Смесь для керамической наплавки

Изобретение относится к составам для горячего ремонта кладки промышленных печей методом керамической наплавки и может быть использовано в металлургической, коксохимической и других отраслях промышленности. Техническим результатом изобретения является создание смеси для керамической наплавки высокой огнеупорности, низкой пористости с максимальным соответствием физико-химических свойств и минералогического состава между наплавкой ремонтируемой кладки и футеровкой. Смесь для керамической наплавки содержит динас или шамот в качестве огнеупорного наполнителя с размером частиц не более 1,0 мм, кремний в качестве горючей составляющей и добавку флюса, в качестве которой используется сварочный флюс, предварительно измельченный совместно с кремнием, при следующем соотношении компонентов, мас.%: динас или шамот - 54,5-62,0; кремний - 35,0-45,0; сварочный флюс - 0,5-3,0. Смесь содержит сварочный флюс с размером частиц не более 0,08 мм. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

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

Известна смесь для наплавки и сваривания шамота и динаса, содержащая, мас.%: порошок кремния 1-15; порошок алюминия 10-20; сварочный флюс 3-19; порошок оксида железа 60-70 (RU №2093687, С 04 В 35/64, опубл. 20.11.1997).

Недостатком данной смеси является ее низкая термичность, слабая огнеупорность и ограниченная область применения, заключающаяся в том, что указанная смесь может использоваться лишь при ремонте горизонтальных поверхностей, например, пода камер коксования, где за счет необходимой флюсующей добавки связка растекается по дефектам, заполняя их, образуя после кристаллизации расплава ровную, гладкую горизонтальную поверхность. Однако использовать данную смесь для ремонта вертикальных стен невозможно из-за большого количества жидкой фазы, образующейся в ходе наплавки.

Известна смесь для наплавки, содержащая, мас.%: порошок динасового мертеля 50-70; порошок алюминия 2-5; порошок кремния 8-15; диабазовая мука 10-30 (SU №1474153 С 04 В 35/68, опубл. 23.04.1989).

К недостатками известной смеси относятся: низкая термичность из-за малого содержания горючих составляющих - порошков кремния и алюминия - 19%, а также существенные различия в физико-химических свойствах наплавки и ремонтируемой огнеупорной кладки или футеровки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является огнеупорная масса для керамической наплавки, содержащая, мас.%: огнеупорный наполнитель 65-68; горючие составляющие 10-26; ферросилиций 2-10 (RU №2075213, С 04 В 35/66, опубл. 10.03.1997).

Недостатком известной массы для керамической наплавки является невысокая термичность из-за малого количества горючей составляющей (не более 25%) и использование в качестве флюсующей добавки - ферросилиция, который ухудшает качество наплавки из-за содержащегося в нем железа и снижает ее огнеупорность.

Задачей изобретения является создание смеси для керамической наплавки высокой огнеупорности, низкой пористости с максимальным соответствием физико-химических свойств и минералогического состава между наплавкой ремонтируемой кладки и футеровкой.

Поставленная задача достигается тем, что смесь для керамической наплавки, содержащая в качестве огнеупорного наполнителя динас или шамот, кремний в качестве горючей составляющей и добавку флюса, согласно изобретению смесь содержит в качестве добавки флюса сварочный флюс, предварительно измельченный совместно с кремнием, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Динас или шамот	54,5-62,0
Кремний	35,0-45,0
Сварочный флюс	0,5-3,0.

Смесь содержит динас или шамот с размером частиц не более 1,0 мм.

Смесь содержит сварочный флюс с размером частиц не более 0,08 мм.

Новый технический результат от использования изобретения заключается в том, что именно введение в состав предлагаемой смеси для керамической наплавки небольшого количества сварочного флюса позволяет получить необходимую однородность керамической связки, которая в процессе кристаллизации расплава обеспечивает однородность ее минералогического состава.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Предлагаемая смесь для керамической наплавки указанного состава при контакте с горячей кладкой в присутствии кислорода воспламеняется и расплавляется, причем в процессе расплавления огнеупорный наполнитель является теплопоглотителем. Расплав заполняет дефекты кладки при наплавке любых поверхностей рабочего объема печи. В процессе остывания расплава до рабочих температур кладки (около 1100°С) происходит его кристаллизация с образованием минералогических составляющих, близких по составу к минералам самой кладки.

Использование в качестве огнеупорного наполнителя или динаса или шамота в виде порошков зависит от материала (шамотного или динасового), из которого изготовлена кладка или футеровка промышленной печи.

Содержание в смеси динаса или шамота в качестве огнеупорного наполнителя в количестве не менее 54,5 и не более 62,0 мас.% с размером частиц не более 1,0 мм приводит к оптимизации процесса наплавки. При отклонении содержания огнеупорного наполнителя в большую сторону (более 62 мас.%) недопустимо снижается доля горючей составляющей, а в меньшую (менее 54,5 мас.%) - доля горючей составляющей недопустимо возрастает.

При содержании горючей составляющей - кремния в смеси менее 35 мас.%, образующихся в ходе его горения в кислороде, керамическая связка более пориста, обладает меньшей огнеупорностью, чем ремонтируемая поверхность. Кроме того, из-за невысокой термичности (менее 11000 кДж/кг смеси) недостаточно жидкой фазы не обеспечивается в достаточной степени сродства с материалом кладки печи по физико-химическим свойствам и структуре.

При количестве кремния в смеси, превышающем 45 мас.%, термичность процесса чрезмерно высока (более 14600 кДж/кг смеси), что способствует образованию излишне большого количества жидкой фазы. В этом случае недостаточно огнеупорного наполнителя, и расплав при ремонте наклонных и вертикальных поверхностей стекает, не задерживаясь на дефектах кладки.

Выбор заявляемых значений огнеупорного наполнителя и горючей составляющей является оптимальным для решения поставленной задачи.

Использование в составе смеси сварочного флюса, предварительно измельченного совместно с кремнием до крупности не более 0,08 мм, в количестве более 3 мас.% нецелесообразно, поскольку в этом случае снижается огнеупорность керамической связки. Кроме того, возникают дополнительные расходы тепла на разложение содержащихся во флюсе силикатов марганца, что снижает в целом термичность процесса.

При содержании в составе смеси сварочного флюса, предварительно измельченного совместно с кремнием до крупности не более 0,08 мм, в количестве менее 0,5 мас.% образующейся от его плавления жидкой фазы в ходе наплавки будет недостаточно, поскольку доля собственно сварочного флюса в смеси недопустимо мала. В этом случае возникает необходимость в увеличении расхода горючего компонента - кремния, что снижает экономическую эффективность процесса наплавки из-за повышенной термичности.

Присутствие в сварочном флюсе плавня CaF₂ обеспечивает образование жидкой фазы при температурах кладки ремонтируемой печи 650-700°С.

Использование частиц сварочного флюса размером не более 0,08 мм в смеси, предварительно измельченного совместно с кремнием, позволяет равномерно распределить плавень во всей массе керамической связки. В соответствии с ростом концентрации горючего составляющего в смеси повышается удельное тепловыделение на единицу массы смеси, т.е. термичность процесса наплавки.

Реализация предлагаемой смеси для керамической наплавки осуществлялась при ремонте кладки коксовой печи в коксовом цехе Западно-Сибирского металлургического комбината. Смесь получали простым смешиванием всех указанных компонентов.

Результаты испытаний предлагаемой смеси для керамической наплавки приведены в таблице.

Пример (вариант №4 таблицы).

Смесь для керамической наплавки динасовой кладки коксовых печей содержала, мас.%: огнеупорный наполнитель (измельченный динас до крупности не более 1,0 мм) - 60,5; горючую составляющую (кремний кристаллический) - 38,75 мас.%; добавку флюса (сварочный флюс) - 0,75.

причем сварочный флюс измельчен до крупности 0,08 мм совместно с кремнием и имел следующий фазовый состав, мас.%: CaF₂ - 2,8; MgF₂ - 2,0; NaAlF₆ - 21,0; Al₂O₃ - 27,6; Fe₂О₃ - 2,6; SO₄ - 0,2; SiO₂ - 0,2; С - 43,6.

Термичность процесса наплавки составляла 12578 кДж/кг смеси, огнеупорность керамической связки - 1750°С, пористость - 15,2%.

Из таблицы видно, что в приведенных примерах термичность процесса наплавки составляла от 11555 до 12578 кДж/кг, огнеупорность керамической связки - 1740-1750°С, а пористость - 15,2-16,3%.

Использование указанной смеси позволило получить керамическую связку высокой огнеупорности и низкой пористости с максимальным соответствием физико-химических свойств и минералогического состава между наплавкой и ремонтируемой кладкой или футеровкой.

Таблица
Результаты испытаний предлагаемой смеси для керамической наплавки
Состав смеси, мас.%	Предлагаемое решение
	Вариант
1	2	3	4	5
Огнеупорный наполнитель: - динас или шамот	54,5	55,0	59,0	60,5	62,0
Горючая составляющая: - кремний	45,25	44,8	40,6	38,75	35,6
Добавка флюса: - сварочный флюс	0,25	0,2	0,40	0,75	2,4
Показатели
Термичность, кДж/кг	14687	14542	13178	12578	11555
Огнеупорность, °С	1740	1740	1750	1750	1740
Пористость, %	16,4	16,3	13,5	15,2	16,3

Смесь для керамической наплавки, содержащая динас или шамот в качестве огнеупорного наполнителя, кремний в качестве горючей составляющей и добавку флюса, отличающаяся тем, что смесь содержит в качестве добавки флюса сварочный флюс, предварительно измельченный совместно с кремнием, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Динас или шамот	54,5-62,0
Кремний	35,0-45,0
Сварочный флюс	0,5-3,0

2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит динас или шамот с размером частиц не более 1,0 мм.

3. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит сварочный флюс с размером частиц не более 0,08 мм.