огнеупорная смесь для керамической наплавки

Формула изобретения

Огнеупорная масса для керамической наплавки, включающая огнеупорный наполнитель в виде оксидов, горючие составляющие в виде металлов, отличающаяся тем, что она содержит аэросил с удельной поверхностью 150-420 м²/г, при следующем соотношении компонентов в мас.%: огнеупорный наполнитель - 65-88, горючие составляющие - 10-25, аэросил - 0,1-5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к составам для горячего ремонта кладки промышленных печей методом керамической наплавки (сварки) и может быть использовано в металлургической, коксохимической и других отраслях промышленности.

Составы для ремонта футеровок методом керамической сварки известны и описаны в GB 2170191 А, 30.07.1986, SU 17774937 А, 07.11.1992, RU 2001036 C1, 15.10.1993, GB 2234502 A, 06.02.1991, WO 90/13526 A1, 15.11.1990, GB 1468831 A, 30.03.1977, US 5100594 A, 31.03.1992, RU 2098390 30.07.1993, RU 2154044 07.06.1996, RU 2173308 28.01.1997.

Наиболее близкой к изобретению является (патент РФ №2075213, 11.07.97) огнеупорная масса для керамической наплавки, включающая огнеупорный наполнитель, горючие составляющие и добавки флюса для улучшения технологических характеристик смесей.

Однако задача повышения технологических характеристик, а также реологических характеристик для безопасного транспортирования в потоке газа при максимальном соблюдении химического состава наплавленной массы не решена.

Использование при керамической сварке мелкодисперсных и легкоокисляемых частиц, таких как горючие металлы, огнеупорные частицы, различного рода добавки, причем носителем (транспортирующим агентом) их, как правило, является газ (кислород), порождает опасность возникновения опасных ситуаций и трудностей, таких как слеживание материалов в бункере установки, пробки в магистралях, неравномерность подачи материалов, вызывающих перебои в работе, нерегламентные загорания и даже взрывы.

Желательно строго поддерживать массовое соотношение газа и частиц, чтобы обеспечить необходимые стехиометрические параметры, химический и минералогический состав наплавленной массы.

Кроме того, внесение добавок разной химической природы неблагоприятно влияет на свойства наплавленной массы, снижая срок ее службы и ускоряя процессы разрушения. Это связано с тем, что для того, чтобы обеспечить прочную межатомную (кристаллическую) связь, требуется, чтобы химический и минералогический состав синтезируемого и основного материала имели одинаковые или близкие характеристики. То есть задача выбора состава смеси состоит в том, чтобы физико-химические процессы в зоне ремонта происходили с участием и образованием химически родственных материалов.

Слеживаемость и неравномерность структуры порошка повышается при увеличении влажности, что объясняется увеличением капиллярной силы адгезии. Кроме того, уменьшается активность горючих добавок из-за их окисления.

Технический результат изобретения, проявляющийся при использовании смеси, выражается в соблюдении химического и минералогического состава наплавленной керамической массы, снижении сил адгезии между частицами смеси, повышении ее текучести, уменьшении явлений слеживаемости и сегрегации при хранении, уменьшении падения активности горючих материалов, увеличении гарантийных сроков хранения.

Техническая задача изобретения решается созданием огнеупорной смеси для керамической наплавки, позволяющей с наименьшими энерго- и трудозатратами проводить ремонт футеровки промышленных печей методом керамической наплавки при сохранении эксплуатационных характеристик наплавленной массы, обеспечение максимального сродства с материалом ремонтируемой футеровки по физико-химическим свойствам и структуре наплавки.

Поставленная задача достигается тем, что известная огнеупорная масса для керамической наплавки, включающая огнеупорный наполнитель, горючие составляющие, содержит в качестве добавки флюса аэросил с удельной поверхностью 150-420 м²/г. Кроме того, наиболее оптимально, чтобы соотношение компонентов составляло, мас.%: огнеупорный наполнитель 65-88, горючие составляющие 10-25, аэросил 0,1-5.

Предлагаемую огнеупорную массу для керамической наплавки получают простым смешением всех компонентов в обычных условиях. Порошкообразная смесь, включающая огнеупорный наполнитель, горючие составляющие, аэросил в присутствие кислорода воспламеняется при контакте с горячей кладкой, при этом протекает экзотермическая реакция термоокисления металлов и металлоидов с выделением большого количества тепла, за счет которого происходит плавление смеси и материала футеровки.

Аэросил - высокодисперсный, высокоактивный, аморфный, пирогенный диоксид кремния (химическая формула - SiO ₂), пожаро- и взрывобезопасен, не оказывает общетоксического действия.

Химическая структура аэросила совпадает с основным огнеупорным составляющим смеси - диоксидом кремния и не вносит изменения в химический состав наплавленной массы.

Высокая удельная поверхность аэросила, чрезвычайно маленькие размеры частиц, их однородность, сферическая форма и высокая степень частоты способствуют текучести порошкообразной смеси и облегчению ее транспортирования в потоке газа. С химической точки зрения все свойства аэросила определяются наличием на его поверхности силанольных Si - ОН и силоксановых Si - О - Si групп.

В порошкообразных веществах аэросил обеспечивает значительное увеличение текучести и стабильности при хранении. Существует множество объяснений этому эффекту. Прежде всего предполагается, что аэросил образует вокруг частиц порошка монопартикулярный слой (эффект шарикоподшипника).

Кроме того, аэросил оказывает гидрофобизирующее действие, связывая влагу и улучшая реологические характеристики смеси.

Аэросил, обволакивая частицы горючих составляющих, создает защитную пленку, препятствующую их окислению.

При введении аэросила в соотношении меньше 0,1 мас.% реологические характеристики смеси не улучшаются.

При введении аэросила в соотношении более 5 мас.% реологические характеристики смеси не улучшаются, кроме того происходит эффект "загущения" и комкования сыпучего материала и затруднение загорания смеси в диапазоне температур в печи 750-850°С.

Необходимые характеристики реологических и технологических характеристик смеси обеспечиваются использованием аэросила с удельной поверхностью в пределах 150-420 м²/с, причем при снижении их ниже предела происходит сегрегация аэросила его в объеме смеси, а при повышении выше предела эффект связывания влаги становится неоптимальным.

Конкретные примеры композиции смесей представлены в таблице.

Наименование показателей	Значение показателей
Номера смесей	№1	№2	№3
	Состав, мас.%
Плавленый кварц	35,0	80	7,8
Глинозем	45,0	0	0
Оксид хрома	0	0	79,6
Ферросилиций	3,5	0	0
Кремний	10,1	8	0
Хром	0	0	7,8
Алюминий	6,2	6	2
Магний	0	4,5	1
Аэросил	0,2	1,5	1,8
Сумма	100	100	100
Удельная поверхность, м2/г	380	250	175
Степень слеживаемости, МН/см 2	0,25	0,15	0,1

Представленные в таблице данные свидетельствуют, что техническая задача решается благодаря введенным компонентам и их оптимальному соотношению, причем получено качественное покрытие с ровной поверхностью, гарантирующее срок службы наплавляемой массы не мене 5 лет.