RO115156B1 - Procedeu de obţinere a unei mase refractare, silicioase - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de obţinere a unei mase refractare, silicioase. Se proiectează pe o suprafaţă de reparat sau pe suprafaţa unei matriţe pentru fabricarea cărămizilor refractare, particule refractare solide, particule de siliciu solide şi oxigen gazos, astfel încât particulele de siliciu să reacţioneze cu oxigenul gazos, pe suprafaţa respectivă, formându-se o masă refractară, coerentă, cuprinzând cristobalit. Particulele refractare solide cuprind silice sub formă de silice vitroasă. Suprafaţa pe care sunt proiectate particulele respective este la o temperatură de cel puţin 1000°C. Procedeul poate fi utilizat pentru repararea in situ a furnalelor de temperatură înaltă, respectiv a cuptoarelor de fabricare a sticlei sau pentru fabricarea cărămizilor refractare, de calitate înaltă.

Description

Invenția se referă la un procedeu de obținere a unei mase refractare silicioase cristaline, cu conținut de cristobalit, utilizată la fabricarea cărămizilor refractare de construcție sau a blocurilor refractare, necesare realizării sau reparării furnalelor sau utilizată la repararea in situ a unei suprafețe din material refractar silicios, uzate, suprafață aferentă cuptoarelor industriale așa cum sunt, de exemplu, cuptoarele de fabricare a sticlei.

Se știe că procedeele de obținere a unor astfel de mase refractare silicioase constau în tehnici de tip “sudare ceramică”, prin care un amestec de particule refractare solide de metal sau semimetal, de exemplu aluminiu sau siliciu, și particule combustibile sunt proiectate pe o suprafață de reparat, unde sunt supuse reacției cu un gaz bogat în oxigen, de preferință oxigen substanțial pur, astfel încât căldura de reacție a combustibilului să se degaje pe supafața refractară, în așa fel încât să se formeze masa refractară coerentă de reparat.

O asemenea tehnică de “sudare ceramică” constă în formarea unei mase refractare coerentă pe o suprafață de reparat, prin proiectarea pe această suprafață de reparat a unui amestec format din particule refractare și particule combustibile, în prezență de oxigen ( GB 2 170 191). Particulele combustibile sunt particule a căror compoziție și granulometrie sunt astfel alese, încât să reacționeze în mod exoterm cu oxigenul, pentru a forma un oxid refractar ce emite astfel căldura necesară pentru topire, cel puțin la suprafața particulelor refractare proiectate. Proiectarea particulelor este realizată comod și în siguranță, utilizându-se oxigenul drept gaz transportor pentru amestecul de particule. în acest fel, se formează o masă refractară coerentă pe suprafața pe care sunt proiectate particulele respective.

Aceste procedee de sudare ceramică, cunoscute, pot fi folosite pentru obținerea unui produs refractar, de exemplu, pentru obținerea unui bloc având un profil special. De asemenea, sunt în mare măsură utilizate pentru formarea de acoperiri sau pentru repararea cărămizilor sau pereților și, în mod special, pentru repararea sau consolidarea structurilor refractare uzuale, de exemplu, pentru repararea și consolidarea pereților cuptoarelor utilizate la fabricarea cocsului.

Procedeele sunt adecvate în mod special reparării suprafeței unui substrat cald. Astfel, este posibilă repararea suprafețelor uzate, echipamentul respectiv rămânând efectiv la temperatura sa de lucru în multe cazuri, în timp ce cuptorul rămâne integral în funcțiune. Astfel de reparații, în timp ce cuptorul rămâne în funcțiune, sunt utilizate la fabricarea sticlei și la cuptoarele de fabricare a cocsului, durata de funcționare a cuptorului măsurându-se în ani (adesea, evaluată la o perioadă de timp de 20 ani), iar cuptorul menținându-se continuu în funcțiune pe întreaga perioadă.

Compoziția amestecului de sudură ceramică este, în general, aleasă pentru a se produce o masă de reparare care are o compoziție chimică asemănătoare sau apropiată masei refractare de bază, ajutând la asigurarea compatibilității și adeziunii dintre noul material și materialul de bază pe care acesta se formează. La același nivel cu compatibilitatea chimică, poate apărea problema asigurării adeziunii masei de reparație la substrat, în special dacă adeziunea este menținută peste perioada prevăzută. Problema tinde să se complice dacă suprafața reparată este expusă la temperaturi foarte înalte. în acest caz, este necesar un înalt grad de refracție așa cum este necesar, de exemplu, pentru bolta de la rezervorul de sticlă.

Desprinderea masei de reparație trebuie să fie evitată pe cât este posibil. La fabricarea sticlei, masa spartă poate să cadă în masa de sticlă topită și să introducă impurități de neacceptat, uneori fiind necesară aruncarea unui imens lot de sticlă topită.

RO 115156 B

Procedeul conform invenției elimină dezavantajele precizate prin aceea că se 50 proiectează, pe o suprafață de reparat aflată la o temperatură de minimum 1000°C, particule refractare solide, care cuprind silice sub formă de silice vitroasă, rezultând o masă refractară, care, după proiectarea particulelor, este supusă unui tratament termic la o temperatură de minimum 1000°C.

Particulele refractare solide sunt compuse din silice având o puritate de 55 minimum 95% în greutate, de preferință minimum 99% în greutate. Siliciul reprezintă maximum 15 % din cantitatea totală de particule proiectate și are un diametru mediu al particulei de maximum 50 pm.

Particulele refractare solide prezintă dimensiuni de maximum 4 mm și au un factor de dispersie a cărui valoare este de 1,2. 60

Mase de refractaritate înaltă, cuprinzând cristobalit, pot fi cu ușurință obținute, cu condiția ca temperatura să fie menținută la un nivel ridicat pe un material solid de refractaritate specială, mod care a fost de obicei evitat, pe motiv că acesta ar fi incompatibil cu materialul de bază.

în mod specific materialul folosit, conform invenției, care poate fi utilizat pentru 65 reparații de succes este silicea vitroasă sau cuarțul vitros [sticlos). Procedeul de obținere a masei refractare silicioase cristaline, conform invenției, constă în proiectarea oxigenului gazos, a particulelor refractare solide și a particulelor combustibile solide cuprinzând particule de siliciu pe o suprafață în așa fel, ca reacția dintre particulele combustibile și oxigenul gazos să se producă pe suprafața de reparat, astfel reali- 70 zându-se căldură de reacție pe suprafață, așa încât să se formeze o masă refractară coerentă cuprinzând cristobalit.

Temperatura înaltă a suprafeței asigură ca silicea formată prin combustia particulelor de siliciu să fie încorporată într-o rețea cristalină din masă refractară.

Prezența rețelei cristaline crează o serie de avantaje cu privire la coeziunea 75 internă a masei refractare și la capacitatea acesteia de aderență, dacă este necesar, la o suprafață aflată în reparație. Aceste avantaje care rezultă din aplicarea procedeului reies și din exemplele prezentate în continuare.

Rețeaua cristalină acționează ca o fază de legătură extinsă prin masa refractară. Rețeaua respectivă creează o structură continuă extinsă asupra întregii 80 mase, producându-se structură densă, cu o mare rezistență mecanică. Dacă procedeul este utilizat pentru repararea unei suprafețe refractare uzate, rețeaua cristalină se extinde și aderă la suprafața de reparat.

Particulele refractare proiectate pot avea o structură diferită de aceea a fazei de legătură. Adeziunea la suprafața de reparat este esențial furnizată prin faza de 85 legătură.

Expunerea unei mase refractare la o temperatură foarte înaltă într-un cuptor cald, in situ, transformă masa de cristobalit. în cazul formării unui bloc refractar distinct sau a unei cărămizi, de exemplu, prin turnarea într-o matriță, masa refractară formată se arde, de preferință la o temperatură de cel puțin 100D°C. Temperatura 90 mare din cuptor și faza de ardere transformă faza vitroasă reziduală în cristobalit. Cristobalitul are un avantaj special prin aceea că este stabil la temperaturi înalte.

Procedeul conform invenției este adecvat, în special, pentru a fi utilizat la repararea in situ a cuptoarelor de fabricare a sticlei, deoarece la temperaturile foarte înalte din cuptor pot fi întâmpinate greutăți neprevăzute. De exemplu, temperatura pe 95 suprafața bolții de deasupra rezervorului de sticlă topită poate fi mai mare de 1500°C.

Se dau două exemple de realizare a procedeului conform invenției:

RO 115156 B

Exemplul 1. Amestecul de particule întrebuințat în procedeu (particule combustibile solide și particule refractare solide], cuprinzând silice vitroasă, poate fi utilizat în repararea suprafețelor la temperaturi sub 1000¾. cu condiția ca amestecul să cuprindă un aditiv specific uzual.

Silicea utilizată este de puritate înaltă, de exemplu de cel puțin 95 %în greutate oxid pur și, de preferință 99 %în greutate oxid pur. Masa obținută are refractaritate înaltă și reduce costurile de poluare dintr-un rezervor aferent instalației de fabricare a sticlei, în situația în care o altă masă ar cădea în sticlă.

Este avantajoasă utilizarea silicei vitroase ca particulă refractară solidă în acest procedeu, având un înalt grad de puritate.

Cantitatea totală de siliciu se preferă a nu fi mai mare de 15 %în greutate. Este de preferat să se limiteze cantitatea de combustibil nereacționat, care poate rămâne în masa refractară formată, deoarece prezența unei cantități excesive de combustibil nereacționat în masa refractară formată poate diminua calitatea acesteia.

Particulele refractare cuprind, de preferință, în principal, particule cu o dimensiune nu mai mare de 4 mm, de preferință nu mai mare de 2,5 mm, pentru a se facilita o proiecție netedă a pudrei. Domeniul de mărime al factorului de dispersie f(G) a particulelor refractare este, de preferință, nu mai mic de 1,2. Factorul f(G] este utilizat pentru o anumită fracțiune granulometrică de particule refractare și se calculează cu următoarea formulă:

2(G 80” G 20) f(G]=----------(G 80⁺ G ga) unde G ₈₀ indică particule în proporție de 80 % având o dimensiune a granulei corespunzând fracțiunii granulometrice respective, iar G ₂₀ indică particule în proporție de 20 % având o dimensiune a granulei particulelor dintr-o altă fracțiune granulometrică.

Siliciul, de preferință, are o dimensiune a diametrului mediu aferent particulei nu mai mare de 50 pm. Termenul “diametru mediu aferent particulei” utilizat indică o dimensiune pentru o proporție de 50 %în greutate particule, mai mică decât dimensiunea diametrului mediu indicată mai sus.

Temperatura de topire a masei refractare rezultată prin procedeu se apropie de cea a silicei pure. Cărămizile fabricate conform invenției au o structură de cristobalit și un coeficient de deformare T₀₅în conformitate cu standard ISO R 1893, mai mare de1650°C. Acest coeficient este comparat cu un coeficient T₀₅ de circa 1550°C aferent cărămizilor din silice obișnuită fabricate printr-un procedeu uzual. Cărămizile refractare care constau predominant dintr-o soluție solidă de cristobalit de înaltă stabilitate (respectiv din silice în care o parte din siliciu este înlocuit de aluminiu cu calciu sau calciu plus alți cationi], se obțin prin devitrifierea unei sticle și sunt adecvate pentru utilizare la o temperatură de până la 1250°C.

Un amestec constituit din 88 % în greutate particule de silice vitroasă, având o puritate de 99,7 % în silice, și 12 % particule de siliciu, se proiectează într-un curent de oxigen pur, de calitate comercială, pe bolta unui rezervor de fabricare a sticlei, pentru a se forma pe bolta respectivă o masă refractară. Bolta se află la o temperatură de circa 16D0°C. Dimensiunea maximă a particulei de silice vitroasă este de 2 mm. Factorul de dispersie G₈₀ este 950 pm, iar factorul G₂₀are valoarea de 225 pm, dând un domeniu de mărime a factorului de dispersie f(G] de 1,23.

Particulele de siliciu au un diametru mediu al particulei mai mic de 45 pm și o dimensiune a suprafeței specifice cuprinsă între 2500 și 8000 cm²/g. După șase

RO 115156 B zile, o mostră de masă formată este supusă analizelor, găsindu-se următoarele proprietăți:

Temperatura de topire............. 1723°C 150

Structura..............................cristobalit

T_{0 5} (ISO R 1893)...................circa1700°C

Cărămizile cele mai convenabile din punct de vedere comercial utilizate în mod normal în poziția din boltă (Hepworth Refractories “HEPSIL SV”, cărămizi cu silice de 155 înaltă puritate) au un T_{o 5} de 1640°C.

Exemplul 2. Un amestec de pudră având aceeași compoziție ca în exemplul 1 este proiectat într-un curent de oxigen pur, de calitate comercială, într-o matriță, astfel încât să se obțină o cărămidă.

Matrița este preîncălzită la temperatura de 1600°0 pentru a primi amestecul 160 de pudră. După ce s-a format această cărămidă se menține la temperatura de 1450°C timp de 6 zile. Cărămida, se constată prin analiză că prezintă aceeași temperatură de topire, aceeași structură și aceeași valoare a coeficientului T₀₅ ca în exemplul 1.

Cărămizile așa cum sunt cele produse în exemplul 2 pot fi direct folosite și fără 165 precauții speciale, în repararea grinzilor uzate aferente cuptoarelor de fabricare a sticlei și dacă este necesar cu sudare suplimentară. Oricare tip de cărămidă din silice cristalină, pusă în aceleași condiții, fără preîncălzire, suferă imediat o fisurare importantă.

Claims (6)

1. Procedeu de obținere a unei mase refractare silicioase, prin proiectare de oxigen gazos, particule refractare solide și particule de combustibil solid, care cuprind particule de siliciu, pe o suprafață de reparat sau pe suprafața unei matrițe pentru 175 fabricarea cărămizilor refractare, pe care are loc o reacție între particulele combustibile și oxigen, căldura degajată din reacție determinând formarea unei mase coerente, care conține cristobalit, caracterizat prin aceea că se proiectează, pe o suprafață aflată la o temperatură de minimum 1000°C, particule refractare solide, care cuprind silice sub formă de silice vitroasă, rezultând o masa refractară, care, după proiec- 180 tarea particulelor, este supusă unui tratament termic, la o temperatură de minimum 1000°C.

2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că particulele refractare solide sunt compuse din silice având o puritate de minimum 95% în greutate. 185

3. Procedeu conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că particulele refractare solide sunt compuse din silice având o puritate de minimum 99% în greutate.

4. Procedeu conform revendicărilor 1...3, caracterizat prin aceea că siliciul reprezintă maximum 15 % din cantitatea totală de particule proiectate. 190

5. Procedeu conform revendicărilor 1...4, caracterizat prin aceea că siliciul are un diametru mediu al particulei de maximum 50 pm.

6. Procedeu conform revendicărilor 1...5, caracterizat prin aceea că parti-

RO 115156 B culele refractare solide prezintă dimensiuni de maximum 4 mm.

195 7. Procedeu conform revendicărilor 1 ...6, caracterizat prin aceea că particulele refractare solide prezintă un factor de dispersie a cărui valoare este 1,2.