиваемость покрытий шлаком оценивали по величине угла смачивания, который определяли по методу "лежащей капли". На сформированное остывшее огнеупорное покрытие помещали образцы шлака различного состава в виде таблеток диаметром 20 мм и высотой 7 мм. Образцы нагревали до температуры размягчения шлака (1100 °С) и выдерживали 20 минут. После остывания шлака измеряли угол смачивания, равный 180°- и.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Исследовали влияние типа окислителя на температуру возгорания как чистых металлических порошков, так и в составе экзотермический смеси (рис.1, табл.1).

Рис. 1 Влияние типа окислителя на температуру воспламенения металлических порошков

Таблица 1

Температура воспламенения экзотермических смесей на основе динаса в струе кислорода

Как видно из рисунка, температура воспламенения металлических порошков, в основном, зависит от типа окислителя. Температура воспламенения экзотермических смесей на основе динаса зависит от соотношения Mg/Al и заметно снижается с увеличением содержания металлического магния. Опытным путем было установлено, что при температуре футеровки ниже 700 °С зажигание наносимых экзотермических смесей затруднительно, горение протекало неустойчиво, а покрытия получались не полностью спечены. Учитывая, что наибольшее количество тепла выделяется при горении алюминия [8], а также принимая во внимание более низкую стоимость металлического алюминия, в дальнейших исследованиях использовали экзотермические смеси, содержащие алюминиевую пудру.

Изучали процесс горения в струе углекислого газа алюминия в смеси с огнеупорным компонентом, в качестве которого использовали бой динасового кирпича. Соотношение компонентов в смеси и характеристика процесса горения приведены в таблице 2. Учитывая, что алюминиевая пудра характеризуется низким значением насыпной массы, определяли ее оптимальное количество в экзотермической смеси, обеспечивающее ее интенсивное возгорание и наиболее полное спекание образующегося покрытия.

Таблица 2

Характеристика горения в углекислом газе экзотермических смесей

Как следует из полученных результатов, оптимальным содержанием алюминия в экзотермической смеси с точки зрения интенсивности ее горения является 30 %.

Исследовали смачиваемость шлаком покрытий, полученных в атмосфере углекислого газа. Состав шлака, наносимого на поверхность покрытия, приведен в табл.3.

Таблица 3

Химический состав шлака

Результаты измерения угла смачивания приведены на рис.2. Как видно из рисунка, использование в качестве окислителя углекислого газа приводит к значительному увеличению угла смачивания полученного покрытия не зависимо от химического состава шлака. По-видимому, в результате экзотермической реакции окисления алюминия в среде углекислого газа, происходит науглераживание в порах образующегося огнеупорного покрытия.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что двуокись углерода является эффективным окислителем экзотермических смесей, содержащих металлические порошки магния и алюминия. Замена кислорода на СО₂ позволяет снизить взрывоопасность процесса нанесения покрытий при горячем ремонте печей.

Тепловыделение при экзотермической реакции в среде углекислого газа достаточно для расплавления огнеупорной составляющей экзотермической смеси.

Оптимальное содержание алюминиевой пудры в экзотермической смеси составляет 30 %.

Огнеупорные покрытия, полученные при сгорании экзотермических смесей в среде углекислого газа, имеют более низкую смачиваемость расплавами шлаков по сравнению с аналогичными покрытиями, полученными в среде кислорода.

Список литературы

1. А.с. 830103 СССР, МКИ F 27Д 1/16. Термит для ремонта металлургических агрегатов / Машурьян В.Н., Вырков И.П., Чеджемов М.М.(СССР). 2805405/22 -02; заявл. 01.03.79; опубл.15.05.81, Бюл. № 18. 4с.

2. А.с. 838291 СССР, МКИ F 27Д 1/16. Термит для ремонта металлургических агрегатов / Машурьян В.Н., Чалкин И.А., Лавренов В.А., Воронов С.К. (СССР). 2805348/22 -02; заявл. 01.08.79; опубл.15.06.81, Бюл. № 22. - 4с.

3. Мержанов А.Г. Твердопламенное горение / А.Г. Мержанов - Черноголовка: ИСМАН, 2000. 224с.

4. Левашов Е.А. Физико-химические и технологические основы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза / Е.А.Левашов - М.:"Бином", 1999. 176с.

5. Сухов А.В. Исследование процесса горения алюминия / А.В. Сухов // Известия ВУЗов. Машиностроение.1978. № 2. С.96-101.

6. Похил П.Ф. Горение порошкообразных металлов в активных средах / П.Ф. Похил - М.: Наука. 1972.100 с.

7. Владимиров В.С. Использование новых высокоэффективных огнеупорных СВС - материалов и покрытий для металлургических производств / В.С.Владимиров, А.Н.Галаган, И.А. Карпухин // Новые огнеупоры. 2002. № 7. С.8- 12.

8. Павлов Н.В. Неорганическая химия / Н.В.Павлов. М.: Высшая школа.1986

9. Лидин Р.А. Химические свойства неорганических веществ / Р.А. Лидин, В.А. Молочко, Л.Л. Андреева; под общ.ред. Р.А.Лидина; М.: Химия. 2000. 256с.

АННОТАЦИЯ

окислитель огнеупорный футеровка тепловой

Т.Б. Гонтар, С.М. Вилков, О.Б. Скородумова, Я.Н.Гончаренко, Украинская инженерно-педагогическая академия, г. Харьков, Украина

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ОКИСЛИТЕЛЕЙ НА ПРОЦЕСС ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ФУТЕРОВОК

В работе исследовано влияние различных окислителей на процесс восстановления огнеупорных футеровок тепловых агрегатов путем нанесения экзотермической смеси методом СВС. Показано, что двуокись углерода является наиболее эффективным и безопасным окислителем экзотермической смеси, содержащей алюминиевую пудру. Установлено, что оптимальное содержание алюминия в экзотермической смеси составляет 30 мас.%. Исследовано влияние типа окислителя на смачиваемость шлаком полученных динасовых покрытий.

Ключевые слова: экзотермические смеси, окислители, алюминиевая пудра, динас, смачиваемость.

АНОТАЦІЯ

Т.Б. Гонтар, С.М. Вілков, О.Б. Скородумова, Я.М.Гончаренко, Українська інженерно-педагогічна академія, м. Харків, Україна

Вплив різних окислювачів на процес відновлення вогнетривких футерівок

У роботі досліджений вплив різних окиснювачів на процес відновлення вогнетривких футерівок теплових агрегатів шляхом нанесення екзотермічної суміші методом СВС. Показано, що двоокис вуглецю є найбільш ефективним та безпечним окиснювачем екзотермічної суміші, яка містить пудру металічного алюмінію. Установлено, що оптимальний вміст алюмінію в екзотермічній суміші становить 30%. Досліджено вплив типу окиснювача на процес змочування шлаком одержаних динасових покриттів.

Ключові слова: экзотермічні суміші, окиснювачі, пудра алюмінію, динас, змочування шлаками.

ANNOTATION

T.Gontar, S.Vilkov, O.Skorodumova, Y.Goncharenko Ukrainian Engineering-Pedagogical Acdemy, Kharkov, Ukraine

The influence of oxidant type on the refractory lining reproduction process

In this work the influence of different oxidants on the process of refractory lining reproduction of thermal units using the SDS-method has been studied. It is determined that carbon dioxide is the most effective and safe oxidant for producing the exothermal mixture on the base of aluminum fine powder. It is established that optimal content of aluminum powder is 30% at the exothermal mixture. It is researched the influence of oxidant type on the wettability of designed coating by the slag.

Key words: exothermal mixtures, oxidants, aluminum powder, dinas, wetting by slag.

Размещено на Allbest.ru