Способ ремонта огнеупорной кладки тепловых агрегатов методом керамической наплавки

 

Использование: в металлургии, конкретнее в способах ремонта кладок тепловых агрегатов, например металлургических печей, например конвертеров, элктродуговых печей, методом керамической наплавки, и может быть использован для ремонта промышленных печей в любой другой отрасли. Сущность изобретения: по способу ремонта огнеупорной кладки тепловых агрегатов методом керамической наплавки на предварительно нагретую поверхность ремонтируемой кладки подают в струе кислорода керамическую массу, содержащую, мас.%: порошок огнеупорного наполнителя 75-98,5, высокодисперсный порошок металла 1-20, гидрид алюминия 0,5-5. Огнеупорный наполнитель расплавляется за счет образования высокотемпературного факела при сгорании порошка металла и гидрида алюминия и сплавляется с огнеупорной кладкой с образованием монолитного слоя. Изобретение позволяет обеспечить требуемый химсостав наплавляемой керамической массы, сократить расход металлических порошков, время нанесения керамического слоя. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам ремонта огнеупорной кладки тепловых агрегатов: металлургических печей (конвертеров, дуговых электропечей) методом наплавки, и может быть использовано в любой другой отрасли промышленности, где требуется ремонт поврежденной футеровки.

Известен способ ремонта огнеупорной футеровки металлургического агрегата дуговой электропечи, в котором на поверхность футеровки агрегата, контактирующей с жидким металлом и шлаком, наносят заправочный слой из мелкоизмельченных металлических алюминийсодержащих материалов в смеси со связующим и огнеупорным наполнителем [1] Это позволяет в процессе плавки понизить в рабочем слое футеровки содержание окислов железа и кремния за счет их восстановления алюминием, что повышает стойкость футеровки.

Однако из-за относительно невысокой огнеупорности за счет введения легкоплавких связующих (стекла), повышенной открытой пористости нанесенный слой обладает недостаточной стойкостью и требует периодической подварки.

Наиболее близким к изобретению является способ горячего ремонта огнеупорной кладки металлургического агрегата методом керамической наплавки, включающий подачу в струе кислорода на предварительно нагретую поверхность кладок торкет-массы в виде смеси порошка огнеупорного наполнителя и дисперсного порошка металла, расплавление огнеупорных составляющих, размягчение поверхности ремонтируемой кладки до пластического состояния и их сплавление с образованием при затвердевании монолитной структуры [2] Данное техническое решение принято в качестве прототипа.

Используемый в известном способе металлический порошок, являющийся топливной составляющей, термоокисляется при контакте с горячей поверхностью кладки до температуры факела 2000-3000^oC, что позволяет расплавить огнеупорные частицы, которые сплавляются с размягченной кладкой.

Однако при ремонте динасовых или магнезитовых футеровок по данному способу требуется высокая температура нагрева кладки свыше 600^oC, кроме того, для обеспечения требуемого химсостава по Al₂O₃ нанесенного слоя керамической массы требуется повышенный расход алюминиевого порошка.

Изобретение направлено на создание эффективного способа горячего ремонта огнеупорной кладки металлургических агрегатов методом керамической наплавки, который бы позволил без ухудшения качества ремонта, при более низкой температуре нагрева кладки, обеспечить требуемый химсостав наплавленной керамической массы, сократить расход металлических порошков, сократить время нанесения керамического слоя.

Это достигается тем, что согласно известному способу горячего ремонта огнеупорной кладки металлургического агрегата методом керамической наплавки, включающем нанесение на предварительно нагретую поверхность кладки керамической массы в виде смеси порошка огнеупорного наполнителя и дисперсного порошка металла, расплавление огнеупорного наполнителя, размягчение поверхности ремонтируемой кладки до пластического состояния и их сплавление с образованием монолитного слоя, по изобретению, в состав керамической массы дополнительно вводят гидрид алюминия при следующем соотношении в ней компонентов, мас.

Порошок огнеупорного наполнителя 75-98,5 Высокодисперсный порошок металла 1-20 Высокодисперсный порошок гидрида алюминия 0,5-5 При этом целесообразно ремонт осуществлять при расходе кислорода 150-350 л/кг керамической массы.

Гидрид алюминия является высокоэнергетической топливной составляющей в керамической смеси.

При сгорании AlH₃ в кислороде выделяется значительно больше теплоты, чем при сгорании наиболее энергоемкого из используемых металлических порошков алюминия.

2Al + 3/2O₂ Al₂O₃ + 400 ккал/мол 2AlH₃ + 3O₂ Al₂O₃ + 3H₂O+ 559,54 ккал/мол что позволяет проводить керамическую наплавку при более низких температурах нагрева кладки (от 580^oC и выше), снизить по крайней мере в 1,5 раза расход этой топливной составляющей в керамической смеси.

Следует иметь в виду, что при использовании алюминия (Al) в качестве горючего компонента керамических масс могут образовываться в процессе наплавки летучие соединения (например шпинели). В результате этого ремонт сопровождается выделением белого дыма. При этом происходит как ухудшение экологических условий ремонта, так и значительные потери дорогостоящих огнеупорных компонентов. Следовательно, сокращение доли алюминия (или его соединений), используемых в качестве горючих компонентов, существенно улучшает качество ремонта.

При содержании гидрида алюминия в керамической массе менее 0,5% не представляется возможным снизить температуру ремонтируемой футеровки ниже 580^oC, а также не обеспечиваются условия прочного сцепления керамической наплавки с кладкой.

При содержании гидрида алюминия в керамической массе более 5,0% в результате высокоэкзотермической реакции окисления возникает опасность возгорания керамической массы в бункере установки, при этом дальнейшее снижение температуры ремонтируемой футеровки в условиях безопасного ремонта не представляется возможным.

Отклонение содержания огнеупорного наполнителя в ту или другую сторону ухудшает структуру и физико-химические свойства наплавляемого керамического материала.

Введение в керамическую массу высокодисперсных металлических порошков менее 1% не обеспечивает прочности наплавленной керамической массы заданного химсостава, соответствующего основной кладке. Возможно также невозгорание керамической массы при установленной температуре ремонта.

Содержание металлических порошков выше 20% приводит к перерасходу дорогостоящих горючих компонентов без улучшения качества наплавки. При этом повышается риск самовозгорания керамической массы.

Количество подаваемого кислорода должно обеспечивать полное окисление горючих компонентов керамической массы. Поэтому оно не должно быть менее 150 л/кг массы.

В то же время превышение подачи кислорода более 350 л/кг массы может привести к самовозгоранию массы.

Пример 1. Керамическая смесь, используемая для ремонта огнеупорной кладки промышленных печей с динасовой кладкой.

1. Плавленный кварц 87% Размер частиц 50 мкм 1,5 мм 2. Кремний металлический 12% Средний размер частиц 7 мкм Удельная поверхность 6500 кв. см./г
3. Гидрид алюминия 0,5%
Средний размер частиц 18 мкм
Температура кладки во время ремонта 580^oC
Расход кислорода 180 л/кг массы
Пример 2. Керамическая смесь, используемая для ремонта огнеупорной кладки промышленных печей с магнезиальной футеровкой.

1. Магнезит 94%
Размер частиц 50 мкм 1,5 мм
2. Кремний мет. 4%
Средний размер частиц 7 мкм
Удельная поверхность 6500 кв. см./г
3. Гидрид алюминия 3%
Средний размер частиц 10 мкм
Температура кладки во время ремонта 800^oC
Расход кислорода 330 л/кг массы
Пример 3. Керамическая смесь, используемая для ремонта тепловых агрегатов, подверженных интенсивной коррозии.

1. Электрокорунд 93%
Размер частиц Не более 0,5 мм
2. Гидрид алюминия 5,0%
Средний размер частиц 10 мкм
Магний 1%
Средний размер частиц 50 мкм
Температура кладки во время ремонта 1000^oC
Расход кислорода 330 л/кг массы
Среднестатистические результаты ремонтов согласно примерам 1-3 сведены в таблицу. При этом ни в одном из примеров показатели не выходят за рамки нормативных требований.

Формула изобретения

1. Способ ремонта огнеупорной кладки тепловых агрегатов методом керамической наплавки, включающий подачу в струе кислорода на предварительно нагретую поверхность кладки керамической массы в виде смеси порошка огнеупорного наполнителя и дисперсного порошка металла, расплавление огнеупорного наполнителя, размягчение поверхности ремонтируемой кладки до пластического состояния и их сплавление с образованием монолитного слоя, отличающийся тем, что в состав керамической массы дополнительно вводят гидрид алюминия при следующем соотношении в ней компонентов, мас.

Порошок огнеупорного наполнителя 75 98,5
Высокодисперсный порошок металла 1 20
Высокодисперсный порошок гидрида алюминия 0,5 5,0
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход кислорода составляет 150
350 л/кг массы.

РИСУНКИ

Рисунок 1