Reparaturen von feuerfesten Kokereiöfen

Koksofen-Feuerfestreparaturen

Koksofenbatterie ist eine feuerfeste Struktur, die in einem Stahl und/ enthalten ist oder konkretes Exoskelett. Dieses Exoskelett wird in seitlicher Richtung durch eine Reihe von Zugstangen zwischen Stahlbuckstagen zusammengehalten. Die Bandagen sind vertikale Stahlträger, die sich an den Enden der Heizwände zwischen den Öfen befinden. In Längsrichtung erstrecken sich die Zugstangen zwischen den Ritzelwänden an beiden Enden der Batterie.

Die Heizwände sind traditionell aus feuerfesten Silicamaterialien aufgebaut. Silika ist das Feuerfestmaterial der Wahl, hauptsächlich weil feuerfeste Silikamaterialien bei normalen Betriebstemperaturen von Koksofenbatterien einem minimalen Kriechen unterliegen. Da außerdem fast die gesamte Ausdehnung von Silikasteinen bei Temperaturen stattfindet, die unter 650 Grad C liegen, haben die moderaten Temperaturschwankungen der Wände keine Auswirkung auf die Volumenstabilität des feuerfesten Materials, aus dem die Wand während des normalen Betriebs einer Batterie besteht.

Koksofenbatterien haben je nach Betriebsbedingungen und Batteriewartung eine Betriebslebensdauer von zwanzig bis vierzig Jahren. Es gibt mehrere Beispiele für Koksofenbatterien, die bei korrektem Betrieb und rechtzeitiger Reparatur 40 – 50 Jahre halten. Es gibt auch Fälle, in denen die Ausfälle von feuerfesten Koksöfen in weniger als 10 Jahren ihres Betriebs aufgetreten sind. Normalerweise erfordert eine Batterie spezielle Reparaturen an feuerfesten Materialien, Stahlwerken oder Maschinen. Diese Reparaturen verlängern bei sachgemäßer Durchführung die Lebensdauer der Batterie.

Um die Lebensdauer der Koksofenbatterie zu verlängern, ist es wichtig, Schäden an der Ofenwand zu vermeiden. Insbesondere ist es besonders wichtig, Ziegelbruch zu vermeiden, da dadurch eine Öffnung in der Ziegelwand entsteht und der Ofen angehalten werden muss und das Ofenmauerwerk während des Leerlaufvorgangs weiter beschädigt werden kann.

Die Koksofenwände sind im laufenden Betrieb einer mechanischen und thermischen Belastung durch wiederholtes Aufheizen und Abkühlen ausgesetzt und werden dadurch von Jahr zu Jahr stärker beschädigt. Es gibt zwei Haupttypen von Schäden an Koksofenwänden. Diese lauten wie folgt.

• Abnahme der Ziegelwandstärke – Kohlenstoffablagerungen auf der rauen Oberfläche der Wand, verursacht durch Erosion des Ziegels und Mörtelverlust im Laufe der vielen Jahre des Ofenbetriebs. Wenn die Kohlenstoffablagerungen abfallen oder sich von der Wand lösen, blättert sie mehr von dem sich auflösenden Ziegel ab, was zu einer weiteren Erosion des Mauerwerks führt.
• Entstehung und Ausbreitung vertikaler durchgehender Risse – Unter der mechanischen Einwirkung beim Chargieren von Kohle und der thermischen Belastung durch das wiederholte Aufheizen und Abkühlen entstehen Längsrisse, die schließlich bis in den Brennraum reichen. Wenn Kohlenstoff in diese Risse gelangt, dehnt sich der Ofenkörper aus.

Die Gründe für die Beschädigung der feuerfesten Materialien der Öfen sind die folgenden.

• Abnutzung und natürliche Verschlechterung der feuerfesten Materialien aufgrund ihres Alters, was zu Dickenverlust, erhöhter Oberflächenabrasivität und Abplatzen der Ofenmauern führt.
• Verstoß gegen die technologische Disziplin während des Batteriebetriebs.
• Bewegung von Heizwänden als Reaktion auf einen unausgeglichenen Differenzdruck über der Heizwand.
• Zu hoher Verkokungsdruck an den Wänden während der Karbonisierung. Dieser Verkokungsdruck ist abhängig von den Eigenschaften der Kokskohlen.
• Pushing-Fehler, die durch den hängenden Ofen verursacht werden. Ein hartes Stoßen kann zu Wandbruch führen, da unter der Bedingung des harten Stoßens häufig eine lokale Kraft von etwa 600 N auftritt und bei beschädigten Öfen die tolerierbare Grenze erreicht

Die Lebensdauer der Feuerfestmaterialien des Ofens hängt von der Betriebseffizienz, der rechtzeitigen Diagnose des Schadens und der Qualität der vorbeugenden Wartung ab. Bereits in den ersten Betriebsjahren sind erste kleinere Schäden an der Mauerwerksverlegung zu beobachten. Von da an wird der Entwicklungscharakter von Schäden immer komplexer. Die komplexe Natur der Entstehung der Ofenwandschäden ist in Abb. 1 dargestellt.

 Abb. 1 Entwicklung der Schäden an den Ofenwänden

Da die Beschädigung der Ofenwandsteine ​​immer auffälliger wird, steigt auch das Auftreten von Schubfehlern und anderen Problemen, die einen stabilen Koksofenbetrieb behindern, weiter an. Unter diesen Bedingungen wird es immer schwieriger, die problematischen Koksöfen mit herkömmlichen Methoden effizient zu reparieren. Daher ist die frühzeitige Erkennung und quantitative Analyse der beschädigten Teile der Ofenwände für eine geplante und rechtzeitige Reparatur der Feuerfestmaterialien des Ofens unerlässlich.

Die Reparatur von feuerfestem Koksofen erfordert viel Fachwissen. Die feuerfesten Heißreparaturtechniken für Koksofenwände müssen die folgenden Kriterien erfüllen.

• Der Produktionszyklus wird nicht unterbrochen.
• Das Verfahren ist zuverlässig und sorgt für eine lange Lebensdauer der reparierten Teile der Wand.
• Die Methode ist einfach, kostengünstig und zeitsparend.

Die feuerfesten Reparaturarbeiten können entweder im kalten Zustand (sog. Kaltreparatur) oder im heißen Zustand (sog. Heißreparatur) durchgeführt werden. Es gibt drei Arten von Heißreparaturverfahren, die für die Reparatur von Koksofensteinen angewendet werden. Diese werden unten beschrieben.

Kalte Reparatur

Wenn eine ganze Batterie mit durchgehenden Wänden vom Ofenboden bis zur Unterseite des Ofendachs ersetzt werden muss, kann die Reparatur durchgeführt werden, während das Feuerfestmaterial der Batterie auf Atmosphärentemperatur abgekühlt ist. Diese Art der Reparatur, die nach dem Abkühlen der Batterie durchgeführt wird, wird als Kaltreparatur der Batterie bezeichnet.

Der Austausch der Durchgangswände einer ganzen Batterie wird erreicht, indem die Batterie unter kontrollierten Bedingungen abgekühlt wird, bevor die Reparaturen durchgeführt werden. Das Abkühlen kann bis zu 21 Tage dauern, während dieser Zeit wird Druck auf die Ofenwände aufrechterhalten, indem die oberen und unteren Zugstangen eingestellt werden. Die Ofendächer müssen unterstützt werden. Nach dem Wiederaufbau der Wände und vor dem Aufheizen werden alle Schachbretter aus dem Regenerator entfernt und alle Risse in den Säulenwänden müssen gereinigt und mit Keramikwatte gefüllt werden, bevor die Schachbretter ersetzt werden, um die Ausdehnung des Mauerwerks während des Aufheizens nicht zu behindern.

Die reparierte Batterie wird wie eine neue Batterie aufgeheizt.

Eine reparierte Batterie mit komplett neuen durchgehenden Wänden hat bei ordnungsgemäßer Wartung eine Lebensdauer von etwa 15 bis 20 Jahren zu einem Bruchteil der Kosten einer neuen Koksofenbatterie.

  Guniting-Reparaturen

  Bei den Spritzverfahren gibt es das Trocken- und Nassspritzverfahren sowie das Spritzverfahren. Um eine optimale Standzeit der beschichteten Spritzmaterialien zu erreichen, müssen viele Faktoren berücksichtigt werden. Das beginnt bei den unterschiedlichen Spritzmaschinen, Spritzgeräten und Zubehör und endet bei der wirtschaftlichen und ökologischen Verarbeitung.

Bei der Verarbeitung von feuerfesten Reparaturprodukten ist es wichtig, dass immer das optimale Mischungsverhältnis von Material und Wasser eingestellt werden muss. Gerade bei der Spritzreparatur ist ein gleichmäßiger Materialfluss wichtig, um Staubentwicklung und Rückprall zu reduzieren.

Für die Spritzreparatur von Koksofensteinreparaturen wird normalerweise eine Rotorspritzmaschine verwendet. Die Dosierung übernimmt hier ein System, das aus Rotor und Packungsscheiben besteht. Der Antrieb erfolgt über einen Elektrogetriebemotor oder einen Druckluftmotor. Die Maschine ist solide, handlich, mobil und für Spritzleistungen von 0,25 m³/h bis 4,0 m³/h geeignet.

Spritzreparaturen sind keine sehr effektiven Reparaturen und liefern vorübergehende und eher kosmetische Ergebnisse.

Keramikschweißen

Das Keramikschweißen ist eine weithin anerkannte Reparaturmethode. Die Keramikschweißtechnologie bietet zahlreiche Möglichkeiten zur Reparatur von Auskleidungen verschiedener physikalischer und chemischer Zusammensetzung, um die Lebensdauer von Hochtemperaturreaktoren zu verlängern. Diese Technologie wurde in Europa für die Anwendung in Glasöfen entwickelt. Diese Technologie wurde später an Koksöfen angepasst, um die Heißreparatur der beschädigten feuerfesten Materialien in den Koksofenwänden durchzuführen. Die Technologie bietet maximale Widerstandsfähigkeit der reparierten Bereiche bei minimaler Beeinträchtigung des Mauerwerks. Eine lange Lebensdauer der reparierten Bereiche des feuerfesten Kokereimaterials kann auf der Grundlage der fortschrittlichen Keramikschweißtechnologie unter Verwendung hochwertiger Materialien erreicht werden.

Das Keramikschweißverfahren wurde erstmals in den 1970er Jahren angewendet. Mit diesem Heißreparaturverfahren wird das Feuerfestmaterial der Kokerei bei Betriebstemperatur mit minimaler Unterbrechung der Produktion repariert. Das Reparaturmaterial ist keramisch mit dem beschädigten feuerfesten Material verbunden, wobei ein Schmelzprozess verwendet wird, der eine exotherme Reaktion bei über 2200 °C erzeugt. Die Haftfestigkeit des Keramikschweißens ermöglicht eine überlegene Reparatur, die die strukturelle Integrität des ursprünglichen Mauerwerks wiederherstellt.

Vor dem Keramikschweißen wird eine pneumatische Strahlanlage zum Reinigen des Feuerfestmaterials verwendet. Dieser Reinigungsprozess muss mit minimaler Verletzung des umgebenden feuerfesten Materials durchgeführt werden.

Beim Keramikschweißen wird erreicht, was der Name schon sagt, nämlich das Schweißen von Quarzsteinen im Kokereiofen. Dazu wird ein kieselsäurereiches Pulvergemisch über einen sauerstoffangereicherten Druckluftstrom durch eine kleine Rohrlanze gefördert. Die pulverförmige Kieselsäuremischung wird aus dem Ende der Lanze gespritzt und entzündet sich, fast explodiert, gegen die heiße Wand des Koksofens. Die Reaktionswärme dringt in den Silikastein ein und erzeugt eine plastische Zone aus Silika. Durch die Reaktion wird aus der pulverförmigen Silica-Mischung auch eine Schmelze, die sich mit der bereits erwähnten plastischen Zone auf dem Silica-Brick verbindet. Das Aussehen ähnelt dem einer Schweißverbindung. Auch die Effekte sind ähnlich, da neues, gleich starkes Material auf vorhandenen, abgenutzten und rissigen Quarzsteinen abgelagert wird. Folgende Aspekte sind für das Keramikschweißen wichtig.

• Affinität der chemischen und mineralischen Zusammensetzung der keramischen Schweißmaterialien zu den Eigenschaften des zu restaurierenden Mauerwerks
• Identität der strukturellen Phasenzusammensetzung des feuerfesten Materials
• Starke interatomare (kristalline) Bindung der Schweißschicht und des Mauerwerks der Ofenwand

Keramikschweißverfahren können nicht nur Risse und Späne schweißen, sondern auch großflächige Defekte, wie zum Beispiel Hohlräume. Darüber hinaus ermöglicht die Technologie ein zuverlässiges Verschweißen der Fugen von Alt- und Neumauerwerk.

Richtig installiert, hat keramisches Schweißmaterial zwanzig Jahre lang seinen Dienst geleistet. Die durchschnittliche Keramikschweißung hält jedoch etwa 10 Jahre.

Das Schema für das Keramikschweißen ist in Abb. 2 dargestellt.

 Abb. 2 Schema für das Keramikschweißen

Ummauerung der heißen Koksofenwände

Auch das Heißheizwände-Ausmauern in verschiedenen Tiefen bis hin zum vollständigen Ausmauern ist eine anerkannt effektive Methode der Instandsetzung. Mauerwerksreparaturen, die normalerweise durchgeführt werden, sind der Austausch von Endabzügen, der Austausch von Ofenwänden zwischen Ofenboden und Ofendach und Notreparaturen innerhalb der Ofenkammer. Diese Reparaturen werden durchgeführt, während die Batterie in heißem Zustand ist und Koks produziert.

Die Reparatur des Ofenwandmauerwerks kann aus der Platzierung von Durchgangswänden (Druckseite zur Koksseite) über dem Ofenboden und unter der Ofendecke bestehen. Gleichzeitig können Mauerwerksreparaturen im Konsolenbereich durchgeführt und Vormauermauerwerk und einzelne Ofendächer ersetzt werden.

Die Reparatur erfolgt bei heißer Batterie mit einem oder zwei Pufferöfen (leeren Öfen) auf jeder Seite der zu reparierenden Wand. Die anderen Öfen der Batterie produzieren möglicherweise Koks. Vor dem Abbruch der beschädigten Wand müssen Dachträger in den angrenzenden Öfen angebracht, Dämmplatten an den angrenzenden heißen Wänden angebracht, Beschickungswagen-Schienenbrücken auf der Ofenoberseite installiert und das Ofendach darunter abgestützt werden Die Wand wird ersetzt. Es muss darauf geachtet werden, die Wärme in den Regeneratoren und an den angrenzenden Wänden aufrechtzuerhalten. Im Folgenden sind die Hauptmerkmale dieser Art von Reparaturen aufgeführt.

• Es werden Originalformen von Silikasteinen verwendet.
• Die Verlegung erfolgt mit Designziegeln, die in jeder Schicht verklebt sind, einschließlich der Verbindung von Alt- und Neuteilen.
• Die partielle Erwärmung und Ausdehnung der Mauerwerksschichten erfolgt kontinuierlich aufgrund der Wärmeleitfähigkeit und des Strahlungswärmeaustauschs von den angrenzenden beheizten Wänden und Restteilen der reparierten Wände.
• Das endgültige Aufheizen der reparierten Wand wird durchgeführt und dauert in der Regel etwa 8 bis 10 Tage,
• Das Restwachstum des Mauerwerks (bei der Enderwärmung auf Betriebstemperatur nach der Reparatur) ist unbedeutend, was die Haltbarkeit und Gasdichtheit des ausgeführten neuen Mauerwerks gewährleistet.

Die besten Ergebnisse bei der Durchführung von Heißreparaturen, die die Prozesse des Mauerwerkseinbaus und der teilweisen Erwärmung des verlegten Mauerwerks kombinieren, werden unter den folgenden Bedingungen erzielt.

Zur Reparatur wird
• Quarzstein hoher Qualität verwendet
• Reparatur wird gleichzeitig an einer Wand durchgeführt
• Die Tiefe des Wiedervermauerns darf nicht weniger als 4 Vertikale betragen, einschließlich der vertikalen Rauchabzugs- und Ofendachzonen aus Kieselerde und Schamotte
• Während der Reparatur der Heizwand sind auch die Ofensohlensteine ​​und beschädigte Steine ​​der unteren Schichten des Endteils der Heizwand zu ersetzen (sowie in der Kokerei)

Die Sicherheit der angrenzenden Wände wird durch die Aufrechterhaltung der Temperatur (750 ° C bis 850 ° C) in den Heizwänden während der Reparatur erreicht, wodurch Modifikationstransformationen von Kieselsäure ausgeschlossen werden.

Das grundlegende Problem bei der Verwendung von feuerfesten Kieselsäuren bei Heißreparaturen ist die Aufrechterhaltung der Haltbarkeit und Gasdichtigkeit einer durchgehenden vertikalen Fuge zwischen den alten und neuen Mauerwerksteilen aufgrund von Verformungen beim Erhitzen, verursacht durch eine erhebliche thermische lineare Ausdehnung von Kieselsäure (1,2 % bis 1,4 % ). Aus diesem Grund werden in einigen Ländern Reparaturen von Koksofenmauerwerk mit Quarzglasmodulen durchgeführt, die einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,2 % bis 0,3 % haben.

Die Vorteile dieser Reparaturmethode sind wie folgt.

• Die Reparatur verlängert die Lebensdauer der Kokereibatterien um 7 bis 12 Jahre, sofern die technologische Disziplin beim Betrieb der Batterie gewahrt bleibt.
• Da die Reparatur nur an verschlissenen/beschädigten Kammern vorgenommen wird, hört die Produktion der Batterie nicht auf, im Gegensatz zu Kaltreparaturen, die mehr als 12 Monate ohne Produktion der Batterie dauern.
• Bei der Reparatur solcher Koksöfen werden die verschlissenen Teile der Verankerung (Brandbleche, Türrahmen, Teile der Ankersäulen, Zugstangen) und das feuerfeste Mauerwerk ersetzt. Dies verschlechtert nicht den Zustand des Ausgleichsmauerwerks und der Verankerung, die nicht ersetzt werden.
• Die Heißreparatur der Batterie hat gegenüber der Kaltreparatur technisch-ökonomischere Vorteile. Die Reparaturkosten betragen 30 % bis 40 % der Kosten für die Kaltreparatur.






Feuerfeste Materialien für Sauerstofföfen Herstellungsverfahren für geformte feuerfeste Materialien