CN116751039A - 一种SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SiO2‑MgO‑MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料及其使用方法，包括如下重量百分比的组分：58～65％的SiO2、25～28％的MgO、10～15％的MgO·SiO2。其材料组分与镁质或硅质耐火材料相匹配，用于维修镁质或硅质耐火材料砌筑而成的工业炉窑时修补质量好，提高其抗侵蚀性、体积稳定性好、焊接牢固，延长了工业炉窑的使用寿命，降低了工业炉窑的使用成本，减少因工业炉窑破损带来的损失，适于大规模推广应用。本发明还涉及到上述高温陶瓷焊补材料的使用方法，这种使用方法能够保证焊补质量达到最佳效果以及最大可能地减少对生产的影响。
Description
技术领域
本发明热态维修的技术领域，特别涉及工业炉窑热态维修的技术领域，具体是指一种用于镁质或硅质耐火材料砌筑而成的工业炉窑的SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料及其使用方法。
背景技术
各种工业窑炉在钢铁、玻璃、石灰、水泥等行业发挥了基础性作用，原先使用天然气、煤气、重油为燃料，其寿命一般在8年左右。近两三年，石油焦由于低廉的价格，作为燃料在工业炉窑(尤其是玻璃炉窑)上的应用越来越广泛。石油焦是石油化工行业的下脚料，虽然在热值方面满足炉窑的生产要求，但是由于石油焦含有大量的硫化物和其他有害挥发分，硫在高温下生成二氧化硫，二氧化硫对玻璃窑常用的硅质耐火砖和镁质耐火砖侵蚀非常严重，故玻璃窑的寿命大幅度下降，对炉窑的侵蚀也明显加剧，各种工业窑炉在服役一段时间后，由耐火材料构成的炉衬会出现不同程度的损坏。且随着石油焦新燃料的出现，由现有耐火材料砌筑的各种工业炉窑已无法满足新燃料的需求，炉窑寿命急剧缩短，以浮法玻璃窑为例，原先使用硅质材料和镁质耐火材料的部位熔损加剧，导致炉窑寿命大幅度缩短，有的甚至还达不到原先的一半，玻璃窑寿命从原先的8年以上，缩短为3～4年。
目前，工业炉窑热态维修的传统方法主要是局部拆除后重新砌筑，或者喷涂、浇注施工，但对于炉窑内部的很多部位，传统方法无法进行维修，尤其是局部较大的损坏，这会导致炉窑被迫停产，造成巨大的经济损失。
高温陶瓷焊补技术已经在各种玻璃炉窑中逐步推广应用，高温陶瓷焊补料是由耐火材料颗粒与燃料颗粒组成的混合物，高温陶瓷焊补料在助燃气体载流作用下从焊枪喷向灼热的作业面，在该面上燃料颗粒反应燃烧产生出高温，将喷出的耐火材料颗粒和受喷表面的耐火材料软化熔融，从而使作业面耐火砖同耐火粉料牢固地“焊”在一起，达到修复炉窑内衬的目的。由于各种炉窑所采用的砌筑材料各不相同，使用条件(如环境气氛和温度)也都千差万别，故需要开发不同材质的高温陶瓷焊补材料来适应不同的炉窑。
使用镁质或硅质耐火材料来砌筑玻璃窑的蓄热室内墙、外墙、碹顶，甚至格子体已越来越常见。由于镁质具有非常优越的抗侵蚀性能，硅质耐火材料具有良好的性价比，故被玻璃窑炉大面积使用。
现有的发明专利(CN103951447A)公开了一种镁铝质高温陶瓷焊补材料，主要针对镁铝质耐火材料砌筑的工业炉窑进行维修，但是这项技术还不能满足镁质或硅质耐火材料砌筑的玻璃窑和其他工业炉窑的修复要求。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供一种SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料，其材料组分与镁质或硅质耐火材料相匹配，用于维修镁质或硅质耐火材料砌筑而成的工业炉窑时修补质量好，提高其抗侵蚀性、体积稳定性好、焊接牢固，延长了工业炉窑的使用寿命，降低了工业炉窑的使用成本，减少因工业炉窑破损带来的损失，适于大规模推广应用。此外，本发明还提供一种上述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的使用方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料，包括如下重量百分比的组分：58～65％的SiO2、25～28％的MgO、10～15％的MgO·SiO2。
具体地，所述的SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的主要矿物相为熔融石英、方镁石和镁橄榄石。
具体地，所述的MgO来自于电熔镁砂、烧结镁砂、烧结镁橄榄石中的至少一种或几种，所述的SiO2来自于金属硅粉、烧结镁橄榄石、熔融石英中的至少一种或几种。
具体地，所述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料包括如下重量百分比的原料：
10～15％的电熔镁砂、10～12％的烧结镁砂、15～18％的烧结镁橄榄石、48～52％的熔融石英、9～13％的金属硅粉。
具体地，所述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料包括如下重量百分比的原料：
10％的电熔镁砂、10％的烧结镁砂、18％的烧结镁橄榄石、52％的熔融石英、10％的金属硅粉。
具体地，所述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料包括如下重量百分比的原料：
11％的电熔镁砂、11％的烧结镁砂、17％的烧结镁橄榄石、50％的熔融石英、11％的金属硅粉。
具体地，所述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料包括如下重量百分比的原料：
12％的电熔镁砂、12％的烧结镁砂、18％的烧结镁橄榄石、48％的熔融石英、10％的金属硅粉。
本发明的第二方面，提供一种上述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的使用方法，包括如下步骤：
S1、将各种原料按照比例称重，混合搅拌均匀后，装入高温陶瓷焊补机；
S2、将配置好的高温陶瓷焊补材料在助燃气体载流作用下从焊枪喷向工业窑炉的破损处，所述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的燃料颗粒燃烧产生高温；
S3、将所述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的耐火材料颗粒和该破损处的耐火材料软化熔融，从而使该破损处同所述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的耐火材料牢固地焊接在一起，达到修复炉窑的目的。
具体地，所述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的输出量是50～90公斤/小时，所述助燃气体的流量为15～30立方米/秒，所述焊枪与所述破损处之间的焊补距离为10～20厘米，所述焊枪与所述破损处之间的焊补角度为50～130度。
具体地，所述助燃气体为氧气，所述焊枪为水冷焊补枪。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)该高温陶瓷焊补材料中的金属硅粉在高温下与助燃气体氧气发生剧烈燃烧，一方面提供巨大热量，将高温陶瓷焊补材料中的耐火颗粒熔融，另一方面，金属硅粉与助燃气体氧气反应，生成新的物质二氧化硅(SiO2)，二氧化硅自身是一种高耐火度的高级耐火材料，而且在高温下，新生成的二氧化硅会与氧化镁发生反应，生成镁橄榄石MgO·SiO2，而材料本身含有镁橄榄石MgO·SiO2，其作为晶种，会促进二氧化硅与氧化镁反应更迅速、更彻底；
(2)由于最终高温陶瓷焊补材料中的主要化学成分为氧化镁和二氧化硅，主要矿物相为方镁石、熔融石英和镁橄榄石，故将这种材料称作为SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料，其材料组分与镁质或硅质耐火材料相匹配，用于维修镁质或硅质耐火材料砌筑而成的工业炉窑时修补质量好，提高其抗侵蚀性、体积稳定性好、焊接牢固，延长了工业炉窑的使用寿命，降低了工业炉窑的使用成本，减少因工业炉窑破损带来的损失，而且该高温陶瓷焊补材料属于一种新型焊补材料，满足了工业炉窑对维修材料需求的多样性，可以适应燃料和工艺改变这一趋势；
(3)本发明高温陶瓷焊补材料中的氧化镁来自于电熔镁砂、烧结镁砂、烧结镁橄榄石中的至少一种或几种，二氧化硅来自于金属硅粉以及烧结镁橄榄石、熔融石英中的至少一种或几种，原料十分易于取得，制备也十分方便，也适合大规模的生产；
(4)本发明的高温陶瓷焊补材料的使用方法十分简便，将焊补工艺参数调节至最佳状态时，既能够保证焊补质量达到最佳效果,又能够最大可能地减少对生产的影响，将焊补机的焊补料输出量和氧气流量调节至工艺参数要求范围之内时，能够确保将高温陶瓷焊补材料和所需要修复部位的耐火材料熔融至最佳状态，既保证了焊补体自身的强度，又保证了焊补修复体与修复部位的耐火材料粘结牢靠；
(5)将水冷焊补枪的焊补距离和焊补角度调节至工艺参数要求范围之内时，能够确保将喷出的高温陶瓷焊补材料尽可能多地喷射到需要修复的部位，尽可能地减少回弹和飞溅，既保证了高温陶瓷焊补料的最大利用率，又最大限度的减少了回弹和飞溅对玻璃生产带来的影响。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。
各实施例中采用的原料如下：
实施例1
SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的配制：
将10wt％的电熔镁砂，10wt％的烧结镁砂，18wt％的烧结镁橄榄石，52wt％的熔融石英，10wt％的金属硅粉混合搅拌均匀成SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料1。
实施例2
SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的配制：
将11wt％的电熔镁砂，11wt％的烧结镁砂，17wt％的烧结镁橄榄石，50wt％的熔融石英，11wt％的金属硅粉混合搅拌均匀成SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料2。
实施例3
SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的配制：
将12wt％的电熔镁砂，12wt％的烧结镁砂，18wt％的烧结镁橄榄石，48wt％的熔融石英，10wt％的金属硅粉混合搅拌均匀成SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料3。
实施例4
SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的配制：
将15wt％的电熔镁砂，10wt％的烧结镁砂，15wt％的烧结镁橄榄石，51wt％的熔融石英，9wt％的金属硅粉混合搅拌均匀成SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料4。
实施例5
SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的配制：
将12wt％的电熔镁砂，11wt％的烧结镁砂，16wt％的烧结镁橄榄石，48wt％的熔融石英，13wt％的金属硅粉混合搅拌均匀成SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料5。
实验例
将实施例1～5所配制的SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料装入高温陶瓷焊补机，配置好的高温陶瓷焊补材料在助燃气体载流氧气作用下从焊枪喷向工业窑炉的破损处，在该破损处高温陶瓷焊补材料中的燃料颗粒与氧气发生剧烈反应，燃烧产生出高温，将高温陶瓷焊补材料的耐火材料颗粒和该破损处的耐火材料软化熔融，从而使该破损处同高温陶瓷焊补材料的耐火材料牢固地焊接在一起，达到修复炉窑的目的。
上述修补过程中，SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的输出量是40～90公斤/小时，氧气的流量为15～30立方米/秒，焊枪与破损处之间的焊补距离为10～20厘米，焊枪与破损处之间的焊补角度为50～130度。
具体地，实施例1～5高温陶瓷焊补材料的具体修补使用参数设置如下：
实施例1中制得的高温陶瓷焊补材料1的具体修补使用参数为：
SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料是40公斤/小时，氧气的流量为15立方米/秒，焊枪与破损处之间的焊补距离为10厘米，焊枪与破损处之间的焊补角度为50度。
实施例2中制得的高温陶瓷焊补材料2的具体修补使用参数为：
SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料是50公斤/小时，氧气的流量为15立方米/秒，焊枪与破损处之间的焊补距离为12厘米，焊枪与破损处之间的焊补角度为60度。
实施例3中制得的高温陶瓷焊补材料3的具体修补使用参数为：
SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料是70公斤/小时，氧气的流量为18立方米/秒，焊枪与破损处之间的焊补距离为16厘米，焊枪与破损处之间的焊补角度为90度。
实施例4中制得的高温陶瓷焊补材料4的具体修补使用参数为：
SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料是80公斤/小时，氧气的流量为25立方米/秒，焊枪与破损处之间的焊补距离为18厘米，焊枪与破损处之间的焊补角度为120度。
实施例5中制得的高温陶瓷焊补材料5的具体修补使用参数为：
SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料是90公斤/小时，氧气的流量为30立方米/秒，焊枪与破损处之间的焊补距离为20厘米，焊枪与破损处之间的焊补角度为130度。
高温陶瓷焊补材料的详细修补使用步骤如下：
步骤一：按照上述各个工艺参数将SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料装入专用焊补机，将氧气连接至焊补机，根据上述工艺参数调节焊补材料输出量和氧气流量，以确保工艺参数处于最佳范围内。
步骤二：将专用水冷焊补枪伸入炉窑内部，并到达需要修复的部位，根据上述工艺参数调节水冷焊补枪的焊补距离和焊补角度，以确保工艺参数处于最佳值。
步骤三：开启焊补机，开始焊补，并在焊补过程中，根据实际焊补情况，调节各个工艺参数，以确保最佳焊补质量。
经测量，五种高温陶瓷焊补材料的修复使用处均满足如下技术指标：
综上，该高温陶瓷焊补材料中的金属硅粉在高温下与助燃气体氧气发生剧烈燃烧，一方面提供巨大热量，将高温陶瓷焊补材料中的耐火颗粒熔融，另一方面，金属硅粉与助燃气体氧气反应，生成新的物质二氧化硅(SiO2)，二氧化硅自身是一种高耐火度的高级耐火材料，而且在高温下，新生成的二氧化硅会与氧化镁发生反应，生成镁橄榄石MgO·SiO2，而材料本身含有镁橄榄石MgO·SiO2，其作为晶种，会促进二氧化硅与氧化镁反应更迅速、更彻底；
由于最终高温陶瓷焊补材料中的主要化学成分为氧化镁和二氧化硅，主要矿物相为方镁石、熔融石英和镁橄榄石，故将这种材料称作为SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料，其材料组分与镁质或硅质耐火材料相匹配，用于维修镁质或硅质耐火材料砌筑而成的工业炉窑时修补质量好，提高其抗侵蚀性、体积稳定性好、焊接牢固，延长了工业炉窑的使用寿命，降低了工业炉窑的使用成本，减少因工业炉窑破损带来的损失，而且该高温陶瓷焊补材料属于一种新型焊补材料，满足了工业炉窑对维修材料需求的多样性，可以适应燃料和工艺改变这一趋势；
本发明高温陶瓷焊补材料中的氧化镁来自于电熔镁砂、烧结镁砂、烧结镁橄榄石中的至少一种或几种，二氧化硅来自于金属硅粉以及烧结镁橄榄石、熔融石英中的至少一种或几种，原料十分易于取得，制备也十分方便，也适合大规模的生产；
本发明的高温陶瓷焊补材料的使用方法十分简便，将焊补工艺参数调节至最佳状态时，既能够保证焊补质量达到最佳效果,又能够最大可能地减少对生产的影响，将焊补机的焊补料输出量和氧气流量调节至工艺参数要求范围之内时，能够确保将高温陶瓷焊补材料和所需要修复部位的耐火材料熔融至最佳状态，既保证了焊补体自身的强度，又保证了焊补修复体与修复部位的耐火材料粘结牢靠；
将水冷焊补枪的焊补距离和焊补角度调节至工艺参数要求范围之内时，能够确保将喷出的高温陶瓷焊补材料尽可能多地喷射到需要修复的部位，尽可能地减少回弹和飞溅，既保证了高温陶瓷焊补料的最大利用率，又最大限度的减少了回弹和飞溅对玻璃生产带来的影响。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (10)
1.一种SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：58～65％的SiO2、25～28％的MgO、10～15％的MgO·SiO2。
2.根据权利要求1所述的SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料，其特征在于，所述的SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的主要矿物相为熔融石英、方镁石和镁橄榄石。
3.根据权利要求1所述的SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料，其特征在于，所述的MgO来自于电熔镁砂、烧结镁砂、烧结镁橄榄石中的至少一种或几种，所述的SiO2来自于金属硅粉、烧结镁橄榄石、熔融石英中的至少一种或几种。
4.根据权利要求3所述的SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料，其特征在于，所述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料包括如下重量百分比的原料：
10～15％的电熔镁砂、10～12％的烧结镁砂、15～18％的烧结镁橄榄石、48～52％的熔融石英、9～13％的金属硅粉。
5.根据权利要求4所述的SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料，其特征在于，所述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料包括如下重量百分比的原料：
10％的电熔镁砂、10％的烧结镁砂、18％的烧结镁橄榄石、52％的熔融石英、10％的金属硅粉。
6.根据权利要求4所述的SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料，其特征在于，所述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料包括如下重量百分比的原料：
11％的电熔镁砂、11％的烧结镁砂、17％的烧结镁橄榄石、50％的熔融石英、11％的金属硅粉。
7.根据权利要求4所述的SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料，其特征在于，所述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料包括如下重量百分比的原料：
12％的电熔镁砂、12％的烧结镁砂、18％的烧结镁橄榄石、48％的熔融石英、10％的金属硅粉。
8.一种如权利要求1所述的SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将各种原料按照比例称重，混合搅拌均匀后，装入高温陶瓷焊补机；
S2、将配置好的高温陶瓷焊补材料在助燃气体载流作用下从焊枪喷向工业窑炉的破损处，所述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的燃料颗粒燃烧产生高温；
S3、将所述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的耐火材料颗粒和该破损处的耐火材料软化熔融，从而使该破损处同所述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的耐火材料牢固地焊接在一起，达到修复炉窑的目的。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述SiO2-MgO-MgO·SiO2质高温陶瓷焊补材料的输出量是50～90公斤/小时，所述助燃气体的流量为15～30立方米/秒，所述焊枪与所述破损处之间的焊补距离为10～20厘米，所述焊枪与所述破损处之间的焊补角度为50～130度。
10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，所述助燃气体为氧气，所述焊枪为水冷焊补枪。
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