DE3803047A1 - Flammspritzmaterial mit hohem siliziumdioxidgehalt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein pulverförmiges Flammsprühmaterial, das zum Reparieren von Öfen verwendet wird, insbesondere von Koksöfen.

Ein Flammsprühmaterial, das gewöhnlich zum Reparieren von Koksöfen verwendet wird und hauptsächlich aus SiO₂ besteht und Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, etc. enthält, wird beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 58-33 189 beschrieben. Dieses Material bildet beim Aufsprühen auf die Wand eines Koksofens einen glasartigen Überzug. Der Silikastein, aus dem die Wand des Ofens besteht, dehnt sich und schrumpft als Ergebnis einer Temperaturveränderung, wenn der Ofen mit Koks beladen wird oder Koks abgezogen wird. Der glasartige Überzug besitzt die Eigenschaft, daß er sich mit dem Silikastein ausdehnt und mit diesem schrumpft, so daß keine Rißbildung zwischen dem Silikastein und dem Überzug erfolgt.

Der glasartige Überzug erfährt jedoch eine Volumenänderung als Ergebnis einer Kristallisation nach einer längeren Zeitspanne. Insbesondere dann, wenn der glasartige Überzug sich über einen größeren Abschnitt der Wand erstreckt, hat dies zur Folge, daß der Überzug zu einer Rißbildung und zu einer Abtrennung von den Wandsteinen neigt. Daher hat er oft nur eine unzufriedenstellende Gebrauchsdauer.

Aufgabe der Erfindung ist die Lösung der kurzen Lebensdauer, die auf die Kristallisation zurückgeht, wenn ein Flammsprühmaterial mit hohem Siliziumdioxidgehalt, welches den vorstehend erwähnten glasartigen Überzug bildet, zum Reparieren eines Ofens verwendet wird.

Diese Aufgabe wird durch das Flammsprühmaterial des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß die Kristallisationsprobleme des glasartigen Überzugs dadurch beseitigt werden können, daß die Kristallisation in geeigneter Weise gesteuert wird.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß dann wenn der Überzug ein Kristallisationsausmaß von wenigstens 60% unmittelbar nach seiner Bildung besitzt, eine weitere Kristallisation keine nachteilige Wirkung auf den Überzug ausübt. Diese Feststellung wurde bei Untersuchungen ermittelt, bei deren Durchführung ein Überzug durch Flammsprühen auf einer Wand aus einem Silikastein mit einer Temperatur von 1000°C unter Einsatz einer Flammsprühvorrichtung erzeugt wurde.

Das erfindungsgemäße Flammsprühmaterial umfaßt 93,5 bis 99,6 Gew.-% SiO₂, nicht mehr als 1,5 Gew.-% Al₂O₃ (vorzugsweise 0,01 bis 1,5 Gew.-% Al₂O₃), weniger als 2,0 Gew.-% CaO (vorzugsweise 0,01 bis 2,0 Gew.-% CaO), nicht mehr als 1,0 Gew.-% Fe₂O₃ (vorzugsweise 0,01 bis 1,0 Gew.-% Fe₂O₃) und 0,4 bis 2,0 Gew.-% Na₂O und zeichnet sich dadurch aus, daß es unmittelbar nach dem Aufsprühen kristallisiert.

Das erfindungsgemäße Flammsprühmaterial kann einen Überzug mit einem Kristallisationsausmaß (Kristallisationsverhältnis) von höchstens 60% unmittelbar nach der Aufbringung bilden. Der Überzug erfährt keine merkliche Volumenverringerung als Ergebnis der Umwandlung seiner glasartigen Phase in eine Kristallphase. Daher bilden sich keine Risse aufgrund einer Abtrennung von der Steinwand, und zwar auch dann nicht, wenn der Überzug eine größere Fläche bedeckt.

Der erfindungsgemäße Überzug besitzt einen hohen Siliziumdioxidgehalt und ist ein hochkristallines Material. Er besitzt im wesentlichen das gleiche Wärmeausdehnungsvermögen wie der Silikastein, der gewöhnlich für einen Koksofen etc. verwendet wird. Daher stellt das erfindungsgemäße Material einen langlebigen Reparaturüberzug dar, der gegenüber wiederholten Temperaturänderungen beständig ist, die dann auftreten, wenn der Ofen beladen und entladen wird, so daß im Verlauf der Zeit keine Schäden entstehen.

Das erfindungsgemäße Material enthält SiO₂, so daß es einen Überzug zu bilden vermag, der im wesentlichen von der gleichen Natur ist wie das den Ofen auskleidende Gesteinsmaterial. Es muß daher wenigstens 93,5 Gew.-% SiO₂ enthalten, um ein Kristallisationsausmaß von wenigstens 60% zu erzielen. Jedes Material, das mehr als 99,6 Gew.-% enthält, würde nur ein Kristallisationsausmaß von weniger als 60% bewirken. Daher muß das erfindungsgemäße Material 93,5 bis 99,6 Gew.-% SiO₂ enthalten.

Das erfindungsgemäße Material enthält auch Al₂O₃ und CaO. Diese Bestandteile sind erforderlich zur Bildung eines Überzugs, der bezüglich seiner Zusammensetzung in einer engen Beziehung zu der Silikasteinauskleidung des Ofens steht. Jedes Material, daß mehr als 1,5 Gew.-% Al₂O₃ enthält, ist jedoch gegenüber einer Glasbildung (Vitrifikation) so anfällig, daß es keinen Überzug zu bilden vermag, der ein Kristallisationsausmaß von wenigstens 60% unmittelbar nach seiner Bildung besitzt. Das gleiche Problem geht auf jedes andere Material zurück, das mehr als 2,0 Gew.-% CaO enthält.

Das erfindungsgemäße Material darf auch nicht mehr als 1,0 Gew.-% Fe₂O₃ enthalten, damit ein Überzug mit einem Kristallisationsausmaß von mehr als 60% gebildet wird.

Ferner ist Na₂O wesentlich zur Bildung eines glasartigen Überzugs. Jedes Material, das mehr als 2,0 Gew.-% Na₂O enthält, bildet jedoch einen Überzug, der eine so geringe Feuerfestigkeit besitzt, daß er für einen Einsatz in der Praxis zu weich wird. Ein Material, das nur weniger als 0,4 Gew.-% Na₂O enthält, ist ebenfalls ungeeignet, da es einen Überzug bildet, der eine so hohe Feuerfestigkeit besitzt, daß er auch unter der Einwirkung von Wärme zu hart bleibt. Daher sollten 0,4 bis 2,0 Gew.-% Na₂O in dem erfindungsgemäßen Material enthalten sein.

Das erfindungsgemäße Material kann durch Vermischen der vorstehend angegebenen Komponenten und Einstellung der Teilchengröße auf nicht mehr als 0,21 mm hergestellt werden. Um die chemische Zusammensetzung innerhalb des vorstehenden Bereichs zu steuern, ist es auch zweckmäßig, eine geeignete Kombination an Ausgangsmaterialien zu verwenden, beispielsweise Hartglas, Quarzsand, Silikaterz, Aluminiumoxid, Natriumsilikat und gebrauchter Silikastein, wobei diese Komponenten durch Wärme zur Erzeugung einer gleichförmigen Mischung der chemischen Zusammensetzung behandelt werden.

Die vorstehend erwähnte Wärmebehandlung wird bei einer Temperatur von wenigstens 500°C zur Entfernung von Kristallisationswasser aus dem Ausgangsmaterial und zum Verbinden der Materialien durch Wärme erhitzt. Die Temperatur muß jedoch unterhalb 1000°C gehalten werden, so daß keine übermäßige Verdampfung von Na₂O erfolgt. Aus dem vorstehenden Grund muß die Wärmebehandlung innerhalb eines Temperaturbereichs von 500 bis 1000°C durchgeführt werden.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiele

Eine Vielzahl von regelmäßig geformten Silikasteinen mit jeweils einer Abmessung von 115 mm×230 mm×60 mm wird in einem Ofen mit einer Temperatur von 1000°C ausgelegt. Eine Vielzahl von Flammsprühmaterialien wird auf jeden Stein aufgesprüht. Die chemische Zusammensetzung eines Sprühmaterials geht aus der Tabelle 1 hervor. Das Aufsprühen eines jeden Materials wird in der Weise durchgeführt, daß ein Brenner mit LPG in einer Menge von 15 Nm³/Stunde und O₂ in einer Menge von 70 Nm³/Stunde beaufschlagt wird. Das Sprühmaterial wird in einer Menge von 50 kg pro Stunde zugeführt. Der Brenner wird mit einer Geschwindigkeit von 4 m pro Minute bewegt. Der Brenner weist einen Abstand von 300 mm von der Silikasteinoberfläche von 115 mm×230 mm auf. Das Sprühen wird ungefähr 20 Sekunden pro Stein durchgeführt, wobei auf seine Oberfläche ein Überzug mit einer Dicke von ungefähr 20 mm in der Nähe seines Zentrums gebildet wird.

Jede Sprühmaterialprobe wird auf sechs regelmäßige geformte Silikasteine aufgebracht. Drei von ihnen werden aus dem Ofen nach 1 Minute, 5 Minuten bzw. 10 Minuten entfernt, nachdem sich der vorstehend erwähnte Sprühüberzug auf ihm gebildet hat. Sie werden dann schnell abgekühlt und das Ausmaß der Kristallisation des Überzugs eines jeden Steins wird untersucht. Die restlichen drei Steine werden in einen Ofen mit einer höheren Temperatur von 1300°C innerhalb einer Stunde nach dem Besprühen überführt. Sie werden nach 1 Monat, 2 Monaten bzw. 3 Monaten untersucht. Insbesondere erfolgt die Untersuchung nach einer möglichen Veränderung des Überzugs, dem Vorliegen von Rissen zwischen dem Überzug und dem Stein sowie der Abtrennung des Überzugs von dem Stein.

Das Ausmaß der Kristallisation wird als Verhältnis der Fläche und Intensität, erhalten durch Röntgenstrahlenbeugung, ermittelt. Jeder in der Tabelle 1 gezeigte Wert deckt eine Gesamtmenge an Kristobalit und Tridymit ab.

Ein Versuch anhand eines in Betrieb befindlichen Koksofens wird auf der Grundlage des in Tabelle 1 beschriebenen Tests unter Verwendung der Materialien Nr. 8, 9 und 10 als Sprühmaterialien durchgeführt. Der mit der Probe 8 erzeugte Überzug trennt sich von der Steinwand des Ofens nach einem Jahr ab. Der mit der Probe 9 gebildete Überzug trennt sich von der Wand nach 6 Monaten ab. Der mit der Probe Nr. 10 (erfindungsgemäße Probe) erzeugte Überzug trennt sich noch nicht einmal nach 1½ Jahren ab.

Tabelle 1

Claims (4)

1. Flammspritzmaterial mit hohem Siliziumdioxidgehalt aus 93,5 bis 99,6 Gew.-% SiO₂, 0 bis 1,5 Gew.-% Al₂O₃, 0 bis weniger als 2,0 Gew.-% CaO, 0 bis 1,0 Gew.-% Fe₂O₃ und 0,4 bis 2,0 Gew.-% Na₂O.

2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das SiO₂, Al₂O₃, CaO, Fe₂O₃ und Na₂O jeweils eine Teilchengröße von maximal 0,21 mm besitzt.

3. Verfahren zur Herstellung eines Flammspritzmaterials mit hohem Siliziumdioxidgehalt, enthaltend 93,5 bis 99,6 Gew.-% SiO₂, 0 bis 1,5 Gew.-% Al₂O₃ 0 bis weniger als 2,0 Gew.-% CaO, 0 bis 1,0 Gew.-% Fe₂O₃ und 0,4 bis 2,0 Gew.-% Na₂O, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Rohmaterialien, ausgewählt aus Hartglas, Quarzsand, Silikaterz, Aluminiumoxid, Natriumsilikat und gebrauchtem Silikastein, vermischt werden und die Mischung auf eine Temperatur von wenigstens 500°C erhitzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnat, daß eine Temperatur von weniger als 1000°C eingehalten wird.