RU2211200C1 - Fire-resistant mix and method for tempering thereof - Google Patents
Fire-resistant mix and method for tempering thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2211200C1 RU2211200C1 RU2002104347/03A RU2002104347A RU2211200C1 RU 2211200 C1 RU2211200 C1 RU 2211200C1 RU 2002104347/03 A RU2002104347/03 A RU 2002104347/03A RU 2002104347 A RU2002104347 A RU 2002104347A RU 2211200 C1 RU2211200 C1 RU 2211200C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- refractory
- aluminum
- silicon dioxide
- lining
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области создания высокоогнеупорных смесей, которые могут быть использованы в виде растворов для кладки и обмазки при производстве футеровочных и ремонтных работ в высокотемпературных тепловых агрегатах (печах, котлах, реакторах и т.п.), в черной и цветной металлургии, в химической и коксохимической промышленности, теплоэнергетике и строительной индустрии. The invention relates to the field of creating highly refractory mixtures that can be used in the form of solutions for masonry and coating in the manufacture of lining and repair work in high-temperature thermal units (furnaces, boilers, reactors, etc.), in ferrous and non-ferrous metallurgy, in chemical and by-product coke, thermal power and construction industries.
Главное назначение огнеупорных смесей - футеровка рабочих поверхностей конструкций на основе алюмосиликатных изделий, бетонов и других композиционных материалов. The main purpose of refractory mixtures is the lining of the working surfaces of structures based on aluminosilicate products, concrete and other composite materials.
Известные футеровочные смеси компонуются, как правило, из соображений схожести химического состава смеси и базового огнеупора (см. например RU 2074152, кл. С 04 В 35/65, 35/66, 1997). Это способствует совместимости и адгезионному сцеплению наносимого футеровочного материала и базового, на который он наносится. Однако даже при такой химической совместимости могут возникнуть проблемы с обеспечением адгезионного сцепления футеровочной или ремонтной смеси с основой, особенно в тех случаях, когда необходимо обеспечить надежное адгезионное сцепление в течение продолжительного периода эксплуатации в условиях высокотемпературных воздействий статического или динамического (в том числе циклического) характера. Часто под воздействием указанных факторов происходит отслоение футеровки, ее выкрашивание или образование раковин и прогаров, что сокращает ресурс эксплуатации высокотемпературного теплового агрегата. Known lining mixtures are composed, as a rule, for reasons of similarity in the chemical composition of the mixture and the base refractory (see, for example, RU 2074152, class C 04
Известна огнеупорная смесь "ГАММА-3ХП", которая предназначается для защиты поверхностей высокотемпературных печей, выполненных из хромитовых и хромитопериклазовых огнеупоров, и способ ее затворения (см. патент РФ 2138464, кл. С 04 В 35/12, 35/65, 35/66 от 1999). Известная огнеупорная смесь имеет следующий состав, мас.%:
Хромитовая руда - 40-65
Оксид железа - 9-22
Сульфат магния - 8-14
Алюминий или сплав алюминия и кремния - 10-14
Суперпластификатор С-3 - 0,0-11,9
Инициатор (NH4Cl или смесь аммонийсодержащего компонента с галогенидами Са, Mg, Al) - 0,1-0,9
Модификатор (кианит, силлиманит или их смесь) - 2,0-20,0
Способ затворения этой смеси заключается в перемешивании порошкообразных компонентов с требуемым количеством воды.Known refractory mixture "GAMMA-3XP", which is intended to protect the surfaces of high-temperature furnaces made of chromite and chromite-periclase refractories, and the method of its mixing (see RF patent 2138464, CL 04 04 35/12, 35/65, 35 / 66 dated 1999). Known refractory mixture has the following composition, wt.%:
Chromite Ore - 40-65
Iron Oxide - 9-22
Magnesium Sulfate - 8-14
Aluminum or an alloy of aluminum and silicon - 10-14
Superplasticizer S-3 - 0.0-11.9
Initiator (NH 4 Cl or a mixture of an ammonium-containing component with the halides of Ca, Mg, Al) - 0.1-0.9
Modifier (kyanite, sillimanite or a mixture thereof) - 2.0-20.0
The method of mixing this mixture is to mix the powdered components with the required amount of water.
Полученный таким образом кладочный раствор используют при футеровке цементных печей, печей спекания, кальцинации и др. с рабочей температурой 900-1800oС. При достижении температуры разогрева печи порядка 900oС в швах кладки происходит самовозгорание и начинается процесс СВС-горения (самораспространяющийся высокотемпературный синтез). Расплав материалов, образующихся в волне СВС, пропитывает поверхностные слои рядом лежащих хромитовых или хромитопериклазовых огнеупоров на глубину 0,1-0,5 мм и сваривает их в монолит. Огнеупорность мертеля после обжига в волне СВС составляет 1780oС, а термостойкость - до 60 воздушных теплосмен.The masonry solution obtained in this way is used in the lining of cement kilns, sintering furnaces, calcinations, etc. with a working temperature of 900-1800 o С. When the furnace heating temperature reaches about 900 o С, self-ignition occurs in the masonry joints and the SHS-combustion process begins (self-propagating high-temperature synthesis). The melt of materials formed in the SHS wave impregnates the surface layers of the adjacent chromite or chromite-periclase refractories to a depth of 0.1-0.5 mm and welds them into a monolith. The mortar fire resistance after firing in the SHS wave is 1780 o С, and heat resistance is up to 60 air heat exchangers.
К недостаткам известной огнеупорной смеси следует отнести ограниченное применение этих смесей только для хромитовых или хромитопериклазовых огнеупоров, отсутствие химической стойкости к воздействию расплавов металлов и шлаков при прямом их контакте, а также довольно высокую сложность композиции (многокомпонентность), что создает определенные трудности для широкого ее практического применения. The disadvantages of the known refractory mixtures include the limited use of these mixtures only for chromite or chromite-periclase refractories, the lack of chemical resistance to the effects of molten metals and slags in direct contact, as well as the rather high complexity of the composition (multicomponent), which creates certain difficulties for its wide practical application.
Наиболее близкими к заявленным изобретениям по технической сущности и достигаемому результату являются огнеупорная композиция (смесь) и способ ее затворения, описанные в патенте 876353, 1961. Смесь включает порошкообразный алюминий - восстановитель и окислитель, например диоксид кремния, а также (в качестве связующего) глиноземистый цемент в количестве 25-50% от массы композиции. Способ затворения данной известной смеси заключается в перемешивании компонентов с водой, содержащей 1,5 мас.ч. гуммиарабика и 0,5 мас.ч. дубильной кислоты. The closest to the claimed inventions in terms of technical nature and the achieved result are the refractory composition (mixture) and its mixing method described in patent 876353, 1961. The mixture includes powdered aluminum - a reducing agent and an oxidizing agent, for example silicon dioxide, and also (as a binder) alumina cement in an amount of 25-50% by weight of the composition. The method of mixing this known mixture is to mix the components with water containing 1.5 wt.h. gum arabic and 0.5 wt.h. tannic acid.
Недостатками данной известной огнеупорной смеси являются невысокая активность в экзотермическом синтезе и низкая адгезия к обрабатываемым этой смесью поверхностям огнеупорных материалов. The disadvantages of this known refractory mixture are low activity in exothermic synthesis and low adhesion to the surfaces of refractory materials treated with this mixture.
Задачей изобретения является создание простой и недорогой смеси для ее использования применительно к алюмосиликатным огнеупорам, способной к высокотемпературному синтезу (СВС) при нагревании до 750-850oС и обеспечивающей материалу после окончания процесса СВС высокие эксплуатационные характеристики: химическая и эрозионная стойкость при прямом контакте с агрессивными высокотемпературными средами, износоустойчивость при механических (особенно абразивной природы) воздействиях.The objective of the invention is to create a simple and inexpensive mixture for use with aluminosilicate refractories, capable of high-temperature synthesis (SHS) when heated to 750-850 o C and providing the material after the SHS process with high performance characteristics: chemical and erosion resistance when in direct contact with aggressive high-temperature environments, wear resistance under mechanical (especially abrasive nature) influences.
Задачей изобретения является также создание огнеупорной смеси многоцелевого назначения, что позволяет использовать смесь как для проведения кладочных, футеровочных и ремонтных работ, так и в качестве защитно-упрочняющего покрытия на рабочие поверхности футеровок высокотемпературных агрегатов или отдельных штучных и фасонных огнеупорных изделий с алюмосиликатной основой. The objective of the invention is the creation of a multi-purpose refractory mixture, which allows the mixture to be used both for masonry, lining and repair work, and as a protective and hardening coating on the working surfaces of the linings of high-temperature units or individual piece and shaped refractory products with aluminosilicate base.
Задачей изобретения является также разработка способа затворения огнеупорной смеси, который позволяет повысить адгезионное сцепление огнеупорной смеси с обрабатываемыми поверхностями алюмосиликатных огнеупоров. The objective of the invention is the development of a method for mixing a refractory mixture, which allows to increase the adhesion of the refractory mixture to the machined surfaces of aluminosilicate refractories.
Решение поставленной задачи достигается тем, что предлагаемая огнеупорная смесь, включающая окислитель - диоксид кремния, восстановитель - порошкообразный алюминий, а также глиноземистый цемент, в качестве глиноземистого цемента содержит высокоглиноземистый цемент марки ВГЦ при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Диоксид кремния - 32-45
Алюминий - 29-35
Цемент марки ВГЦ - 10-20
Предлагаемая огнеупорная смесь может дополнительно содержать золу-унос в количестве 0-16 мас.ч., оксид алюминия в количестве 0-10 мас.ч. и шамотный порошок в количестве 0-18 мас.ч.The solution to this problem is achieved by the fact that the proposed refractory mixture, including an oxidizing agent - silicon dioxide, a reducing agent - powdered aluminum, as well as alumina cement, contains alumina cement as a high alumina cement grade VHC in the following ratio, wt.h .:
Silicon Dioxide - 32-45
Aluminum - 29-35
VGC brand cement - 10-20
The proposed refractory mixture may additionally contain fly ash in an amount of 0-16 parts by weight, alumina in an amount of 0-10 parts by weight. and fireclay powder in an amount of 0-18 wt.h.
Решение поставленной задачи достигается также предлагаемым способом затворения огнеупорной смеси, включающей окислитель - диоксид кремния, восстановитель - порошкообразный алюминий, а также глиноземистый цемент, путем ее перемешивания в присутствии воды, в котором предлагаемую огнеупорную смесь перемешивают с жидким стеклом при массовом соотношении (1-1,5):1. The solution to this problem is also achieved by the proposed method of mixing a refractory mixture, including an oxidizing agent - silicon dioxide, a reducing agent - powdered aluminum, as well as alumina cement, by mixing it in the presence of water, in which the proposed refractory mixture is mixed with liquid glass in a mass ratio (1-1 , 5): 1.
В предлагаемом способе используют промышленное жидкое стекло (ГОСТ РФ 13078-81) с плотностью 1,45-1,47 г/см3 и составом по массе: SiO2 - 29,6-30,5%, Na2O - 10,6-11,0%, остальное - вода.The proposed method uses industrial liquid glass (GOST RF 13078-81) with a density of 1.45-1.47 g / cm 3 and composition by weight: SiO 2 - 29.6-30.5%, Na 2 O - 10, 6-11.0%, the rest is water.
В предлагаемой огнеупорной смеси (шихте) использовались вещества со следующими характеристиками:
1. Диоксид кремния - тонкодисперсный песок (менее 100 мкм) марки С-070-1 с содержанием SiO2 98,3%. Можно использовать и другие марки молотого песка.In the proposed refractory mixture (mixture), substances with the following characteristics were used:
1. Silicon dioxide - fine sand (less than 100 microns) grade C-070-1 with a SiO 2 content of 98.3%. You can use other brands of ground sand.
2. Алюминиевый порошок с размером частиц менее 50 мкм. 2. Aluminum powder with a particle size of less than 50 microns.
3. Цемент марки ВГЦ с содержанием Аl2О3 от 70 до 75%.3. VHC brand cement with Al 2 O 3 content from 70 to 75%.
4. Зола-унос со сверхтонкой дисперсностью (≤10 мкм) и с составом: SiO2 - 56,5%, Аl2О3 - 26,63%, Fе2O3 - 10,47%, CaO - 2,5%, MgO - 1,4% и др. В нашем случае использовалась зола-унос с ТЭЦ-22 (г. Москва).4. Fly ash with ultrafine dispersion (≤10 μm) and with the composition: SiO 2 - 56.5%, Al 2 O 3 - 26.63%, Fe 2 O 3 - 10.47%, CaO - 2.5 %, MgO - 1.4%, etc. In our case, fly ash from TPP-22 (Moscow) was used.
5. Окись алюминия (Аl2О3) любой марки с дисперсностью не более 100 мкм.5. Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) of any brand with a dispersion of not more than 100 microns.
6. Шамотный порошок (алюмосиликат с содержанием Аl2О3 от 28 до 45%).6. Fireclay powder (aluminosilicate with an Al 2 O 3 content of 28 to 45%).
Полученная при затворении смеси жидковязкая шликерная композиция наносится тонким слоем (порядка 1,5-3,0 мм) на рабочую поверхность основы. При естественном высыхании (порядка 1-2 часов) еще до низкотемпературного обжига в режиме СВС-процесса используемый раствор получает достаточную конструкционную прочность. Окончательные эксплуатационные свойства материал футеровочного покрытия либо шва кладки приобретает при прогреве теплового агрегата в процессе его технологической сушки. При достижении температуры разогрева футеровки теплового агрегата порядка 750-850oС в материале покрытия и/или в швах кладки инициируется процесс безгазового горения (СВС-процесс), который распространяется в виде волны направленного горения по слою нанесенной огнеупорной смеси. Синтез новых оксидно-керамических структур муллитового типа (3Аl2О3•2SiO2) происходит в зоне волны горения при температурах 1600-1700oС за времена порядка 10-3 с. Синтез сопровождается плавлением мелкодисперсного порошка алюминия, так, что некоторая часть расплава проникает в поверхностные слои материала основы, особенно при наличии в нем открытой пористости. За счет этого эффекта происходит сваривание слоя покрытия или кладочного шва с алюмосиликатным материалом основы, что обеспечивает сцепление их в монолит. Немаловажное значение при этом имеет факт практически полного совпадения коэффициентов линейного и объемного расширения материалов огнеупорной основы и образующегося в волне СВС оксидно-керамического покрытия, что обеспечивает долговременное их сцепление без возникновения напряжений в процессе функционирования теплового агрегата.The liquid-viscous slip-based composition obtained by mixing the mixture is applied in a thin layer (of the order of 1.5-3.0 mm) on the working surface of the base. With natural drying (about 1-2 hours), even before low-temperature firing in the SHS process mode, the used solution receives sufficient structural strength. The final operational properties of the material of the lining coating or the masonry seam acquire during heating of the thermal unit during its technological drying. Upon reaching the heating temperature of the lining of the thermal unit of the order of 750-850 o C in the coating material and / or in the joints of the masonry, a gas-free combustion process (SHS) is initiated, which propagates in the form of a directed combustion wave over the layer of the applied refractory mixture. The synthesis of new oxide-ceramic structures of the mullite type (3Al 2 O 3 • 2SiO 2 ) occurs in the zone of the combustion wave at temperatures of 1600-1700 o C for times of the order of 10 -3 s. The synthesis is accompanied by the melting of fine aluminum powder, so that some of the melt penetrates into the surface layers of the base material, especially if it has open porosity. Due to this effect, the coating layer or masonry seam is welded with the aluminosilicate base material, which ensures their adhesion to the monolith. Of no small importance is the fact that the coefficients of linear and volume expansion of the materials of the refractory base and the oxide-ceramic coating formed in the SHS wave are almost identical, which ensures their long-term adhesion without stresses during the operation of the thermal unit.
Полученные экспериментально результаты показали, что добавление в шихту оксида алюминия способствует образованию муллитовых структур в материале в процессе СВС и снижает температуру инициирования этого процесса. The experimentally obtained results showed that the addition of alumina to the mixture promotes the formation of mullite structures in the material during the SHS process and reduces the initiation temperature of this process.
Добавление в состав смеси золы-уноса также снижает температуру инициирования волны СВС за счет содержащихся в составе золы окислов металлов: Аl2O3, Fе2O3, MgO и др. (вплоть до температуры плавления частиц алюминия (660oС)).The addition of fly ash to the composition of the mixture also lowers the initiation temperature of the SHS wave due to the metal oxides Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , MgO, etc. contained in the ash composition (up to the melting temperature of aluminum particles (660 o С)).
Помимо описанного процесса самообразования защитно-упрочняющего покрытия или керамического материала шва футеровки в ходе начала эксплуатации тепловых агрегатов широкое применение может найти предварительное нанесение покрытий на штучные и фасонные огнеупорные изделия в процессе их заводского изготовления или при проведении подготовительного этапа футеровочных работ в самом теплоагрегате. В этом случае СВС-процесс в наносимом на изделие материале обеспечивается при низкотемпературном обжиге в любых нагревательных печах с контролируемым режимом нагрева (скорость нагрева 5-10oС/мин).In addition to the described process of self-formation of a protective-hardening coating or ceramic material of the lining seam during the start of operation of thermal units, preliminary application of coatings on piece and shaped refractory products during their factory manufacturing or during the preparatory stage of the lining work in the heat generator itself can be widely used. In this case, the SHS process in the material applied to the product is ensured by low-temperature firing in any heating furnaces with a controlled heating mode (heating rate of 5-10 o C / min).
Техническим результатом данного изобретения является существенное увеличение (в несколько раз) ресурса работы футеровок тепловых агрегатов, работающих в условиях воздействия статических и динамических высокотемпературных нагрузок. Для штучных и фасонных огнеупорных изделий нанесение из заявленной смеси защитно-упрочняющих покрытий позволяет перевести их по своим свойствам в класс высокоогнеупорных материалов. The technical result of this invention is a significant increase (several times) in the life of the linings of thermal units operating under the influence of static and dynamic high-temperature loads. For piece and shaped refractory products, applying from the claimed mixture of protective and hardening coatings allows their properties to be transferred to the class of highly refractory materials.
Возможность реализации предлагаемого изобретения иллюстрируется примерами их конкретного практического применения, которые приведены в табл. 1, 2 и 3. The possibility of implementing the invention is illustrated by examples of their specific practical applications, which are given in table. 1, 2 and 3.
В дополнение к этим примерам можно указать, что образцы из ячеистого СВС-бетона, покрытые снаружи слоем толщиной 2-3 мм из предлагаемой огнеупорной смеси (состав 4 в табл.1), помещенные в агрессивную химическую среду (кислотно-щелочная природа), не изменили свои физико-механические характеристики, несмотря на круглосуточное трехмесячное пребывание в условиях активного химического воздействия на них. In addition to these examples, it can be pointed out that samples of cellular SHS concrete, coated on the outside with a layer of 2-3 mm thickness from the proposed refractory mixture (
Приведенные примеры достаточно убедительно демонстрируют высокие эксплуатационные качества футеровок и покрытий, изготовленных из предлагаемой огнеупорной смеси. Сама композиция огнеупорной смеси проста в изготовлении и абсолютно доступна для любого потребителя по ассортименту предлагаемых компонентов. The above examples quite convincingly demonstrate the high performance of linings and coatings made from the proposed refractory mixture. The composition of the refractory mixture is simple to manufacture and is absolutely accessible to any consumer in the range of offered components.
Claims (2)
Диоксид кремния - 32-45
Алюминий - 29-35
Цемент марки ВГЦ - 10-20
2. Огнеупорная смесь по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит золу-унос 0-16 мас. ч. , оксид алюминия 0-10 мас. ч. и шамотный порошок 0-18 мас. ч.1. A refractory mixture comprising an oxidizing agent - silicon dioxide, a reducing agent - powdered aluminum, as well as alumina cement, characterized in that it contains high-alumina cement grade VHC as an alumina cement in the following ratio of components, wt. hours:
Silicon Dioxide - 32-45
Aluminum - 29-35
VGC brand cement - 10-20
2. The refractory mixture according to claim 1, characterized in that it further comprises fly ash of 0-16 wt. hours, alumina 0-10 wt. hours and chamotte powder 0-18 wt. h
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002104347/03A RU2211200C1 (en) | 2002-02-20 | 2002-02-20 | Fire-resistant mix and method for tempering thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002104347/03A RU2211200C1 (en) | 2002-02-20 | 2002-02-20 | Fire-resistant mix and method for tempering thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2211200C1 true RU2211200C1 (en) | 2003-08-27 |
Family
ID=29246408
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002104347/03A RU2211200C1 (en) | 2002-02-20 | 2002-02-20 | Fire-resistant mix and method for tempering thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2211200C1 (en) |
-
2002
- 2002-02-20 RU RU2002104347/03A patent/RU2211200C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2787508B2 (en) | Method for forming a porous refractory mass and composition for use in such a method | |
JP3212600B2 (en) | Refractory material bound by sialon substrate and method of preparation | |
JPH0413308B2 (en) | ||
JPS62270469A (en) | Formation of refractory mass and mixture of particles therefor | |
JP2015044734A (en) | Cement-free refractory | |
WO1990013526A1 (en) | Refractory material | |
US5686028A (en) | Process for forming a coherent refractory mass on a surface | |
JP3884425B2 (en) | Fireproof repair material and method for manufacturing the same | |
RU2211200C1 (en) | Fire-resistant mix and method for tempering thereof | |
JP3174179B2 (en) | Thermal spray material | |
Mukhopadhyay et al. | Effect of MgO Grain Size on Thermal Expansion Behavior of Alumina–Magnesia–Carbon Refractory | |
US8501650B2 (en) | Dry mix for treating refractory substrates and process using same | |
JP3009815B2 (en) | Aluminum titanate-alumina spray material | |
JPH10101441A (en) | Composition for castable refractory and formation of furnace wall using the same composition | |
US5295669A (en) | Refractory coated iron-based pipe | |
JP2004168565A (en) | Scale-resistant coating material for heating furnace | |
US265962A (en) | James henderson | |
JPS60161379A (en) | Refractory material powder for flame spray | |
US271437A (en) | Geoege uueyee | |
JPS6033279A (en) | Refractory coating material and refractories coated therewith | |
RU2135432C1 (en) | Gunned compound for hot repair of refractory brickwork of chamber furnaces | |
JPH0244069A (en) | Basic cast refractories | |
US1042844A (en) | Refractory material. | |
JPS61201674A (en) | Flame spray material for metal refining furnace | |
JPH0971478A (en) | Composition for castable refractory and drying of furnace wall using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050221 |