Способ формования наплавленного слоя огнеупорной массы и смесь частиц

Изобретение относится к способу формования огнеупорной массы, сцепляемой с поверхностью, при котором производится подача к этой поверхности совместно с кислородом смеси, состоящей из огнеупорных частиц и горючих частиц, которые вступают в экзотермическую реакцию с подаваемым кислородом, при этом выделяется достаточное количество тепла, с тем, чтобы под действием этого тепла, образуемого при сгорании, образовать огнеупорную массу. Изобретение также относится к смеси частиц,предназначенной для формования огнеупорной массы.Если необходимо сформовать огнеупорную массу на поверхности на месте, то для этого можно выбрать один из двух известных основных способов.Согласно первому из этих способов,иногда называемому керамической сваркой и представленному в патентах Великобритании мм 1330894 (Главербель) и 2170191 (Главербель), огнеупорная масса,сцепляемая с поверхностью формуется на поверхности посредством подачи на последнюю смеси, состоящей из огнеупорных и горючих частиц, при наличии кислорода. Горючие частицы представляют собой частицы, композиция и гранулометрия которых таковы, что они вступают в экзотермическую реакцию с кислородом, при этом образуется огнеупорный окисел и выделяется необходимое тепло для плавления, по крайней мере поверхностного,подаваемых огнеупорных частиц. Примерами таких горючих веществ являются алюминий и кремний. Собственно говоря, известно, что кремний может классифицироваться, как полуметалл, но поскольку поведение кремния подобно определенным металлам (он может в значительной степени подвергаться экзотермическому окислению при формовании огнеупорного окисла), эти горючие элементы для простоты называются горючими металлическими веществами. Вообще говоря, рекомендуется производить подачу частиц при наличии высокой концентрации кислорода, например,посредством использования в качествегазоносителя коммерчески поставляемого кислорода. При этом образуется огнеупорная масса, которая сцепляется с поверхностью,на которую осуществляется подача частиц. Из-за весьма высоких температур, которые могут достигаться при керамической сварке,она может проникать через шлак, который может находиться на поверхности огнеупорного вещества, подвергаемого обработке, при этом она может размягчить или расплавить поверхность таким образом,что образуется хорошая связь между обработанной поверхностью и вновь сформованной огнеупорной массой.Эти известные процессы керамической сварки могут применяться для формования огнеупорного изделия, например, блока,имеющего конкретную форму, однако они наиболее широко используются для образования покрытий или для ремонта кирпичей или стен и особенно полезны для ремонта или усиления существующих огнеупорных конструкций, например, для ремонта стен или оборудования с огнеупорным покрытием, таких как стены печей для производства стекла или кокса.Такая операция обычно выполняется тогда, когда огнеупорное основание находится в горячем состоянии. Это позволяет отремонтировать разъединенные огнеупорные поверхности при сохранении рабочих температур оборудования, а в определенных случаях даже при работе оборудования.Второй известный процесс,предназначенный для формования огнеупорной массы на поверхности,называется процессом пламенного распыления. Он предполагает направление пламени к тому месту, где должна быть образована огнеупорная масса, и распыление огнеупорного порошка через это пламя. Пламя обеспечивается газообразованием или жидким топливом, либо даже порошкообразным коксом. Очевидно, что эффективное использование этой технологии распыления требует полного сгорания топлива, с тем, чтобы обеспечить создание по возможности наиболее вь 1 соко температурного пламени И добиться максимальной эффективности. Вообще говоря, температура пламени, получаемая в случае процесса пламенного распыления, не так высока по сравнению с температурой,которая может быть достигнута в случае технологии керамической сварки, вследствие чего сцепление образованной огнеупорной массы не так высоко, а поскольку связь между новой огнеупорной массой и поверхностью огнеупорного основания образуется при более низкой температуре, эта связь не будет такой прочной. Кроме того, такое пламя в меньшей степени, чем керамическая сварка, способно проникать через шлак, который может находиться на огнеупорной поверхности,подвергаемой обработке.Композиция смеси, используемой в процессе керамической сварки, обычно выбирается таким образом, чтобы создать массу для ремонта, которая имеет химический состав, подобный составу основного огнеупора или близкий к нему. Это способствует совместимости нового материала с базовым материалом, на котором он образуется, и его адгезии к нему.Однако мы обнаружили, что возникают проблемы, если необходимо отремонтировать определенные типы огнеупорных структур,причем это происходит даже тогда, когда образуется огнеупорная масса с химической композицией, которая подобна композиции основной огнеупорной массы.Например, при ремонте конструкции с огнеупорной поверхностью, имеющей основу из карбида кремния, с помощью смеси,главным образом содержащей частицы из карбида кремния, а также частицы из металлических горючих веществ, таких как алюминий и кремний, создается огнеупорная масса, которая не всегда обеспечивает достаточное сцепление с основным огнеупором.Огнеупоры, имеющие основу из карбида кремния, используются в определенном металлургическом оборудовании, в частности, в печах с воздушным дутьем при производстве стали или в ректификационных колоннах для возгонки цинка.В течение работы этого оборудования определенные детали огнеупорных конструкций могут иметь довольно низкую минимальную рабочую температуру,например, порядка 700 С, при этом они дополнительно могут подвергаться существенным изменениям окружающей температуры. Было обнаружено, что огнеупорные массы, создаваемые посредством известных технологий на этих частях огнеупорных конструкций, не всегда обеспечивают достаточное сцепление с массой основного огнеупора, а в определенных случаях, особенно когда ремонтируется блок или огнеупорная стена,температура которой невысока, новая огнеупорная масса становится полностью отделенной от основной огнеупорной массы и отходит сама по себе в течение работы оборудования.Подобные проблемы возникают сами по себе, если необходим ремонт огнеупорных конструкций, имеющих основу из двуокиси кремния высокой плотности (названные так,чтобы отличить их от традиционных огнеупоров из двуокиси кремния, плотность которых ниже), используемых в определенных коксовых печах даже если представляется возможным образовать огнеупор, по химическому составу подобный основной огнеупорной массе, новая масса не всегда прилипает в достаточной степени и даже может быстро отделиться от основной огнеупорной массы, когда печь находится в работе.Из международной заявки на патент Ч/О 090/03 848 известен способ ремонта,например, облицовок печи, при котором инертный несущий газ и частицы огнеупорного окисла и горючего окисляемого материала подаются к устройству для пламенного распыления, в котором кислород под высоким давлением всасывает и ускоряет смесь из несущего газа и частиц. Этот процесс используют для ремонта огнеупорных блоков/кирпичей в линии фурм медеплавильного конвертера, а также для ремонта тарельчатых колонн из карбида кремния. Например, в одном случае осуществляется выброс смеси, содержащей 79 карбида кремния, 16,25 кремния, 4 алюминия и 0,75 магния на тарельчатую колонну посредством воздушнокислородной системы с двойной трубкой Вентури.Однако использование в этом процессе магниевого металлического порошка следует считать недостатком, по крайней мере потому,что поскольку металлический магний относительно летуч, имеется некоторая неопределенность в отношении состава образуемого огнеупорного покрытия.Одна из целей настоящего изобретения заключается в решении этих проблем. Настоящее изобретение относится к способу формования огнеупорной массы,наплавленной на поверхность огнеупора на основе кремниевого соединения, при котором осуществляется подача к поверхности одновременно с кислородом смеси,содержащей огнеупорные и горючие частицы, которые вступают в экзотермическую реакцию с подаваемым кислородом с выделением тепла, достаточного для формования огнеупорной массы под действием этого тепла, отличающуюся тем,что смесь включает горючие кремниевые частицы, составляющие большую часть веса смеси, огнеупорные частицы одного или нескольких веществ и дополнительно частицы другого вещества, которое при формовании огнеупорной массы обеспечивает введение двуокиси кремния,образованной при сгорании частиц кремния,в огнеупорную массу в среде соединения с кристаллической решеткой. Настоящее изобретение также относится к смеси частиц, предназначенных для способа формования огнеупорной массы. Смесь содержит горючие кремниевые частицы,огнеупорные частицы из одного или нескольких веществ, составляющие большую часть веса смеси, и дополнительно - частиц другого вещества, которые при формовании огнеупорной массы вызывают введение двуокиси кремния, образованной при сгорании частиц кремния, в огнеупорную массу в виде соединения с кристаллической решеткой.Предложенные смесь и способ пригодны для формования высококачественных огнеупорных масс, предназначенных для ремонта поверхностей на основе кремниевых соединений, например, огнеупорных конструкций печей, атакже для приваривания деталей друг к другу. Представляется возможным получение огнеупорной массы,которая обладает отличным сцеплением с основным огнеупором, когда отремонтированная поверхность подвергается повторяющимся изменениям теплових условий в течение работы оборудования и/или когда ремонт выполняется на поверхности, температура которой относительно низка, например, находится в диапазоне 600-1000 С (например, 700 С),хотя изобретение может быть применено к поверхностям, имеющим температуру,находящуюся вне этого диапазона. Огнеупорная масса, создаваемая согласно изобретению, обладает свойствми в отношениитепловогорасширениянагранице между поверхностью и сформованной огнеупорной массой, которые отличаются от свойств, которые были бы получены, если бы исходная смесь не содержала какого-либо вещества, вызывающего введение двуокиси кремния, образованной при сгорании кремния, в огнеупорную массу в виде соединения с кристаллической решеткой. Мы полагаем, что преимущества, получаемые этим изобретением, обеспечиваются, по меньшей мере, частично, за счет этого различия на границе раздела, и что полученные огнеупорные массы демонстрируют на границе раздела свойства,касающиеся теплового раширения, которые хорошо согласуются с такими же свойствами рассматриваемых огнеупорных структур.Горючие кремниевые частицы могут использоваться в качестве единственного горючего материала, либо они могут перемешиваться с частицами дополнительного горючего материала, например,алюминия. При этом предпочтительно, чтобы смесь дополнительно содержала горючие алюминиевые частицы. Алюминиевые частицы могут быстро окисляться соэначительнь 1 м выделением тепла И образованием самих огнеупорных окислов. Поэтому применение этого отличительного признака благоприятствует образованию вь 1 сококачественных огнеупорных масс.Смеси согласно изобретению предпочтительно содержат не более 15 мас. кремния. Это важно для ограничения количества не вступившего в реакцию кремния, который может остаться в образованной огнеупорной массе. Мы установили, что наличие непрореагировавшего кремния в сформованной огнеупорной массе может привести к снижению ее качества.Количество имеющихся огнеупорных частиц по весу может составлять, по меньшеймере 70, предпочтительно, по меньшей мере 75, что позволяет получить однородную массу.Дополнительные частицы предпочтительно составляют остальную часть смеси и могут по весу составлять до 25 смеси, а предпочтительно от 5 до 15.Горючие частицы, используемые в смеси,предпочтительно имеют средний размер менее 50 мкм.Среди огнеупорных частиц предпочтительно фактически не содержатся частицы с размером более 4 мм, а наиболее предпочтительно, чтобы размер частиц не превышал 2,5 мм, с тем чтобы облегчить формирование правильной струи порошка.Размер добавочных частиц, используемых в смеси, предпочтительно должен быть менее или равен 500 мкм. Если используются частицы, имеющие довольно большие размеры, имеется опасность того, что они не будут играть эффективную роль. Предпочтительно, чтобы эти частицы имели размер, по меньшей мере составляющий 10 мкм. Если используются частицы, размер которых весьма мал, имеется опасность того, что в ходе реакции они будут улетучиватся.При формовании огнеупорной массы разные вещества могут быть приемлемы для того, чтобы вызвать введение двуокиси кремния, образуемой при сгорании кремния, в огнеупорную массу в виде соединения сВышеупомянутое дополнительное вещество предпочтительно вводится в виде частиц окиси магния.Наличие этого соединения в смеси, которая подается к огнеупорной поверхности,подлежащей ремонту, способствует обеспечению надлежащих теплостойких свойств формуемой огнеупорной массы.Кроме того, введение в смесь окиси магния дает возможностъ сформовать огнеупорную массу, в которой, по крайней мере, часть двуокиси кремния, образуемой при сгорании кремния, вводитсяв кристаллическую решетку типа форстерита. Это также способствует обеспечению надлежащих теплостойких свойств формуемой огнеупорной массы.Если смесь содержит алюминий, а также окись магния, может быть сформована огнеупорная масса, в которой, по крайней мере, часть двуокиси кремния, образуемой при сгорании кремния, вводится в виде соединения со структурой форстерита и/или со структурой шпинели, и/или со структурой кордиерита.Наличие кристаллической решетки со структурой кордиерита в сформованной огнеупорной массе способствует приданию этой массе прекрасной стойкости к термическим ударам. Наличие кристаллической решетки со структурой форстерита и/или со структурой шпинели, с другой стороны, благоприятно влияет на теплостойкость формуемой огнеупорной массы.Другие окислы, такие как окись кальция или окись железа (П), также могут быть использованы в качестве дополнительного вещества, вызывающего введение двуокиси кремния, образуемой при сгорании кремния,в кристаллическую решетку.Может быть использована смесь частиц,которая дополнительно или альтернативно содержит дополнительное вещество или вещества, композиция которых такова, что когда образуется огнеупорная масса, оно/они образуют вещество, вызывающее введение двуокиси кремния, образуемой при сгорании кремния, в огнеупорную массу в виде соеди