NL195079C

NL195079C - Method and powder mixture for repairing oxide-based refractory bodies.

Info

Publication number: NL195079C
Application number: NL9402019A
Authority: NL
Inventors: Alexandre Zivkovic; Jean-Pierre Meynckens; Bernhard Somerhausen
Original assignee: Fosbel Intellectual Ag
Priority date: 1993-12-01
Filing date: 1994-12-01
Publication date: 2003-09-08
Also published as: CN1105751A; GB9324655D0; BR9404641A; FR2713108A1; YU48544B; DE4442282A1; CN1088826C; SE504377C2; ES2103189B1; AU688389B2; FI945617A0; ITTO940907A0; AT402922B; IT1267141B1; RU2109715C1; CZ299594A3; HUT69598A; FI109421B; SE9404163D0; PL175110B1

Description

1 1950791 195079

Werkwijze en poedermengsel voor het repareren van op oxide gebaseerde vuurvaste lichamenMethod and powder mixture for repairing oxide-based refractory bodies

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het repareren van een op oxide gebaseerd vuurvast lichaam door het opspuiten van een poedermengsel tegen een oppervlak van het 5 lichaam bij verhoogde temperatuur en in aanwezigheid van zuurstof, waarbij het poedermengsel vuurvaste oxidedeeltjes en brandstofdeeltjes bevat, die op exotherme wijze reageren met de zuurstof onder vorming van een vuurvaste oxide, waarbij de brandstofdeeltjes worden gekozen uit magnesium, aluminium, silicium en mengsels bestaande uit twee of meer van magnesium, aluminium en silicium, waarbij het poedermengsel als werkzaam bestanddeel voorts slechts siliciumcarbidedeeltjes bevat. Tevens heeft de uitvinding 10 betrekking op een poedermengsel voor de reparatie van op oxide gebaseerde vuurvaste lichamen, welk mengsel omvat: 80 tot 95 gew.% vuurvaste deeltjes met daarin een vuurvast oxide; en 5 tot 20 gew.% brandstofdeeltjes, die op exotherme wijze reageren met de zuurstof onder vorming van een vuurvast oxide, waarbij de brandstofdeeltjes worden gekozen uit magnesium, aluminium, silicium en 15 mengsels bestaande uit twee of meer van magnesium, aluminium en silicium, waarbij de vuurvaste deeltjes als werkzaam bestanddeel voorts slechts siliciumcarbidedeeltjes bevatten.The present invention relates to a method for repairing an oxide-based refractory body by spraying a powder mixture against a surface of the body at elevated temperature and in the presence of oxygen, wherein the powder mixture contains refractory oxide particles and fuel particles, which reacting exothermically with the oxygen to form a refractory oxide, the fuel particles being selected from magnesium, aluminum, silicon and mixtures consisting of two or more of magnesium, aluminum and silicon, the powder mixture further comprising only silicon carbide particles as the active ingredient. The invention also relates to a powder mixture for the repair of oxide-based refractory bodies, which mixture comprises: 80 to 95% by weight of refractory particles containing a refractory oxide; and 5 to 20% by weight of fuel particles which react exothermically with the oxygen to form a refractory oxide, the fuel particles being selected from magnesium, aluminum, silicon and mixtures consisting of two or more of magnesium, aluminum and silicon, wherein the refractory particles further contain only silicon carbide particles as the active ingredient.

Een dergelijke werkwijze en poedermengsel is bekend uit de Europese octrooipublicatie EP-A-0 495 327. De werkwijze die daar wordt beschreven, schrijft voor dat poedermengsels worden gebruikt die zowel siliciumcarbidedeeltjes als metallische zirconium-brandstofdeeltjes bevatten. Het siliciumcarbide wordt 20 daarbij noodzakelijk toegevoegd om de verbranding van het metallische zirconium te activeren. Hoewel de werkwijze volgens die Europese publicatie het repareren van op oxide gebaseerde vuurvaste lichaam mogelijk maakt, is gebleken dat de werkwijze kan worden verbeterd.Such a method and powder mixture is known from the European patent publication EP-A-0 495 327. The method described there requires that powder mixtures are used which contain both silicon carbide particles and metallic zirconium fuel particles. The silicon carbide is thereby necessarily added to activate the combustion of the metallic zirconium. Although the method according to that European publication makes it possible to repair an oxide-based refractory body, it has been found that the method can be improved.

Voorts is een dergelijke werkwijze en poedermengsel bekend uit de Britse octrooiaanvrage GB-A-2.035.524. Die publicatie beschrijft dat een geringe hoeveelheid siliciumcarbide kan worden toegevoegd bij 25 een dergelijke werkwijze, teneinde een reparatiemassa te vormen die een hoge slijtbestendigheid en/of een hoog warmtegeleidingsvermogen heeft. Het siliciumcarbide dient daarbij in een kleine hoeveelheid te worden toegevoerd. Nergens wordt echter aangegeven hoeveel siliciumcarbide daarbij gewenst is. Het is nu gebleken dat de werkwijze volgens deze publicatie kan worden verbeterd.Furthermore, such a method and powder mixture is known from the British patent application GB-A-2,035,524. That publication describes that a small amount of silicon carbide can be added in such a method in order to form a repair mass that has a high wear resistance and / or a high thermal conductivity. The silicon carbide must be supplied in a small amount. However, nowhere is it indicated how much silicon carbide is desired. It has now been found that the method according to this publication can be improved.

De uitvinding heeft nu tot doel een verbeterde werkwijze van de in de aanhef genoemde soort te 30 verschaffen. Met name heeft de uitvinding tot doel een werkwijze te verschaffen waarmee een lage porositeit van een reparatiemassa kan worden verkregen.The invention now has for its object to provide an improved method of the type mentioned in the preamble. In particular, the invention has for its object to provide a method with which a low porosity of a repair mass can be obtained.

Ter verkrijging van de hiervoor genoemde doelen verschaft de uitvinding een werkwijze als in de aanhef genoemd en welke wordt gekenmerkt doordat de siliciumcarbidedeeltjes aanwezig zijn in een hoeveelheid van 1 tot 10 gew.% betrokken op het poedermengsel. Met de werkwijze volgens de uitvinding wordt een 35 reparatiemassa verkregen die een zeer lage porositeit heeft. Bovendien heeft de reparatiemassa een goede slakcorrosiebestendigheid. Het is gebleken dat de werkwijze volgens de uitvinding met name goed kan worden toegepast bij de reparatie van vuurvaste voeringen die gebruikt worden in gietpannen voor gesmolten staal.In order to achieve the aforementioned objects, the invention provides a method as mentioned in the preamble and which is characterized in that the silicon carbide particles are present in an amount of 1 to 10% by weight based on the powder mixture. With the method according to the invention a repair mass is obtained which has a very low porosity. In addition, the repair mass has good slag corrosion resistance. It has been found that the method according to the invention can be used particularly well in the repair of refractory linings used in molten steel ladles.

De bovengenoemde Europese en Britse octrooiaanvragen noemen nergens de mogelijkheid van het 40 verkrijgen van een reparatiemassa met een zeer lage porositeit. Een lage porositeit is in de techniek zeer belangrijk, aangezien dit de fysische eigenschappen van de reparatiemassa en derhalve de levensduur ervan, in grote mate beïnvloedt.The aforementioned European and British patent applications nowhere mention the possibility of obtaining a repair mass with a very low porosity. A low porosity is very important in the art, since it greatly influences the physical properties of the repair mass and therefore its service life.

Aangezien siliciumcarbide een inert materiaal bij de reparatiewerkwijze volgens de uitvinding is, dat bovendien niet wordt bevochtigd door de vloeibare fase van de aanwezige materialen, zou kunnen worden 45 verwacht dat siliciumcarbide zonder verdere toevoegingen niet zou kunnen bijdragen aan het verkrijgen van een compacte reparatiemassa. Vanwege de slechte bevochtigbaarheid zou eerder worden verwacht dat, zonder verdere toevoegingen, siliciumcarbide juist een verslechterende invloed op de porositeit zou hebben. Het verkregen resultaat is derhalve zeer verrassend.Since silicon carbide is an inert material in the repair method according to the invention, which is moreover not wetted by the liquid phase of the materials present, it could be expected that silicon carbide could not contribute to obtaining a compact repair mass without further additions. Because of the poor wettability, it would rather be expected that, without further additions, silicon carbide would actually have a deteriorating influence on the porosity. The result obtained is therefore very surprising.

De reparatiebewerking wordt in het algemeen uitgevoerd wanneer het vuurvaste lichaam heet is. Dit 50 maakt het mogelijk geërodeerde vuurvaste lichamen te repareren, terwijl de inrichting praktisch op zijn werktemperatuur blijft.The repair operation is generally carried out when the refractory body is hot. This 50 makes it possible to repair eroded refractory bodies, while the device remains practically at its operating temperature.

De verhoogde temperatuur kan boven 600°C zijn, gemeten aan het oppervlak van het te repareren vuurvaste lichaam. Bij deze temperatuur zullen de brandstofdeeltjes in aanwezigheid van zuurstof verbranden om een vuurvast oxide vrij te geven en voldoende warmte te ontwikkelen teneinde te bewerkstelligen, 55 dat de oxidedeeltjes tezamen met het verbrandingsproduct van de brandstof, worden omgevormd in de vuurvaste reparatiemassa, die de reparatie teweegbrengt.The elevated temperature can be above 600 ° C, measured at the surface of the refractory body to be repaired. At this temperature, the fuel particles will burn in the presence of oxygen to release a refractory oxide and generate sufficient heat to cause the oxide particles, together with the combustion product of the fuel, to be transformed into the refractory repair mass causing the repair. .

Volgens een tweede aspect verschaft de uitvinding een poedermengsel als in de aanhef genoemd, welke ί* 195079 2 wordt gekenmerkt doordat de siliciumcarbidedeeltjes aanwezig zijn in een hoeveelheid van 1 tot 10 gew.% 1 betrokken op het poedermengsel.According to a second aspect, the invention provides a powder mixture as mentioned in the preamble, which is characterized in that the silicon carbide particles are present in an amount of 1 to 10% by weight based on the powder mixture.

Bij voorkeur hebben de vuurvaste deeltjes in het poedermengsel, met daarin siliciumcarbidedeeltjes, een deeltjesgrootte van ten minste 10 pm. Indien deeltjes worden gebruikt, die te klein zijn, bestaat er het risico, 5 dat zij verloren zullen raken tijdens de reactie.Preferably, the refractory particles in the powder mixture, containing silicon carbide particles, have a particle size of at least 10 µm. If particles that are too small are used, there is a risk that they will be lost during the reaction.

Een geschikte werkwijze voor het aanbrengen van poedermengsel op een oppervlak van het te repareren vuurvaste lichaam is het opspuiten van poedermengsel tezamen met een zuurstofhoudend gas. In het algemeen verdient het aanbeveling het opspuiten van deeltjes uit te voeren in aanwezigheid van een hoge concentratie zuurstof, bijvoorbeeld onder gebruikmaking van een zuurstof van commerciële kwaliteit 10 als een gasdrager. Op die wijze wordt gemakkelijk een reparatiemassa gevormd, die hecht aan het oppervlak, waartegen de deeltjes worden opgespoten. Ten gevolge van de zeer hoge temperaturen die de keramische lasreactie kan bereiken kan slak penetreren dat op het oppervlak van het te behandelen ‘ vuurvaste lichaam aanwezig kan zijn, waardoor het oppervlak op zodanige wijze zacht kan worden of smelten, dat een goede binding wordt verkregen tussen het behandelde oppervlak en de vers gevormde 15 vuurvaste reparatiemassa.A suitable method for applying powder mixture to a surface of the refractory body to be repaired is to spray powder mixture together with an oxygen-containing gas. In general, it is recommended to perform particle spraying in the presence of a high concentration of oxygen, for example using a commercial grade oxygen as a gas carrier. In this way a repair mass is easily formed which adheres to the surface against which the particles are sprayed. As a result of the very high temperatures that the ceramic welding reaction can reach, slag can penetrate on the surface of the refractory body to be treated, whereby the surface can become soft or melt in such a way that a good bond is obtained between the treated surface and the freshly formed refractory repair mass.

Dit proces wordt met voordeel uitgevoerd onder toepassing van een lans. Een geschikte lans voor toepassing in een werkwijze volgens de uitvinding omvat één of meer uitlaten voor het afstaan van de poederstroom eventueel tezamen met één of meer uitlaten voor extra gas. In geval van reparaties, die worden uitgevoerd in een hete omgeving kunnen de gasstromen worden afgegeven uit een lans, die wordt 20 gekoeld door het circuleren daarin van een vloeistof. Een dergelijke koeling kan gemakkelijk worden bereikt door het voorzien van een lans met een watermantel. Dergelijke lansen zijn geschikt voor het spuiten van poeder bij snelheden van 30 tot 500 kg/uur.This process is advantageously carried out using a lance. A suitable lance for use in a method according to the invention comprises one or more outlets for releasing the powder flow, optionally together with one or more outlets for additional gas. In the case of repairs carried out in a hot environment, the gas streams can be dispensed from a lance, which is cooled by circulating a liquid therein. Such cooling can easily be achieved by providing a lance with a water jacket. Such lances are suitable for spraying powder at speeds of 30 to 500 kg / hour.

Teneinde de vorming van een regelmatige poederstraal te vergemakkelijken bevatten de vuurvaste deeltjes bij voorkeur praktisch geen deeltjes met een grootte van meer dan 4 mm en bij voorkeur niet meer 25 dan 2,5 mm.In order to facilitate the formation of a regular powder jet, the refractory particles preferably contain substantially no particles with a size of more than 4 mm and preferably no more than 2.5 mm.

De uitvinding is bijzonder geschikt voor de reparatie of het onderhoud van gietpannen voor gesmolten staal, omdat deze snel kan worden uitgevoerd, bij hoge temperatuur, tussen gietpanbelastingen, terwijl de vuurvaste lichamen, die deel uitmaken van dergelijke gietpannen, in het bijzonder worden aangetast door contact met gesmolten metaal en slak. Het gebied, dat de grootste reparatie vereist neigt ertoe de lijn van 30 het vloeistofoppervlak te zijn.The invention is particularly suitable for the repair or maintenance of ladles for molten steel, because it can be carried out quickly, at high temperature, between ladle loads, while the refractory bodies forming part of such ladles are particularly affected by contact with molten metal and slag. The area that requires the greatest repair tends to be the line of the liquid surface.

De uitvinding zal nader worden beschreven aan de hand van de volgende niet-beperkende voorbeelden.The invention will be further described with reference to the following non-limiting examples.

VOORBEELD IEXAMPLE I

Een vuurvaste reparatiemassa wordt gevormd op een wand van de op magnesiumoxide gebaseerde 35 voering van een gietpan voor gesmolten staal. Een mengsel van vuurvaste deeltjes en deeltjes van een brandstof worden opgespoten tegen deze stenen. De temperatuur van de wand is ca. 850°C. Het mengsel wordt opgespoten bij een snelheid van 150 kg/u in een stroom van zuivere zuurstof. Het mengsel heeft de volgende samenstelling:A refractory repair mass is formed on a wall of the magnesium oxide-based liner of a molten steel ladle. A mixture of refractory particles and particles from a fuel are sprayed against these stones. The temperature of the wall is approx. 850 ° C. The mixture is sprayed at a speed of 150 kg / h in a stream of pure oxygen. The mixture has the following composition:

MgO 87 gew.% 40 SiC 5 gew.%MgO 87% by weight 40 SiC 5% by weight

Si 4 gew.%Si 4 wt%

Al 4 gew.%Already 4% by weight

De MgO-deeltjes hebben een maximale afmeting van ca. 2 mm. De siliciumcarbidedeeltjes hebben een deeltjesgrootte van 125 pm met een gemiddelde afmeting van 57 pm. De siliciumdeeltjes en de aluminium-45 deeltjes hebben een maximale afmeting beneden 45 pm.The MgO particles have a maximum size of approximately 2 mm. The silicon carbide particles have a particle size of 125 µm with an average size of 57 µm. The silicon particles and the aluminum-45 particles have a maximum size below 45 µm.

VOORBEELD IA (Vergelijking)EXAMPLE IA (Comparison)

Bij wijze van vergelijking wordt dezelfde reparatie uitgevoerd op dezelfde wijze als in voorbeeld I beschreven, echter onder gebruikmaking van een poedermengsel van de volgende samenstelling: 50 MgO 92 gew.%By way of comparison, the same repair is carried out in the same manner as described in Example I, but using a powder mixture of the following composition: 50 MgO 92 wt%

Si 4 gew.% A1 4 gew.%Si 4 wt% A1 4 wt%

De schijnbare dichtheid en poreusheid (dat wil zeggen open poreusheid) van de vuurvaste reparatie-massa’s, gevormd in voorbeelden I en IA werden gemeten en de resultaten waren als volgt: 3 195079 4The apparent density and porosity (i.e., open porosity) of the refractory repair masses formed in Examples I and IA were measured and the results were as follows: 3 195079 4

DichtheidDensity

Voorbeeld nr. kg/dm3 Poreusheid (%) 5 I 2,9 ca. 8% IA 2-2,4 ca. 20%Example No. kg / dm3 Porosity (%) 5 I 2.9 ca. 8% IA 2-2.4 ca. 20%

In een variant van voorbeeld I kan een aluminiumoxide bevattende vuurvaste massa worden gerepareerd op dezelfde wijze, waarbij echter de magnesiumoxidedeeltjes in het poedermengsel worden vervangen door dezelfde hoeveelheid aluminiumoxidedeeltjes met dezelfde granulometrie.In a variant of Example I, an alumina-containing refractory mass can be repaired in the same manner, but the magnesium oxide particles in the powder mixture are replaced by the same amount of alumina particles with the same granulometry.

10 VOORBEELDEN /Ml/10 EXAMPLES / Ml /

Vuurvaste reparatiemassa’s worden gevormd op een wand van de op magnesiumoxide gebaseerde voering van een gietpan voor gesmolten staal. Mengsels van vuurvaste deeltjes en deeltjes van een 15 brandstof worden opgespoten tegen deze stenen. De temperatuur van de wand is ongeveer 850°C. De mengsels worden opgespoten bij een snelheid van 60 kg/u in een stroom van zuivere zuurstof. De mengsels hadden de volgende samenstellingen (per gewicht):Refractory repair masses are formed on a wall of the magnesium oxide-based liner of a molten steel ladle. Mixtures of refractory particles and particles of a fuel are sprayed against these stones. The temperature of the wall is approximately 850 ° C. The mixtures are sprayed at a speed of 60 kg / h in a stream of pure oxygen. The mixtures had the following compositions (by weight):

Voorbeeld nr. II III IVExample No. II III IV

20 --20 -

Si 4% 4% 4%Si 4% 4% 4%

Al 4% 4% 4%Already 4% 4% 4%

SiC 2% 5% 10%SiC 2% 5% 10%

MgO 90% 87% 82% 25 De MgO-deeltjes hebben een maximale afmeting van ca. 2 mm, De siliciumcarbidedeeltjes hebben een deeltjesgrootte van 125 pm met een gemiddelde afmeting van 57 pm. De siliciumdeeltjes en de aluminium· deeltjes hebben een maximum afmeting van beneden 45 pm.MgO 90% 87% 82% The MgO particles have a maximum size of approximately 2 mm. The silicon carbide particles have a particle size of 125 µm with an average size of 57 µm. The silicon particles and the aluminum particles have a maximum dimension of less than 45 µm.

De schijnbare dichtheid en poreusheid (dat wel zeggen openporeusheid) van de vuurvaste reparatiemassa’s, gevormd in voorbeelden II tot IV, werden gemeten en de resultaten waren als volgt: 30The apparent density and porosity (i.e., open porosity) of the refractory repair masses formed in Examples II to IV were measured and the results were as follows:

DichtheidDensity

Voorbeeld nr. kg/dm3 Poreusheid (%) II 2,6 14% 35 lil 2,7 10% IV 2,9 8%Example No. kg / dm3 Porosity (%) II 2.6 14% 35 ll 2.7 10% IV 2.9 8%

VOORBEELD VEXAMPLE V

Een keramisch laspoeder heeft de volgende samenstelling (gew.%): 40 Aluminiumoxide 87%A ceramic welding powder has the following composition (% by weight): 40 Aluminum oxide 87%

Siliciumcarbide 5%Silicon carbide 5%

Aluminium 6%Aluminum 6%

Magnesium 2%Magnesium 2%

Het gebruikte alumimiumoxide was een elektro-gegoten aluminiumoxide. Het aluminiumoxide had een 45 nominale maximale korrelgrootte van 700 pm terwijl het siliciumcarbide dezelfde granulometrie had als in voorbeeld I hierboven gegeven, de aluminiumdeeltjes hadden een maximale afmeting beneden 45 pm en de magnesiumdeeltjes een maximale afmeting van 75 pm.The aluminum oxide used was an electro-cast aluminum oxide. The aluminum oxide had a 45 nominal maximum grain size of 700 µm while the silicon carbide had the same granulometry as given in Example 1 above, the aluminum particles had a maximum size below 45 µm and the magnesium particles a maximum size of 75 µm.

Het bovengenoemde poedermengsel kan worden gebruikt zoals in voorbeeld I beschreven voor het repareren van een Corhart (handelsmerk) Zac vuurvast blok (samenstelling: aluminiumoxide/zirkoon/ 50 zirkoonoxide) in een glassmelttankoven beneden het werkoppervlakniveau van de smelt na een gedeeltelijk aftappen van de tank teneinde toegang te geven tot de reparatïeplek.The above powder mixture can be used as described in Example I for repairing a Corhart (Trade Mark) Zac refractory block (composition: alumina / zirconium / 50 zirconium oxide) in a glass melting tank oven below the working surface level of the melt after a partial draining of the tank in order to give access to the repair site.