Смесь для наплавки и сваривания шамота и динаса

 

Изобретение относится к составам для горячего ремонта кладки печей методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и может быть использовано в металлургической, коксохимической и других отраслях промышленности. Задачей изобретения является создание смеси для наплавки и сваривания шамота и динаса с получением керамической связки высокой огнеупорности и низкой пористости. Предлагаемая смесь содержит следующие компоненты, мас. %: порошок оксида железа 60-70; порошок алюминия 10-20; порошок кремния 1-15; сварочный флюс 3-19. 1 табл.

Изобретение относится к составам для горячего ремонта кладки печей методом распространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и может быть использовано в металлургической, коксохимической и других отраслях промышленности.

Известна смесь для наплавки, содержащая, мас. огнеупорный порошок (динасовый мертель) 50-70, порошок алюминия 2-5, порошок кремния 8-15, диабазовую муку 10-30 [1] Недостатком данной смеси для наплавки является ее низкая термичность и слабая огнеупорность полученного после реакций СВС продукта, в связи с отсутствием необходимого количества окислителей в составе смеси. Керамическую наплавку в этом случае осуществляют в ходе так называемой "окситермии", в токе кислородо-порошковой струи (расход вещества 0,8-1,0 кг/мин, расход кислорода 0,2-0,25 м³/мин) при температуре футеровки печи 800-900^oC.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является экзотермический состав [2] содержащий следующие компоненты, мас.

оксид кремния 25,6-42,0 алюминий 14,4-16,0 1-3%-ный водный раствор жидкого стекла остальное Недостатком известного материала является низкая термичность состава, слабая огнеупорность, вызванная использованием раствора жидкого стекла.

Задачей предлагаемого изобретения является создание смеси для наплавки и сваривания шамота и динаса с получением керамической связки высокой огнеупорности и низкой пористости, образующейся в результате реакций СВС.

Указанная задача решается тем, что смесь наплавки и сваривания шамота и динаса, включающая порошок кремнийсодержащего вещества, порошок алюминия и добавку, согласно изобретению содержит в качестве порошка кремнийсодержащего вещества порошок кремния, в качестве добавки сварочный флюс и дополнительно порошок оксида железа при следующем соотношении компонентов, мас.

порошок кремния 1-15 порошок алюминия 10-20 сварочный флюс 3-19 порошок оксида железа 60-70 Сущность изобретения заключается в следующем.

Предлагаемую смесь из металлов-восстановителей (кремния и алюминия) и оксида металла (оксид железа), получают из порошковых материалов простым смешиванием со сварочным флюсом, измельченным совместно с кремнием до крупности менее 0,08 мм.

Воздушно-сухую смесь наносят на нагретый до температуры 900^oC шамотный или динасовый огнеупор, затем проводят инициирование процессов СВС и спекание смеси с получением керамической связки.

Применение двух металлов-восстановителей приводит к тому, что для реакций синтеза во всех случаях с позиций термодинамии первоначально происходит алюминотермия оксидов железа: Fe₂O₃+2Al= 2Fe+Al₂O₃ (1)
либо:
3Fe₃O₄+8Al=9Fe+4Al₂O₃ (II)
Если же в избытке остается Al, идет реакция:
3SiO₂+4Al=3Si+2Al₂O₃ (III)
При избытке Fe₂O₃ идет его восстановление кремнием:
2Fe₂O₃+3Si=4Fe+3SiO₂ (IV)
При содержании кремния в смеси менее 1% преимущественное развитие получают реакции I, II и III, т.е. из-за незначительного количества кремния, т.е. почти в чистом виде происходит "алюминотермия".

При количестве кремния в смеси, превышающем 15% эффективное его использование возможно лишь при избытке оксидов железа. В случае стехиометрических отношений реагентов и заявляемых пределов повышение содержания кремния > 15% неэффективно.

При содержании алюминия в смеси более 20% в силу вступает реакция (III) и термичность смеси превышает оптимальный уровень, равный 2800-3200 кДж/кг, обеспечивающий хорошую огнеупорность и низкую пористость керамической связки.

При содержании алюминия в смеси менее 10% синтез новых веществ происходит по реакции (IV), а оптимальный уровень термичности обеспечивается суммарным тепловыделением от окисления как алюминия, так и кремния. Недостаток алюминия при совместном использовании двух металлов-восстановителей резко ухудшает тепловыделение, т. к. при горении кремния тепла выделяется значительно меньше, что приводит к снижению огнеупорности керамической связки, образующейся в ходе реакций СВС.

При избытке оксида железа Fe₂O₃ в составе смеси (свыше 70%) происходит очень бурное алюминотермическое восстановление по реакции (I). Керамическая связка при этом имеет высокую пористость, которая резко понижает ее прочность.

С уменьшением содержания оксида железа Fe₂O₃ в смеси менее 60% соответственно возрастает доля сварочного флюса, в результате чего получают развитие реакции разложения содержащихся в сварочном флюсе силикатов марганца:

Поскольку это разложение сопровождается дополнительным расходом тепла, у смеси такого состава снижается термичность для процессов СВС и огнеупорность полученного продукта.

При содержании в смеси для наплавки сварочного флюса в количестве более 19% также, как и в предыдущем случае, возрастает роль реакции (V), что приводит к затратам тепла на разложение силикатов при соответствующем снижении термичности смеси и огнеупорности полученного в ходе реакций СВС продукта.

Использование в составе смеси сварочного флюса в количестве менее 3% нецелесообразно, поскольку образующейся в ходе реакции СВС жидкости очень мало, из-за того, что эти реакции идут, в основном, в твердой фазе и возникающая термическая связка не обладает достаточной жидкоподвижностью. Это затрудняет горячий ремонт при заделке дефектов пода коксовой печи.

Новый технический результат заявляемой смеси состоит в том, что при совместном измельчении сварочного флюса, содержащего плавень CaF₂ и металлического кремния до крупности 0,08 мм, и последующем перемешивании с термитной составляющей, включающей оксид железа Fe₂O₃ и алюминий, а также совместном участии алюминия и кремния в присутствии сварочного флюса в реакциях СВС с оксидом железа Fe₂O₃, образуется материал керамической связки, обладающий высокой огнеупорностью и низкой пористостью.

При совместном окислении металлического кремния и алюминия наиболее легко окисляется алюминий, кроме того, стабильность его оксида выше. Из-за отсутствия плотной оксидной пленки на оксиде кремния, который в большом количестве содержится в сварочном флюсе, при наличии газообразных оксидов увеличивается скорость окисления частиц металлического кремния, что способствует образованию керамической связки муллитового типа в ходе реакций СВС.

Смесь для наплавки и сваривания шамота и динаса получали следующим образом.

Смесь, состоящую из следующих компонентов, мас.

порошок оксида железа 70
порошок алюминия 15
порошок кремния 10
сварочный флюс 5
влажностью 2,3% и термичностью 3253 кДж/кг помещали в пустую разогретую до температуры 900^oC камеру коксования на под камеры.

После разогрева смеси до указанной температуры за счет физического тепла камеры коксования самопроизвольно происходило инициирование процессов СВС и спекания смеси с образованием керамической связки. Связка, растекаясь по горизонтальной поверхности пода камеры, заполняет дефекты пода, образуя гладкую поверхность.

Ниже приведен расчетный состав керамической связки, полученной в ходе реакций СВС для данного примера реализации,
оксид кремния 40,3
оксид алюминия 59,7
Огнеупорность составляет 1710^oC, пористость 14%
Результаты испытаний предлагаемых смесей для наплавки и сваривания шамота и динаса при оптимальных, граничных параметрах отличительных признаков формулы изобретения приведены в таблице.

Из таблицы видно, что в приведенных примерах термичность процессов СВС для предлагаемых смесей составляла 2655-3286 кДж/кг, влажность 2,0-2,5% Огнеупорность керамической связки, образующейся в ходе реакций СВС составляла 1450-1730^oC, а пористость 14-24%
Предлагаемая смесь для наплавки шамота и динаса промышленно применима, что подтверждается актом испытаний.

Формула изобретения

Смесь для наплавки и сваривания шамота и динаса, включающая порошок кремнийсодержащего вещества, порошок алюминия и добавку, отличающаяся тем, что она содержит в качестве порошка кремнийсодержащего вещества порошок кремния, в качестве добавки сварочный флюс и дополнительно порошок оксида железа при следующем соотношении компонентов, мас.

Порошок кремния 1 15
Порошок алюминия 10 20
Сварочный флюс 3 19
Порошок оксида железа 60 70и

РИСУНКИ

Рисунок 1