CN1088826C - 用于修补氧化物基耐火体的方法及粉末混合物 - Google Patents

Abstract

本文描述了修补氧化物基耐火体的方法。该方法包括在高温和有氧存在条件下，将粉末混合物投射到所说的耐火体的表面上。所说的粉末混合物包括耐火氧化物颗粒和与氧发生放热反应形成耐火氧化物的燃料颗粒。本发明的特征在于该燃料颗粒选自镁、铝、硅及其混合物，并且该粉末混合物还含有10%以下重量的碳化硅颗粒。本发明提供了修补氧化物基耐火体的方法，它能使形成的耐火修补体具有可接受的气孔率。

Description

用于修补氧化物基耐火体的方法及粉末混合物

本发明涉及采用陶瓷焊接法修补氧化物基耐火体的方法。

硅、锆、铝和镁的氧化物可用作工业耐火氧化物。特别是铝和镁的氧化物目前被用于冶金工业，在此应用中之所以选择它们是因为其抗高温、抗某些材料(如熔融金属、矿渣和浮渣)的侵蚀和腐蚀。氧化镁基耐火材料，一般称作碱性耐火材料，可形成用于传送熔融钢的盛钢桶的衬。在使用中这种衬被熔融的钢和矿渣磨损掉。该衬的侵蚀主要发生于液面位置。因此需要一次又一次地对这种氧化物基耐火体进行修补。

有人已经建议采用“陶瓷焊接”技术修补耐火体。在该技术中，将要修补的耐火体保持在高温，在有氧存在条件下投射粉末混合物，该粉末混合物含有耐火材料颗料和燃料颗粒，该燃料颗粒与氧气发生放热反应形成耐火氧化物。通过这样的方法可形成耐火材料并将其粘附在要修补位置的耐火体上。该陶瓷焊接技术在GB1,330,894(Glaverbel)和GB2,170,191(Glaverbel)中有详细说明。燃料颗粒是这样的一些颗粒，其组成和颗粒级配使其与氧发生放热反应形成耐火氧化物，并且同时释放能至少浅层地熔化投射的耐火颗粒所需的热量。

然而研究发现，当将由氧化物颗粒和燃料颗粒组成的粉末混合物用于修补氧化物基耐火体，特别是高熔点氧化物基如氧化镁和氧化铝耐火体时，形成的耐火材料可能是多孔的。如果存在明显的显气孔率，该修补材料就不能用于某些应用，特别是如果该修补材料会受到熔融材料的侵蚀和腐蚀时。

因此本发明的目的提供一种修补氧化物基耐火体的方法，该方法能使形成的耐火材料修补体具有可接受的气孔率。

我们惊奇地发现，当燃料颗粒是选自镁、铝、硅及其混合物的颗粒时，通过在粉末混合物中引入特定量的碳化硅可以实现该目的。该方法与一般原理(即将耐火修补体组合物与被修补表面耐火材料的组合物相匹配)相反。进一步说，在陶瓷焊接法中碳化硅被看作惰性材料，它不被反应中形成的液相所润湿，因此该碳化硅对材料气孔率的作用有些令人吃惊。

我们并不希望受理论束缚，但我们相信附加的碳化硅颗粒将热导入耐火修补料，并且在长时间的暴露于高温下引起碳化硅颗粒分解产生元素碳，已知元素碳能使耐火修补料具有好的抗矿渣腐蚀性。

因此，本发明的第一方面提供了一种修补氧化物基耐火体的方法，包括在高温和有氧存在条件下，将粉末混合物投射到所说的耐火体的表面上，所说的粉末混合物包括耐火氧化物颗粒和与氧发生放热反应形成耐火氧化物的燃料颗粒，其特征在于该燃料颗粒选自镁、铝、硅及其混合物，并且该粉末混合物还含有10％以下重量的碳化硅颗粒。

在该粉末混合物中的碳化硅含量优选至少1％(重量)。如果碳化硅含量过多，我们发现由于修补材料从修补位置流失，修补材料体根本无法形成。我们并不希望受理论束缚，但我们初步认为这可能是由于随着修补过程保留了太多的热从而导致了低粘度液相。如果碳化硅用量太少，本发明的优越性不能得到明显的体现。

碳化硅优选具有小的颗粒尺寸，例如小于200c。本文中所用的“颗粒尺寸”是指有关材料具有至少90％(重量)的颗粒符合给定范围的颗粒尺寸分布。本文所用的“平均尺寸”是指50％(重量)的颗粒具有小于该平均值的粒径。

耐火氧化物颗粒可以包括至少一种形成耐火体的氧化物。由此，当氧化物耐火体是含氧化铝的耐火体时，耐火氧化物颗粒可以包含氧化铝颗粒。当氧化物耐火体是含氧化镁的耐火体时，耐火氧化物颗粒可以包含氧化镁颗粒。

该粉末混合物的主要部分优选由选自氧化镁、氧化铝及其混合物的耐火氧化物颗粒组成。这些氧化物在经历放热反应时是非常活泼的，因此极有可能形成高气孔率的修补体。耐火材料氧化物颗粒优选具有小于2.5mm的尺寸，并且基本上没有大于4mm的颗粒。

燃料颗粒选自镁、铝、硅及其混合物的颗粒。铝和硅的混合物是特别优选的。在该混合物中的燃料颗粒优选平均尺寸小于50μm。

修补操作一般在耐火体是热的时侯进行。这使得我们有可能在修补被腐蚀的耐火体的同时使装置基本保持在其工作温度。

正如在要修补的耐火体表面所测得的，该高温可以高于600℃。在该温度燃料颗粒将在氧中燃烧产生耐火氧化物，并且产生足够的热使氧化物颗粒与燃料的燃烧产物一起形成构成修补的耐火修补体。

本发明的第二方面提供了一种用于修补氧化物基耐火体的粉末混合物，所说的混合物包含：-80％-95％(重量)的含耐火氧化物的耐火颗粒；和-5％-20％(重量)的燃料颗粒，该颗粒与氧发生放热反应形成耐火氧化物，其特征在于所说的燃料颗粒选自镁、铝、硅及其混合物，并且该耐火颗粒包括基于总混合物重的10％以下的碳化硅颗粒。为了获得均匀的修补体，在于粉末混合物中应该有至少80％(重量)的耐火颗粒，包括氧化物颗粒。

在优选实施例方案中，混合物包含：-80％-94％(重量)的选自氧化铝、氧化镁及其混合物颗粒的耐火氧化物颗粒；-1％-5％(重量)的碳化硅颗粒；和-5％-15％(重量)的所说燃料颗料。

在粉末混合物中耐火颗粒(包括碳化硅颗粒)优选具有至少10μm的尺寸。如果使用的颗粒太小，它就存在会在反应中流失的危险。

将粉末混合物送到要修补的耐火体表面的适用方法是将粉末混合物与含氧气体一起投射。一般来说，人们推荐在有高浓度氧存在条件下，例如使用工业纯氧气作为气体载体进行颗粒投射。在该方法中修补体易于形成，并粘附在投射了颗粒的表面上。由于达到高温陶瓷焊接反应可以达到的很高温度，它能透过可能存在于要处理的耐火体表面上的矿渣，并且能够软化或熔化该表面从而在被处理的表面与新形成的耐火修补体之间产生良好的粘合。

该方法使用喷料杆可以方便地进行。适用于本发明方法的喷料杆包括一个或多个出口用于排放粉末料流，以及可选择的一个或多个补充气体的出口。为了在热环境进行修补可将气体流从喷料杆排出，该喷料杆被通过该杆的液体循环冷却。通过给喷料杆提供一个水套管，可以容易地实现该冷却。该喷料杆可以以30-500kg/小时的速率投射粉末。

为了便于形成有规律的粉末喷射，耐火材料颗粒优选基本不含尺寸大于4mm的颗粒，最优选不大于2.5mm的颗粒。

本发明特别适用于熔融钢盛钢桶的修补或维修，因为当形成该盛钢桶的一部分的耐火体受到接触的熔融金属和矿渣的严重侵袭时它可以在高温下，于盛钢桶装料间隙快速完成。要求最大修补的区域可能是液面线。

本发明将通过如下非限定性实施例作进一步描述。

实施例1

在熔融盛钢桶的氧化镁基衬壁上形成耐火修补体。将耐火材料颗粒和燃料颗粒的混合投射到这些砖上。衬壁温度约为850℃。在纯氧气流中以150kg/小时速率投射该混合物。该混合物具有如下组成：MgO                                            87％(重量)SiC                                            5％Si                                             4％Al                                             4％

氧化镁颗粒的最大尺寸约为2mm。碳化硅的颗粒尺寸为125μm，平均粒径57μm。硅颗粒和铝颗粒的最大尺寸小于45μm。

实施例1A(比较)

作为比较，按照与实施例1相同的方式进行同样的修补，但是使用下列组成的粉末混合物：MgO                                       92％(重量)SiC                                       4％Al                                        4％

测量实施例1和1A所形成的耐火修补体的表观密度和显气孔率(即开气孔率)，结果如下：

                     密度实施例号                 kg/dm³              气孔率(％)1                      2.9                    约8％1A                     2-2.4                  约20％

在实施例1的一个变化方案中，以相似的方法修补含氧化铝的耐火材料，但其中粉末混合物中的氧化镁颗粒被相同数量的和相同级配的氧化铝颗粒替代。

实施例2-4

在熔融盛钢桶的氧化镁基衬壁上形成耐火修补体。将耐火材料颗粒和燃料颗粒的混合物投射到这些砖上。衬壁温度约850℃。在纯氧气流中以60kg/小时速率投射该混合物。该混合物具有如下组成(重量)：实施例号：              2             3               4Si                     4％          4％             4％A1                     4％          4％             4％SiC                    2％          5％            10％MgO                   90％         87％            82％

氧化镁颗粒的最大尺寸约为2mm。碳化硅的颗粒尺寸为125μm，平均尺寸57μm。硅颗粒和铝颗粒的最大尺寸小于45μm。

测量实施例2-4所形成的耐火修补体的表观密度和显气孔率(即开气孔率)，结果如下：

                   密度实施例号              kg/dm₃         气孔率(％)2                   2.6              14％3                   2.7              10％4                   2.9               8％

实施例5

陶瓷焊接粉末包含下列组成(重量％)：

氧化铝                              87％

碳化硅                               5％

铝                                   6％

镁                                   2％

所用的氧化铝为电熔氧化铝。氧化铝的名义最大粒度为700μm，碳化硅的颗粒级配与实施例1相同，氧化铝颗粒的最大粒径小于45μm，镁颗粒的最大粒径是75μm。

按照实施例1所述，在玻璃熔池部分排空使得修补位置露出之后，可使用上述粉末混合物修补玻璃熔池窑低于熔体工作面水平的Corhart(商标)Zac耐火砖(组成：氧化铝/锆/氧化锆)。

Claims (13)

1.一种修补氧化物基耐火体的方法，包括在高温和有氧存在条件下，将粉末混合物投射到所说的耐火体的表面上，所说的粉末混合物包括耐火氧化物颗粒和与氧发生放热反应形成耐火氧化物的燃料颗粒，其特征在于该燃料颗粒选自镁、铝、硅及其混合物，并且该粉末混合物还含有碳化硅颗粒，所述碳化硅颗粒的量占粉末混合物的总重量的10％以下，但不为0。

2.按照权利要求1的方法，其中在所说粉末混合物中的碳化硅含量至少为1％(重量)。

3.按照权利要求1或2的方法，其中所说碳化硅的颗粒尺寸小于200μm。

4.按照上述任何一个权利要求的方法，其中所说的耐火氧化物颗粒包含至少一种形成耐火体的氧化物。

5.按照上述任何一个权利要求的方法，其中所说的氧化物耐火体选自含氧化铝的耐火体和含氧化镁的耐火体。

6.按照上述任何一个权利要求的方法，其中所说的粉末混合物的主要部分由选自氧化镁、氧化铝及其混合物的耐火氧化物颗粒组成。

7.按照上述任何一个权利要求的方法，其中所说的要修补的耐火体是熔融盛钢桶的一部分。

8.按照上述任何一个权利要求的方法，其中所述碳化硅颗粒的存在量可以有效提供具有较小气孔率的耐火材料修补体。

9.一种用于修补氧化物基耐火体的粉末混合物，所说的混合物包含：

-80％-95％(重量)的含耐火氧化物的耐火颗粒；和

-5％-20％(重量)的燃料颗粒，该颗粒与氧发生放热反应形成耐火氧化物，

其特征在于所说的燃料颗粒选自镁、铝、硅及其混合物，并且该耐火颗粒还包括碳化硅颗粒，所述碳化硅颗粒的量占粉末混合物的总重量的10％以下，但不为0。

10.按照权利要求9的粉末混合物，包括：

-80％-94％(重量)的选自氧化铝、氧化镁及其混合物颗粒的耐火氧化物颗粒；

-1％-5％(重量)的碳化硅颗粒；和

-5％-15％(重量)的所说燃料颗粒。

11.按照权利要求9或10的粉末混合物，其中所说的氧化物耐火体选自含氧化铝的耐火体和含氧化镁的耐火体。

12.按照权利要求9-11中任一项的粉末混合物，其中所述碳化硅颗粒的存在量可以有效提供具有较小气孔率的耐火材料修补体。

13.按照权利要求9-12中任一项的粉末混合物，其中所述碳化硅的颗粒尺寸小于200μm。