PL181594B1 - Zaprawa ogniotrwala do spoinowania ogniotrwalych wylozen piecowych PL - Google Patents

Abstract

1. Zaprawa ogniotrwala do spoinowania ogniotrwalych wylozen piecowych, znamienna tym, ze zawiera 11 ÷ 17% wag. na sucho proszku aluminiowego, 18 ÷ 31% wag. na sucho tlenku zelaza, 8 ÷ 18% wag. na sucho siarczanu magnezu rozpuszczonego w wodzie i 44 ÷ 60% wag. na sucho tlenku magnezu PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest zaprawa ogniotrwała do spoinowania ogniotrwałych wyłożeń piecowych z ogniotrwałych cegieł, zwłaszcza do obrotowych pieców rurowych.

W europejskim zgłoszeniu patentowym nr 0 426 848 opisany jest materiał ogniotrwały, który stosuje się jako wyłożeniowa powłoka do pieców cementowych i stalowniczych oraz do kadzi stalowniczych, jak również jako masa spajająca w szczelinie ogniotrwałe cegły w jeden monolit. Materiał ten wytwarza się jako egzotermiczną mieszaninę o następujących składnikach: środek redukujący z przynajmniej jednego metalu z grupy obejmującej magnez, glin, cyrkon, krzem lub ich stopy, środek utleniający oddzielnie lub w mieszaninie złożonej z surowego dolomitu, chronitu, siarczanu, węglanu metalu z grupy złożonej z magnezu, wapnia, strontu, baru, cynku, glinu, ogniotrwały wypełniacz oddzielnie lub w mieszaninie złożonej z peryklazu, chronitu, ogniotrwałego przełomu, ogniotrwałego tlenku, składniki zawierające węgiel, takie jak węglik i azotek metalu z grupy obejmującej glin, krzem, tytan w następujących ilościach: środek redukujący 6 - 20% wag., środek utleniający 20 - 70% wag. i ogniotrwały wypełniacz do uzupełnienia do 100% wag..

Do tej egzotermicznej mieszaniny można jako dalszy środek utleniający wprowadzić tlenek żelaza (III) lub glinokrzemian. Mieszaninę rozrabia się z wodąw ilości 2 - 12% w zaprawę i wykorzystuje się do spoinowania wymurowań z ogniotrwałych cegieł lub jako wyłożenie na powierzchni już istniejącej ogniotrwałej wymurówki, suszy się przez ogrzewanie i potem zapala, po czym następuje całkowite przepalenie masy z silnym wytwarzaniem ciepła, spieczenie i spojenie ogniotrwałych cegieł w jeden monolit.

Skład takiej znanej zaprawy egzotermicznej jest zasadniczo ustawiony tak, że cała masa po zapaleniu zostaje przereagowana przez spalenie i przemienia się w spieczoną masę ceramiczną o dużej wytrzymałości.

181 594

Jeżeli tę egzotermiczną masę stosuje się jako zaprawę do spoinowania ogniotrwałych wyłożeń piecowych z ogniotrwałych cegieł, powinna być ona przepalona w szczelinie na całej szerokości cegły i powinna spoić cegły na całej powierzchni w jeden monolit, tak że wyłożenie pieca złożone ze spojonych w ten sposób cegieł daje się w razie koniecznej naprawy usunąć tylko w wyniku stosunkowo bardzo kosztownej rozbiórki, nawet jeśli pozostała jeszcze tylko niewielka grubość resztkowa ściany. Na skutek tego koszt niezbędnej naprawy znacznie wzrasta i oprócz ryzyka naruszenia stalowego płaszcza pieca drastycznie przedłuża się potrzebny na to czas.

Nawet kiedy ogniotrwałe wyłożenie pieca jest uszkodzone tylko w pewnych obszarach, spojone w monolit cegły dają się wyburzać z dużymi trudnościami i tylko przez zniszczenie cegieł.

Przy spalaniu tej znanej masy egzotermicznej powstaje lokalnie wysoka temperatura o wartości 1700 - 2000°C, zapewniająca syntezę ogniotrwałego materiału o takiej strukturze, która powstaje dzięki chemicznemu i dyfuzyjnemu przetworzeniu składników aktywnej fazy mieszanki ze sobą i z powierzchnią cząstek wypełniacza, która tworzy silne, ceramiczne spojenie wewnętrzne i z wyłożeniem z ogniotrwałych cegieł. Front temperaturowy dochodzi aż do zewnętrznej strony ogniotrwałego wyłożenia pieca, które z reguły jest otoczone płaszczem z blachy stalowej (obowiązuje to zwłaszcza wobec rurowych pieców obrotowych), a płaszcz ten może doznać całkiem znacznych uszkodzeń na skutek działających na niego wysokich temperatur;

U podstaw wynalazku leży zadanie opracowania reaktywnej, ogniotrwałej zaprawy, która zapewnia ogniotrwałe, ceramiczne, charakteryzujące się dobrą przyczepnością spojenie ceramicznych cegieł wyłożenia pieca, umożliwia osiągnięcia łatwego wyburzania wyłożenia pieca po zakończeniu cyklu ogniotrwałości i nie uszkadza termicznie opłaszczowania pieca.

Wychodząc z tak postawionego zadania zaproponowano reaktywną zaprawę ogniotrwałą według wynalazku.

Zaprawa ogniotrwała do spoinowania ogniotrwałych wyłożeń piecowych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera 11 - 17% wag. na sucho proszku aluminiowego, 18 --31% wag. na sucho tlenku żelaza, 8 - 18% w ag. na sucho siarczanu magiero rozpuszczone go w wodzie i 44 - 60% wag. na sucho tlenku magnezu. Ta egzotermiczna mieszanina o podanym wyżej składzie ma tę właściwość, że daje się stosować z rozpuszczonym w wodzie siarczanem magnezu jako spoiwem w charakterze zaprawy do wymurówek ogniotrwałych wyłożeń piecowych z ogniotrwałych cegieł do ich spoinowania. Przy nagrzewaniu pieca najpierw wysycha i zapala - się zaprawa na powierzchni zwróconej do gorącej strony, ale samoczynnie gaśnie w szczelinie po osiągnięciu określonej głębokości wniknięcia. Ta głębokość wnikania jest tak dobrana, że z jednej strony osiąga się dobre spojenie wyłożenia piecowego z ogniotrwałych cegieł, a zaprawa ma przynajmniej taką samą ogniotrwałość jak ogniotrwałe cegły, ale nie przepalona część zaprawy w szczelinie tylko w niewielkim stopniu przywiera do ogniotrwałych cegieł, tak że wyburzenie wyłożenia pieca jest znacznie ułatwione.

Ponadto, ciepło spalania nie dochodzi do opłaszczowania wyłożenia, które dzięki temu nie ulega uszkodzeniu. Podczas cyklu ogniotrwałości opisany proces przebiega w zależności od zmniejszenia grubości ściany, a zwłaszcza ustalających się przesunięć temperatury odpowiednio dalej, ale nawet przy minimalnie resztkowej grubości ściany pozostaje po zimnej stronie strefa, w której zaprawa nie jest przepalona i dzięki temu, ani niejest zgrzana z ogniotrwałymi cegłami, ani nie może uszkodzić termicznie opłaszczcwania pieca.

Korzystnie, zaprawa zawiera 14,5% wag. na sucho proszku aluminiowego w postaci kulek lub łapek, 25% wag. na sucho tlenku żelaza w postaci koncentratu rudy żelaza lub zgorzeliny, 10% wag. na sucho siarczanu magnezu rozpuszczonego w wodzie i 50,5% wag. na sucho tlenku magnezu w postaci czystego magnezytu palonego lub oesyklazu.

Ponieważ przy głębokości wnikania odgrywa rolę reaktywność mieszaniny ze względu na straty ciepła do ogniotrwałych cegieł, korzystnie jest, gdy wielkość cząstek aluminium i tlenku żelaza wynosi 5 -- 200 pm, a wielkość cząstek tlenku magnezu 0,001 --2 mm, korzystnie najwyżej 1 mm.

Badania wykazały, że stosowanie reaktywnych środków redukujących, takich jak proszek magnezu lub płytkowy proszek aluminium, w połączeniu z innymi środkami utleniającymi, taki181 594 mi jak węglan wapnia, węglan magnezu, chronit lub siarczan magnezu nie zawsze prowadzi do samoczynnego gaśnięcia zaprawy w szczelinach pomiędzy ogniotrwałymi cegłami. Jednakże również te materiały są odpowiednie do zastosowania do zaprawy według wynalazku, kiedy stosunek mieszania daje się ustawić tak, że zaprawa jest samoczynnie gasnąca. W przypadku proszku aluminium o kształcie kulek lub łapek w połączeniu z tlenkiem żelaza w postaci koncentratu rudy żelaza lub zgorzeliny samoczynne gaśnięcie daje się zawsze uzyskać, kiedy ta mieszanina egzotermiczna jest zmieszana z obojętnym tlenkiem magnezu w ilości 44 60% wag. na sucho i doda się tylko 8 + 18°% wag. na sucho siarczanu magnezu rozpuszczonego w wodzie w charakterze spoiwa. To samoczynne gaśnięcie występuje samoistnie w zależności od całkowitej grubości ściany i ustalających się warunków temperaturowych na głębokości wnikania około 50 mm, nawet jeśli szerokość szczelin zmienia się w szerokich granicach.

Wynalazek charakteryzuje się zatem tym, że z jednej strony po gorącej stronie ogniotrwałego wyłożenia pieca istnieje połączenie z zaprawą za pomocą spojenia ceramicznego, które powodowane jest przez reakcję egzotermiczną, na skutek czego dość znacznie polepszona jest odporność ogniotrwałego wyłożenia w porównaniu z dotychczasowymi ogniotrwałymi zaprawami, ale z drugiej strony rozbieranie wyłożenia pieca z cegieł ogniotrwałych jest łatwe i możliwe przez wyburzenie, ponieważ ceramiczne spojenie rozciąga się tylko na określonym, wąskim obszarze szczelin, pomiędzy ogniotrwałymi cegłami wyłożenia pieca. Ponadto, unika się uszkodzenia opłaszczowania wyłożenia, ponieważ po zimnej stronie nie następuje żadna reakcja egzotermiczna, albo też front temperaturowy nie dochodzi do opłaszczowania wyłożenia. Obowiązuje to również wtedy, gdy zaprawa ta, lub bardziej reaktywna zaprawa jest nałożona na całej powierzchni jako powłoka wyłożenia po wewnętrznej stronie wyłożenia pieca z ogniotrwałych cegieł. W takim przypadku powłoka ta przepala się aż do powierzchni ogniotrwałych cegieł i łączy się z nimi przez spojenie ceramiczne. Reakcja ta ustaje w szczelinach w tym przypadku, jak opisano, przy określonej głębokości wniknięcia.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym pokazano odcinek obrotowego pieca rurowego w widoku perspektywicznym.

W płaszcza 1 z blachy stalowej umieszczona jest wymurowana, ogniotrwała wykładzina z ogniotrwałych cegieł 2, których szczeliny 3 są wypełnione zaprawą ogniotrwałą według wynalazku. Zwrócona do gorącej, wewnętrznej strony obrotowego pieca rurowego część zaprawy w szczelinach jest aż do głębokości obszaru 4 przepalona, spieczona i trwale połączona z ogniotrwałymi cegłami 2 za pomocą spojenia ceramicznego tylko w tym obszarze. Obszar 5, przedstawiony jako jasny, stanowi tą część zaprawy, która jest spojona tylko za pomocą spoiwa z siarczanu magnezu, jednakże bez trwałego, monolitycznego wiązania ceramicznego. Przepalana, spieczona część zaprawy w obszarze 4 stanowi zatem tylko ułamek całej szerokości ogniotrwałej cegły, tak że wprawdzie od strony wnętrza obrotowego pieca rurowego istnieje jednorodna, ogniotrwała i chemicznie odporna powierzchnia, ale z drugiej strony połączenie to nie jest aż tak trwałe, by nie można było odłączyć cegły z wymurowanej warstwy bez jej uszkodzenia. Ponadto można zauważyć, że ciepło spalania powstające przy przepalaniu zaprawy w szczelinach 3 nie dostaje się do obszaru płaszcza 1 i dlatego w żadnym przypadku nie uszkadza go.

Zapalenie reaktywnej zaprawy odbywa się w najprostszy sposób przy nagrzewaniu pieca, przy czym trzeba zwracać uwagę na to, aby podgrzewanie przebiegało najpierw powoli, aby została usunięta wilgoć zawarta w zaprawie. Przy temperaturze około 1000°C zaprawa w szczelinach 3 zapala się, ale przepalanie następuje tylko po stronie czołowej, do głębokości obszaru 4 zaznaczonego na ciemno, gdzie reakcja zostaje zatrzymana na skutek strat ciepła do cegieł 2. Przy podgrzaniu ogniotrwałych cegieł 2 na zaprawę w szczelinach 2 działa duże ciśnienie, co dodatkowo znacznie polepsza wytrzymałość spoinowania.

181 594

181 594

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zaprawa ogniotrwała do spoinowania ogniotrwałych wyłożeń piecowych, znamienna tym, że zawiera 11 + 17% wag. na sucho proszku aluminiowego, 18 -e- 31% wag. na sucho tlenku żelaza, 8 - 18%wag . na sucho siarczanu magnezu rozpiuszczonego w wodzie i 44- 60% wag. na sucho tlenku magnezu.
2. 2. Zaprawa według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera 14,5%> wag. na sucho proszku aluminiowego, 25% wag. na sucho tlenku żelaza, 10% wag. na sucho siarczanu magnezu rozpuszczonego w wodzie i 50,5% wag. na sucho tlenu magnezu.
3. 3. Zaprawa według zastrz. 2, znamienna tym, że proszek aluminiowy ma postać kulek.
4. 4. Zaprawa według zastrz. 2, znamienna tym, że proszek aluminiowy ma postać łapek.
5. 5. Zaprawa według zastrz. 2, znamienna tym, że tlenek żelaza ma postać koncentratu rudy żelaza.
6. 6. Zaprawa według zastrz. 2, znamienna tym, że tlenek żelaza ma postać zgorzeliny.
7. 7. Zaprawa według zastrz. 2, znamienna tym, że tlenek magnezu ma postać czystego magnezytu palonego.
8. 8. Zaprawa według zastrz. 2, znamienna tym, że tlenek magnezu ma postać peryklazu.
9. 9. Zaprawa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że wielkość cząstek aluminium i tlenku żelaza wynosi 5 - 200 pm, a wielkość cząstek tlenku magnezu 0,001 - 2 mm, korzystnie najwyżej 1 mm.

   * * *