Reparos refratários de fornos de coque

Reparos de refratários em fornos de coque

A bateria do forno de coque é uma estrutura refratária, contida dentro de um aço e/ ou exoesqueleto de concreto. Este exoesqueleto é mantido unido na direção lateral por uma série de tirantes entre buckstays de aço. Os buckstays são vigas de aço verticais localizadas nas extremidades das paredes de aquecimento entre os fornos. Em uma direção longitudinal, os tirantes se estendem entre as paredes do pinhão em cada extremidade da bateria.

As paredes de aquecimento são tradicionalmente construídas com refratários de sílica. A sílica é o refratário de escolha principalmente porque, em temperaturas normais de operação da bateria do forno de coque, os refratários de sílica estão sujeitos a fluência mínima. Além disso, uma vez que quase toda a expansão dos tijolos de sílica ocorre a temperaturas abaixo de 650°C, portanto, as flutuações moderadas de temperatura das paredes não têm efeito sobre a estabilidade do volume do refratário que compreende a parede durante a operação normal de uma bateria.

As baterias de fornos de coque terão uma vida útil de vinte a quarenta anos, dependendo das condições de operação e manutenção da bateria. Existem vários exemplos de baterias de fornos de coque funcionando por 40 a 50 anos devido à operação correta e reparo oportuno. Há também casos em que as falhas de refratários de fornos de coque ocorreram em menos de 10 anos de suas operações. Normalmente uma bateria requer reparos específicos nos refratários, siderurgia ou maquinário. Esses reparos, se realizados corretamente, prolongam a vida útil da bateria.





Para prolongar a vida útil da bateria do forno de coque, é essencial evitar danos à parede do forno. Em particular, é especialmente importante evitar a quebra dos tijolos, pois isso causa uma abertura na parede de tijolos e o forno deve ser parado, e a alvenaria do forno pode ser danificada ainda mais durante o processo de inatividade.

As paredes do forno de coque estão sujeitas a cargas mecânicas e térmicas que consistem em repetidos aquecimentos e resfriamentos em operação de rotina e, portanto, qualquer dano a elas piora de ano para ano. Existem dois tipos principais de danos nas paredes do forno de coque. Estes são os seguintes.

• Diminuição da espessura da parede do tijolo – Depósitos de carbono na superfície áspera da parede causados ​​pela erosão do tijolo e pela perda de argamassa ao longo dos muitos anos de operação do forno. À medida que os depósitos de carbono caem ou se separam da parede, ele descasca mais do tijolo em desintegração, causando mais erosão da alvenaria.
• Ocorrência e propagação de fissuras verticais – Sob o impacto mecânico durante o carregamento do carvão e o estresse térmico induzido pelo aquecimento e resfriamento repetidos, formam-se fissuras longitudinais que eventualmente atingem a câmara de combustão. À medida que o carbono entra nessas rachaduras, o corpo do forno se expande.

As razões para os danos aos refratários dos fornos são as seguintes.

• Desgaste e deterioração natural dos refratários devido à sua idade, resultando em perda de espessura, aumento da abrasividade da superfície e fragmentação das paredes de tijolos do forno.
• Violação da disciplina tecnológica durante a operação da bateria.
• Movimento das paredes de aquecimento em resposta à pressão diferencial desequilibrada através da parede de aquecimento.
• Excessiva pressão de coqueamento nas paredes durante a carbonização. Esta pressão de coque depende das características dos carvões de coque.
• Falhas de empurrão causadas pelo forno aderente. Um empurrão forte pode causar a quebra da parede porque uma força localizada de cerca de 600 N geralmente ocorre sob a condição de empurrão forte e atinge o limite tolerável em fornos danificados

A vida útil dos refratários do forno depende da eficiência operacional, diagnóstico oportuno dos danos e qualidade da manutenção preventiva. Os primeiros pequenos danos na colocação de alvenaria podem ser observados nos primeiros anos de operação. A partir de então, o caráter evolutivo do dano torna-se cada vez mais complexo. A natureza complexa do desenvolvimento dos danos na parede do forno é mostrada na Fig 1.

 Fig 1 Desenvolvimento dos danos nas paredes do forno

Além disso, à medida que os danos dos tijolos das paredes do forno se tornam cada vez mais evidentes, a incidência de falhas de empurrão e outros problemas que impedem a operação estável do forno de coque também aumentam. Nestas condições, torna-se cada vez mais difícil reparar eficientemente os fornos de coque problemáticos com métodos convencionais. Portanto, a detecção precoce e a análise quantitativa das partes danificadas das paredes do forno são essenciais para reparos planejados e oportunos dos refratários do forno.

O trabalho de reparo de refratários de fornos de coque requer experiência considerável. As técnicas de reparo a quente do refratário da parede do forno de coque devem atender aos seguintes critérios.

• Não há interrupção no ciclo de produção.
• O método é confiável e proporciona um desempenho de longa vida útil das partes reparadas da parede.
• O método é simples, econômico e economiza tempo.

O trabalho de reparo de refratários pode ser realizado tanto a frio (conhecidos como reparos a frio) quanto a quente (conhecidos como reparos a quente). Existem três tipos de métodos de reparo a quente aplicados no reparo de tijolos de fornos de coque. Estes são descritos abaixo.

Reparos a frio

Se uma bateria inteira de paredes passantes for substituída do piso do forno até a parte inferior do teto do forno, o reparo poderá ser realizado com o refratário da bateria resfriado à temperatura atmosférica. Este tipo de reparo que é realizado após o resfriamento da bateria é conhecido como reparo a frio da bateria.

A substituição das paredes de passagem de uma bateria inteira é realizada permitindo que a bateria seja resfriada sob condições controladas antes que os reparos sejam feitos. O resfriamento pode levar até 21 dias durante os quais a pressão é mantida nas paredes do forno ajustando os tirantes superior e inferior. Os tetos do forno devem ser apoiados. Após a reconstrução das paredes e antes do aquecimento, todas as peças são retiradas do regenerador e eventuais rachaduras nas paredes dos pilares devem ser limpas e preenchidas com fio cerâmico antes da substituição das peças para não impedir a expansão da alvenaria durante o aquecimento.

A bateria reparada é aquecida da mesma forma que uma bateria nova.

Uma bateria reparada com paredes totalmente novas, com manutenção adequada, pode ter uma vida útil de aproximadamente 15 a 20 anos por uma fração do custo de uma nova bateria de forno de coque.

  Reparos de armas

  No que diz respeito aos procedimentos de gunite existem os métodos de pistola seca e úmida e os métodos de pulverização. Para obter uma vida útil ideal dos materiais de arma revestidos, muitos fatores devem ser considerados. Isso começa com as diferentes máquinas de tiro, equipamentos e acessórios de tiro e termina com o processamento econômico e ecológico.

No processamento de produtos de reparo refratário, é importante sempre ajustar a proporção ideal de mistura de material e água. Especialmente no reparo de canhão, um fluxo de material uniforme é importante para reduzir o desenvolvimento de poeira e rebote.

Para a reparação de canhão de tijolos de forno de coque, normalmente é utilizada uma máquina de canhão de rotor. Aqui a dosagem é realizada por um sistema, que consiste em rotor e arruelas de vedação. O acionamento é feito por um motor de engrenagem elétrico ou um motor de ar comprimido. A máquina é sólida, prática, móvel e adequada para capacidades de tiro de 0,25 cum/h a 4,0 cum/h.

Os reparos de gunitagem não são reparos muito eficazes e fornecem resultados temporários e bastante cosméticos.

Soldagem de cerâmica

A soldagem de cerâmica é um método amplamente reconhecido de reparo. A tecnologia de soldagem cerâmica oferece amplas oportunidades para reparo de revestimentos de várias composições físicas e químicas para aumentar a vida útil dos reatores de alta temperatura. Esta tecnologia foi desenvolvida na Europa para aplicação em fornos de vidro. Esta tecnologia foi posteriormente adaptada aos fornos de coque para realizar o reparo a quente dos refratários danificados nas paredes dos fornos de coque. A tecnologia proporciona a máxima resistência das áreas reparadas com o mínimo impacto negativo na alvenaria. A longa permanência de áreas reparadas de refratários de fornos de coque pode ser alcançada com base na tecnologia avançada de soldagem de cerâmica usando materiais de alta qualidade.

O processo de soldagem cerâmica foi aplicado pela primeira vez na década de 1970. Este processo de reparo a quente é usado para reparar o refratário do forno de coque na temperatura de operação com o mínimo de interrupção na produção. O material de reparo é cerâmica colada ao refratário danificado, utilizando um processo de fusão que gera uma reação exotérmica superior a 2200 graus C. A força de adesão da soldagem cerâmica permite um reparo superior que restaura a integridade estrutural da alvenaria original.

Antes da soldagem da cerâmica, um sistema de jateamento pneumático é usado para limpar o refratário. Este processo de limpeza deve ser realizado com trauma mínimo no refratário circundante.

A soldagem cerâmica realiza o que o nome indica, que é a soldagem de tijolos de sílica dentro do forno de coque. Isso é realizado transportando uma mistura de pó, rica em sílica, através de uma pequena lança de tubo por meio de um fluxo de ar comprimido enriquecido com oxigênio. A mistura de sílica em pó é ejetada da ponta da lança e inflama, quase explode, contra a parede quente do forno de coque. O calor da reação penetra no tijolo de sílica criando uma zona plástica de sílica. A reação também transforma a mistura de sílica em pó em uma massa fundida, que se liga à zona plástica acima mencionada no tijolo de sílica. A aparência é semelhante à de uma junta de soldagem. Além disso, os efeitos são semelhantes, pois um novo material igualmente forte é depositado em tijolos de sílica desgastados e rachados existentes. Os seguintes aspectos são importantes para a soldagem cerâmica.

• Afinidade da composição química e mineral dos materiais cerâmicos de soldagem às características da alvenaria a ser restaurada
• Identidade da composição da fase estrutural do material refratário
• Forte ligação interatômica (cristalina) da camada soldada e da alvenaria da parede do forno

O método de soldagem de cerâmica pode não apenas soldar rachaduras e lascas, mas também defeitos de grande área, como cavidades. Além disso, a tecnologia permite a soldagem confiável de juntas de alvenaria antiga e nova.

Corretamente instalado, o material de soldagem cerâmico fornece vinte anos de serviço. No entanto, a solda cerâmica média durará aproximadamente 10 anos.

Esquema para soldagem cerâmica é mostrado na Fig 2.

 Fig 2 Esquema para soldagem de cerâmica

Reconstrução das paredes quentes do forno de coque

O aquecimento a quente de paredes de rebricking em várias profundidades até o rebricking completo também é um método de reparo eficaz reconhecido. Os reparos de alvenaria geralmente realizados são a substituição das chaminés finais, a substituição das paredes do forno entre o piso do forno e o teto do forno e reparos de emergência no interior da câmara do forno. Esses reparos são realizados enquanto a bateria está na condição quente fazendo coque.

O reparo da alvenaria da parede do forno pode consistir na colocação de paredes passantes (lado do empurrador ao lado do coque) acima do piso do forno e abaixo do teto do forno. Ao mesmo tempo, reparos de alvenaria podem ser feitos na área de consolo, e alvenaria de fachada e telhados de fornos individuais podem ser substituídos.

O reparo é feito com a bateria na condição quente com um ou dois fornos tampão (fornos vazios) em cada lado da parede que está sendo reparada. Os outros fornos da bateria podem estar produzindo coque. Antes da demolição da parede danificada, as vigas de suporte do teto devem ser adicionadas nos fornos adjacentes, painéis isolantes devem ser instalados nas paredes quentes adjacentes, pontes de carregamento do carril devem ser instaladas na parte superior do forno e suporte fornecido para o teto do forno sob o qual a parede será substituída. Deve-se tomar cuidado para manter o calor nos regeneradores e nas paredes adjacentes. A seguir estão as principais características deste tipo de reparos.

• Formas originais de tijolos de sílica são usadas.
• O assentamento é executado com colagem de tijolos de projeto em cada fiada, incluindo a junção de peças antigas e novas.
• O aquecimento parcial e a expansão das camadas de alvenaria ocorrem continuamente devido à condutividade térmica e à troca de calor radiante das paredes aquecidas adjacentes e das partes restantes das paredes reparadas.
• O aquecimento final da parede reparada é realizado e geralmente leva cerca de 8 a 10 dias,
• O crescimento residual da alvenaria (no aquecimento final até as temperaturas de trabalho após o reparo) é insignificante, o que proporciona durabilidade e estanqueidade ao novo trabalho de alvenaria executado.

Os melhores resultados de realização de reparos a quente combinando os processos de assentamento de alvenaria e aquecimento parcial de alvenaria colocada são alcançados nas seguintes condições.

• Tijolo de sílica de alta qualidade é usado para reparo
• O reparo é realizado em uma parede simultaneamente
• A profundidade do rebricking não deve ser inferior a 4 verticais, incluindo coberturas verticais de sílica e argila refratária e zonas de cobertura de forno
• Durante o reparo da parede de aquecimento, os tijolos da sola do forno e os tijolos danificados das camadas inferiores da parte final da parede de aquecimento também devem ser substituídos (assim como na câmara de coqueamento)

A segurança das paredes adjacentes é alcançada devido à manutenção da temperatura (750 graus C a 850 graus?) no aquecimento das paredes durante o reparo, excluindo assim as transformações de modificação da sílica.

O problema básico no uso de refratários de sílica em reparos a quente é a manutenção da durabilidade e estanqueidade de uma junta vertical contínua entre as porções de alvenaria antiga e nova devido a deformações no aquecimento, causadas pela expansão linear térmica significativa da sílica (1,2% a 1,4% ). Devido a isso, reparos de alvenaria de fornos de coque são realizados em alguns países usando módulos de quartzo fundido, com pequeno coeficiente de expansão térmica de 0,2% a 0,3%.

As vantagens deste método de reparo são as seguintes.

• O reparo estende a vida útil das baterias do forno de coque em 7 a 12 anos, desde que a disciplina tecnológica de operação da bateria seja mantida.
• Como o reparo é realizado apenas em câmaras desgastadas/danificadas, a produção da bateria não para, ao contrário dos reparos a frio, que duram mais de 12 meses sem produção da bateria.
• Durante o reparo de tais fornos de coque, as peças desgastadas de ancoragem (placas de flash, molduras de portas, partes de colunas de ancoragem, tirantes) e tijolos refratários são substituídos. Isso não deteriora a condição da alvenaria de equilíbrio e ancoragem que não é substituída.
• O reparo a quente da bateria tem mais vantagens técnico-econômicas do que os reparos a frio. O custo do reparo é de 30% a 40% do custo dos reparos a frio.





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