Керамическая смесь для ремонта кладки коксовых печей
Владельцы патента RU 2353601:
Открытое акционерное общество "Западно-Сибирский металлургический комбинат" (RU)
Изобретение относится к составам для горячего ремонта огнеупорной кладки промышленных печей методом керамической наплавки и может быть использовано в металлургической промышленности в коксохимическом производстве. Техническим результатом изобретения является получение термостойкой и механически прочной керамической наплавки с однородным минералогическим составом. Керамическая смесь для ремонта кладки коксовых печей включает кварцевый песок, кремний и коксовую пыль при следующем соотношении компонентов в мас.%: кварцевый песок - 65-75; кремний - 15-30; коксовая пыль - 5-15. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к составам для горячего ремонта огнеупорной кладки промышленных печей методом керамической наплавки и может быть использовано в металлургической промышленности в коксохимическом производстве.
Известна смесь для керамической наплавки, содержащая, мас.%: динас или шамот в качестве огнеупорного наполнителя - 54,5-62,0; кремний в качестве горючей составляющей - 35,0-45,0 и добавку сварочного флюса - 0,5-3,0, предварительно измельченного совместно с кремнием. Динас или шамот имеют размер частиц не более 1,0 мм, а сварочный флюс - не более 0,08 мм. Керамическая смесь предназначена для ремонта кладки коксовой печи (Патент RU №2290384, C04B 35/65, опубл. 27.12.2006).
Недостатком указанной смеси является пониженная термостойкость, огнеупорность и механическая прочность.
Наиболее близкой к предлагаемой керамической смеси и выбранной в качестве прототипа является известная смесь для керамической наплавки на шамотную кладку, включающая следующие компоненты, мас.%: порошок кремния - 8-15; порошок алюминия 2-5; оксид алюминия 15-25; кварцевый песок - остальное. Использование: для ремонта поврежденной футеровки (Патент RU №2074152, C04B 35/65, опубл. 1997.02.27).
Недостатком прототипа является то, что при суммарном количестве горючих компонентов (кремния и алюминия), равном 20 мас.%, термичность такой смеси невелика (менее 6420 кДж/кг смеси). Поэтому и механическая прочность наплавки, и ее термостойкость также малы из-за различия физико-химических свойств наплавки, и кладки коксовых печей.
Задачей изобретения является создание керамической смеси для ремонта кладки коксовых печей высокой термичности и термической стойкости, хорошей механической прочности и малой пористости при максимальном соответствии физико-химических свойств наплавленного материала и ремонтируемой кладки (футеровки).
Поставленная задача решается тем, что керамическая смесь для ремонта кладки коксовых печей, включающая кварцевый песок и кремний, согласно изобретению дополнительно содержит коксовую пыль при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| кварцевый песок | 65-75 |
| кремний | 15-30 |
| коксовая пыль | 5-15 |
Смесь содержит кварцевый песок и кремний с размером частиц не более 1,0 мм и коксовую пыль с размером частиц не более 0,59 мм.
Новый технический результат от использования изобретения заключается в том, что именно введение в состав предлагаемой керамической смеси для ремонта кладки коксовых печей небольшого количества коксовой пыли способствует образованию при температурах свыше 2000°С карбида кремния, который после кристаллизации расплава обеспечивает получение термостойкой и механически прочной керамической наплавки с однородным минералогическим составом.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Предлагаемая керамическая смесь для ремонта кладки коксовых печей указанного состава при контакте с горячей кладкой в присутствии кислорода воспламеняется и расплавляется, причем в процессе расплавления кварцевый песок (огнеупорный наполнитель), кроме того, является теплопоглотителем. Содержащийся в смеси кремний сгорает в кислороде лишь частично, образуя SiO2, другая его часть реагирует с углеродом кокса, образуя карбид кремния. При этом некоторая часть коксовой пыли также расходуется на горение. В процессе кристаллизации, которая происходит после остывания расплава до рабочих температур кладки печей (около 1100°С), происходит образование минералогических составляющих из SiO2 и SiC.
Использование кварцевого песка в качестве огнеупорного наполнителя зависит от вида огнеупора, из которого изготовлена кладка или футеровка промышленной печи (огнеупор должен быть силикатным или алюмосиликатным). Содержание кварцевого песка в пределах 65-75 мас.% с размером частиц не более 1,0 мм приводит к оптимизации процесса наплавки. При отклонении содержания кварцевого песка более 75 мас.% недопустимо снижается доля горючих составляющих (кремния и коксовой пыли), а менее 65% - доля горючих составляющих возрастает до такой величины, что расплав стекает по вертикальным стенам.
При содержании в составе керамической смеси кремния менее 15 мас.% с размером частиц не более 1,0 мм, а коксовой пыли менее 5 мас.% с размером частиц не более 0,59 мм, термичность невысока (около 10500 кДж/кг смеси), а значит, количество жидкой фазы будет недостаточным, поэтому велик «отскок» неусвоившихся частиц кварцевого песка, вследствие чего резко снижается термическая стойкость наплавки и ее механическая прочность.
При содержании в составе смеси кремния более 30 мас.%, а коксовой пыли - более 15%, термичность процесса смеси чрезмерно высока (более 14800 кДж/кг смеси), что вызывает образование излишнего количества жидкой фазы. Керамическая наплавка при этом перегрета и жидкотекуча, интервал кристаллизации возрастает, а расплав стекает, не успевая заполнить трещины и сколы на вертикальных поверхностях.
Использование в составе смеси добавки коксовой пыли в количестве более 15 мас.% нецелесообразно, поскольку в этом случае для обеспечения оптимальной термичности (12000-14800 кДж/кг) придется снижать долю кремния, что недопустимо, так как в результате такого снижения вероятность образования карбида кремния в ходе реакции: Si+C=SiC также уменьшается из-за нарушения стехиометрического соотношения Si:C=1:1. Необходимо также учитывать, что для инициирования керамической наплавки нужно поддерживать некоторый избыток кремния.
Реализация предлагаемой керамической смеси осуществлялась при ремонте кладки коксовых печей на Западно-Сибирском металлургическом комбинате. Смесь получали простым смешиванием указанных компонентов. Результаты испытаний предлагаемой керамической смеси приведены в таблице.
| Компоненты керамической смеси для ремонта кладки коксовых печей | Состав керамической смеси, мас.% | |||
| № варианта | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Кварцевый песок | 65 | 65 | 65 | 75 |
| Кремний | 30 | 20 | 25 | 15 |
| Коксовая пыль | 5 | 15 | 10 | 10 |
| Показатели керамической наплавки | ||||
| Термичность, кДж/кг смеси | 14796 | 14677 | 13685 | 12062 |
| Термическая стойкость, кол-во теплосмен (воздушных) | 50 | 50 | 49 | 47 |
| Предел прочности при сжатии, σ, кг/см2 при температуре 1000°С | 140 | 160 | 127 | 109 |
Пример (вариант №2).
Керамическая смесь для ремонта динасовой кладки коксовых печей содержала, мас.%: кварцевый песок - 65,0 крупностью не более 1,0 мм; кремний кристаллический - 20,0 крупностью не более 1,0 мм и коксовую пыль -15,0 крупностью не более 0,59 мм. Термичность процесса наплавки керамической смеси составляла 14677 кДж/кг смеси, термическая стойкость - 50 воздушных теплосмен, а предел прочности при сжатии при температуре 1000°С - 160 кг/см2.
Использование указанной смеси позволило получить при ремонте кладки коксовых печей наплавленный материал термичностью от 12062 до 14677 кДж/кг смеси, термической стойкостью от 30 до 50 воздушных теплосмен и пределом прочности со значениями от 127 до 160 кг/см2 при сжатии с максимальным соответствием физико-химических свойств между наплавкой и ремонтируемой кладкой или футеровкой.
Предлагаемая керамическая смесь для ремонта кладки коксовых печей промышленно применима.
1. Керамическая смесь для ремонта кладки коксовых печей, включающая кварцевый песок и кремний, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит коксовую пыль при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| кварцевый песок | 65-75 |
| кремний | 15-30 |
| коксовая пыль | 5-15 |
2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит кремний и кварцевый песок с размером частиц не более 1,0 мм.
3. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит коксовую пыль с размером частиц не более 0,59 мм.
