NO172153B

NO172153B - Ildfast beleggsammensetning i form av en smet- eller sproeytemasse for beskyttelse av foringer i metallurgiske smelteovner, tappe- og stoepeoeser, renner og tappetuter

Info

Publication number: NO172153B
Application number: NO895249A
Authority: NO
Inventors: Leif Steindal
Original assignee: Icelandic Alloys Ltd
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1993-03-01
Also published as: EP0434421A2; DE69012299D1; ATE111067T1; NO172153C; NO895249D0; EP0434421B1; EP0434421A3; DE69012299T2; NO895249L

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et ildfast lag for å beskytte foringsmaterialer i metallurgiske ovner, metallurgiske tappe- og støpeøser, renner og tappetuter.

Foringene i ovner, øser, renner og tappetuter som blir benyttet for smeltet metall slik som ferrolegeringer og stål og for mineralsmelter, er vanligvis beskyttet mot smeiten ved at det på foringsmaterialet anbringes et lag av ildfast materiale. For tappe- og støpeøser er dette laget vanligvis en tykkelse av 3 - 5 cm på veggene og ca. 10 cm i bunnen av øsene og påføres i form av en slurry. Når øsene er i bruk vil et lag av fast metall og slagg, også kalt skoller, langsomt akkumuleres på øsens innside. Kapasiteten av øsene blir derved langsomt redusert og til slutt må øsene renses. Det faste laget av akkumulert slagg og metall blir vanligvis fjernet ved hjelp av en hydraulisk hammer. Under denne renseprosessen blir av og til selve foringen skadet. Foringen må derfor repareres eller helt fornyes før et nytt lag av ildfast beskyttende materiale kan påføres.

Det er først og fremst to årsaker til at øseforingen blir skadet. For det første kan det beskyttende laget ødelegges under bruk slik at metall og slagg får anledning til å feste seg direkte til foringen. Resultatet av dette er at store deler av foringen kan brytes løs under renseprosessen. For det andre kan det beskyttende ildfaste laget sitte godt fast i foringen slik at adskillelse av det ildfaste lag fra foringen ved hjelp av den hydrauliske hammer blir vanskeliggjort.

Den ovenfor beskrevne ofte forekommende skade på foringen i øser fører til høye vedlikeholdskostnader ettersom foringen må fornyes ofte. Det samme er tilfelle for renner og tappetuter.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å fremskaffe et ildfast beskyttelseslag for foringer i ovner, øser, renner og tappetuter som er i kontakt med smeltede metaller, så som ferrolegeringer og stål, hvilket ildfast lag er meget motstandsdyktig mot angrep fra smeltede metaller og mot mineralsmelter, men som er lett å fjerne fra foringsmaterialet. Det ildfaste beskyttelseslaget kan også anvendes direkte på stålveggene i ovner og øser.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således en ildfast beleggsammensetning i form av en smet- eller sprøytemasse for beskyttelse av foringer i ovner, øser, renner og tappetuter som anvendes for smeltet metall og oppfinnelsen er kjennetegnet ved at belegget består av 50 - 90 vekt % av et fyllmateriale med en partikkelstørrelse mellom 0 - 10 mm, hvilket fyllmateriale er valgt blant kvartsitt, olivin, aluminiumoksid, silisiumkarbid, kromitt, magnesitt og chamotte, 5-30 vekt % av en silisiumkilde med en partikkelstørrelse mindre enn 1 mm, hvilken silisiumkilde er valgt blant ferrosilisium, silisium og silikomangan, 3-10 vékt % av et fast eller flytende karbonholdig materiale, 1-15 vekt % av et bindemiddel valgt blant sementbaserte uorganiske bindemidler eller harpiks- og tjærebaserte bindemidler, samt 0-5 vekt % microsilica og eventuelt et plastifiserende middel og at belegget når det kommer i kontakt med smeltet metall eller mineralsmelter gjennomgår en metamorfose som gjør overflaten av belegget som vender mot smeltet metall eller mineralsmelte hard og motstandsdyktig mot høye tempeaturer, mens den side av belegget som vender mot foringen blir sprø.

Det uorganiske eller organiske bindemiddelet som anvendes i det ildfaste belegget skal gi en tilstrekkelig bindeeffekt ved en relativ lav temperatur til å gi det ildfaste belegg en tilstrekkelig styrke før det kommer i kontakt med smeltet metall. Sement-baserte bindemidler slik som aluminatsement og portlandsement er eksempler på uorganiske bindemidler som kan benyttes. Som organisk bindemidler kan det anvendes resinbaserte bindemidler og tjære-rike bindemidler. Det er spesielt foretrukket å benytte aluminatsement som bindemiddel.

Microsilica som benyttes i den ildfaste sammensetning i henhold til den foreliggende oppfinnelse består av ekstremt små sfæriske, amorfe partikler som inneholder minst 85 vekt % Si02- Den spesifikke overflaten er mellom 15 og 30 m<2>/g og partiklene har en diameter mellom 0,1 og 0,2 |im. Microsilicaen utvinnes fra avgasser fra elektriske smelteovner for fremstilling av silisium og ferrosilisium, men kan også fremstilles ved reduksjon av Si02 til SiO-gass og reoksidasjon av SiO i luft

Herdeakseleratorer for lav temperatur-bindemidler samt plastifiserende midler kan tilsettes til den ildfaste sammensetningen hvis nødvendig.

Fortrinnsvis inneholder den ildfaste beleggsammensetning 55 - 75 vekt % kvarts eller olivin med en partikkelstørrelse mindre enn 6 mm, 10 - 25 vekt % ferrosilisium eller silisium med en partikkelstørrelse mindre enn 0,5 mm, 5-10 vekt % karbon med en partikkelstørrelse mindre enn 0,5 mm, 2-8 vekt % aluminatsement, 0 -1,5 % portland sement som herdeakselerator, 2 - 5 vekt % microsilica og 0,2 - 0,5 % bentonitt eller leire som plastifiserende middel.

Den ildfaste beleggsammensetning i henhold til den foreliggende oppfinnelse påføres i form av en slurry av bestanddelene og vann og sprøytes eller smøres på foringen som skal beskyttes. For øser er tykkelsen av det beskyttende laget fortrinnsvis 3 - 5 cm på veggene og 10 - 15 cm i bunnen. Når sementbasert bindemiddel benyttes, herder belegget ved romtemperatur, og da øser som er blitt påført belegg forvarmes før de tas i bruk, vil alt gjenværende vann i det herdede belegget fjernes før metall tappes i øsen. Når et organisk resinbasert bindemiddel benyttes, må belegget oppvarmes til herdetemepraturen for bindemiddelet for å oppnå nødvendig styrke.

Når det ildfaste belegg påføres på foringer i øser hvor foringen fortsatt er relativ varm, kan resinbaserte bindemidler med fordel benyttes i stedet for sementbaserte bindemidler, da resinbaserte bindemidler normalt trenger en temperatur over romtemperatur for å herde og gi en tilfredsstillende styrke til det ildfaste belegget før belegget kommer i kontakt med smeltet metall.

Når øser med en ildfast beleggsammensetning i henhold til den foreliggende oppfinnelse fylles med metall vil den del av belegget som vender mot metallet oppvarmes til metalltemperaturen for ferrolegeringer og stål, som vanligvis er over 1500°C. Ved denne temperaturen vil karbon og de silisiuminneholdende partiklene i belegget reagere og danne en meget sterk matrix med innleirede partikler av det inerte fyllmaterialet. Denne strukturen er meget motstandsdyktig mot ferrolegeringer og stål og sikrer at det smeltede metall og legeringer ikke vil trenge gjennom belegget og angripe foringen.

Temperaturen i det ildfaste belegget vil, på grunn av varmetap, avta fra grensflaten mellom metall i øsen og belegget og utover gjennom belegget Således vil temperaturen på grenseflaten mellom foringen og belegget være vesentlig lavere enn temperaturen på grenseflaten mellom metall og belegg. Ved denne lavere temperaturen i grenseflaten mellom foring og ildfast belegg vil reaksjonen mellom karbon og silisium ikke finne sted og det ildfaste belegg nærmest foringen vil derfor forbli sprø. Videre vil volatiler som utvikles fra karbonmaterialet bli oppfanget og gjøre materialet mer porøst i det indre lag, mens de kan unnslippe gjennom metallbadet fra det ytre lag. Det oppnås derved et ildfast belegg som er meget sterkt og tett nærmest metallet og som er sprøtt nærmest karbonforingen. Strukturen av det ildfaste belegget vil forbli som angitt ovenfor uansett antallet av tappinger i øsen.

Når øsen må renses på grunn av oppbygging av skoller, kan belegget lett fjernes når det meisles med en hydraulisk hammer nær grenseflaten mellom foringen og belegget Kun et lett anslag vil bryte belegget fra foringen. På denne måten kan det ildfaste belegg og skollene fjernes meget effektivt og uten å skade foringen. Så snart det ildfaste belegg og skollene er fjernet kan et nytt lag av ildfast belegg påføres uten at det er nødvendig å reparere foringen.

Det er videre blitt funnet at det i øser hvor det ildfaste belegget i henhold til den foreliggende oppfinnelse benyttes, vil akkumuleringen av skoller bli redusert på grunn av forbedrede isolasjonsegenskaper at den mer porøse del av det beskyttende belegget.

Den foreliggende oppfinnelse vil i det følgende bli nærmere beskrevet i forbindelse med tegningene, hvor,

Figur 1 viser et vertikalt snitt gjennom en øse for ferrosilisium hvilken øse er ustyrt med en karbonforing, Figur 2 viser et diagram over temperaturgradienten gjennom øsen i figur 1, og hvor Figur 3 viser et vertikalt snitt gjennom en øse for ferrosilisium hvor den ildfaste beleggsammensetning er vist etter metamorfose.

På figur 1 er det vist en øse for ferrosilisium omfattende et ytre stålskall 1. På innsiden av stålskallet 1 er det anbragt et 6 mm tykt skikt av et isolerende materiale 2 og et støpt ildfast lag 3. På det ildfaste laget 3 er det anbragt en karbonforing 4 med en tykkelse av ca 250 mm. På innsiden av karbonforingen er det påført et ildfast beskyttelseslag 5 i henhold til forleiggende oppfinnelse med en tykkelse av ca 40 mm på veggene og ca 100 mm i bunnen.

EKSEMPEL 1

Det ble fremstilt en sammensetning for ildfast belegg i henhold til foreliggende oppfinnelse bestående av følgende bestanddeler:

Bestanddelene ble blandet med vann til en slurry og påført på en karbonforing i en øse ved påstrykning. Belegget fikk tid til å herde hvoretter det ble oppvarmet ved bruk av en oljebrenner. Øsen med det ildfaste belegget ble benyttet for tapping av ferrosilisium og temperaturprofilen gjennom veggen i øsen inneholdende metall ble bestemt. Denne temperaturprofilen er vist i figur 2.

Som det fremgår av figur 2 faller temperaturen gjennom det ildfaste belegget fra ca 1600°C på grenseflaten mellom metall og belegg til ca 1130°C på grenseflaten mellom karbonforingen og belegget I den delen av belegget som nådde en temperatur av over 1450°C og som var utsatt for trykket av det smeltede ferrosilisium, reagerte karbon og silisium og dannet en hard matriks som er meget motstandsdyktig mot smeltet ferrosilisium. Den del av belegget som er nærmest karbonforingen beholdt en sprø struktur da karbon og silisiumpartiklene ikke reagerer ved denne lavere temperatur. Den karakteristiske struktur av det reagerte ildfaste belegget er vist på figur 3. På figur 3 er karbonforingen vist med henvisningstall 10. Vendt mot karbonforingen 10 er en første del 11 av det ildfaste belegget som har en porøs og sprø struktur. Nærmest metallet er den en andre del 12 av det ildfaste belegget bestående av en hard og tett matriks.

Når skollene hadde akkumulert i øsen ble øsen tatt ut for fjerning av skollene og det ildfaste belegget. Belegget og skollene ble lett fjernet ved hjelp av en svak mekanisk påvirkning på det ildfaste belegg og det ble ikke funnet noen skader på karbonforingen.

Erfaring har vist at levetiden av karbonforinger som er påført det ildfaste belegget i henhold til foreliggende oppfinnelse har øket med en faktor på 3 sammenlignet med levetiden for karbonforinger påførte kjente beskyttelseslag. Foringskostnadene reduseres således vesentlig ved anvendelse av det ildfaste beskyttelseslag i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

EKSEMPEL 2

Det ble fremstilt en ildfast beleggsammensetning bestående av de følgende bestanddeler:

Bestanddelene ble blandet med vann til en slurry og påført karbonforingen i en øse for ferrosilisium ved påstrykning. Belegget fikk herde hvoretter det ble oppvarmet ved hjelp av en oljebrenner. Øsen med det ildfaste belegget ble brukt til tapping av ferrosilisium. Etter ca. 40 tappinger ble akkumulerte skoller og ildfast belegg lett fjernet med en hydraulisk hammer. Det ildfaste belegget viste samme struktur som i figur 3 med en sprø del vendende mot karbonforingen og en hard tett struktur vendende mot metallet.

EKSEMPEL 3

Det ble fremstilt en beleggsammensetning i henhold til foreliggende oppfinnelse med den følgende sammensetning i vekt %:

Bestanddelene ble blandet godt og vann ble tilsatt. Den ildfaste beleggsammensetningen ble påsprøytet foringen i en øse for silikomangan. Øsen var foret med ildfast stein på veggene og i bunnen og med en ildfast støpemasse rundt tappetuten. Blandingen ble sprøytet på foringen umiddelbart etter at den varme øsen var blitt renset for skoller. Varmen fra øsen var tilstrekkelig til å starte den hydrauliske binding av belegget og til å tørke belegget. Øsen ble tatt i bruk kort tid etter prepareringen. Det ildfaste belegget i henhold til foreliggende oppfinnelse gav en meget god beskyttelse av øseforingen og økte foringens levetid betraktelig.

EKSEMPEL 4

Dette eksempelet vedrører en ildfast beleggsammensetning med et organisk bindemiddel av resin type. En ildfast beleggsammensetning omfattende de følgende bestanddeler i vekt % ble fremstilt:

Bestanddelene ble blandet og blandingen ble lagret i plastsekker i fire uker før bruk. Materialet ble så benyttet for å belegge foringen i en ferrosilisiumøse. Blandingen ble anbragt i bunnen av en kald øse og kompaktert med en hydraulisk hammer. På lignende måte ble den påført på veggene. Etter oppvarming av øsen med en øsevarmer til en temperatur over herdetemperaturen for bindemiddelet ble øsen tatt i bruk. Belegget ga gode resultater i samsvar med det som er beskrevet i de foranstående eksempler.

EKSEMPEL 5

Dette eksempelet vedrører bruk av den ildfaste beleggsammensetning i henhold til foreliggende oppfinnelse direkte på oljekjølte stålpaneler som utgjør veggene i en elektrisk smelteovn for smelting av mineralull. Den ildfaste beleggsammensetning bestod av de følgende ingredienser i vekt %:

Bestanddelene ble godt blandet og vann tilsatt til korrekt konsistens. Blandingen ble så fylt i en stålform forbundet med stålpanelene og kompaktert ved hjelp av en vibrator. Ved bruk motstod belegget mineralsmelten og økte energieffektiviteten av ovnen på grunn av beleggets isolerende effekt.

EKSEMPEL 6

Dette eksempelet vedrører bruk av den ildfaste beleggsammensetning i henhold til den foreliggende oppfinnelse for beskyttelse av foringen i en liten induksjonsovn for smelting av jernskrap. Den ildfaste beleggsammensetning bestod av de følgende bestanddeler i vekt %:

Bestanddelene ble blandet med vann for å danne en tykk slurry. Slurryen ble så påstrøket på den ildfaste foring i ovnen til et lag med 5 cm tykkelse. Denne beskyttelse av den ildfaste foring økte dens levetid fra 12 til 14 måneder.

Den samme blanding ble benyttet på en renne i en øse for smeltet støpejern. Det ble her oppnådd samme grad beskyttelse.

Claims

1. Ildfast beleggsammensetning i form av en smet- eller sprøytemasse for beskyttelse av foringer i ovner, øser, renner og tappetuter som anvendes for smeltede metaller og mineralsmelter, karakterisert ved at belegget (5) består av 50 - 90 vekt % av et fyllmateriale med en partikkelstørrelse mellom 0-10 mm, hvilket fyllmateriale er valgt blant kvartsitt, olivin, aluminiumoksid, silisiumkarbid, kromitt, magnesitt og chamotte, 5-30 vekt % av en silisiumkilde med en partikkelstørrelse mindre enn 1 mm, hvilken silisiumkilde er valgt blant ferrosilisium, silisium og silikomangan, 3-10 vekt % av et fast eller flytende karbonholdig materiale, 1-15 vekt % av et bindemiddel valgt blant sementbaserte uorganiske bindemidler eller harpiks-og tjærebaserte bindemidler, samt 0-5 vekt % microsilica og eventuelt et plastifiserende middel og at belegget når det kommer i kontakt med smeltet metall eller mineralsmelter gjennomgår en metamorfose som gjør overflaten (12) av belegget som vender mot smeltet metall eller mineralsmelte hard og motstandsdyktig mot høye temperaturer, mens den side (11) av belegget som vender mot foringen (10) blir sprø.

2. Ildfast beleggsammensetning i henhold til krav 1, karakterisert ved at beleggsammensetningen inneholder i vekt %, 55 - 75 % kvarts eller olivin med en partikkelstørrelse mindre enn 6 mm, 10 - 25 % ferrosilisium eller silisium med en partikkelstørrelse mindre enn 0,5 mm, 5 - 10 % karbon med en partikkelstørrelse mindre enn 0,5 mm, 2 - 8 % aluminatsement, 0 - 1,5 % Portland sement som herdeakselerator, 2 - 5 % microsilica og 0,2 - 0,5 % bentonitt eller leire som plastifiserende middel.

3. Ildfast beleggsammensetning i henhold til krav 1, karakterisert ved at det organiske bindemiddel er en fenolharpiks.