<Desc/Clms Page number 1>
"Composition en vue de réparer des revêtements de fours"
La présente invention a pour objet une nouvelle compo- sition et, pius s particulièrement, une composition réfractai!** utilisée plus spécialement en vue de réparer lea revétements des fours de faorication d'acier et analogues.
Etant donné que l'on recherche constamment, dans l'in- dustrie sidérurgilue, de plus grandes vitesses de fabrication et de meilleures efficacité@, on a mis au point le convertis- seur de fabrioation 3,'acier à soufflage d'oxygène basique par le haut. Ce procédé est caractérisé par de hautes vitesses de fabrication, qui sont obtenues en utilisant d'importantes quan- tités d'oxygène pur provoquant des températures réactionnelles
<Desc/Clms Page number 2>
extrêmement élevées, ainsi qu'une violente turbulence du métal fondu et des scories à l'intérieur d'un récipient, ces facteurs combinés accélérant le procédé d'affinage de l'acier, tout en réduisant considérablement la durée nécessaire pour la fabri- cation de ce dernier.
Toutefois, les températures élevées et la turbulence violente provoquent une érosion rapide des revête- ments réfractaires des convertisseurs, ce qui néoeoaite deo ré- parations ou des remplacements fréquents des revêtements.
Compte tenu des conditions exceptionnelles régnant dans ces fours, il convient d'employer des matières réfractaires spé- ciales de réparation.
L'enveloppe en acier de la plupart des récipients des convertisseurs à soufflage d'oxygène est constituée d'une sec- tion cylindrique oentrale munie d'un fond d'une section sphé- rique et d'un sommet d'une seotion tronconique. Une ouverture est pratiquée dans la section supérieure en vue de l'introduo- tion de la charge de métal fondu et de mitraille d'aoier, des agents fondants et ensuite, d'une conduite ou d'une lance re- froidie l'eau en vue d'injecter de l'oxygène sur la charge.
L'enveloppe est revêtue de matiéresréfractaires spéciales pou- vant avoir la forme de briques ou d'une masse plastique, que l'on peut damer en place au moyen d'un appareillage pneumatique.
On a formé des matières réfraotaires spéciales en vue de résister aux hautes températures réactionnelles et à la forte turbulence régnant entre le métal fondu non affiné, les scories et l'oxy- gène gazeux pur soufflé à grande vitesse dans le four au cours du procédé d'affinage. Parmi ces matières réfractaires, il y a principalement les briques de dolomite cuites à fond, liées aveo une matière carbonée, comme par exemple le brai de goudron de houille, les briques pressées à partir de dolomite cuite à fond, stabilisée et liée au goudron ou encore les briques de mag- -nésite cuites à fond, liées au brai et combinées ou non avec
<Desc/Clms Page number 3>
des proportions variables de dolomite cuite à fond.
Lorsqu'elles sont tout d'abord placées dans le réoipient à oxygène, ces ma-
EMI3.1
tières réfraotaires sont "brûlées en profondeur" ou "ooOké1!1ée8" pour provoquer une décomposition pyrolytique ou un "oraquage", entraînant la formation d'une liaison de carbone entourant la dolomite cuite à fond, la magnésite cuite à fond ou d'autres partioules réfractaires, tout en les maintenant en place. Les revêtements de cette composition réfractaire basique liée au carbone sont soumis à une usure et une érosion pouvant attein- dre, en moyenne, 10 à 50 livres (4,53 à 22,68 kg) ou même daventage, du revêtement réfraotaire par tonne d'acier fabriqué.
Toutefois, cette usure du revêtement réfractaire n'est pas uniforme, certaines zones subissant une érosion plus critique que d'autres.
Parmi les zones critiques, il y a, par exemple, des sections telles que la partie supérieure oonique du récipient, le bec situé près du trou de coulée, la zone située au niveau du tourillon annulaire du four ou encore la partie du revête- ment du récipient sur laquelle tombe la mitraille d'acier lors du chargement. Ces zones critiques subissant une érosion et une usure plus rapide que le reste du revêtement réfraotaire rédui- sent sensiblement le nombre total de ooulées d'aoier pour un revêtement donné. Toutefois, on peut prolonger la durée d'uti- lisation totale du revêtement en appliquant, à ces zones érodées, une matière compatible de réparation.
La présente invention a pour objet une matière réfrao- taire possédant les propriétés souhaitables de plasticité, de cohérence et de stabilité à des températures élevées et dans des conditions de turbulenoe pour la réparation des surfaces et des revêtements des appareils métallurgiques, des fours et analogues, qui sont avantageusement réalisés aveo des matières basiques. Elle a également pour objet le renouvellement de ces
<Desc/Clms Page number 4>
surfaces de temps à autre, même lorsque ces fours sont chauds, augmentant ainsi la durée d'utilisation et l'efficacité du four. Elle a également pour objet une matière réfractaire pouvant être aisément appliquée à ces fours par des techniques, pneumatiques désignées ci-après par le terme "application au pistolet".
Ces techniques et ces appareils sont décrits dans les Brevets Américains ? 2,615,693 et N 2,671.692 au nom de Matirko, ainsi que dans les Brevets aMéRICAINS N 2. 897.23 et ? 2.881.943 aux noms de Boatright et al. La matière réfrao- taire peut également être appliquéesimplement par damage ou par tassement à la pelle.
Lorsqu'on effectue des réparations aux installations réfractaires basiques, on rencontre de nombreuses et de séricu- ses difficultés. Des réparations doivent fréquemment ê e ef- fectuées lorsque le four est à des températures élevée, par exemple des températures supérieures à 3000 F (1649 C) et, dans ces conditions, la matière réfractaire de réPARaton doit adhérer sans être dispersée dans l'atmosphère ou sans rebondir de la.
zone endommagée du revêtement en tombant dans bain de métal,
De plus, dans tous les cas, la matière de reparation doit être maintenue en place sans éclater et sans /' écailler au cours des changements de température extrêmement rapides et elle doit être compatible avec les revêtement basiques des fours, ainsi qu'avec n'importe quelle soor'e pouvant être présente dans la zone à réparer.
Les matières réfractaires habituelles employées pour réparer les appareils métallurgiques, les fors et analogues ont été appliquées de la même manière et sans aucun succès en vue de réparer des revêtements de fours à orgéne
Une matière réfractaire pour application au pistolet et largement utilisée pour les fours Siemes-Martin est constituée):
<Desc/Clms Page number 5>
essentiellement de minerai de chrome et de magnésite cuite à fond avec une petite quantité de silicate de sodium.
Cette matière est soumise à un revenu avec de l'eau et elle est ap- pliquée pneumatiquement au revêtement endommagé du four. Toute. fois, l'emploi de ce, type de matière réfractaire n'est pas efficace pour la réparation des revêtements des convertisseurs à oxygène.
Comme autre matière réfraotaire pour application au pistolet et largement utilisée comme matière de réparation des revêtements basiques de fours, il y a, par exemple, une matière constituée presque entièrement de magnésite cuite à fond avec une petite quantité de silicate de sodium comme matière liante, ainsi qu'un agent plastifiant, comme par exemple l'heotorite, l'argile figuline, etc. Avec cette matière pour application au pistolet, on a rencontré des difficultés aux pointe de vue adhérence et cohérence, ce qui a empêché son utilisation pour la réparation des revêtements des convertisseurs à soufflage d'oxygène.
Come matières de réparation, on a essayé d'employer certaines compositions "sèches" contenant du brai de goudron de houille, c'est-à-dire des compositions dans lesquelles on n'utilise pas a'eau de revenu. Toutefois, lorsqu'ils sont pro- pulsés pneumatiquement, ces mélanges "secs" ont non seulement de faibles qualités d'adhérence et de liaison, mais ils pré- sentent également la propriété inopportune de s' "enflammer",
C'EST-à-dire de s'allumer lorsqu'ils sont projetés à travers l'atmosphère chaude d'un récipient en réparation, caohant ainsi inopportunément la vue de l'opérateur, tandis que le travail de réparation est ainsi généralement mal dirigé.
En conséquence, la présente invention a principalement pour oojet de prévoir une nouvelle composition convenant pour les applications indiquées ci-dessus.
<Desc/Clms Page number 6>
Un autre objet est de prévoir une composition réfrao- taire en particules pour la réparation des revêtements de fours et analogues.
Un autre objet est de prévoir un mélange réfraotaire pouvant être soumis à un revenu avec de l'eau et appliqué, par des moyens pneumatiques ou autres, en un point d'utilisa- tion, comme par exemple un revêtement de four, y compris un revêtement de four encore chaud.
Un autre objet est de prévoir un mélange réfraotaire en vue de réparer les revêtements de fours et analogues, en particulier les fours du type des convertisseurs à oxygène, ce mélange adhérant parfaitement à un revêtement de four, tout en étant pratiquement exempt d'écaillés et oompatiole aveo ce revêtement r+ tat en possédant également encore d'autres pro- priétés physiques avantageuses.
D'autres objets de l'invention ressortiront de la description ci-après.
Afin de réaliser les objets oi-dessus, ainsi que d'au- tres, l'invention oomprend les caractéristiques décrites ci- après d'une manière détaillée et soulignées plus particulière- ment dans les revendications, la description suivante donnant les détails de l'invention, tout en illustrant cependant une ou plusieurs des diverses formes de réalisation de l'invention,
Suivant la présente invention, une matière améliorée pour les applications indiquées ci-dessus comprend une compo- sition comportant, en mélange, des particules réfraotaires cuites à fond, une matière liante chimique prévue pour lier ces particules, ainsi que des granules d'une matière carbonée pouvant subir une décomposition pyrolytique. De préférence, le mélange contient également un agent plastifiant formateur de gel.
Le mélange est soumis à un revenu avec de l'eau lorsqu'il est appliqué au moint d'utilisation.
<Desc/Clms Page number 7>
Les particules réfractaires cuites à fond sont norma- lement de la dolomite cuite à fond, de la magnésite cuite à fond ou un mélange de ces dernières dans n'importe quelle proportion. la grosseur des particules n'est pas critique pour la mise en oeuvre de l'invention. Toutefois, en règle générale, les partioules ont une granulométrie comprise entre environ -6 et environ +100 mailles. Les grosseurs de mailles indiquées dans la présente desoription et dans les revendications ci- après sont celles d'un tamis standard américain.
De préférenoe, les particules cuites à fond sont constituées d'un mélange de particules dont la granulométrie se situe dans des intervalles différente ou dans des intervalles qui se chevauchent* A titre d'exemple, un groupe typique d'intervalles de granulométries pour les particules réfractaires cuites à fond comprend une combinaison de 51% en poids de particules de-12 à +20 mailles, 25 de particules de-20 à +100 mailles et 24% de particules de -100 mailles. Dans un autre exemple, la fraction de parti- cules réfraotaires cuites à fond était constituée entièrement de magnésite cuite à fond en particules de-14 mailles.
Dans un autre groupe typique de granulométries, leo particules ré- fractaires étaient constituées d'une oombinaison de 65% en poids de grains de dolomite cuite à fond de-6 mailles et de 35 % de magnésie cuite à fond et broyée pour passer à travers un tamis de 50 mailles. Dès lors, la matière réfractaire pour application au pistolet, o'est-à-dire un mélange réfraotaire pouvant être appliqué pneumatiquement au moyen d'un "pistolet" peut comporter plusieurs mélanges de granules réfractaires différentes.
Un agent plastifiant du type décrit ci-après ne contri- bue pas sensiblement à assurer la liaison du mélange réfrao- taire lorsqu'il a été appliqué et séché à la température élevée d'un récipient à soufflage d'oxygène. C'est pourquoi, une
<Desc/Clms Page number 8>
matière liante chimique est ajoutée afin d'assurer une liaison chimique à ce moment.-Par le terme "matière liante ohimique" on entend une matière réagissant chimiquement avec la matière réfractaire pour former une liaison. La matière liante chimique peut être un silicate alcalin hydrosoluble reotant efficace même à des températures élevées, par exemple au-delà de 14000P (760 C), afin de lier les particules cuites à fond.
Parmi ces silicates, il peut y avoir le silioate de sodium et le ailjoate : de potassium. Le silicate de sodium est préféré. Le silioate de sodium le plus souhaitable a un rapport pondéral de 1,3,2 entre Na2o et SIO2 mais ce rapport paut varier entre 1;2 et lt3,5 respectivement. Dans les fins produits réfractaires gra- nulaires, on peut incorporer les silicates de sodium anhydres ou les ailioates de sodium hydratée et aisément hydrosolubles avec d'autres substances liantes.
Etant donné qu'en eux-mêmes, les mélangea r6FRACTAIRES basiques ne possèdent pas les propriétés d'adhérence nécessaires lorsqu'ils sont propulsés oontre une paroi et étant donné éga- lement qu'ils ne possèdent pas les PROPRIéTés de cohérence né- cessaires pour former une masse solidaire, on peut incorporer, à la composition réfraotaire, différents agents en vue de oon.. férer la plasticité requise au mélange réfractaire lorsqu'il est imprégné d'eau et, en particulier, lorsqu'il est projeté oontre une paroi d'un réoipient à réparer.
Afin d'obtenir les conditions requises de plasticité, d'adhérence et de cohérence, on peut ajouter, à la composition réfraotaire, un agent plaati- *fiant formateur de gel ou une matière absorbant rapidement l'eau et gonflant en un importunt volume. Parmi ces agents, il y a l'heotorite, la bentonite, l'argile figuline et le kaolin.
L'hecterite est du silicate de magnésium hydraté comme décrit dans le Brevet Américain 2.406.09 mentionné dans la présente
<Desc/Clms Page number 9>
EMI9.1
description uniquement titre de référenègi Atï.,eqt- p .6 -geement obtenir les propriétés physiques aouhaitablea'en ajoutant dea ingrédients entièrement organiques, comme. ar:éxe,'iàpl.la'oar a '. ''t*' '%." iroxy-mCthyl-cellulone, la aarboxy-éthyl-cdlliloee...7: hydroxy- pr 1>pyl-eelluloxe ou les sels nodiques de ces delluloaea modi- fiées. La quantité n6cexHaire de l'agent p'éti'iiritrmataur de gel peut etre ai3<!tnent déterminée par la in lennai et d'erreur.
Ilabituellement, quelle que eoit, la ià$ÉÎt4 ajou. tée, il en résulte toujours un certain avun"lgé.'N8tlÉaI<ment, la qualité de l'agent plastifiant formateurdâgéX'éét oompriae entre environ 0,05 et environ 4% en poids du alél,a,ng.
Les meilleurs résultats obtenue rétrac- taire de la présente invention sont due priacipalec)en1: à l'in- corporation ','une matière carbonée granulaire susceptiople de subir une décomposition pyrolytique ou un "craquage" lorsqu'elle est chauffée, afin de déposer un résidu de carbone nous forme
EMI9.2
d'une liaison.
Cette matière joue un douole rôle. rion eealemofktp elle auoi t .e décomposition py rolytique aux températures élevées d'application, comme indiqué oi-deasua, tout en formant une liaison protectrice de carbone, mais ses propriétés plan-
EMI9.3
tifiantea et adhf-sivoe avant cette décomposition permettent de manipuler plus aisément tout le mélange réfractaire et, en particulier, de le déposer pneumatiquement sur un revêtement de
EMI9.4
four sana provoquer des éclaboussures et anàlogwo8.
De plu8, la réaction de liaison chimique est retardée dans des toléranoe; acceptables par suite de l'action momentanée du brai fondu aprés avoir placé ou déposé le mélange réfractaire au point d'utili-
EMI9.5
eation, Le brai fondu sert à maintenir le mélangé éfraôtaire en place, par exemple, contre un revêtement de four, tandiS que la matière de liaison chimique, ainsi QUE LA vapeur d'eau
EMI9.6
pouvant être éventuellement présente et provennt.pr.'éxemple, de l'eau de revenu évaporée, réagit avec >);)ÀàlàéliFààuné8iua . k Jw. : n.4ai
<Desc/Clms Page number 10>
et/ou l'oxyde de oaloium de la matière réfractaire pour former une liaison ohimique.
Des lors, le brai fondu et la liaison de carbone résul- tant de la décomposition pyrolytique du brai facilitent l'adhé- renoe du mélange réfractaire à un revêtement de four au cours d'une période relativement courte, pendant laquelle l'agent de liaison chimique réagit aveo les matiéres réfractaires pour former la liaison chimique.
On suppose que la combustion des gaz hydrocarbonés volatils se dégageant au cours de la décom- position du brai élevé la température du mélange réfractaire dans une certaine mesure et accélère ainsi la réaction ohimi- que entre l'agent liant et la matière réfractaire'
Normalement, lorsqu'on projette une matière réfractaire par un pistolet, suivant la pratique habituelle, une petite quantité seulement de l'eau de revenu utilisée réagit réelle- ment avec la matière liante chimique employée pour effectuer une liaison avec la matière réfractaire. Antérieurement, l'eau résiduelle faoilitait l'action liante en formant un film entre la paroi réfraotaire et la matière non déposée.
Un chauffage de la masse, par l'intermédiaire de la décomposition pyrolytique du brai de goudron de houille comme décrit ci-dessus. facilite également l'hydratation de la matière liante chimique par la vapeur d'eau présente, activant ainsi la réaction de cette ma- tière avec les particules réfractaires.
De préférence, la matière carbonée est un brai, comme par exemple le orai de goudron de houille. On a trouvé qu'il était préférable d'employer un brai de goudron de houille d'un point de fusion élevé. Toutefois, on peut employer un brai de goudron de houille ayant un point de ramollissement compris entre environ 80 et environ 150 C. De préférence, le point de ramollissement est compris entre environ 100 et environ 150 C.
Habituellement, ces brais de goudron de houille subissent une
<Desc/Clms Page number 11>
décomposition pyrolytique à des températures d'environ 1600 F (871 C) ou plus.
Les granules de la matière oarbonée peuvent également avoir une grosseur variant dans de larges limites, par exemple entre environ -14 mailles et environ +200 mailles. En règle générale, les granules ont une grosseur leur permettant de pas- ser tous par environ 14 mailles, tandis qu'environ 50 à environ 65% en poids des granules passent par environ 200 mailles.
Bien que l'on puisse employer des granules d'une grosseur al- lant jusqu'à 5 mailles, la présence d'au moins une certaine quantité de granules plus fins et souhaitable afin d'empoher le mélange de rebondir lorsqu'il vient heurter une paroi ver- ticale. De MêME, les granules carbonés peuvent avoir plusieurs intervalles de grosseurs comme o'est le cas pour les particules ouites à fond. Par exemple, une combinaison peut comporter 23% en poids de granules de -14 à +20 mailles, 49% de granules de -20 à +100 mailles et 28% de fines passant par 100 mailles.
On peut également employer de nombreuses autres grosseurs aisé- ment disponibles pour le mélange réfractaire d'application au pistolet suivant l'invention. De PRéFéRENCE, le brai est suffisamment dur pour pouvoir être broyé sans prendre en masse, tandis qu'il est réduit par broyage ou tandis qu'il est mélan- gé dans la charge réfractaire d'application au pistolet.
Les proportions des composants du mélange réfractaire de la présente invention ne sont pas critiques. Evidemment, les particules cuites à fond constituent la plus grande fraction pondérale, la matière liante chimique, l'agent plastifiant for- mateur de gel et la matière carbonée étant utilisés en des quan- tités nécessaires pour qu'ils jouent chacun leur rôle, ces quan- tités étant aisément déterminées par la méthode d'essai et d'erreur.
En règle générale, un mélange réfractaire de la pré- sente invention comprend environ 80 à environ 95% en poids de
<Desc/Clms Page number 12>
particules ouites à fond, environ 2 à environ 6% en poids d'une matière liante chimique, environ 0,05 à environ 4% en poids de l'agent plastifiant formateur de gel (lorsque ce dernier est utilisé) et environ 3 à environ 10% en poids de granules carbonés.
Quelle que soit sa composition, le mélange réfraotaire i est soumis à un revenu avec de l'eau, puis il est appliqué à ' la zone endommagée d'une surface, comme par exemple un revête- ment, par exemple, en déchargeant pneumatiquement le mélange par de l'air comprime à travers une tuyère ou une conduite tubu- laire. Le mélange SEC peut également être soumis à un revenu avec une pulvérisation d'eau lorsque le mélange passe par une tuyère d'évacuation analogue à colle déorite dans le Brevet Américain n 2.671.692. La matière soumise au revenu peut également être tassée en place au moyen d'une pelle.
Afin d'illustrer la présente invention, on donnera ci- après, uniquement à titre d'illustration, des exemples de oom- positions. Les énumérations spécifiques ou les détails mention- nés ne limitent nullement l'invention, sauf stipulation expres- se dans une ou plusieurs des revendications ci-aprés.
EXEMPLE 1
EMI12.1
<tb> %-en <SEP> poi <SEP> ds <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dolomite <SEP> cuite <SEP> à <SEP> fond, <SEP> -6 <SEP> mailles <SEP> 63,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Clinker <SEP> de <SEP> magnésie <SEP> cuite <SEP> à <SEP> fond
<tb>
<tb>
<tb> -50 <SEP> mailles <SEP> 26,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> anhydre <SEP> en <SEP> pou-
<tb>
<tb>
<tb> dre, <SEP> rapport <SEP> pondéral <SEP> NA2O;
SIO2 <SEP> =
<tb>
<tb>
<tb> 1,3,22 <SEP> 3,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Heotorite <SEP> 1,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Brai, <SEP> point <SEP> de <SEP> ramollissement!
<tb>
<tb>
<tb> 145 C <SEP> 4,6
<tb>
<Desc/Clms Page number 13>
EMI13.1
jMPLt'2 n..
EMI13.2
Dolomite ouitu à fonat "6 mailles 5À5 GlinKer de muefit,,uios culte là fond,
EMI13.3
<tb> Silicate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> hydrata, <SEP> rapport
<tb>
EMI13.4
porid4rul Nrflsü.)2 a 113922 .4 t Hectorite /à'l" ,S / :/(#µj, ' jjrai, point de ramollirsnements '.
100 Il 10500 ,=JjµE:z',.
100 100 ''-7 EXEMPLE 3
EMI13.5
Ma,ntri.ts cuite h fond, -14 maillée 893 Uilioate de sodium anhydre, rapport pon.: déral NOt3J s 1s3,22 ,.:r '1';#,, ,. iisntonite 'i,8t
EMI13.6
<tb> Brai <SEP> point <SEP> de <SEP> ramollissement! <SEP> 145 c <SEP> 8,3
<tb>
exemple 4
EMI13.7
M,3nf:
oite 0\11 te à. fond, -14 maillea ae,7 Silicate de sodium hydraté, rapport pondéral NeOsâ102 1i2,40 5,µ
EMI13.8
<tb> Argile <SEP> figeline <SEP> 1.9
<tb>
EMI13.9
Brai, point de ra.mol11aeemen1
EMI13.10
<tb> 80 <SEP> à <SEP> 85 C
<tb>
EXEMPLE 5
EMI13.11
<tb> Dolomite <SEP> cuite <SEP> à <SEP> fond, <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> -12 <SEP> à <SEP> +28 <SEP> mailles <SEP> 61,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Magnaie <SEP> cuite <SEP> fond, <SEP> -65 <SEP> faille* <SEP> 27,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> sILICATE <SEP> de <SEP> sodium <SEP> anhydre <SEP> en <SEP> poudre
<tb>
EMI13.12
rapport pondéral Na20aS102 . " 1<3<22 .38 . liactorite li.9 Brai de goudron de bOl.\1l1e, point de ra#oll1uement 145 0 4'8.
<Desc / Clms Page number 1>
"Composition for repairing furnace linings"
The object of the present invention is a novel composition and, more particularly, a refractory composition used more especially for the repair of linings of steelworking furnaces and the like.
In view of the constant search in the steel industry for higher production speeds and improved efficiency, the fabrication converter 3, basic oxygen blown steel, was developed. by the top. This process is characterized by high manufacturing speeds, which are achieved by using large amounts of pure oxygen causing reaction temperatures.
<Desc / Clms Page number 2>
extremely high levels, as well as violent turbulence of molten metal and slag within a vessel, these factors combined to speed up the steel refining process while considerably reducing the time required for fabrication. of the last.
However, high temperatures and severe turbulence cause rapid erosion of the refractory linings of the converters, necessitating frequent repairs or replacements of the linings.
In view of the exceptional conditions prevailing in these furnaces, special refractory repair materials should be used.
The steel casing of most oxygen blast converter vessels consists of a central cylindrical section with a bottom of a spherical section and a top of a frustoconical section. An opening is made in the upper section for the introduction of the charge of molten metal and steel scrap, melting agents and then a water cooled pipe or lance. in order to inject oxygen into the load.
The casing is lined with special refractory materials, which may take the form of bricks or a plastic mass, which can be tamped into place by means of pneumatic equipment.
Special refractory materials have been formed to withstand the high reaction temperatures and the strong turbulence between the unrefined molten metal, the slag and the pure oxygen gas blown at high speed through the furnace during the furnace process. 'refining. Among these refractory materials, there are mainly the fully fired dolomite bricks bonded with a carbonaceous material, such as for example coal tar pitch, bricks pressed from thoroughly fired dolomite, stabilized and bonded to tar or again the bricks of mag- -nesite cooked thoroughly, bound to pitch and combined or not with
<Desc / Clms Page number 3>
varying proportions of thoroughly fired dolomite.
When first placed in the oxygen container, these ma-
EMI3.1
all refraotaires are "deep burned" or "ooOké1! 1ée8" to cause pyrolytic decomposition or "storm", resulting in the formation of a carbon bond surrounding the thoroughly fired dolomite, thoroughly fired magnesite or others. refractory parts, while holding them in place. Linings of this basic carbon-bonded refractory composition are subject to wear and erosion of up to, on average, 10 to 50 pounds (4.53 to 22.68 kg) or even more, of the refractory coating per tonne of material. steel fabricated.
However, this wear of the refractory lining is not uniform, some areas undergoing more critical erosion than others.
Among the critical areas, there are, for example, sections such as the oonic upper part of the container, the spout located near the taphole, the area located at the level of the annular journal of the furnace or the lining part. container onto which steel scrap falls during loading. These critical areas undergoing erosion and wear more quickly than the rest of the refrootary coating significantly reduce the total number of airfoils for a given coating. However, the total useful life of the coating can be extended by applying a compatible repair material to these eroded areas.
The present invention is directed to a refractory material having the desirable properties of plasticity, consistency and stability at elevated temperatures and under turbulent conditions for repairing surfaces and coatings of metallurgical apparatus, furnaces and the like. which are advantageously made with basic materials. It also aims to renew these
<Desc / Clms Page number 4>
surfaces from time to time, even when these ovens are hot, thus increasing oven life and efficiency. It also relates to a refractory material which can be easily applied to these furnaces by pneumatic techniques hereinafter referred to by the term "application by gun".
These techniques and apparatus are described in the United States Patents? 2,615,693 and N 2,671,692 in the name of Matirko, as well as in the AMERICAN Patents N 2,897,23 and? 2,881,943 in the names of Boatright et al. The refractory material can also be applied simply by ramming or shovel compaction.
When carrying out repairs to basic refractory installations, there are many and serious difficulties. Repairs must frequently be made when the furnace is at elevated temperatures, for example temperatures above 3000 F (1649 C) and, under these conditions, the refractory material of the refractory should adhere without being dispersed into the atmosphere. or without bouncing from the.
damaged area of the coating when falling into a metal bath,
In addition, in all cases, the repair material must be held in place without bursting and flaking during extremely rapid temperature changes and it must be compatible with basic oven linings, as well as with no chipping. any soor'e that may be present in the area to be repaired.
The usual refractories employed in repairing metallurgical apparatus, drills and the like have been applied in the same manner and without any success in repairing linings of barn furnaces.
A refractory material for spray application and widely used for Siemes-Martin furnaces consists):
<Desc / Clms Page number 5>
mostly chromium ore and magnesite fired thoroughly with a small amount of sodium silicate.
This material is tempered with water and is pneumatically applied to the damaged lining of the furnace. Any. However, the use of this type of refractory is not effective for repairing coatings of oxygen converters.
As another refractory material for spray application and widely used as a repair material for basic furnace coatings, there is, for example, a material consisting almost entirely of thoroughly fired magnesite with a small amount of sodium silicate as a binder material, as well as a plasticizer, such as, for example, heotorite, figulin clay, etc. With this material for spray application, difficulties were encountered in terms of adhesion and consistency, which precluded its use for the repair of coatings of oxygen blast converters.
As repair materials, attempts have been made to employ certain "dry" compositions containing coal tar pitch, that is, compositions in which tempering water is not used. However, when pneumatically propelled, these "dry" mixtures not only have poor adhesion and bonding qualities, but they also exhibit the undesirable property of "igniting".
That is, to ignite when thrown through the hot atmosphere of a vessel under repair, thus inappropriately obscuring the operator's view, while repair work is thus generally misdirected .
Accordingly, the main object of the present invention is to provide a novel composition suitable for the applications indicated above.
<Desc / Clms Page number 6>
Another object is to provide a refractory particulate composition for repairing linings of furnaces and the like.
Another object is to provide a refractory mixture which can be tempered with water and applied, by pneumatic or other means, at a point of use, such as for example a furnace coating, including a coating. still hot oven liner.
Another object is to provide a refraotary mixture for the purpose of repairing linings of furnaces and the like, in particular furnaces of the oxygen converter type, this mixture adhering perfectly to a furnace liner, while being practically free of flakes and flakes. Compatibility with this r + tat coating while also having other advantageous physical properties.
Other subjects of the invention will emerge from the following description.
In order to achieve the above objects, as well as others, the invention comprises the features described below in detail and emphasized more particularly in the claims, the following description giving the details of the invention. invention, while however illustrating one or more of the various embodiments of the invention,
According to the present invention, an improved material for the applications indicated above comprises a composition comprising, in admixture, thoroughly cooked refractory particles, a chemical binder material intended to bind these particles, as well as granules of a material. carbonaceous that may undergo pyrolytic decomposition. Preferably, the mixture also contains a gel-forming plasticizer.
The mixture is tempered with water when applied at the point of use.
<Desc / Clms Page number 7>
Thoroughly fired refractory particles are normally thoroughly fired dolomite, thoroughly fired magnesite, or a mixture of these in any proportion. the size of the particles is not critical for the implementation of the invention. However, as a general rule, the particles have a particle size of between about -6 and about +100 meshes. The mesh sizes indicated in the present description and in the following claims are those of an American standard screen.
Preferably, the thoroughly baked particles consist of a mixture of particles the size of which is in different intervals or in overlapping intervals * By way of example, a typical group of particle size ranges for the particles. Thoroughly fired refractories comprise a combination of 51% by weight of -12 to +20 mesh particles, 25 of -20 to +100 mesh particles and 24% of -100 mesh particles. In another example, the thoroughly fired fraction of refractory particles consisted entirely of thoroughly fired magnesite in 14 mesh particles.
In another typical group of particle sizes, the refractory particles consisted of a combination of 65% by weight of 6 mesh bottom baked dolomite grains and 35% bottom baked magnesia and crushed to pass through. a 50 mesh sieve. Consequently, the refractory material for application by gun, that is to say a refractory mixture which can be applied pneumatically by means of a "gun" can comprise several mixtures of different refractory granules.
A plasticizer of the type described hereinafter does not substantially contribute to bonding the refractive mixture when applied and dried at the elevated temperature of an oxygen blast vessel. Therefore, a
<Desc / Clms Page number 8>
Chemical binder material is added in order to ensure a chemical bond at this time. By the term "ohimic binder material" is meant a material which reacts chemically with the refractory material to form a bond. The chemical binder material may be a water soluble alkali silicate effective even at elevated temperatures, for example above 14000P (760 C), to bind the thoroughly cooked particles.
Among these silicates, there may be sodium silioate and potassium ailjoate. Sodium silicate is preferred. The most desirable sodium silioate has a weight ratio of 1.3.2 between Na2o and SIO2 but this ratio can vary between 1.2 and 1.5, respectively. In fine granular refractories, anhydrous sodium silicates or hydrated and readily water-soluble sodium alioates can be incorporated together with other binding substances.
Since in themselves basic FRACTORY mixtures do not possess the necessary adhesion properties when propelled against a wall and also since they do not have the necessary coherence properties for to form an integral mass, it is possible to incorporate, in the refractory composition, various agents with a view to oon .. fer the required plasticity to the refractory mixture when it is impregnated with water and, in particular, when it is projected against a wall of a container to be repaired.
In order to obtain the required conditions of plasticity, adhesion and coherence, a plating agent which forms a gel or a material which rapidly absorbs water and swells in a large volume can be added to the refractory composition. Among these agents are heotorite, bentonite, figulin clay and kaolin.
Hecterite is hydrated magnesium silicate as described in U.S. Patent 2,406.09 referred to herein.
<Desc / Clms Page number 9>
EMI9.1
Description only as a reference Ati., eqt- p .6 -geely obtain desirable physical properties by adding fully organic ingredients, such as. ar: éxe, 'iàpl.la'oar a'. '' t * ''%. "iroxy-methyl-cellulone, aarboxy-ethyl-cdlliloee ... 7: hydroxy- pr 1> pyl-eelluloxe or the nodic salts of these modified delluloaea. The required quantity of l The gel peti'iiritrmataur agent can easily be determined by time and error.
Usually, whatever it is, there is an addition. This always results in a certain amount of lightness, the quality of the age-forming plasticizer being between about 0.05 and about 4% by weight of the alel, a, ng.
The best retractable results obtained from the present invention are due primarily to the incorporation of a granular carbonaceous material susceptible to pyrolytic decomposition or "cracking" when heated, in order to deposit a carbon residue forms us
EMI9.2
of a bond.
This material plays a double role. rion eealemofktp it auoi t .e py rolytic decomposition at high application temperatures, as indicated oi-deasua, while forming a protective bond of carbon, but its plan-
EMI9.3
tifierea and adhf-sivoe before this decomposition make it possible to handle more easily all the refractory mixture and, in particular, to deposit it pneumatically on a coating of
EMI9.4
oven sana cause splashing and anàlogwo8.
Furthermore, the chemical binding reaction is delayed in toléranoe; acceptable due to the momentary action of molten pitch after placing or depositing the refractory mixture at the point of use.
EMI9.5
eation, The molten pitch serves to hold the soil mix in place, for example, against a furnace liner, as the chemical bonding material, as well as the water vapor.
EMI9.6
possibly present and provennt.pr.'éxample, evaporated tempering water, reacts with>);) ÀàlàéliFàuné8iua. k Jw. : n.4ai
<Desc / Clms Page number 10>
and / or aluminum oxide from the refractory material to form an ohimic bond.
Therefore, the molten pitch and the carbon binding resulting from the pyrolytic decomposition of the pitch facilitates the adhesion of the refractory mixture to a furnace liner in a relatively short period, during which the binding agent chemical reacts with refractory materials to form the chemical bond.
It is believed that the combustion of the volatile hydrocarbon gases given off during the decomposition of the pitch raises the temperature of the refractory mixture to some extent and thus accelerates the ohimic reaction between the binding agent and the refractory material.
Normally, when blasting refractory material from a gun, following normal practice, only a small amount of the tempering water used actually reacts with the chemical binder material employed to bond with the refractory material. Previously, the residual water facilitated the binding action by forming a film between the refraotaire wall and the non-deposited material.
Heating of the mass, via the pyrolytic decomposition of the coal tar pitch as described above. also facilitates the hydration of the chemical binder material by the water vapor present, thus activating the reaction of this material with the refractory particles.
Preferably, the carbonaceous material is a pitch, such as, for example, coal tar tar. It has been found preferable to employ a coal tar pitch of a high melting point. However, a coal tar pitch can be employed having a softening point of between about 80 and about 150 C. Preferably, the softening point is between about 100 and about 150 C.
Usually, these coal tar pitches undergo
<Desc / Clms Page number 11>
Pyrolytic decomposition at temperatures of about 1600 F (871 C) or higher.
The granules of the carbonaceous material can also vary in size within wide limits, for example between about -14 mesh and about +200 mesh. Generally, the granules are of a size which allows them all to pass through about 14 meshes, while about 50 to about 65% by weight of the granules go through about 200 meshes.
Although granules up to 5 mesh size can be employed, the presence of at least some finer granules is desirable in order to prevent the mixture from rebounding when it hits. a vertical wall. Likewise, the carbonaceous granules may have several size ranges as is the case with the downhole particles. For example, a combination may have 23% by weight of -14 to +20 mesh granules, 49% of -20 to +100 mesh granules, and 28% of fines passing through 100 mesh.
Many other readily available sizes can also be employed for the refractory spray mixture of the invention. PREFERREDLY, the pitch is hard enough that it can be ground without caking, while it is reduced by grinding or while being mixed into the refractory gun charge.
The proportions of the components of the refractory mixture of the present invention are not critical. Obviously, the thoroughly cooked particles constitute the largest weight fraction, with the chemical binder material, the gel-forming plasticizer and the carbonaceous material being used in amounts necessary for each to play its part. quantities being readily determined by trial and error method.
Generally, a refractory mixture of the present invention comprises from about 80 to about 95% by weight of.
<Desc / Clms Page number 12>
particles thoroughly, about 2 to about 6% by weight of a chemical binder material, about 0.05 to about 4% by weight of the gel-forming plasticizer (when the latter is used) and about 3 to about 10% by weight of carbonaceous granules.
Whatever its composition, the refractory mixture is subjected to tempering with water, then it is applied to the damaged area of a surface, such as for example a coating, for example, by pneumatically discharging the mixture. mixing by compressed air through a nozzle or tubular pipe. The DRY mixture can also be tempered with a water spray when the mixture passes through a glue-like discharge nozzle deorite in U.S. Patent No. 2,671,692. Tempered material can also be tamped into place using a shovel.
In order to illustrate the present invention, the following will give, by way of illustration only, examples of the compositions. The specific enumerations or details mentioned do not limit the invention in any way, except as expressly provided in one or more of the following claims.
EXAMPLE 1
EMI12.1
<tb>% -en <SEP> poi <SEP> ds <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dolomite <SEP> fired <SEP> at <SEP> bottom, <SEP> -6 <SEP> mesh <SEP> 63.5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Clinker <SEP> of <SEP> magnesia <SEP> fired <SEP> to <SEP> bottom
<tb>
<tb>
<tb> -50 <SEP> meshes <SEP> 26.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicate <SEP> of <SEP> sodium <SEP> anhydrous <SEP> in <SEP> for
<tb>
<tb>
<tb> dre, <SEP> weight <SEP> ratio <SEP> NA2O;
SIO2 <SEP> =
<tb>
<tb>
<tb> 1,3,22 <SEP> 3,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Heotorite <SEP> 1.9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pitch, <SEP> point <SEP> of <SEP> softening!
<tb>
<tb>
<tb> 145 C <SEP> 4.6
<tb>
<Desc / Clms Page number 13>
EMI13.1
jMPLt'2 n ..
EMI13.2
Dolomite ouitu à fonat "6 meshes 5À5 GlinKer de muefit ,, uios cult there background,
EMI13.3
<tb> <SEP> sodium <SEP> hydrata <SEP> silicate, <SEP> report
<tb>
EMI13.4
porid4rul Nrflsü.) 2 a 113922 .4 t Hectorite / à'l ", S /: / (# µj, 'jjrai, softening point'.
100 Il 10500, = JjµE: z ',.
100 100 '' -7 EXAMPLE 3
EMI13.5
Ma, ntri.ts cooked at the bottom, -14 mesh 893 Anhydrous sodium uilioate, weight ratio: deral NOt3J s 1s3,22,.: R '1'; # ,,,. iisntonite 'i, 8t
EMI13.6
<tb> Pitch <SEP> point <SEP> of <SEP> softening! <SEP> 145 c <SEP> 8.3
<tb>
example 4
EMI13.7
M, 3nf:
oite 0 \ 11 te to. bottom, -14 mesh ae, 7 Sodium silicate hydrate, weight ratio NeOsâ102 1i2,40 5, µ
EMI13.8
<tb> Clay <SEP> figeline <SEP> 1.9
<tb>
EMI13.9
Pitch, point of ra.mol11aeemen1
EMI13.10
<tb> 80 <SEP> to <SEP> 85 C
<tb>
EXAMPLE 5
EMI13.11
<tb> Dolomite <SEP> fired <SEP> to <SEP> bottom, <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb> -12 <SEP> to <SEP> +28 <SEP> meshes <SEP> 61.9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Magnaie <SEP> cooked <SEP> background, <SEP> -65 <SEP> fault * <SEP> 27.6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> sILICATE <SEP> of <SEP> sodium <SEP> anhydrous <SEP> in <SEP> powder
<tb>
EMI13.12
Na20aS102 weight ratio. "1 <3 <22.38. Liactorite. 9 BOL tar pitch, wetness point 145 0 4'8.