Expert Cokesoven Refractaire Reparatieservices voor Optimale Prestaties

Cokesoven Refractaire Reparaties

Een cokesovenbatterij is een refractaire structuur, vervat binnen een staal en/of beton exoskelet. Dit exoskelet wordt in de laterale richting samengehouden door een serie trekstangen tussen staal buigstaven. De buigstaven zijn verticale staalbalken gelegen aan de einden van de verwarmingsmuren tussen de ovens. In een longitudinale richting, strekken de trekstangen zich uit tussen de pinionmuren aan beide uiteinden van de batterij.

De verwarmingsmuren zijn traditioneel geconstrueerd van siliciumrefractairen. Silicium is de refractaire van keuze voornamelijk omdat, bij normale cokesovenbatterij bedrijfstemperaturen, siliciumrefractairen onderhevig zijn aan minimale kruip. Ook, aangezien bijna alle expansie van siliciumstenen plaatsvindt bij temperaturen welke onder de 650 °C liggen, hebben de matige temperatuurschommelingen van de muren geen effect op de volume-stabiliteit van de refractaire de muur vormende tijdens normale operatie van een batterij.

Cokesovenbatterijen zullen een operationele levensduur hebben van twintig tot veertig jaar, afhankelijk van bedrijfscondities en batterijonderhoud. Er zijn verschillende voorbeelden van cokesovenbatterijen die 40-50 jaar werken door correcte operatie en tijdige reparatie. Er zijn ook gevallen waar de falen van cokesovenrefractairen is gebeurd in minder dan 10 jaar van zijn operaties. Meestal vereist een batterij specifieke reparaties aan de refractairen, staalwerk of machines. Deze reparaties, als ze correct uitgevoerd worden, verlengen de levensduur van de batterij.

Schadepreventie en Typen Schade

Om de levensduur van de cokesovenbatterij te verlengen, is het essentieel om schade aan de ovenmuur te vermijden. In het bijzonder is het vooral belangrijk om stenenbreuk te vermijden, aangezien dit een opening in de steenmuur veroorzaakt en de oven moet gestopt worden, en de ovensteenwerk kan verder beschadigd raken tijdens het proces van stilstand.

De cokesovenmuren zijn onderworpen aan mechanische belasting en thermische belasting bestaande uit herhaalde verbranding en afkoeling in routinematige operatie en daarom wordt elke schade aan hen stapeljaar erger. Er zijn twee hoofdtypes schade aan de cokesovenmuren. Deze zijn als volgt:

• Afname in steenmuur dikte – Koolstofafzettingen op het ruwe oppervlak van de muur veroorzaakt door erosie van de steen en het verlies van voegmortel over de vele jaren van ovenoperatie. Als de koolstofafzettingen afvallen of scheiden van de muur, schilt het meer van de ontbindende steen af, wat verdere erosie van het steenwerk veroorzaakt.
• Voorkomen en voortplanting van verticale doorbrekende scheuren – Onder de mechanische impact tijdens het laden van kolen en de thermische spanning geïnduceerd door de herhaalde verbranding en afkoeling, vormen zich longitudinale scheuren die uiteindelijk de verbrandingskamer bereiken. Als koolstof in die scheuren komt, expandiert de ovenlichaam.

De redenen voor de schade aan de refractairen van de ovens zijn de volgende:

• Slijtage en natuurlijke achteruitgang van de refractairen door de leeftijd resulterend in verlies van dikte, verhoogde oppervlakteschroeiing, en splijten van ovensteenmuren.
• Schending van de technologische discipline tijdens de batterijoperatie.
• Beweging van verwarmingsmuren in reactie op ongebalanceerde differentiële druk over de verwarmingsmuur.
• Excessieve cokingsdruk op de muren tijdens verkoking. Deze cokingsdruk is afhankelijk van de kenmerken van de verkokingskolen.
• Duwfouten veroorzaakt door de klevende oven. Een harde duw kan muurscheuring veroorzaken omdat een gelokaliseerde kracht van ongeveer 600 N vaak optreedt onder harde duwcondities en de draagbare grens bereikt in beschadigde ovens.

De levensduur van de ovenrefractairen is afhankelijk van de operationele efficiëntie, tijdige diagnose van de schade en kwaliteit van het preventieve onderhoud. De eerste kleine schade aan steenwerk leggen kan waargenomen worden in de vroege jaren van operatie. Vanaf dan neemt het ontwikkelingskarakter van de schade toenemend complexer. De complexe aard van de ontwikkeling van de ovenmuurschades is getoond in Afbeelding 1.

Afbeelding 1: Ontwikkeling van de schades van de ovenmuren

Verder, naarmate de schade van de ovenmuurstenen steeds duidelijker wordt, gaat de incidentie van duwfouten en andere problemen die stabiele cokesovenoperatie belemmeren, ook toe. Onder deze condities wordt het steeds moeilijker om de problematische cokesovens efficiënt te repareren met conventionele methoden. Daarom is vroege detectie en kwantitatieve analyse van de beschadigde delen van ovenmuren essentieel voor geplande en tijdige reparaties van de ovenrefractairen.

Reparatiemethoden

Het cokesovenrefractaire reparatiewerk vereist aanzienlijke expertise. De cokesovenmuur refractaire warme reparatietechnieken moeten aan de volgende criteria voldoen:

• Er is geen onderbreking van de productiecyclus.
• De methode is betrouwbaar en biedt een lange levensduur prestaties van de gerepareerde delen van de muur.
• De methode is eenvoudig, kosteneffectief en tijdbesparend.

Het refractaire reparatiewerk kan uitgevoerd worden ofwel in koude toestand (bekend als koude reparaties) of in warme toestand (bekend als warme reparaties). Er zijn drie typen warme reparatiemethoden toegepast voor cokesovensteenreparatie. Deze worden hieronder beschreven.

Koude Reparaties

Als een gehele batterij van doorlopende muren vervangen moet worden van de ovenvloer tot de onderkant van het ovendak, kan de reparatie uitgevoerd worden met de batterijrefractaire afgekoeld tot atmosferische temperatuur. Dit type reparatie wat uitgevoerd wordt na afkoeling van de batterij heet koude reparatie van de batterij.

De vervanging van de doorlopende muren van een gehele batterij wordt bereikt door de batterij te laten afkoelen onder gecontroleerde omstandigheden voordat de reparaties gemaakt worden. De afkoeling kan tot 21 dagen duren gedurende welke tijd druk op de ovenmuren wordt gehandhaafd door de bovenste en onderste trekstangen aan te passen. De ovendaken moeten ondersteund worden. Na de muren herbouwd zijn en vóór het opwarmen, moeten alle kakkers uit de regeneraat verwijderd worden en eventuele scheuren in de pilaarmuren moeten gereinigd en gevuld worden met keramische vlokken voordat de kakkers vervangen worden zodat de steenwerkexpansie tijdens opwarmen niet gehinderd wordt.

De gerepareerde batterij wordt opgewarmd op dezelfde manier als een nieuwe batterij.

Een gerepareerde batterij met alle nieuwe doorlopende muren, met goed onderhoud, kan een levensduur van ongeveer 15 tot 20 jaar verwachten tegen een fractie van de kosten van een nieuwe cokesovenbatterij.

Inspuitreparaties

Wat betreft de inspuitprocedures zijn er de droge en natte inspuiting en de sproeimethoden. Om een optimale levensduur van de beschoten inspuitmaterialen te bereiken, moeten veel factoren overwogen worden. Dit begint met de verschillende inspuitmachines, inspuitapparatuur en accessoires en eindigt met de economische en ecologische verwerking.

Bij de verwerking van refractaire reparatieproducten, is het belangrijk dat altijd de optimale mengverhouding van materiaal en water ingesteld moet worden. Vooral bij de inspuitreparatie, is een gelijkmatige materiaalstroom belangrijk om de ontwikkeling van stof en terugkaatsing te verminderen.

Voor de inspuitreparatie van cokesovensteenreparaties, wordt normaal een rotor inspuitmachine gebruikt. Hier wordt de dosering uitgevoerd door een systeem, wat bestaat uit rotor en pakkingringetjes. De aandrijving wordt gedaan door een elektrisch tandwielmotor of een gecomprimeerde luchtmotor. De machine is solid, handzaam, mobiel en geschikt voor inspuitcapaciteiten van 0,25 m³/uur tot 4,0 m³/uur.

Inspuitreparaties zijn niet heel effectieve reparaties en bieden tijdelijke en eerder cosmetische resultaten.

Keramische Lassen

Keramische lassen is een wijd erkende reparatiemethode. Keramische lastechnologie biedt ample mogelijkheden voor reparatie van voeringen van diverse fysieke en chemische samenstelling om de levensduur van hoge temperatuur reactoren te verhogen. Deze technologie is in Europa ontwikkeld voor toepassing in glasovens. Deze technologie is later aangepast aan cokesovens voor het uitvoeren van de warme reparatie van de beschadigde refractairen in de cokesovenmuren. De technologie biedt maximale weerstand van gerepareerde gebieden met minimale negatieve impact op het steenwerk. Lange levensduur van gerepareerde gebieden van cokesovenrefractairen kan bereikt worden gebaseerd op de geavanceerde keramische lastechnologie met hoge kwaliteit materialen.

Het keramische lasproces werd voor het eerst toegepast in de jaren 1970. Dit warme reparatieproces wordt gebruikt om de cokesovenrefractaire te repareren bij bedrijfstemperatuur met minimale storing van de productie. Het reparatiemateriaal is keramisch gebonden aan de beschadigde refractaire, gebruikmakend van een smeltproces dat een exothermische reactie genereert in overmaat van 2200 °C. De bindingssterkte van keramische lassen staat toe voor een superieure reparatie die de structurele integriteit herstelt tot het oorspronkelijke steenwerk.

Vóór de keramische lassen, wordt een pneumatisch straalsysteem gebruikt om de refractaire te reinigen. Dit reinigingsproces moet uitgevoerd worden met minimaal trauma aan de omringende refractaire.

Keramische lassen bewerkstelligt wat de naam impliceert namelijk het lassen van siliciumsteen binnen de cokesoven. Dit wordt bereikt door een poedermengsel, rijk aan silicium, door een kleine pijplans via een zuurstofverrijkte gecomprimeerde luchtstroom te transporteren. Het poeder siliciummengsel wordt uit het einde van de lans uitgestraald en ontbrandt, bijna ontplofft, tegen de hete muur van de cokesoven. De warmte van de reactie penetreert de siliciumsteen creërend een plastische zone van silicium. De reactie zet ook het poeder siliciummengsel om in een gesmolten massa, wat bindt aan de bovengenoemde plastische zone op de siliciumsteen. De uiterlijk is vergelijkbaar met die van een lasnaad. Ook, de effecten zijn vergelijkbaar, aangezien nieuw, even sterk materiaal op bestaande versleten en gescheurde siliciumsteen wordt aangebracht. De volgende aspecten zijn belangrijk voor de keramische lassen:

• Affiniteit van chemische en mineralogische samenstelling van de keramische lasmaterialen tot de kenmerken van het te herstellen steenwerk
• Identiteit van de structurele fasensamenstelling van refractairmateriaal
• Sterke inter-atoom (kristallijn) koppeling van gelaste laag en de ovenmuur steenwerk

Keramische lasmethode kan niet alleen scheuren en afbrokkels lassen, maar ook grote oppervlaktedefecten, zoals kaviteiten. Verder stelt de technologie toe voor betrouwbaar lassen van voegen van oud en nieuw steenwerk leggen.

Correct geïnstalleerd, heeft keramische lasmateriaal twintig jaar dienst verleend. Echter, de gemiddelde keramische las zal ongeveer 10 jaar duren.

Schema voor keramische lassen is getoond in Afbeelding 2.

Afbeelding 2: Schema voor keramische lassen

Herstenen van de Warme Cokesovenmuren

Warme verwarmingsmuren herstenen tot de diverse diepten tot complete herstenen is ook een erkende effectieve reparatiemethode. Steenwerkreparaties die meestal ondernomen worden zijn de vervanging van eindroosters, de vervanging van ovenmuren tussen ovenvloer en ovendak, en noodreparaties binnen de ovenkamer. Deze reparaties worden uitgevoerd terwijl de batterij in de warme toestand cokes maakt.

Ovenmuur steenwerkreparatie kan bestaan uit de plaatsing van doorlopende muren (duwzijde naar cokeszijde) boven de ovenvloer en onder het ovendak. Tegelijkertijd kunnen steenwerkreparaties gedaan worden in het korbelgebied, en gezichtssteenwerk en individuele ovendaken kunnen vervangen worden.

De reparatie wordt gedaan met de batterij in de warme toestand met een of twee buffervaten (lege ovens) aan elke kant van de muur die gerepareerd wordt. De andere ovens van de batterij mogen cokes produceren. Vóór demolitie van de beschadigde muur, moeten dakondersteuningsbalken toegevoegd worden in de aangrenzende ovens, isolerende panelen moeten geïnstalleerd worden op de aangrenzende warme muren, laadwagentrailsbruggen moeten geïnstalleerd worden op de oventop, en ondersteuning geboden voor het ovendak onder welke de muur vervangen zal worden. Zorg moet genomen worden om de warmte in de regeneraten en op de aangrenzende muren te handhaven. De volgende zijn de hoofdkarakteristieken van dit type reparaties:

• Oorspronkelijke vormen van siliciumstenen worden gebruikt.
• Leggen wordt uitgevoerd met ontwerpstenen binding op elke laag, inclusief de voeg van oud en nieuwe delen.
• Gedeeltelijke opwarming en expansie van steenwerklagen vindt continu plaats door warmteleiding en stralingswarmte-uitwisseling van de aangrenzende verwarmde muren en rustende delen van de gerepareerde muren.
• Eindopwarming van de gerepareerde muur wordt uitgevoerd en duurt meestal rond 8 tot 10 dagen,
• Residuele groei van steenwerk (bij eindopwarming tot werktemperaturen na reparatie) is onbetekenend, wat duurzaamheid en gasdichtheid van het uitgevoerde nieuwe steenwerk voorziet.

De beste resultaten van realisatie van warme reparaties combineren de processen van steenwerkleggen en gedeeltelijke opwarming van gelegde steenwerk worden bereikt onder de volgende condities:

• Siliciumsteen van hoge kwaliteit wordt gebruikt voor reparatie
• Reparatie wordt uitgevoerd aan één muur tegelijkertijd
• De diepte van herstenen zijn niet minder dan 4 verticalen, inclusief silicium en vuurvast verticale roosters daken en ovendaken
• Tijdens reparatie van verwarmingsmuur de ovenzoolstenen en beschadigde stenen van de lagere lagen van het einddeel van de verwarmingsmuur zijn ook te vervangen (zoals in kokerkamer)

Veiligheid van de aangrenzende muren wordt bereikt door temperatuurhandhaving (750 °C tot 850 °C) in verwarmingsmuren tijdens de reparatie, dus uitsluiten van modificerende transformaties van silicium.

Het basale probleem in het gebruik van siliciumrefractairen in warme reparaties is handhaving van duurzaamheid en gasdichtheid van een continue verticale voeg tussen de oud en nieuwe steenwerkdelen door vervormingen bij verbranding, veroorzaakt door significante thermische lineaire expansie van silicium (1,2% tot 1,4%). Vanwege dit, worden reparaties van cokesovensteenwerk in sommige landen uitgevoerd met modules van gesmolten kwarts, die een kleine thermische expansiecoëfficiënt hebben van 0,2% tot 0,3%.

Voordelen van deze Reparatiemethode

• De reparatie verlengt de levensduur van de cokesovenbatterijen met 7 tot 12 jaar mits technologische discipline van het bedienen van de batterij gehandhaafd wordt.
• Aangezien de reparatie alleen genomen wordt van uitgeputte/beschadigde kamers, stopt de productie van de batterij niet in tegenstelling tot koude reparaties die meer dan 12 maanden duren zonder productie van de batterij.
• Tijdens de reparatie van dergelijke cokesovens, worden de uitgeputte delen van verankering (flensplaten, deurframes, delen van ankerkollen, trekstangen) en refractair steenwerk vervangen. Dit verslechtert niet de toestand van balans steenwerk en verankering wat niet vervangen wordt.
• Warme reparatie van de batterij heeft meer techno-economische voordelen over koude reparaties. Reparatiekosten zijn 30% tot 40% van de kosten van de koude reparaties.