РЕМОНТ ПРОСТЕНКОВ В ОГНЕУПОРНОЙ ПЕЧИ
REPAIR OF PARTITION WALLS IN FIRE-RESISTANT FURNACE

Данное изобретение относится в целом к ремонту простенков из динасового кирпича в огнеупорной печи, а более конкретно, в не ограничивающем и иллюстративном варианте осуществления, к ремонту простенков из динасового кирпича, крыш и/или областей ступенчатых выступов в коксовой печи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Обычно, кокс получают в батарее коксовых печей, которая включает множество расположенных в ряды камер коксования или печей, отделенных друг от друга простенками коксовой батареи, причем простенки коксовой батареи простираются на полную длину камер. Печи иногда называют "выталкивающие печи", потому что после процесса коксования кокс выталкивают из печей в продольном направлении. Обычная установка коксовой печи может включать, например, от 30 до более чем 100 отдельных камер коксования или печей, расположенных в ряды, при этом каждая камера имеет высоту от 3 до 7 метров, обычно длину 14 или более метров и ширину приблизительно 1/2-1 метр. Каждый простенок коксовой батареи обычно сооружают из ряда горизонтально простирающихся рядов динасовых кирпичей, при этом кирпичи укладывают так, чтобы образовать вертикально и/или горизонтально простирающиеся внутренние воздуховодные или вентиляционные отверстия (и другие проходы) внутри простенков.
Со временем, главным образом, вследствие жестких окружающих условий в результате циклического температурного воздействия, давления коксующегося угля или технологического режима некоторым или всем простенкам коксовой батареи, крышам и/или областям ступенчатых выступов требуется ремонт и/или восстановление.
В настоящее время простенки в коксовых печах обычно ремонтируют, заменяя отдельные кирпичи в поврежденной области (областях). См., например, Патент США № 2476305. Патент с более поздней датой выдачи, Патент США № 4452749, раскрывает формование отдельных заменяющих кирпичей из огнеупорного материала. Данные процессы, однако, очень трудоемкие, затратные по стоимости и времени.
Остается необходимость в более простом и менее затратном ремонтном процессе, особенно в тех случаях, где ожидаемый остающийся срок службы установки составляет между 5-20 годами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с не ограничивающим иллюстративным вариантом осуществления в данной заявке раскрыт новый процесс для ремонта или замены (восстановления) поврежденных простенков (и/или крыши и областей ступенчатых выступов) в коксовой печи. Конкретно, тот участок простенка, который требует ремонта/замены, демонтируют посредством подходящих разрушающих действий, со всеми необходимыми мерами предосторожности, принятыми для безопасности привлеченных рабочих. Для целей данного изобретения будет предполагаться, что в восстановлении нуждается участок одного простенка, но необходимо понимать, что процесс ремонта/восстановления, описанный в данной заявке, применим для ситуаций, где в замене нуждаются целиком стенки, крыша (или ее участки) и/или области ступенчатых выступов. Соответственно, ссылка на "стенка из огнеупорного кирпича" предназначена для охвата вертикальных стенок, также как и горизонтальных областей крыши и пола (ступенчатый выступ).
После демонтажа отдельных динасовых кирпичей в стеновом участке, подлежащем ремонту, и установки, в случае необходимости, подходящего крепления для формирования новых стеновых секций возводят предварительно спроектированные сборные опалубочные конструкции и в опалубочные конструкции заливают способный плотно заполнять форму огнеупорный материал. В предпочтительной конфигурации новые стеновые секции возводят поэтапно, при этом по всей длине секции, подлежащей ремонту, устанавливают наружные опалубочные конструкции приблизительно от двух до двенадцати футов в высоту. Для ограничения, например, вертикальных вентиляционных каналов и любых других необходимых проходов добавляют внутренние расходуемые опалубочные конструкции. Затем в опалубку заливают огнеупорный, способный плотно заполнять форму материал и обеспечивают возможность отверждения. Другой ярус опалубочных конструкций устанавливают на первый ярус и процесс повторяют до тех пор, пока новая стенка не достигнет крыши камеры или печи. Заключительные процедуры на уровне крыши будут обсуждаться в данной заявке далее.
Соответственно, в одном аспекте изобретение относится к способу ремонта стенки из огнеупорного кирпича в печах, включающему:
(a) определение стенки из огнеупорного кирпича или его участка, которому требуется ремонт/восстановление;
(b) разрушение стенки из огнеупорного кирпича или его участка;
(1) установление контрольных показателей и конструктивных параметров для замены стенки исходя из конструкторской проработки;
(c) установка наружных опалубочных конструкций многократного использования на месте работ с образованием новой стенки или стенового участка;
(d) установка внутренних расходуемых опалубочных конструкций с образованием одного или более проходов внутри новой стенки или стенового участка и
(e) закачивание способного плотно заполнять форму материала в область, ограниченную наружными опалубочными конструкциями, имеющимся динасовым кирпичом и металлоконструкциями, и вокруг внутренних опалубочных конструкций;
(f) отверждение способного плотно заполнять форму материала и
(g) демонтаж указанных наружных опалубочных конструкций;
(h) осуществление регулируемого нагревания нового огнеупора;
(i) растягивание новой стенки пружинами опорной стойки;
(j) разработка графика производственных работ по возвращению отремонтированной печи в эксплуатацию.
В иллюстративном варианте осуществления выполняют стадии с (c) по (f) с формированием первой секции новой стенки или ее участка с высотой, меньшей, чем окончательная высота для новой стенки или его участка; и повторяющиеся стадии с (c) по (e) с формированием одной или более дополнительных секций, устанавливаемых друг на друга, до тех пор, пока не будет достигнута окончательная высота.
В другом аспекте изобретение относится к способу замены всего или участка простенка из динасового кирпича в коксовой печи, при этом простенок расположен между парой расположенных рядом печей и заключает в себе, по меньшей мере, один воздуховодный проход, причем способ включает:
(a) разрушение простенка или его участка;
(1) установление спроектированных контрольных показателей и конструктивных параметров для ремонтируемого простенка;
(b) установка наружных опалубочных конструкций с образованием нового простенка или его участка на месте работ между расположенными рядом печами и внутренних расходуемых опалубочных конструкций с образованием, по меньшей мере, одного нового воздуховодного прохода внутри нового простенка или его участка;
(c) закачивание огнеупорного способного плотно заполнять форму материала внутрь наружных опалубочных конструкций и вокруг внутренних опалубочных конструкций и обеспечение возможности отверждения материала;
(d) демонтаж наружных опалубочных конструкций и
(e) осуществление регулируемого нагревания
(f) растягивание нового простенка пружинами опорной стойки;
(g) разработка графика производственных работ по возвращению отремонтированной печи в эксплуатацию.
Иллюстративный вариант осуществления будет теперь описан в сочетании с приведенными ниже чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
ФИГ.1 представляет собой схематичный вид сбоку множества расположенных рядом коксовых печей с ремонтными переборками, установленными в печах с каждой стороны стенки, подлежащей ремонту;
ФИГ.2 представляет собой схематичный вид сверху печей, показанных на ФИГ.1;
ФИГ.3 представляет собой вид сверху, аналогичный ФИГ.2, но с изоляционными защитными покрытиями, устанавливаемыми в месте проведения ремонтных работ;
ФИГ.4 представляет собой вид сверху, аналогичный ФИГ.3, но с опорами, установленными примыкающе к зоне контакта со стенкой, подлежащей ремонту;
ФИГ.5 представляет собой вид с торца места проведения ремонтных работ внутри печи с дополнительным, необязательным, смонтированным продольным креплением;
ФИГ.6 представляет собой частичное перспективное изображение иллюстративных опалубочных конструкций, используемых в процессе данного изобретения;
ФИГ.7 представляет собой частичное перспективное изображение части ремонтируемой стеновой секции, показывающее наружные и внутренние опалубочные конструкции, смонтированные в нижнем ярусе, с залитым в них огнеупорным способным плотно заполнять форму материалом;
ФИГ.8 представляет собой схематичное изображение, иллюстрирующее, как поэтапно возводят и заливают новую стеновую секцию;
ФИГ. 9 и 10 представляют собой схематичные изображения, иллюстрирующие, как поэтапно возводят и заливают внутренний воздуховодный проход; а
ФИГ. 11-16 представляют собой изображения различных специализированных предварительно спроектированных опалубочных конструкций, которые можно использовать в процессе ремонта или замены.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Со ссылкой сначала на ФИГ. 1 и 2 показана одна секция 10 большой коксовой печи, включающая ряд или множество, по существу, параллельных, расположенных рядом нагревательных камер или коксовых печей 12, 14, 16 и 18, разделенных нагревательными простенками 20, 22, 24, 26 и 28. Пол или область ступенчатого выступа обозначены номером 30, при этом понятно, что конструкция пола более сложная, чем здесь показано. Крыша 32 простирается поверх простенков. Также будет понятно, что для облегчения понимания данного раскрытия Фигуры иллюстрируют только небольшую секцию коксовой печи и в весьма упрощенной манере.
На ФИГ. 1 и 2 показаны стенки, каждая из которых включает множество вертикально-ориентированных воздуховодов 34 внутри простенков. Также могут иметься дополнительные проходы (например, горизонтальные газоотводящие секции, горизонтальная или вертикальная система труб и т.п.), сформированные внутри простенков, которые охватываются терминами "воздуховоды", "вентиляционные отверстия" или "другие проходы"). Каждый простенок сооружен из наслаивающихся динасовых кирпичей, при этом для целей данного раскрытия принимается, что повреждены кирпичи в простенке 24 и таким образом необходимо восстановление, по меньшей мере, участка простенка 24, как описано дополнительно ниже.
На виде сверху согласно Фиг.2 должно быть понятно, что чередующиеся простенки и нагревательные камеры или печи простираются в противоположных направлениях далеко за пределы того, что показано. Тот участок простенка 24, который подлежит ремонту, обозначен пунктирными линиями 36, 38, завершающимися на сплошной линии 40. Таким образом, участок простенка 24, подлежащий ремонту, заключает четыре отдельных, по существу, вертикально ориентированных воздуховодных проходов 34, при этом понятно, что в конструкции простенков также могут быть представлены горизонтально ориентированные проходы.
Сначала, области, подлежащие восстановлению, должны быть изолированы и, с этой целью, внутри расположенных рядом камер или печей 16, 18, за пределами области, подлежащей ремонту, сооружают переборки 42, 44. Переборки 42, 44 состоят из кирпичей 46, например, 4,5×9×3 дюйма непроводящих (до 1800°F или выше) глиняных кирпичей, наслаивающихся, как лучше видно на Фиг.1. Кирпичи можно распиливать с целью подгонки в случае необходимости и укладывать сухими и плотно друг относительно друга. Переборки простираются по существу до крыши, эффективно изолируя подлежащую ремонту область.
Так называемые "защитные" решетки (не показаны) устанавливают перед входом в печные камеры для обеспечения защиты от падающих обломков в процессе и после разрушения поврежденной области простенка. Такие решетки могут содержать металлическую арматурную проволочную сетку или аналогичную, подвешенную к крыше, или с помощью другого подходящего средства.
Необязательно, на открытые стены расположенных рядом простенков и переборки 44, 46 (Фиг.3) можно наносить изоляцию, которая может быть в виде защитных покрытий из керамических волокон 48, 50. Защитные покрытия из керамического волокна можно наносить в два 1 дюймовых или 1,5 дюймовых слоя с накладывающимися стыками и временно закреплять любым соответствующим образом. Должно быть понятно, что вдоль сплошной стенки 40 изоляцию необходимо либо оставить или удалять с нее поэтапно, по мере продвижения восстановления. Изоляция особенно полезна, поскольку во время ремонтного процесса расположенные рядом рабочие печи остаются нагретыми с повышенной температурой.
Обращаясь к Фиг.4, после установки защитных покрытий из керамического волокна, между расположенными рядом простенками 22, 26 и той частью простенка 24, которая остается, т.е. которая не требует восстановления, устанавливают одну или более распорок 52. Каждая распорка 52 может включать пару резьбовых, телескопических стержней 54, 56 и стопорную гайку 58, обеспечивающих распорке возможность выдвигаться до контакта с расположенными рядом стенными поверхностями. Сколько нужно распорок 52 может быть вертикально расположено с промежутками от самого пола до самого потолка, и аналогичные группы распорок могут быть расположены по необходимости. Должно быть понятно, что при необходимости также могут быть использованы потолочные опоры. Данные распорки или опоры будут стабилизировать имеющиеся простенки и воздуховоды.
При завершении данных подготовительных работ можно начинать разрушение, причем поврежденные (и окружающие в необходимой степени) огнеупорные кирпичи демонтируют сверху вниз. В какой-то момент в процессе разрушения может быть необходимо или желательно укрепить имеющийся остающийся участок ремонтируемого простенка. Более конкретно, на расстоянии от имеющегося воздуховода 62 восстанавливаемой стенки может необязательно быть установлена вертикально ориентированная "опорная стойка" (двутавровая балка) 60, как лучше видно на Фиг.5. Одна или более регулируемых горизонтально-ориентированных распирающих опор 64 могут проходить между опорной стойкой 60 и имеющейся стенкой 62 воздуховода, предотвращая, таким образом, выдвижение имеющейся стенки воздуховода в направлении отверстия, создаваемого в процессе разрушения. Опоры 64 опять же могут включать телескопические, резьбовые стержни 66, 68 и удлиняющую гайку 70, при этом расширенный опорный участок 72 выполнен с возможностью сцепления с имеющейся стенкой.
По мере продолжения разрушения при необходимости можно устанавливать дополнительное крепление. После того как все поврежденные и окружающие стеновые кирпичи были удалены, область очищают и готовят для нового стенового сооружения. Такие новые стенки сооружают с использованием комбинации многократно используемых и расходуемых опалубочных конструкций, аналогичных опалубочным конструкциям, применяемым в обычных бетонных стеновых сооружениях.
С конкретной ссылкой на Фиг.6, из клееной фанеры, алюминия, слоистой конструкции из дерева и металла (например, клееная фанера на внутренней стороне, а металл, как, например, алюминий, на наружной стороне), или других подходящих материалов могут быть сооружены наружные стеновые опалубочные конструкции 74, 76. Внутренние опалубочные конструкции представляют собой предпочтительно дерево, фибролит, строительный картон, ПВХ или другой подходящий расходуемый материал, который выгорает, когда отремонтированную печь нагревают по завершении восстановительный работы. Предпочтительно опалубочные конструкции возводят поэтапно, при этом опалубочные конструкции имеют предпочтительную высоту, равную 24-30 дюймов, а длину, равную подходящей длине простенка, подлежащего ремонту.
Таким образом, первая стадия строительства включает размещение наружных стеновых опалубочных конструкций 74 и 76 в комбинации с расходуемыми "коробчатыми" опалубочными конструкциями 78, 80 и 82, расположенными внутри границ наружных опалубочных конструкций для образования, тем самым, отдельных внутренних, вертикально-ориентированных воздуховодных (или других) проходов. Должно быть понятно, что внутри различных внутренних коробчатых опалубочных конструкций могут быть добавлены в случае необходимости дополнительная опалубочная конструкция или крепление, чтобы либо обеспечить опору для внутренних опалубочных конструкций или образовать дополнительные меньшие проходы внутри воздуховодов (см., например, распорки 83 на Фиг. 6 и 7). Для печных боковых простенков опалубка должна быть установлена таким образом, чтобы отлитый простенок был на одном уровне с имеющейся кирпичной кладкой. Для внутренних воздуховодов опалубочные конструкции должны быть установлены таким образом, чтобы отлитый простенок находился приблизительно на l/8 дюйма внутрь от имеющейся кирпичной кладки. Способный плотно заполнять форму огнеупорный материал 84 закачивают в огороженную область и вокруг опалубочных конструкций внутренних воздуховодов, как показано на Фиг.7. Должно быть понятно, что огнеупорный материал можно также закачивать внутрь определенных ограниченных областей внутренних коробчатых опалубочных конструкций, как показано, например, на Фиг.7, где труба 86 окружена огнеупорным материалом внутри меньшего огороженного участка 88 большего воздуховодного прохода.
Огнеупорный материал может представлять собой продукцию, продаваемую под названием FosKast FS-P, поставляемую Fosbel, Inc., из Brook Park, Ohio, USA. Он представляет собой плавленный силикатный, с термическим коэффициентом расширения, близким к нулю, поддающийся перекачиванию насосом, способный плотно заполнять форму материал, разработанный для областей применения с жесткими эксплуатационными характеристиками, требующими высокой механической прочности и сопротивления термоудару, с минимальной температурой эксплуатации, равной 2800°F (1538°C). Материал помещают в опалубочную конструкцию предпочтительно посредством закачивания в опалубочную конструкцию поверх соответствующих опалубочных секций, с использованием промышленного вибратора для уплотнения бетонной смеси, чтобы обеспечить однородность материала во время закачивания. После этого сверху первого яруса устанавливают второй ярус опалубочной конструкции, по существу, идентичный описанному выше (или модифицированный при необходимости), и процесс закачивания повторяют. На накладке в стыках устанавливают керамические наплавки.
Данный процесс установки опалубочных конструкций и заливки/отверждения огнеупорного материала повторяют до тех пор, пока новый простенок не достигнет по существу высоты крыши 32. Данная процедура схематично показана на Фиг.8, где опалубочные конструкции A, B, C и D установлены последовательно в соответствующих ярусах 1-4. Фиг. 9 и 10 показывают, как аналогичную установочную конфигурацию используют для формирования внутреннего воздуховодного прохода или дымохода, с использованием, например, составных коробчатых опалубочных конструкций 78. Количество ярусов будет зависеть от высоты простенка и размера отдельных опалубочных секций. На уровне крыши имеется два варианта завершения простенка.
В одном варианте осуществления опалубочные конструкции подводят как можно ближе к крыше, а затем происходит вторая фаза нагнетания для закачивания секции крыши. В другом варианте осуществления участок крыши, соответствующий ремонтируемой стеновой области, демонтируют, и опалубочные конструкции будут тогда выходить через отверстие крыши, при этом часть опалубочных конструкций образуют примыкающие стороны крыши. В данном случае размер опалубочных конструкций будет подбираться таким образом, чтобы окончательная заливка происходила по существу на одном уровне с наружной поверхностью крыши.
Затем материалу обеспечивают возможность отверждения, следуя рекомендациям производителя материала. Вслед за этим, все остающиеся распорки разбирают, а внутренние опалубочные конструкции выжигают посредством сложного регулируемого нагревания на протяжении 50 часов для высушивания и отверждения.
Должно быть понятно, что опалубочные конструкции могут быть с несколькими различными размерами и формами, которые требуются для заливки вокруг разных печных компонентов. Фиг. 11-16 являются показательными в этом отношении. Фиг. 11-13 показывают квадратную опалубку 90 (со стороной двадцать четыре дюйма), состоящую из сплошной боковой панели 92, окруженной сплошным каркасом 94, в комбинации с внутренними распорками, показанными, например, под номерами 96, 98. Фиг. 14-16 показывают прямоугольную вытянутую наружную опалубку 100 (48" на 24"), также состоящую из одиночной боковой панели 102, окруженной сплошным каркасом 104, и также использующую внутренние распорки 106, 108. Один конец опалубки под номером 110 выполнен под углом или изогнут, при этом понятно, что данная конфигурация представляет собой всего лишь иллюстрацию любого количества опалубочных форм, которые могут понадобиться в какой-либо заданной области применения. Поскольку не существует двух одинаковых установок, каждая установка должна быть заранее спроектирована, чтобы охватить все различные конструкции топочных каналов и конструкции внутренних кирпичных кладок и пространственные характеристики.
Процесс ремонта/восстановления, описанный в данной заявке, имеет много преимуществ над практикой предыдущего уровня техники по замене поврежденных динасовых кирпичей по отдельности. Например, исключаются обычные долговременные просрочки поставки кирпичей; восстановление является значительно менее сложным и трудоемким; цикл нагревания более короткий, процесс легко приспособить к расширяющимся печным простенкам, а имеющиеся крыши можно сохранять в случае необходимости. В дополнение сокращаются потери производственного времени и, следовательно, потери на производственных издержках.
Понятно, что данное раскрытие не описывает даже в общих чертах все меры/процедуры техники безопасности, которые могут потребоваться или иным образом считаться целесообразными для выполнения ремонтов в коксовой печи и т.п. Подобные меры /процедуры хорошо известны квалифицированным специалистам в данной области, и, вследствие этого, отсутствует необходимость описывать их в данной заявке.
Как уже упоминалось выше, процесс, раскрытый в данной заявке, равным образом можно применять для печной крыши (или ее участков) и для ступенчатого выступа или области пола (или его участков).
Несмотря на то что изобретение было описано в связи тем, что в настоящий момент, как считается, представляет собой наиболее практичный и предпочтительный вариант осуществления, должно быть понятно, что изобретение не должно быть ограничено раскрытым вариантом осуществления, но напротив, предназначено для охвата различных модификаций и равнозначных конфигураций, заключенных в пределах сущности и объема правовых притязаний прилагаемой формулы изобретения.