PL153448B1

PL153448B1 - A method of refractory mix forming

Info

Publication number: PL153448B1
Application number: PL1987265714A
Authority: PL
Priority date: 1986-05-16
Filing date: 1987-05-15
Publication date: 1991-04-30
Also published as: GB8711500D0; LU86431A1; SE8702006L; KR940005092B1; US4988647A; FI84595C; AU589768B2; IT8767363A0; AT393500B; BE1002069A4; MX168589B; GB2190671A; ZA873069B; US4818574A; AR244185A1; CA1305573C; FI871822A7; BR8702685A; PL153486B1; TR25415A

Description

RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 153 448 POLSKA

URZĄD

PATENTOWY

RP

Patent dodatkowy do patentu nr--Int. Cl.⁵ F27D 1/16

Zgłoszono: 87 05 15 (P. 265714)

Pierwszeństwo: 86 05 16 Luksemburg ^^£1014 ittin

Zgłoszenie ogłoszono: 88 07 21

Opis patentowy opublikowano: 1991 09 30

Twórcy wynalazku: Leon P. Mottet, Pierre Robyn, Pierre Laroche

Uprawniony z patentu: Glaverbel,

Bruksela (Belgia)

Sposób formowania masy ogniotrwałej

Przedmiotem wynalazku jet sposób formowania masy ogniotrwałej spoistej na powierzchni, przez natryskiwanie na tę powierzchnię, wraz z tlenem, mieszaniny cząstek ogniotrwałych i paliwa, które reaguje egzotermicznie z natryskiwanym tlenem wydzielając ciepło potrzebne do stopienia przynajmniej powierzchni cząstek ogniotrwałych, tworząc w ten sposób masę ogniotrwałą.

Znany jest sposób formowania masy ogniotrwałej czasami nazywany spawaniem ceramicznym, przedstawiony w brytyjskim opisie patentowym nr 1330894 i brytyjskim zgłoszeniu patentowym nr 8 502 008, w którym spoistą masę ogniotrwałą na powierzchni tworzy się, natryskując na tę powierzchnię mieszaninę cząsteczek ogniotrwałych i cząstek palnych. Cząstki palne są cząstkami, których skład i uziarnienie są tak dobrane, aby reagowały w sposób egzotermiczny z tlenem, tworząc ogniotrwały tlenek i wydzielając ciepło potrzebne do stopienia przynajmniej powierzchniowego natryskiwanych cząstek ogniotrwałych. Przykładami takich palnych cząstek są glin i krzem. Ponieważ krzem zachowuje się jak niektóre metale, gdyż podlega silnie egzotermicznemu utlenianiu, tworząc ogniodporny tlenek, chociaż prawidłowo powinien być uważany za semi-metal, dogodnie jest uważać te cząsteczki paliwa za metaliczne. Na ogół zaleca się wykonywanie natrysku cząstek w obecności wysokich stężeń tlenu, na przykład przy użyciu tlenu technicznego jako nośnika gazowego. W ten sposób można formować masę przylegającą do powierzchni, na którą są natryskiwane cząsteczki. Z uwagi na bardzo wysokie temperatury w płomieniu spawania ceramicznego, płomień wykazuje tendencję do wnikania do jakiejkolwiek szlaki, któraby mogła znajdować się na traktowanej powierzchni ogniotrwałej i zmiękczyć lub stopić tą powierzchnię, tworząc w ten sposób dobre połączenie między traktowaną powierzchnią a formowaną na nowo masą ogniotrwałą.

Takie zanane sposoby spawania ceramicznego mogą być stosowane do formowania elementów ogniotrwałych, na przykład bloków o specjalnym kształcie, ale najczęściej stosuje się je do formowania pokryć lub do napraw ogniotrwałych bloków lub ścian i są one szczególnie przydatne do napraw lub wzmacniania istniejących struktur ogniotrwałych, na przykład do napraw ścian lub i 'budowy ścian w piecach do stapiania masy szklanej, w piecach koksowniczych lub wyposażenia

153 448 ogniotrwałego, stosowanego w przemyśle metalurgicznym. Zazwyczaj operację taką przeprowadza się, gdy podłoże ogniotrwałe jest gorące, a w niektórych przypadkach możliwe jest nawet przeprowadzenie napraw bez przerywania normalnej pracy wyposażenia.

Dla skutecznej pracy w takich procesach ceramicznych spawania wymagane jest szybkie i całkowite wydzielenie ciepła z reakcji między cząsteczkami paliwa z tlenem. Innymi słowy, pożądane jest całkowite spalanie wszystkich cząsteczek paliwa, zanim osiągną one spryskiwaną powierzchnię. Również wysoki koszt odpowiednich cząstek metalicznego paliwa będzie zachęcać spawacza do uzyskiwania maksymalnej wydajności, to znaczy do takiej pracy, aby spalanie paliwa było możliwie najwyższe, i nie pozostawało nie spalnoe paliwo zaokludowane w formowanej masie ogniotrwałej.

Znany jest też sposób formowania masy ogniotrwałej in situ na powierzchni, czasami nazywany rozpylaniem płomieniowym. Sposób taki polega na kierowaniu płomienia na miejsce, gdzie pożądane jest utworzenie masy ogniotrwałej i natryskiwanie ogniotrwałego proszku poprzez płomień. Płomień zasilany jest paliwem gazowym lub ciekłym, a czasmi sproszkowanym koksem. Skuteczne prowadzenie operacji takiego sposobu rozpylania płomienia wymaga całkowitego spalania paliwa w celu stworzenia możliwie najbardziej gorącego płomienia dla uzyskania maksymalnej wydajności. Na ogół temperatura płomienia uzyskiwana w procesie rozpylania płomienia nie jest taka wysoka, jak uzyskiwana w technice spalania ceramicznego, co powoduje, że spoistość formowanej masy ogniotrwałej nie jest zbyt duża, a ponieważ połączenie między nową masą ogniotrwałą a powierzchnią podstawy ogniodpornej formowane jest w niższej temperaturze, połączenie może nie być tak pewne. Płomień taki jest znacznie mniej zdolny do penetrowania szlaki, która może być obecna na traktowanej powierzchni ogniotrwałej, od płomienia w proceie spawania ceramicznego.

Opisane sposoby spawania ceramicznego i rozpylania płomieniowego są przydatne do okładania lub naprawy ścian i pokryć składających się z różnych klasycznych materiałów ogniotrwałych, takich jak ogniotrwałe materiały zasadowe, krzemionkowe, krzemowo-glinowe i cyrkonośne.

Ostatnio następuje zwiększone zastosowanie materiałów ogniotrwałych nowego typu, które charakteryzują się wysoką zawartością cząsteczek węgla. Takie węglonośne materiały ogniotrwałe zazwyczaj są oparte na tlenku magnezu lub tlenku glinu i mogą zawierać 5-30% a nawet 35% wagowych węgla. Węglonośne mateiały ogniotrwałe stosowane są w przemysłowych piecach stapiania elektrycznego a także w hutach, w konwertorach i kadziach odlewniczych. Ten rodzaj materiału dobiera się z uwagi na dużą odporność na erozję i korozję przez stopione metale lub szlaki.

Przy nakałdaniu lub ponownym nakładaniu struktury ogniotrwałej może być pożądane tworzenie pokrycia ogniotrwałego o lepszej odporności na erozję i korozję niż na materiał podstawy. Dotyczy to zwłaszcza części struktury ogniotrwałej, która jest szczególnie narażona na działanie stopionego materiału, takich jak rynny spustowe, kadzie odlewnicze. Jednak najczęściej przy naprawach struktury ogniotrwałej korzystne jest formowane masy ogniotrwałej o tym samym składzie co materiał podstawy. Zapewnia to kompatybilność nowego materiału i materiału podstawy, na której ten materiał jest formowany, zarówno co do składu chemicznego jak i charakterystyki rozszerzenia. Jeśli występuje chemiczna lub fizyczna niezgodność między nowym a starym materiałem, połączenie między nimi nie jest dobre, a naprawione miejsce lub nałożone pokrycie złuszcza się. Istnieje więc potrzeba rozwiązania, które umożliwiłoby formowanie spoistej, zwartej (tzn. nieporowatej) masy ogniotrwałej o takim samym lub bardzo podobnym składzie, jak węglonośne materiały ogniotrwałe omówione powyżej, i która dobrze przylegałaby do powierzchni danego materiału ogniotrwałego. '

Przy formowaniu węglonośnej masy ogniotrwałej wydawało się konieczne, że musi ono być dokonane w temperaturze, która nie jest zbyt wysoka lub w warunkach, które nie są lub są słabo utleniające. Zatem odpowiednie wydawałoby się techniki rozpylania płomieniowego opisanego powyżej i rozpylanie mieszaniny koksu i cząsteczek ogniotrwałych w warunkach, w których ilość tlenku jest niewystarczająca do kompletnego spalenia koksu. Alternatywnym sposobem byłoby nakładanie pasty o wymaganym składzie i wypalenie jej na masę. Nieoczekiwanie stwierdzono, że możliwe jest formowanie węglonośnych materiałów ogniotrwałych za pomocą techniki spawania ceramicznego, w której cząsteczki ogniotrwałe i paliwo wtryskuje się w wysoce utleniających warunkach, co daje płomień o bardzo wysokiej temperaturze. Normalnie należałoby oczekiwać, że równoczesna obecność w natryskiwanej mieszaninie cząsteczek węgla i cząsteczek paliwa metali153 448 3 cznego powinna spowodować wczaśniejsze utlenianie i zanikanie cząsteczek węgla z opóźnieniem utleniania cząsteczek paliwa.

Według wynalazku sposób formowania masy ogniotrwałej spoistej na powierzchni, przez natryskiwanie na tę powierzchnię, wraz z tlenem, mieszaniny cząstek ogniotrwałych i paliwa, które reagują egzotermicznie z natryskiwanym tlenem, wydzielają ciepło potrzebne do stopienia przynajmniej powierzchni cząstek ogniotrwałych, tworząc masę ogniotrwałą, polega na tym, że natryskuje się masę, która jako paliwo zawiera miałko rozdrobnione cząsteczki co najmniej jednego pierwiastka, ulegającego utlenieniu, tworząc ogniotrwały tlenek oraz zawiera cząsteczki materiału węglowego o takiej wielkości i składzie, że pozostają one zaokludoane w formowanej masie ogniotrwałej.

Korzystnie według wynalazku jako cząsteczki materiału węglowego stosuje się cząsteczki polimeru. Stosuje się cząsteczki materiału węglowego o przeciętnej wielkości cząstek powyżej 0,5 mm.

W innym przykładzie wykonania wynalazku jako cząsteczki materiału węglowego stosuje się cząsteczki składające się z rdzenia sporządzoengo z materiału węglowego, pokrytego powłoką z materiału inhibitującego utlenianie tego rdzenia.

Natryskiwanie prowadzi się mieszaniną, która zawiera dalsze cząsteczki składające się z co najmniej jednego pierwiastka ulegającego utlenianiu z utworzeniem ogniotrwałego tlenku, które to dalsze cząstki mają tak dobraną wielkość i skład, że pozostają zaokludoane w formowanej masie ogniotrwałej.

Korzystnie stosuje się mieszanię, w której dalsze cząsteczki składają się z co najmniej jednego pierwiastka spośród krzemu, magnezu, cyrkonu i glinu. Dalsze cząsteczki stosuje się w postaci cząstek składających się z rdzenia sporządzonego z co najmniej jednego z powyższych pierwiastków ulegających utlenianiu z utworzeniem ogniotrwałego tlenku, pokrytego powłoką z materiału inhibitującego utlenianie tego rdzenia.

Korzystnie według wynalazku stosuje się cząsteczki, których powłoka zawiera jeden lub kilka tlenków, azotków lub węglików metali. Stosuje się też cząsteczki, na któ’re nałożono pod próżnią tlenki, azotki i węgliki metali. Stosuje się cząsteczki sporządzone przez osadzenie tlenków, azotków lub węglików metali na cząsteczkach materiału rdzenia, gdy są one w kontakcie z reaktywną cieczą i przez następne ogrzewanie.

Według wynalazku rdzeń cząsteczek utrzymuje się w ruchu w trakcie osadzania powyższych tlenków, azotków lub węglików metali. Stosuje się cząsteczki rdzenia składające się z co najmniej jednego pierwiastak, który ulega utlenianiu, tworząc ogniotrwały tlenek powierzchniowo utleniony, tworząc powłokę tlenkową przez wystawienie na działanie ciepła i tlenku w złożu fluidalnym. Stosuje się cząsteczki, których powłoka składa się z jednego lub kilku tlenków, azotków lub węglików magnezu, glinu, krzemu, tytanu, cyrkonu lub chromu. Natryskuje się powierzchnię gazem, w którym tlen stanowi co najmniej 60% objętościowych.

Określenie cząsteczek węgla stosowane w tym opisie oznacza cząsteczki, które zawierają węgiel w stanie pierwiastkowym, niezależnie od jego postaci allotropowej. Określenie cząsteczki materiału węglowego oznacza cząsteczki czystego węgla a także cząsteczki węgla zmieszane lub związane chemiczne z inną substancją w taki sposób, że cząsteczki ulegają rozkładowi, pozostawiając resztę węglową.

Skuteczność sposobu według wynalazku jest całkowicie nieoczekiwana, ponieważ całkowicie realizuje się go wbrew stanowi techniki. W sposobie według wynalazku z jednej strony cząsteczki paliwa spalają się w obecności tlenu, wydzielając ciepło potrzebne do stopienia przynajmniej powierzchni natryskiwanych cząsteczek ogniotrwałych, a z drugiej strony cząsteczki węglowe przechodzą przez obszar, gdzie paliwo spala się bez utleniania się lub przynajmniej bez całkowitego utleniania się.

Zaletą wynalazku jest to, że umożliwia formowanie mas ogniotrwałych, które są wysoce odporne na atakowanie przez stopione metale: można naprawiać lub pokrywać węglonośne materiały ogniotrwałe materiałem ogniotrwałym o tym samym charakterze oraz formować węglonośną masę ogniotrwałą na korpusie ogniotrwałym, który jest mniej odporny na atakowanie przez stopione metale.

153 448

Zaletą sposobu według wynalazku jest łatwość operowania przy użyciu aparatury znanego typu, którą stosowano w klasycznych sposobach pawania ceramicznego omówionych powyżej.

Stosowane paliwo składa się z co najmniej jednego pierwiastka, który ulega utlenieniu, tworząc ogniotrwały tlenek. W ten sposób można łatwo dobrać mieszaninę paliwa i ogniotrwałych cząsteczek tak, żeby otrzymana masa produktów spalania - spoistych cząstek i tlenku ogniotrwałego - miała dowolny pożądany skład, na przykład zasadniczo taki sam skład, jak ma powierzchnia ogniotrwała, na którą natryskuje się mieszaninę. Korzystnymi cząstkami paliwa są cząsteczki krzemu, glinu i/lub magnezu. Cząsteczki tych pierwiastków są dostępne w handlu i w razie potrzeby można je mieszać w dowolnych proporcjach.

Wielkość cząstek paliwa ma duży wpływ na skuteczność klasycznego sposobu spawania ceramicznego. W klasycznych procesach pożądane jest, aby cząsteczki paliwa miały małą wielkość tak, żeby spalały sią szybko i całkwicie w trakcie drogi od lancy stosowanej do natrysku do traktownej powierzchni. Zapewnia to szybkie wydzielanie ciepła i daje bardzo wysokie temperatury płomienia konieczne do uzyskania dostatecznego stopnia cząstek ogniotrwałych i w ten sposób uzyskania spoistej, zwartej masy ogniotrwałej. Nieoczekiwanie stwierdzono, że podobne uziarnienie paliwa można zalecić dla sposobu według wynalazku. Najlepsze wyniki uzyskuje się więc, gdy przeciętna wielkość cząstek paliwa jest mniejsza od 50μιη. W rzeczywistości pożądane byłoby aby cząsteczki paliwa miały takie uziarnienie, aby co najmniej 90% wagowych miało wielkość ziarna poniżej 50μιη. Szczególnie odpowiednie są cząsteczki o przeciętnej wielkości ziarna w zakresie 5-20μσι.

Cząsteczki materiału węglowego można sporządzić z materiału łatwo dostępnego i taniego. Odpowiednim materiałem może być węgiel, koks, lignit, węgiel drzewny, grafit, włókna węglowe, zużyte elektrody piecowe i materiały organiczne takie, jak cukry i żywice syntetyczne. Szczególnie korzystne jest obecnie zastosowanie cząstek z materiału polimerycznego, mając na uwadze łatwość przygotowania ich, a zwłaszcza z uwagi na łatwość, z jaką materiały polimeryczne mogą być formowane w cząsteczki o pożądanym uziarnieniu. W sposobie według wynalazku można również stosować cząsteczki materiału węglowego otrzymane przez powleczenie polimerem cząsteczek ogniotrwałych.

W zasadzie można polegać na wielkości cząstek materiału węglowego, aby zapobiec ich całkowitemu spaleniu w trakcie natryskiwania tak, żeby cząsteczki węgla zostały zaokludowane w formowanej masie ogniotrwałej. Można pozwolić na spalenie powierzchni zewnętrznej cząsteczki, ale pozostały rdzeń węglowy cząsteczki ma zostać zaokludowany w materiałem ogniotrwałym. Jeśli ma to mieć miejsce, wymienione cząsteczki materiału węglowego powinny mieć przeciętną wielkość ziarna powyżej 0,5 mm.

Można opierać się także na składzie cząsteczek materiału węglowego a cząstki materiału węglowego powinny zawierać cząsteczki składające się z rdzenia z materiału węglowego, który powleczony jest powłoką z materiału, który inhibituje utlenianie takiego rdzenia. To ułatwia tworzenie masy ogniotrwałej z zaokludowanymi cząsteczkami węgla. W szczególności przystosowanie tej cechy zwiększa stopień regulacji węgla, który zostaje tak zaokludowany. Jeśli materiał powłoki zapobiega utlenianiu rdzenia węglowego, oznacza to, że cały materiał rdzenia zostanie zaokludowany, dając węglonośny materiał ogniotrwały o danej zaokludowanej zawartości węgla i może być powtarzalnie formowany z natryskiwanej mieszaniny cząstek danej kompozycji.

Dotychczas uwzględniano jedynie okluzję cząstek węgla w masie ogniotrwałej do formowania węglonośnego materiału ogniotrwałego. W bieżącej praktyce przemysłowej podnosi się sprawę węglonośnych materiałów ogniotrwałych, które zawierają zaokludowane cząsteczki pierwiastka, który ulega utlenieniu, tworząc ogniotrwały tlenek. Szczególnymi przykładami takich pierwiastków są krzem, magnez, cyrkon i glin. Celem włączenia tych pierwiastków jest zredukowanie dyfuzji tlenku przez materiał ogniotrwały i poprawienie w ten sposób zachowania się korpusu ogniotrwałego. Jakikolwiek tlen, który dyfunduje do materiału ogniotrwałego, wykazuje tendencję do łączenia się z cząsteczkami pierwiastka, a ponieważ wynikiem takiego łączenia się jest tlenek ogniotrwały, struktura materiału ogniotrwałego nie ulega znacznemu osłabieniu przez pojawienie się w nim na przykład wolnych przestrzeni. Ponieważ krzem zachowuje się jak niektóre metale również pod tym względem, dogodnie jest określić takie materiały, w których zaokludowane są takie cząsteczki jako materiały metalonośne.

153 448 5

W przypadku węglonośnych materiałów ogniotrwałych, pożądane więc byłoby przeprowadzenie in situ napraw lub wzmocnień materiałów ogniotrwałych metalonośnych.

Jako pierwiastki metaliczne stosuje się pierwiastki, których stosowanie jest szczególnie zalecane w cząsteczkach paliwa stosowanego w procesie spawania ceramicznego. Przez podjęcie pewnych kroków, możliwe jest zastosowanie procesu spawania ceramicznego do tworzenia węglonośnej masy ogniotrwałej, która zawiera zaokludowane cząsteczki metaliczne.

Zgodnie z tym natryskiwana mieszanina może zawierać dalsze cząsteczki składające się z co najmniej jednego pierwiastka, który ulega utlenianiu, tworząc ogniotrwały tlenek, przy czym te dalsze cząsteczki są takiej wielkości lub o takim składzie, że zostają one zaokludowane w formowanej masie ogniotrwałej.

Dobór metalicznego pierwiastka lub pierwiastków do włączenia do takich dalszych cząsteczek będzie zależał od składu podstawowej substancji ogniotrwałej, w której mają być zaokludowane oraz od właściwości masy ogniotrwałej przed, w trakcie lub po utlenieniu takich cząsteczek. Na ogół, cząsteczki takie korzystnie zawierają co najmniej jeden pierwiastek spośród krzemu, magnezu, cyrkonu lub glinu. Takie cząsteczki składają się z rdzenia z co najmniej jednego pierwiastka, który ulega utlenieniu, tworząc ogniotrwały tlenek i pokrytego powłoką z materiału inhibitującego utlenienia tego rdzenia. Umożliwia to lepszą regulację i przewidzenie ilości pierwiastka rdzenia, który zostanie zaokludowany w formowanej masie ogniotrwałej, niż byłoby możliwe, polegając tylko na wielkości takich dalszych cząsteczek.

Powłoki pokrywające rdzenie węglowe i powłoki pokrywające rdzenie metaliczne mogą być dobrane z tej samej klasy materiałów. Pożądane jest dobranie materiałów nieorganicznych zasadniczo obojętnych wobec tlenku tak, aby skutecznie inhibitowały utlenienie materiału rdzenia i które nie stwarzałby żadnych defektów w formowanej masie ogniotrwałej. Umożliwia to użycie cząsteczek mających rdzenie węglowy lub metaliczny, w których zawartość węgla i ewentualnie metalu dokładnie odpowiada ilości cząsteczek węgla lub metalu zaokludowanych w materiale ogniotrwałym i unika się konieczności stosowania materiałów, których reakcje mogą być niepewne lub trudne do ilościowego regulowania w trakcie natryskiwania. Zatem materiał powłoki składa się z jednego lub kilku tlenków, azotów lub węglików metali i powłoki te zawierają jeden lub kilka tlenków, azotków lub węglików magnezu, glinu, krzemu, tytanu, cyrkonu lub chromu. Takie związki mogą być łatwo osadzone na stałych cząsteczkach i mogą mieć charakter ogniotrwały kompatybilny z masą ogniotrwałą formowaną w tym proceie. Powłoka może być w postaci powleczenia ciągłego, która całkowicie zamyka rdzeń na sposób skorupki jajka lub może być, w szczególności gdy rdzeń jest porowaty, zaabsorbowana lub zaadsorbowana jako powierzchniowe powleczenie rdzenia. W każdym przypadku, powłoka ochrania rdzeń od utleniania, niezależnie czy jest to materiał węglowy czy metaliczny.

Powyższy tlenek, azotek lub węglik metalu może być osadzony pod próżnią, co może być przeprowadzone przez odparowanie materiału metalicznego a następnie połączenie tego ostatniego z tlenem, azotem lub węglem, tworząc odpowiedni tlenek, azotek lub węglik.

Tlenek, azotek lub węglik metaliczny można osadzać przez umieszczenie cząstek materiału rdzenia w kontakcie z reaktywną cieczą i następnie ogrzanie ich. W ten sposób ochraniane rdzenie mogą być łatwo zmieszane z jednym lub kilkoma reagantami, na przykład jednym kilkoma związakmi organo-metalicznymi, w stanie ciekłym lub roztworu, a następnie ogrzane w celu odparowania rozpuszczalnika i pirolizy reagenta(ów) w celu otrzymania powłoki. Takim sposobem można osadzić jeden lub kilka tlenków na cząsteczkach materiału węglowego przez ogrzanie do temperatury 500°C.

Przy tworzeniu metalonośnych materiałów ogniotrwałych, cząsteczki rdzenia z co najmniej jednego pierwiastka, który ulega utlenieniu z utworzeniem ogniotrwałego tlenku, można utleniać powierzchniowo do utworzenia tlenkowej powłoki przez wystawienie na działanie wysokiej temperatury i tlenku w złożu fluidalnym. Jest to szczególnie dogodny sposób ochraniania takich cząsteczek rdzenia przed utlenieniem w trakcie natryskiwania.

Cząsteczki rdzenia można otrzymać w ruchu w trakcie osadzania tlenku, azotku lub karbidku metalu. Umożliwia to jednakowe traktowanie dużej ilości cząstek rdzenia w tym samym czasie.

153 448

Cząsteczki mogą być mieszane mechanicznie podczas powlekania ich pod próżnią lub gdy kontaktują się je z reaktywną cieczą. Alternatywnie cząsteczki rdzenia mogą być traktowane reagentem gazowym w złożu fluidalnym.

W przeciwnieństwie do tego, co można by przypuszczać, skuteczność sposobu według wynalazku nie zależy od pracy w otoczeniu, które ma raczej małą zawartość tlenku. Możliwe jest, a nawet raczej zalecane, aby natryskiwanie mieszaniny prowadzić w warunkach sprzyjających całkowitemu egzotermicznemu utlenieniu cząsteczek paliwa i zgodnie z tym tlenek stanowi korzystnie co najmniej 60% objętościowych gazu natryskiwanego na powierzchnię.

Jako paliwo w sposobie według wynalazku mogą służyć różne mateiały pod warunkiem, że ulegają szybkiemu utlenianiu, wydzielając dużą ilość ciepła i przechodzą w ogniotrwały tlenek. Ogniotrwałe tlenki tworzą cząsteczki krzemu, glinu i/lub magnezu i przyczyniają się do formowania zwartych, dobrych jakościowo mas, które nie zawierają inkluzji, które byłyby niekompatybilne z dużą odpornością na ciepło.

Wynalazek zostanie obecnie bardziej szczegółowo zilustrowany za pomocą poniższych przykładów.

Przykład I.Na ścianę konwertora zbudowaną z cegły magnezytowo-węglowej o następującym składzie: MgO - 90%, C -10% nakładano masę ogniotrwałą. Na cegły natryskiwano mieszaninę cząstek ulegających egzotermicznemu utlenieniu, tworzących ogniotrwały tlenek oraz cząstek materiału węglowego mniej podatnych na całkowite utlenienie. Ściana miała temperaturę 900°C. Mieszaninę natryskiwano w ilości 500 kg/godzinę w strumieniu gazowym zawierającym 70% obejętościowych tlenku. Mieszanina miaja skład następujący:

MgO 82% wagowych

Si 4% wagowych

Al 4% wagowych

C 10% wagowych

Cząstki kreemu miały przcciętną średnią ΟΟμιη i powierccnnię właściwą 5000cm²ggram.

Cząstki glinu miały przeciętną średnicę ΙΟμιη i powierzchnię 8000cm²/gram. Cząstki węgla otrzmano przez rozkruszenie koksu i ich przeciętna średnica wynosiła 1,25 mm. Podczas natryskiwania tej mieszaniny na gorąco ścianę cząstki krzemu i glinu spalały się, wydzielając wystarczającą ilość ciepła, ażeby stopić przynajmniej powierzchniowo cząstki tlenku magnezu. Cząstki tlenku magnezu miały przeciętną średnicę 1 mm. Podczas natryskiwania cząstki koksu łączyły się powierzchniowo z tlenem, umożliwiając przetrwać w stanie nie utlenionym rdzeniem węglowym o przeciętnej średnicy 200pm, które zostały zaokludowane w masie nałożonej na obrabianą powierzchnię. Wytworzona masa ogniotrwała zawiera około 3%węgla. Przylega ona doskonale do ściany, nawet gdy przed natryskiwaniem ściana pokryta była szlaką, a jej skład i zawartość są takie, że jest odporna na erozję i korozę podczas kontaktu ze stopioną stalą.

Również podobne wyniki otrzymano, zastępując cząstki koksu przez cząstki węgla powstałe przez rozjuszenie pozostałości elektrodowych.

Przykład II. Powtórzono sposób opisany w przykładzie I, ale do natryskiwanej mieszaniny dodano dalsze cząstki krzemu w celu, żeby pozostały w formie pierwiastkowej dla wytworzenia metalonośnej masy ogniotrwałej. Cząstki te miały przeciętną średnicę 35μιη. Przed dodaniem do mieszaniny utleniano powierzchnię cząstek, zmniejszając ich reaktywność względem tlenu. Przez traktowanie gorącym tlenem w złożu fluidalnym dokoła cząstek wytworzyła się skorupa z tlenku. Natryskiwanie takiej masy na ścianę zbudowaną z cegieł magnezytowo-węglowych dało masę spoistą, szczególnie odporną na korozję w zetknięciu z gorącą atmosferą konwertora, stopioną stalą i żużlami.

W innym wariancie cząstki krzemu przeznaczone do pozostania w wytworzonej masie nie były chronione przed utlenieniem, ale miały średnicę minimum 100 μπι. Stosowanie mieszaniny zawieającej takie cząstki dało wyniki podobne do tych, jakie opisano powyżej.

Przykład III. Na ścianę ogniotrwałą typu magnetyzowo-węglowego o temperaturze 900°C natryskiwano mieszaninę złożoną z cząstek MgO, palnych cząstek krzemu i glinu i cząstek węgla składających się z rdzenia węglowego, na który nałożono tlenek glinu. Wydajność natryskiwania

153 448 7 wynosiła 100 kg/godzinę w strumieniu gazu zawierającego 70% tlenku (objętościowych). Mieszanina miała następujący skład:

MgO 75% wagowych

Si 4% wagowych

Al 4% wagowych

C 17% wagowych

Cząstki krzemu i glinu miały przeciętną średnicę i powierzchnię właściwą takie, jak w przykładzie I. Cząstki węgla miały przeciętną średnicę 1mm, a tlenekglinubyłobecnywilościl%wstosunku do ciężaru węgla. Powłoka z tlenku została utworzona na cząsteczkach węgla przez nałożenie na cząstki pod próżnią warstwy metalicznej a następnie przez utlenienie jej. Natryskiwanie tej mieszaniny na gorącą ścianę ogniotrwałą spowodowało powstanie masy zwartej, dobrze przylegającej, zawierającej ponad 10% węgla.

Jako wariant powtórzono opisany tryb postępowania, zastępując cząstki węgla pokryte tlenkiem glinu przez cząstki węgla, na które nałożono tlenek tytanu. Powłokę tlenku tytanu nałożono na cząstki, mieszając je z ciekłym ortotytanianem organicznym, rozkładając następnie tytanian w temperaturze rzędu 500°C. W ten sposób otrzymano rezultat zupełnie podobny do opisanego powyżej.

Przykład IV. Na ścianę o temperaturze 900°C nakładano masę ogniotrwałą. Ściana zbudowana była z materiału ogniotrwałego zawierającego węgiel. Jej skład był następujący: AI2O3 - 85%, C -15%. Na powierzchnię tej ściany natryskiwano mieszaninę cząstek ogniotrwałych, cząstek paliwa i cząstek węgla w ilości 200 kg/godzinę, w gazie nośnym zawierającym 70% tlenku (objętościowych). Charakterystyka mieszaniny była następująca:

AI2O3 70% wagowych si 20% wagowych

C 10% wagowych

Cząstki ogniotrwałe miały średnicę 300μτη - 1 mm, a cząstki paliwa miały charakterystykę podobną do charakterystyki cząstek krzemu opisanej w przykładzie I. Cząstki związku węgla miały przeciętną średnicę powyżej 50μπι i składały się z rozdrobnionych cząstek związku poliakrylonitrylowego. Podczas natryskiwania cząstki te uległy zwęgleniu a powstający węgiel został zaikludowany w masę ogniotrwałą, która przywarła do gorącej ściany. W ten sposób powstała masa ogniotrwała ścisła i odporna na erozję w zetknięciu z ciekłymi metalami i ich żużlami.

W innym wariancie zastąpiono sproszkowany związek poliakrylanitrylowy przez sproszkowaną sacharozę, żywicę fenolową, żywicę epoksydową, polichlorek alkilu i otrzymano podobne rezultaty. W niektórych przypadkach może okazać się korzystne opóźnianie zwęglania tych materiałów poprzez pokrycie cząstek powłoką z polimeru samogasnącego.

Claims

Zastrzeżenia patento we

1. Sposób formowania masy ogniotrwałej spoistej, na powierzchni, przez natryskiwanie na tę powierzchnię, wraz z tlenem, mieszaniny cząstek ogniotrwałych i paliwa, które reagują egzotermicznie z natryskiwanym tlenem, wydzielając ciepło potrzebne do stopienia przynajmniej powierzchni cząstek ogniotrwałych, tworząc masę ogniotrwałą, znamienny tym, że natryskuje się masę, która jako paliwo zawiera miałko rozdrobnione cząsteczki co najmniej jednego pierwiastka ulegającego utlenieniu, tworząc ogniotrwały tlenek oraz zawiera cząsteczki mateiału węglowego o takiej wielkości i składzie, że pozostają one zaokludowane w formowanej masie ogniotrwałej.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako cząsteczki materiału węglowego stosuje się cząsteczki polimeru.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się cząsteczki materiału węglowgo o przeciętnej wielkości cząstek powyżej 0,5 mm.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako cząsteczki materiału węglowego stosuje się cząsteczki składające się z rdzenia sporządzonego z materiału węglowego, pokrytego powłoką z materiału inhibitującego utlenienie tego rdzenia.

153 448
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że natryskiwanie prowadzi się mieszaniną, która zawiera dalsze cząsteczki składające się z co najmniej jednego pierwiastka ulegającego utlenianiu z utworzeniem ogniotrwałego tlenku, które to dalsze cząstki mają tak dobraną wielkość i skład, że pozostają zaokludowane w formowanej masie ogniotrwałej.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się mieszaninę, w której dalsze cząsteczki składają się z co najmniej jednego pierwiastka, spośród krzemu, magnezu, cyrkonu i glinu.
7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że dalsze cząsteczki stosuje się w postaci cząstek składających się z rdzenia sporządzonego z co najmniej jednego z powyższych pierwiastków ulegających utlenianiu z utworzeniem ogniotrwałego tlenku, pokrytego powłoką z materiału inhibitującego utlenianie tego rdzenia.
8. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że stosuje się cząstki, których powłoka zawiera jeden lub kilka tlenków, azotków lub węglików metali.
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że stosuje się cząstki, na które nałożono pod próżnią tlenki, azotki i węgliki metali.
10. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że stosuje się cząsteczki sporządzone przez osadzanie tlenków, azotków lub węglików metali na cząsteczkach materiału rdzenia, gdy są one w kontakcie z reakywną cieczą i przez następne ogrzewanie.
11. Sposób według zastrz. 9 lub 10, znamienny tym, że rdzeń cząstek utrzymuje się w ruchu w trakcie osadzania powyższych tlenków, azotków lub węglików metali.
12. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że stosuje się cząsteczki rdzenia składające się z co najmniej jednego pierwiastka, który ulega utlenieniu, tworząc ogniotrwały tlenek powierzchniowo utleniony, tworzący powłokę tlenkową przez wystawienie na działanie wysokiej temperatury i tlenku w złożu fluidalnym.
13. Sposób według zastrz. 8 albo 9 albo 10, znamienny tym, że stosuje się cząstki, których powłoka składa się z jednego lub kilku tlenków, azotków lub węglików magnezu, glinu, krzemu, tytanu, cyrkonu lub chromu.
14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że natryskuje się powierzchnię gazem, w którym tlen stanowi co najmniej 60% objętościowych.

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.

Cena 3000 zł