JP3981994B2 - Refractory repair and strengthening method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、密閉可能な空間内にある耐火物の補修強化方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、工業炉や溶融金属用容器の内壁を構成する耐火物は熱的スポーリング等により、亀裂等の損傷を受ける。耐火物の補修方法としては、耐火物粉末と水の混合物を損傷部に吹き付ける方法、即ち湿式吹き付け法が知られている。しかしこの方法は、炉温を低下させてから行うので、炉の冷却と補修作業後の昇温に時間がかかる。そのため、炉の運転を長期間にわたって停止する必要がある。また、この湿式吹き付け法は、吹き付けた耐火物に十分な接合強度が発現しないので、わずかな衝撃で剥離し易い。従って、この方法は一時的な対策として用いられるにすぎない。
【0003】
そこで、溶射法が耐火物の補修方法として提案されている。この方法は、耐火物の粉末を、酸素および燃料ガスからなる火炎中、又はアルミニウムやケイ素の燃焼によって、半溶融または溶融状態にして、耐火物の損傷部位に接着させるものである。例えば、特開昭62−15508号公報には、このような目的に適用される火炎溶射材料が開示されている。
【0004】
また、特公平3−9185号公報には、特定比率のSiO2 、Al2 3 、CaO、Fe2 3 およびNa2 Oから構成され、長期の使用に耐える溶射補修体を形成する高シリカ質溶射材料が開示されている。施工においては、これらの溶射材料は火炎により溶融し、被補修部位に衝突して急冷凝固し、ガラス相を主体とした溶射体を形成する。
【0005】
工業炉等において、炉壁を構成するケイ石煉瓦の損傷が甚だしい場合には、損傷した煉瓦の積替えが行われる。煉瓦の積替えは、既存の煉瓦の冷却に伴う損傷を避けるため、熱間で行われる。例えば、特開平5−132355号公報には、コークス炉の炉壁煉瓦の熱間積替え補修に使用する、耐熱スポーリング性とともに耐摩耗性にも優れた熱間補修用ケイ石煉瓦が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開昭62−15508号公報、あるいは、特公平3−9185号公報記載の、ガラス相を主体とした溶射体は、冷却過程で結晶化し結晶相に転移する。この相転移の際に体積が収縮するので、ひび割れが発生する。このため、溶射補修体は母材との結合が不十分となり、長期にわたる使用には耐えられない。特に母材が変質して強度が低下している場合には、母材側から亀裂が進展して溶射補修体が脱落することになる。従って、溶射補修体の寿命は溶射体自身の強度や耐スポーリング性だけでは決まらず、このような溶射補修体の脱落の問題もあり、寿命は約半年である。
【0007】
また、この方法を適用するには、予め損傷箇所を特定する必要がある。しかしながら、外部から観察が可能な部位ばかりとは限らず、一般的には炉内を観察し損傷箇所を特定することは困難である。
【0008】
特開平5−132355号公報記載の熱間積替え補修技術は、火炎溶射法より確実な方法ではあるが、熱間での高温重筋作業を伴い、作業環境上問題がある。また、作業に長期間を要するので、炉の運転を長期間にわたって停止する必要がある。
【0009】
この発明は、以上の問題を解決するためになされたものであり、熱間で補修可能であり、損傷箇所を特定することなく簡便に実施でき、また、補修体の補修部分からの脱落を防止できる耐火物の補修方法を提供する。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明は、炉蓋を有する工業炉、溶融金属の容器の密閉可能な空間内にある耐火物の補修強化方法において、まず前記空間を真空引きし、次いで、金属もしくは金属化合物を含有するガス、又は前記金属もしくは金属化合物と反応して別の固体金属化合物を析出する反応性ガスのうち、いずれか一方のガスを前記空間内に供給し、その後、他方のガスを前記空間内に供給して、耐火物の損傷部に前記固体金属化合物を耐火物として析出させることを特徴とする耐火物の補修強化方法である。
【0011】
ここで、密閉可能な空間とは、例えば、炉蓋を有する工業炉、溶融金属の容器等、内部に耐火物を有する設備である。溶融金属の容器等については、適切な蓋を用意することによりその内部が密閉可能な空間となる。
【0012】
次に、金属あるいは金属化合物を含有するガスについては、金属ガスとしてはMg等の蒸気圧の高い金属が望ましく、金属化合物のガスとしてはアルキル基と結合したアルキル金属、ハロゲン化物、オキシハロゲン化物、ヒドロハロゲン化物、アルコキシド等、種々の化合物を使用できる。
【0013】
例えば、アルキル金属としては、Al(CH3 3 ,Al(C2 5 3 ,Si(CH3 4 ,Si(C2 5 4 等がある。アルコキシドとしては、Al(C3 7 O)3 ,Si(CH3 O)4 ,Si(C2 5 O)4 等がある。ハロゲン化物としては、AlCl3 ,SiCl4 ,TiCl4 ,ZrCl4 等がある。オキシハロゲン化物としては、Si2 OCl6 ,ZrOCl2 等がある。ヒドロハロゲン化物SiH2 Cl2 等がある。
【0014】
これらは、金属あるいは金属化合物のガスのみで使用してもよく、あるいはこれら金属あるいは金属化合物と反応しないガスで希釈して使用してもよい。希釈ガスとしては、例えば、N2 又はArを使用すればよく、H2 OおよびO2 と反応しない場合は乾燥空気も使用できる。
【0015】
反応性ガスには、前記の金属あるいは金属化合物金属を含有するガス(金属あるいは金属化合物)と反応し、別の金属化合物の固体を析出するガスを用いる。ここで、別の固体金属化合物としては、耐火物としての機能があればよいが、熱膨張率等が、補修対象となる耐火物とできるだけ等しいことが望ましい。従って、補修対象となる耐火物と同じ金属化合物とするのがよい。
【0016】
反応性ガスとしては例えば、O2 ,H2 O,CO2 ,N2 、NH3 、N2 O、および、各種炭化水素が使用できる。各種炭化水素の例は、CH4 、C2 5 ,C3 7 等のアルカン、C2 4 ,C3 6 等のアルケン、C2 2 等のアルキンである。
【0017】
反応性ガスにO2 を用いると、各種金属あるいは金属化合物との反応により金属酸化物の固体を析出させることができる。個々の反応を下記に示す。
【0018】
Mg+1/2O2 →MgO
Al2 Cl6 +3/2O2 →Al2 3 +3Cl2
SiH4 +O2 →SiO2 +2H2
MgCl2 +1/2O2 →MgO3 +Cl2
TiCl4 +O2 →TiO2 +2Cl2
ZrCl4 +O2 →ZrO2 +2Cl2
Al(CH3 3 +15/2O2 →1/2Al2 3 +3CO2 +9/2H2
【0019】
反応性ガスにH2 Oを用いると、各種金属あるいは金属化合物との反応により金属酸化物の固体を析出させることができる。個々の反応を下記に示す。
【0020】
Mg+H2 O→MgO+H2
MgCl2 +H2 O→MgO+2HCl
SiCl4 +H2 O→SiO2 +4HCl
TiCl4 +H2 O→TiO2 +4HCl
ZrCl4 +H2 O→ZrO2 +4HCl
Al2 Cl6 +3H2 O→Al2 3 +6HCl
Al(C2 5 3 +3H2 O→1/2Al2 3 +3C2 6
Si(CH3 O)4 +2H2 O→SiO2 +4CH3 OH
Si(C2 5 O)4 +2H2 O→SiO2 +4C2 5 OH
【0021】
反応性ガスにCO2 を用いると、各種金属あるいは金属化合物との反応により金属酸化物の固体を析出させることができる。個々の反応を下記に示す。
【0022】
Mg+CO2 →MgO+CO
SiH4 +2CO2 →SiO2 +2CO+2H2
【0023】
反応性ガスにCO2 とH2 の混合ガスを用いると、各種金属あるいは金属化合物との反応により金属酸化物の固体を析出させることができる。個々の反応を下記に示す。
【0024】
MgCl2 +CO2 +H2 →MgO+CO+2HCl
Al2 Cl6 +3CO2 +3H2 O→Al2 3 +3CO+6HCl
【0025】
反応性ガスにN2 とH2 の混合ガスを用いると、各種金属あるいは金属化合物との反応により金属窒化物の固体を析出させることができる。反応を下記に示す。
【0026】
Al2 Cl6 +N2 +3H2 →2AlN+6HCl
【0027】
反応性ガスにNH3 を用いると、各種金属あるいは金属化合物との反応により金属窒化物の固体を析出させることができる。個々の反応を下記に示す。
【0028】
SiH4 +4/3NH3 →1/3Si3 4 +4H2
3SiH2 Cl2 +10NH3 →Si3 4 +6NH4 Cl
SiCl4 +16/3NH3 →1/3Si3 4 +4NH4 Cl
TiCl4 +4/3NH3 →TiN+4HCl+1/6N2
ZrCl4 +4/3NH3 →ZrN+4HCl+1/6N2
【0029】
反応性ガスにCH4 を用いると、各種金属あるいは金属化合物との反応により金属炭化物の固体を析出させることができる。個々の反応を下記に示す。
【0030】
SiH4 +CH4 →SiC+4H2
TiCl4 +CH4 →TiC+4HCl
TiI4 +CH4 →TiC+4HI
【0031】
反応性ガスにC2 5 およびH2 の混合ガスを用いると、各種金属あるいは金属化合物との反応により金属窒化物の固体を析出させることができる。反応を下記に示す。
【0032】
TiI4 +1/2C2 5 +3/2H2 →TiC+4HI
【0033】
反応性ガスにCH4 およびH2 の混合ガスを用いると、各種金属あるいは金属化合物との反応により金属炭化物の固体を析出させることができる。反応を下記に示す。
【0034】
CrCl3 +3/2CH4 +1/3H2 →1/3Cr3 2 +3HCl
【0035】
金属あるいは金属化合物のガスは、複数の金属および複数の金属化合物のガスを混合して用いてもよい。また、反応性ガスについても、前述の反応性ガスの混合ガス以外の組合せの混合ガスを用いてもよい。これらの場合には、それぞれのガスの組成に応じて、複数の成分からなる析出物を得ることができる。
【0036】
金属あるいは金属化合物のガスと反応性ガスの適正な反応温度は、両者の組合せにより異なる。
【0037】
アルキル金属と、O2 およびH2 Oとの組合せでは、300〜800℃の範囲内の温度が望ましい。これは、300℃未満では反応速度が遅すぎ、一方、800℃を超えるとアルキル金属が熱分解するため目的とする反応の実現が困難となるからである。
【0038】
アルコキシドとH2 Oとの組合せでは、200〜700℃の範囲内の温度が望ましい。これは、200℃未満では反応速度が遅すぎ、一方、700℃を超えるとアルコキシドが熱分解するため目的とする反応の実現が困難となるからである。
【0039】
また、ハロゲン化物、オキシハロゲン化物、あるいはヒドロハロゲン化物と
2 ,H2 O,CO2 ,N2 、NH3 、N2 O、および各種炭化水素との組合せてせは、600℃以上の温度が望ましい。これは、600℃未満では反応速度が遅すぎるからである。
【0040】
Mg蒸気とO2 ,H2 O,およびCO2 との組合せでは、700℃以上の温度が望ましい。これは、700℃未満ではMg蒸気の一部が反応場所への移送の段階で凝縮し易いため、目的とする反応にMgが有効に利用できなくなるからである。
【0041】
Mg蒸気は、溶融Mgの加熱によって発生させてもよい。この場合、加熱温度は700〜1200℃の範囲内が望ましい。これは、700℃未満ではMg蒸気の発生速度が遅すぎるからであり、一方、1200℃を超えると、Mg蒸気の発生が激しくなり、これを含むガスの流量および圧力の制御が困難となるからである。
【0042】
出発物質としてのMgは、インゴツトでも粉末でもよい。Mgが粉末の場合、Mg単一でも、Mg−CaOおよびMg−Al等の混合粉末でもよい。Mg粉末は発火し易いので、混合粉末の方が望ましい。
【0043】
Mg蒸気は、MgOとAlを次のように反応させて発生させてもよい。
3MgO+2Al→3Mg+Al2 3
この場合反応温度は、850〜1700℃の範囲内が望ましい。これは、850℃未満では反応速度が遅すぎるからであり、一方、1700℃を超えると、Mg蒸気の発生が激しくなり、これを含むガスの流量および圧力の制御が困難となるからである。
【0044】
金属あるいは金属化合物を含有するガス(希釈ガス)の中に含まれる金属あるいは金属化合物の濃度は、0.1vol.%以上であることが望ましい。これは、0.1vol.%未満では反応速度が遅すぎるからである。
【0045】
反応ガスを含有するガス(希釈ガス)の中に含まれる反応ガスの濃度は、1vol.%以上であることが望ましい。これは、1vol.%未満では反応速度が遅すぎるからである。
【0046】
反応ガスを含有するガス(希釈ガス)として、O2 ,H2 O,CO2 ,およびN2 の中から2種以上のガスを含有させる場合には、純ガスを混合してもよいが、各種の燃焼ガスを利用してもよい。燃焼ガスとしては、天然ガス、液化石油ガス、灯油、重油、石炭、コークス炉ガス、高炉ガス、および転炉ガス等を空気又は酸素で燃焼させて得られるガスは、いずれも利用できる。また、各種の加熱炉の排ガスを必要に応じて使用してもよい。なお、反応ガスとして、CH4 を用いる場合には、天然ガスあるいはコークス炉ガスを加熱して使用してもよい。
【0047】
【発明の実施の形態】
図1は、耐火物の亀裂の断面を示す断面図である。図中、1は耐火物、2aは微細な亀裂、2bは大きな亀裂、60は析出物の層をそれぞれ示す。亀裂2a、2bの内部に充満している金属あるいは金属化合物を含有するガスは、反応ガスと主として耐火物の表面で反応し、損傷部の内部の耐火物の表面、即ち亀裂の破面に固体60を析出する。
【0048】
この反応が続くと、金属あるいは金属化合物を含有するガスが消費されるので、反応ガスが次第に亀裂等の内部に侵入していく。このようにして、2種類のガスの反応界面が亀裂等の損傷部の奥に進行しつつ、亀裂の内部に固体60を析出し微細な亀裂2aは埋まっていく。このようにして、見つけることが困難な微細な亀裂の補修ができる。
【0049】
また、大きな亀裂2bでも、耐火物1の表面では金属あるいは金属化合物を含有するガスと反応ガスとの反応が引き続き起こり、耐火物の表面への固体の析出が続く。そのため耐火物の表面には析出物60の層が形成される。これにより、亀裂2bの表面(破面)が固体析出物の層で覆われ、保護される。
【0050】
以下、コークス炉についての実施の形態について説明する。コークス炉の炉壁(隔壁ともいう)は、通常ケイ石煉瓦で構成されている。従って、補修用の金属化合物としてはケイ素化合物が適している。ケイ素化合物のなかで、SiCl4 は熱的に安定な物質であり、コークス炉の操業時の炉壁温度である900〜1450℃の全範囲内で熱分解しないので、特に望ましい。SiCl4 の希釈ガスあるいはキャリアーガスとしては、乾燥した空気、N2 、不活性ガス等が使用できる。
【0051】
SiCl4 と反応させる反応ガス成分としては、H2 Oが最も望ましい。これは、H2 Oが上記温度範囲でSiCl4 との反応速度が極めて大きいので、H2 Oの供給量が化学量論値を下回らない限り、反応が進むからである。
【0052】
2 Oガス、即ち水蒸気は、製鉄所内で発生するものを使用することができる。また、水蒸気は工業炉等の燃焼ガス中に含まれており、それを利用することもできる。例えば、コークス炉ガス又は高炉ガスを空気で燃焼させれば、H2 Oを1〜25vol.%,CO2 を5〜30vol.%含むガスが得られる。この際、過剰の空気で燃焼させれば、O2 を含有するガスを調製することもできる。O2 を富化し、さらに水蒸気を吹き込めば、適正な温度を保持しつつH2 O、CO2 、およびO2 の濃度を高めることもできる。
【0053】
図2は、コークス炉の断面を示す断面図である。図中、10は炉壁、11は加熱室、12は被加熱室、36は燃焼用ガス入口、37はガス導入口、47は導入ガス、49は燃焼用ガスをそれぞれ示す。
【0054】
まず、被加熱室12を真空引きし、内部の空気を除去する。次いで、ガス導入口37より、SiCl4 を含有するガス47を導入する。被加熱室12の空気は耐火物の亀裂等の損傷部を含め除去されているので、金属あるいは金属化合物を含有するガス47は、亀裂等の損傷部の奥まで侵入する。この状態で被加熱室12に水蒸気を含有するガス47を導入する。この際、両者のガス間での反応も起こるが、残った水蒸気は損傷部に到達する。
【0055】
SiCl4 を含有するガスと水蒸気が亀裂等の内部に侵入し、亀裂の内部に固体を析出し微細な亀裂は埋まる。また、大きな亀裂でも、そのの表面では反応が引き続き起こり、耐火物の表面(亀裂の破面)への固体の析出が続く。そのため亀裂の表面には析出物の層で覆われ、保護される。
【0056】
【発明の効果】
この発明では、金属あるいは金属化合物を含有するガスから別の固体金属化合物を析出させることにより、耐火物の補修を行っているので、熱間で補修可能であり、損傷箇所を特定することなく簡便に実施できる。また、別の固体金属化合物として耐火物と熱膨張率等が、同じ金属化合物を析出させることにより、補修体の補修部分からの脱落等の問題を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】耐火物の亀裂の断面を示す断面図である。
【図2】コークス炉の断面を示す断面図である。
【符号の説明】
1 耐火物
2a 微細な亀裂
2b 大きな亀裂
10 炉壁
11 加熱室
12 被加熱室
36 燃焼用ガス入口
37 ガス導入口
47 導入ガス
49 燃焼用ガス
60 析出物の層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for repairing and strengthening a refractory within a sealable space.
[0002]
[Prior art]
In general, refractories constituting the inner walls of industrial furnaces and molten metal containers are damaged by cracks and the like due to thermal spalling and the like. As a refractory repair method, a method of spraying a mixture of refractory powder and water to a damaged portion, that is, a wet spray method is known. However, since this method is performed after the furnace temperature is lowered, it takes time to cool the furnace and raise the temperature after repair work. Therefore, it is necessary to stop the operation of the furnace for a long time. In addition, this wet spraying method does not exhibit sufficient bonding strength to the sprayed refractory, and thus is easily peeled off with a slight impact. Therefore, this method is only used as a temporary measure.
[0003]
Therefore, thermal spraying has been proposed as a repair method for refractories. In this method, the refractory powder is made to be in a semi-molten or molten state in a flame composed of oxygen and fuel gas, or by burning aluminum or silicon, and adhered to the damaged part of the refractory. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-15508 discloses a flame sprayed material applied for such a purpose.
[0004]
Japanese Patent Publication No. 3-9185 discloses a high-silica material composed of a specific ratio of SiO 2 , Al 2 O 3 , CaO, Fe 2 O 3 and Na 2 O and forming a thermal spray repair body that can withstand long-term use. A thermally sprayed material is disclosed. In construction, these thermal spray materials are melted by a flame, collide with a repaired portion, and rapidly solidify to form a thermal spray body mainly composed of a glass phase.
[0005]
In an industrial furnace or the like, when the quartz brick that constitutes the furnace wall is severely damaged, transshipment of the damaged brick is performed. Brick transshipment is performed hot to avoid damage associated with cooling of existing bricks. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-132355 discloses a hot-repaired quartzite brick for use in hot-replacement repair of a coke oven wall brick, which has excellent heat resistance and wear resistance. Yes.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the sprayed body mainly composed of the glass phase described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-15508 or Japanese Patent Publication No. 3-9185 crystallizes in the cooling process and transitions to the crystalline phase. Since the volume shrinks during this phase transition, cracking occurs. For this reason, the thermal spray repair body is insufficiently bonded to the base material and cannot be used for a long time. In particular, when the base material is denatured and the strength is reduced, cracks develop from the base material side and the thermal spray repaired body falls off. Accordingly, the life of the thermal spray repaired body is not determined only by the strength of the thermal spray itself or the spalling resistance, and there is a problem of such a problem that the thermal spray repaired body falls off, and the life is about half a year.
[0007]
Moreover, in order to apply this method, it is necessary to specify a damaged part beforehand. However, the region is not limited to a portion that can be observed from the outside, and it is generally difficult to identify the damaged portion by observing the inside of the furnace.
[0008]
The hot transshipment repair technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-132355 is a more reliable method than the flame spraying method, but involves a high-temperature heavy reinforcement work in the hot state and has a problem in the work environment. In addition, since the work takes a long time, it is necessary to stop the operation of the furnace for a long time.
[0009]
The present invention has been made to solve the above problems, can be repaired hot, can be easily carried out without specifying a damaged portion, and prevents the repaired body from falling off the repaired portion. Provide refractory repair methods that can be used.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Gas this invention, an industrial furnace having a furnace lid, in the repair method of strengthening refractory within a sealable space container of molten metal, a first said space is evacuated, then, contains a metal or a metal compound Or one of the reactive gases that react with the metal or metal compound to precipitate another solid metal compound, and then supply the other gas into the space. Thus, there is provided a method for repairing and strengthening a refractory, wherein the solid metal compound is deposited as a refractory on a damaged portion of the refractory.
[0011]
Here, the space which can be sealed is, for example, an equipment having a refractory inside such as an industrial furnace having a furnace lid, a container of molten metal and the like. About the container etc. of a molten metal, the inside becomes the space which can be sealed by preparing a suitable lid.
[0012]
Next, for a gas containing a metal or a metal compound, a metal having a high vapor pressure such as Mg is desirable as the metal gas, and the metal compound gas is an alkyl metal bonded to an alkyl group, a halide, an oxyhalide, Various compounds such as hydrohalides and alkoxides can be used.
[0013]
For example, examples of the alkyl metal include Al (CH 3 ) 3 , Al (C 2 H 5 ) 3 , Si (CH 3 ) 4 , Si (C 2 H 5 ) 4 and the like. Examples of the alkoxide include Al (C 3 H 7 O) 3 , Si (CH 3 O) 4 , Si (C 2 H 5 O) 4 and the like. Examples of the halide include AlCl 3 , SiCl 4 , TiCl 4 , and ZrCl 4 . Examples of oxyhalides include Si 2 OCl 6 and ZrOCl 2 . Hydrohalides SiH 2 Cl 2 and the like.
[0014]
These may be used only with a gas of a metal or a metal compound, or may be used after being diluted with a gas that does not react with the metal or the metal compound. As the diluent gas, for example, N 2 or Ar may be used, and dry air can also be used when it does not react with H 2 O and O 2 .
[0015]
As the reactive gas, a gas that reacts with a gas (metal or metal compound) containing the above metal or metal compound metal to precipitate a solid of another metal compound is used. Here, the other solid metal compound may have a function as a refractory, but it is desirable that the coefficient of thermal expansion and the like are as equal as those of the refractory to be repaired. Therefore, it is preferable to use the same metal compound as the refractory to be repaired.
[0016]
As the reactive gas, for example, O 2 , H 2 O, CO 2 , N 2 , NH 3 , N 2 O, and various hydrocarbons can be used. Examples of the various hydrocarbons are alkanes such as CH 4 , C 2 H 5 and C 3 H 7 , alkenes such as C 2 H 4 and C 3 H 6 , and alkynes such as C 2 H 2 .
[0017]
When O 2 is used as the reactive gas, a metal oxide solid can be precipitated by reaction with various metals or metal compounds. The individual reactions are shown below.
[0018]
Mg + 1 / 2O 2 → MgO
Al 2 Cl 6 + 3 / 2O 2 → Al 2 O 3 + 3Cl 2
SiH 4 + O 2 → SiO 2 + 2H 2
MgCl 2 + 1 / 2O 2 → MgO 3 + Cl 2
TiCl 4 + O 2 → TiO 2 + 2Cl 2
ZrCl 4 + O 2 → ZrO 2 + 2Cl 2
Al (CH 3 ) 3 + 15 / 2O 2 → 1 / 2Al 2 O 3 + 3CO 2 + 9 / 2H 2
[0019]
When H 2 O is used as the reactive gas, a metal oxide solid can be precipitated by reaction with various metals or metal compounds. The individual reactions are shown below.
[0020]
Mg + H 2 O → MgO + H 2
MgCl 2 + H 2 O → MgO + 2HCl
SiCl 4 + H 2 O → SiO 2 + 4HCl
TiCl 4 + H 2 O → TiO 2 + 4HCl
ZrCl 4 + H 2 O → ZrO 2 + 4HCl
Al 2 Cl 6 + 3H 2 O → Al 2 O 3 + 6HCl
Al (C 2 H 5 ) 3 + 3H 2 O → 1/2 Al 2 O 3 + 3C 2 H 6
Si (CH 3 O) 4 + 2H 2 O → SiO 2 + 4CH 3 OH
Si (C 2 H 5 O) 4 + 2H 2 O → SiO 2 + 4C 2 H 5 OH
[0021]
When CO 2 is used as the reactive gas, a metal oxide solid can be precipitated by reaction with various metals or metal compounds. The individual reactions are shown below.
[0022]
Mg + CO 2 → MgO + CO
SiH 4 + 2CO 2 → SiO 2 + 2CO + 2H 2
[0023]
When a mixed gas of CO 2 and H 2 is used as the reactive gas, a metal oxide solid can be precipitated by reaction with various metals or metal compounds. The individual reactions are shown below.
[0024]
MgCl 2 + CO 2 + H 2 → MgO + CO + 2HCl
Al 2 Cl 6 + 3CO 2 + 3H 2 O → Al 2 O 3 + 3CO + 6HCl
[0025]
When a mixed gas of N 2 and H 2 is used as the reactive gas, a metal nitride solid can be precipitated by reaction with various metals or metal compounds. The reaction is shown below.
[0026]
Al 2 Cl 6 + N 2 + 3H 2 → 2AlN + 6HCl
[0027]
When NH 3 is used as the reactive gas, a metal nitride solid can be precipitated by reaction with various metals or metal compounds. The individual reactions are shown below.
[0028]
SiH 4 + 4 / 3NH 3 → 1/3 Si 3 N 4 + 4H 2
3SiH 2 Cl 2 + 10NH 3 → Si 3 N 4 + 6NH 4 Cl
SiCl 4 + 16 / 3NH 3 → 1 / 3Si 3 N 4 + 4NH 4 Cl
TiCl 4 + 4 / 3NH 3 → TiN + 4HCl + 1 / 6N 2
ZrCl 4 + 4 / 3NH 3 → ZrN + 4HCl + 1 / 6N 2
[0029]
When CH 4 is used as the reactive gas, a metal carbide solid can be precipitated by reaction with various metals or metal compounds. The individual reactions are shown below.
[0030]
SiH 4 + CH 4 → SiC + 4H 2
TiCl 4 + CH 4 → TiC + 4HCl
TiI 4 + CH 4 → TiC + 4HI
[0031]
When a mixed gas of C 2 H 5 and H 2 is used as the reactive gas, a metal nitride solid can be deposited by reaction with various metals or metal compounds. The reaction is shown below.
[0032]
TiI 4 + 1 / 2C 2 H 5 + 3 / 2H 2 → TiC + 4HI
[0033]
When a mixed gas of CH 4 and H 2 is used as the reactive gas, a solid metal carbide can be precipitated by reaction with various metals or metal compounds. The reaction is shown below.
[0034]
CrCl 3 + 3 / 2CH 4 + 1 / 3H 2 → 1/3 Cr 3 C 2 + 3HCl
[0035]
The metal or metal compound gas may be a mixture of a plurality of metals and a plurality of metal compound gases. Also, as for the reactive gas, a mixed gas other than the above-mentioned mixed gas of reactive gas may be used. In these cases, a precipitate composed of a plurality of components can be obtained according to the composition of each gas.
[0036]
The appropriate reaction temperature of the metal or metal compound gas and the reactive gas differs depending on the combination of the two.
[0037]
For combinations of alkyl metals with O 2 and H 2 O, temperatures in the range of 300-800 ° C. are desirable. This is because the reaction rate is too slow at less than 300 ° C., while the alkyl metal is thermally decomposed at temperatures exceeding 800 ° C., making it difficult to achieve the intended reaction.
[0038]
For combinations of alkoxide and H 2 O, temperatures in the range of 200-700 ° C. are desirable. This is because the reaction rate is too slow at less than 200 ° C., while the alkoxide is thermally decomposed at temperatures exceeding 700 ° C., making it difficult to achieve the intended reaction.
[0039]
The combination of halide, oxyhalide, or hydrohalide with O 2 , H 2 O, CO 2 , N 2 , NH 3 , N 2 O, and various hydrocarbons is a temperature of 600 ° C. or higher. Is desirable. This is because the reaction rate is too slow below 600 ° C.
[0040]
In the combination of Mg vapor and O 2 , H 2 O, and CO 2 , a temperature of 700 ° C. or higher is desirable. This is because part of the Mg vapor is likely to condense at the stage of transfer to the reaction site at less than 700 ° C., so that Mg cannot be effectively used for the intended reaction.
[0041]
Mg vapor may be generated by heating molten Mg. In this case, the heating temperature is preferably in the range of 700 to 1200 ° C. This is because the generation rate of Mg vapor is too slow below 700 ° C., whereas the generation of Mg vapor becomes intense when it exceeds 1200 ° C., and it becomes difficult to control the flow rate and pressure of the gas containing this. It is.
[0042]
Mg as a starting material may be ingot or powder. When Mg is a powder, it may be a single Mg or a mixed powder of Mg—CaO and Mg—Al. Since Mg powder is easily ignited, mixed powder is preferable.
[0043]
Mg vapor may be generated by reacting MgO and Al as follows.
3MgO + 2Al → 3Mg + Al 2 O 3
In this case, the reaction temperature is preferably in the range of 850 to 1700 ° C. This is because the reaction rate is too slow below 850 ° C., while on the other hand, when it exceeds 1700 ° C., the generation of Mg vapor becomes violent, making it difficult to control the flow rate and pressure of the gas containing this.
[0044]
The concentration of the metal or metal compound contained in the gas (dilution gas) containing the metal or metal compound is 0.1 vol. % Or more is desirable. This is 0.1 vol. This is because the reaction rate is too slow at less than%.
[0045]
The concentration of the reaction gas contained in the gas containing the reaction gas (dilution gas) is 1 vol. % Or more is desirable. This is 1 vol. This is because the reaction rate is too slow at less than%.
[0046]
As a gas containing the reaction gas (dilution gas), when two or more kinds of gases are selected from O 2 , H 2 O, CO 2 , and N 2 , a pure gas may be mixed. Various combustion gases may be used. As the combustion gas, any gas obtained by burning natural gas, liquefied petroleum gas, kerosene, heavy oil, coal, coke oven gas, blast furnace gas, converter gas, or the like with air or oxygen can be used. Moreover, you may use the exhaust gas of various heating furnaces as needed. When CH 4 is used as the reaction gas, natural gas or coke oven gas may be heated before use.
[0047]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross section of a crack in a refractory. In the figure, 1 is a refractory, 2a is a fine crack, 2b is a large crack, and 60 is a deposit layer. The gas containing metal or metal compound filled in the cracks 2a and 2b reacts with the reaction gas mainly on the surface of the refractory, and solids on the surface of the refractory inside the damaged portion, that is, on the fracture surface of the crack. 60 is deposited.
[0048]
If this reaction continues, the gas containing the metal or metal compound is consumed, so that the reaction gas gradually enters the interior of the crack or the like. In this way, while the reaction interface of the two kinds of gases advances deep into the damaged part such as a crack, the solid 60 is deposited inside the crack and the fine crack 2a is buried. In this way, it is possible to repair fine cracks that are difficult to find.
[0049]
Even in the case of the large crack 2b, the reaction between the gas containing the metal or the metal compound and the reaction gas continues on the surface of the refractory 1, and solid deposition continues on the surface of the refractory. Therefore, a layer of precipitate 60 is formed on the surface of the refractory. Thereby, the surface (fracture surface) of the crack 2b is covered with the layer of a solid precipitate, and is protected.
[0050]
Hereinafter, embodiments of the coke oven will be described. The wall of the coke oven (also called a partition wall) is usually made of silica brick. Therefore, a silicon compound is suitable as a metal compound for repair. Of the silicon compounds, SiCl 4 is a thermally stable substance and is particularly desirable because it does not thermally decompose within the entire range of 900-1450 ° C., which is the furnace wall temperature during coke oven operation. As dilution gas or carrier gas of SiCl 4 , dry air, N 2 , inert gas, or the like can be used.
[0051]
H 2 O is most desirable as a reactive gas component to be reacted with SiCl 4 . This is because H 2 O has a very high reaction rate with SiCl 4 in the above temperature range, so that the reaction proceeds unless the supply amount of H 2 O falls below the stoichiometric value.
[0052]
As the H 2 O gas, that is, water vapor, one generated in an ironworks can be used. Moreover, water vapor is contained in combustion gas such as an industrial furnace, and can be used. For example, if coke oven gas or blast furnace gas is burned with air, H 2 O is changed to 1 to 25 vol. %, 5~30vol the CO 2. % Containing gas is obtained. At this time, if it is burned with excess air, a gas containing O 2 can also be prepared. If O 2 is enriched and steam is blown, the concentration of H 2 O, CO 2 and O 2 can be increased while maintaining an appropriate temperature.
[0053]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section of the coke oven. In the figure, 10 is a furnace wall, 11 is a heating chamber, 12 is a heated chamber, 36 is a combustion gas inlet, 37 is a gas introduction port, 47 is an introduction gas, and 49 is a combustion gas.
[0054]
First, the heated chamber 12 is evacuated to remove internal air. Next, a gas 47 containing SiCl 4 is introduced from the gas inlet 37. Since the air in the heated chamber 12 is removed including a damaged portion such as a crack of the refractory, the gas 47 containing a metal or a metal compound penetrates deeply into the damaged portion such as a crack. In this state, a gas 47 containing water vapor is introduced into the heated chamber 12. At this time, the reaction between the two gases also occurs, but the remaining water vapor reaches the damaged part.
[0055]
A gas containing SiCl 4 and water vapor enter the inside of a crack or the like, and a solid is deposited inside the crack to fill the fine crack. Even in the case of a large crack, the reaction continues on the surface of the crack, and solid deposition continues on the surface of the refractory (the fracture surface of the crack). Therefore, the surface of the crack is covered and protected with a layer of precipitate.
[0056]
【The invention's effect】
In the present invention, since the refractory is repaired by precipitating another solid metal compound from the gas containing the metal or metal compound, it can be repaired hot and simple without specifying the damaged portion. Can be implemented. Further, by depositing a metal compound having the same refractory and thermal expansion coefficient as another solid metal compound, it is possible to solve the problem of dropping off the repaired portion of the repaired body.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross section of a refractory crack.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section of a coke oven.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Refractory 2a Fine crack 2b Large crack 10 Furnace wall 11 Heating chamber 12 Heated chamber 36 Gas for combustion 37 Gas inlet 47 Gas for introduction 49 Gas for combustion 60 Deposit layer

Claims (1)

炉蓋を有する工業炉、溶融金属の容器の密閉可能な空間内にある耐火物の補修強化方法において、まず前記空間を真空引きし、次いで、金属もしくは金属化合物を含有するガス、又は前記金属もしくは金属化合物と反応して別の固体金属化合物を析出する反応性ガスのうち、いずれか一方のガスを前記空間内に供給し、その後、他方のガスを前記空間内に供給して、耐火物の損傷部に前記固体金属化合物を耐火物として析出させることを特徴とする耐火物の補修強化方法。Industrial furnace having a furnace lid, in the repair method of strengthening refractory within a sealable space container of molten metal, the space is evacuated first, and then, gas, or the metal containing metal or a metal compound Alternatively, any one of the reactive gases that react with the metal compound to precipitate another solid metal compound is supplied into the space, and then the other gas is supplied into the space to provide a refractory. A method for repairing and strengthening a refractory, comprising depositing the solid metal compound as a refractory on a damaged portion of the refractory.
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