RU2333181C2 - Exothermal mix for ceramic welding - Google Patents
Exothermal mix for ceramic welding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2333181C2 RU2333181C2 RU2006132260/03A RU2006132260A RU2333181C2 RU 2333181 C2 RU2333181 C2 RU 2333181C2 RU 2006132260/03 A RU2006132260/03 A RU 2006132260/03A RU 2006132260 A RU2006132260 A RU 2006132260A RU 2333181 C2 RU2333181 C2 RU 2333181C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- particles
- ceramic welding
- particle size
- fraction
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к способам для горячего ремонта кладки промышленных печей методом керамической сварки (наплавки) и может быть использовано в металлургической, коксохимической и других отраслях промышленности.The invention relates to methods for hot repair of masonry of industrial furnaces by the method of ceramic welding (surfacing) and can be used in metallurgical, coke and other industries.
Керамическая сварка как способ ремонта футеровки и формования наплавленного слоя огнеупорной массы достаточно широко известна и описана в ряде технических решений: GB 1330894 А, 19.09.73. WO 90/03848 А, 19.04.90. SU 726066 А, 05.04.80. SU 1774937 A3, 07.11.92. RU 2027690 С1, 27.01.95. RU 2051879 С1, 10.01.96. GB 2170191 A, 30.07.86.GB 2257136 А, 06.01.93. GB 2213812 А, 23.08.89. US 4792468 А, 20.12.88., RU 2140889 24.11.95, RU 2027690 25.06.90.Ceramic welding as a method of repairing the lining and molding of the deposited layer of the refractory mass is widely known and described in a number of technical solutions: GB 1330894 A, 09.19.73. WO 90/03848 A, 04/19/90. SU 726066 A, 04/05/80. SU 1774937 A3, 11/7/92. RU 2027690 C1, 01.27.95. RU 2051879 C1, 01/10/96. GB 2170191 A, 07/30/86. GB 2257136 A, 1/6/93. GB 2213812 A, 08/23/89. US 4792468 A, 12.20.88., RU 2140889 11.24.95, RU 2027690 06.25.90.
Сущность керамической сварки: на нагретую поверхность огнеупора подают в потоке кислорода экзотермическую смесь, содержащую огнеупорные и горючие частицы. Происходит высокотемпературная экзотермическая реакция, расплавление огнеупорного наполнителя, размягчение поверхности ремонтируемой кладки до пластического состояния и их сплавление с образованием монолитного слоя.The essence of ceramic welding: an exothermal mixture containing refractory and combustible particles is fed to the heated surface of the refractory in an oxygen stream. A high-temperature exothermic reaction occurs, the refractory filler melts, the surface of the repaired masonry softens to a plastic state and their fusion forms a monolithic layer.
Наиболее близким (патент RU 2051879, 02.07.92) к изобретению является экзотермическая смесь для керамической сварки, включающей огнеупорные частицы и горючие частицы, содержащие в том числе частицы алюминия.The closest (patent RU 2051879, 02.07.92) to the invention is an exothermic mixture for ceramic welding, including refractory particles and combustible particles, including aluminum particles.
Использование в качестве одной из топливных составляющих алюминия, как правило, как обусловлено энергетикой (т.е. технологическими причинами) процесса, так и соображениями преобразования алюминия в оксиды, шпинели и другие соединения как составляющими химической и минералогической структуры наплавленного слоя.The use of aluminum as one of the fuel components, as a rule, is both due to the energy (i.e. technological reasons) of the process, and considerations of the conversion of aluminum to oxides, spinels and other compounds as components of the chemical and mineralogical structure of the deposited layer.
Однако используемые частицы алюминия, как правило, имеют чешуйчатую, пластинчатую и прочую неправильную форму. Использование мелкодисперсного алюминия при горении в составе керамической массы приводит к бурному воспламенению. Высокая температура сварки приводит к оплавлению футеровки, причем процесс идет неустойчиво. Для мелкодисперсных марок вообще характерна рваная чешуйчатая форма частиц. Для таких частиц процесс часто усугубляется агломерационными явлениями - в керамической массе находятся конгломераты алюминия.However, the used aluminum particles, as a rule, have a scaly, lamellar and other irregular shape. The use of finely dispersed aluminum during combustion in the composition of the ceramic mass leads to rapid ignition. A high welding temperature leads to reflow of the lining, and the process is unstable. For fine grades, a tattered scaly form of particles is generally characteristic. For such particles, the process is often aggravated by agglomeration phenomena - aluminum conglomerates are in the ceramic mass.
Неправильная форма частиц приводит, как показали наши исследования, к плохой адсорбции частиц на поверхности огнеупора, в керамической массе велика доля свободных алюминиевых частиц, которые создают дополнительное сопротивление при движении по трубопроводам и, как следствие, снижается безопасность, особенно при перемешивании в бункере и коммуникациях.The irregular shape of the particles leads, as our studies have shown, to poor adsorption of particles on the surface of the refractory, in the ceramic mass there is a high proportion of free aluminum particles, which create additional resistance when moving through pipelines and, as a consequence, reduce safety, especially when mixing in the hopper and communications .
При применении крупнодисперсного алюминия пришлось столкнуться с плохим инициированием реакции и нестабильным горением, из-за неполного оплавления частиц огнеупора пористость достигала 40% и более. Это объясняется тем, что крупные частицы не успевают сгореть полностью.When using coarse aluminum, it was necessary to encounter poor reaction initiation and unstable combustion, due to incomplete fusion of the refractory particles, the porosity reached 40% or more. This is because large particles do not have time to burn completely.
Изобретение направлено на создание эффективной экзотермической смеси для керамической сварки, которая бы позволила повысить качество ремонта и его безопасность, сократить расход металлических порошков и длительность ремонта.The invention is aimed at creating an effective exothermic mixture for ceramic welding, which would improve the quality of repair and its safety, reduce the consumption of metal powders and the duration of the repair.
Это достигается тем, что в предложенной экзотермической смеси для керамической сварки, включающей огнеупорные частицы и горючие частицы, которые содержат также частицы алюминия, причем последние имеют сферическую форму с удельной поверхностью 0,13-0,65 м2/г, а доля фракции 0-10 мкм в гранулометрическом составе алюминия составляет 12-65%.This is achieved by the fact that in the proposed exothermic mixture for ceramic welding, including refractory particles and combustible particles, which also contain aluminum particles, the latter having a spherical shape with a specific surface area of 0.13-0.65 m 2 / g, and the fraction fraction is 0 -10 microns in the particle size distribution of aluminum is 12-65%.
Процессы воспламенения и горения металлов имеют особенность - образование окисной пленки на поверхности, препятствующей непосредственному контакту металла с окружающей средой.The processes of ignition and combustion of metals have a feature - the formation of an oxide film on a surface that prevents direct contact of the metal with the environment.
Поэтому в большинстве случаев протекание реакции зависит не только от температуры и концентрации окислителя в окружающей металл среде, но и от характеристик окисной пленки. В процессе горения могут происходить такие явления, как изменение структуры, плавление и испарение окисной пленки, конденсация продуктов сгорания, осаждение продуктов реакции на поверхность металла и т.д.Therefore, in most cases, the course of the reaction depends not only on the temperature and concentration of the oxidizing agent in the environment surrounding the metal, but also on the characteristics of the oxide film. During combustion, phenomena such as structural changes, melting and evaporation of the oxide film, condensation of combustion products, precipitation of reaction products on the metal surface, etc. can occur.
Установлено, что моменту воспламенения предшествуют превращения в окисной пленке, первоначально покрывающей частицу алюминия. К таким превращениям относится растрескивание пленки при нагреве частицы (коэффициент термического расширения Al2O3 примерно в три раза меньше коэффициента термического расширения алюминия). В этом случае трещины заполняются чистым металлом, получающим доступ к окислительной среде.It is established that the moment of ignition is preceded by transformations in the oxide film, which initially covers the aluminum particle. Such transformations include cracking of the film upon heating of the particle (the coefficient of thermal expansion of Al 2 O 3 is approximately three times lower than the coefficient of thermal expansion of aluminum). In this case, the cracks are filled with pure metal, gaining access to the oxidizing medium.
Вероятность растрескивания окисных оболочек тем выше, чем выше скорость нагрева частиц. Вторым превращением, способствующим увеличению скорости окисления частиц алюминия, является плавление окисной пленки. Этот процесс резко снижает диффузионное сопротивление окисной пленки потоку газообразного окислителя и тем самым интенсифицирует процесс воспламенения частиц.The probability of cracking of the oxide shells is higher, the higher the heating rate of the particles. The second transformation, contributing to an increase in the rate of oxidation of aluminum particles, is the melting of the oxide film. This process sharply reduces the diffusion resistance of the oxide film to the flow of the gaseous oxidizing agent and thereby intensifies the process of ignition of particles.
Собственно говоря, именно алюминий сферической формы в наибольшей степени соответствует этим условиям. Действительно, благодаря правильной форме отношение площади поверхности пленки к объему частицы минимально, что облегчает ее растрескивание и плавление.As a matter of fact, it is aluminum of spherical shape that most closely corresponds to these conditions. Indeed, due to the correct shape, the ratio of the surface area of the film to the volume of the particle is minimal, which facilitates its cracking and melting.
Применение частиц сферической формы более безопасно. Сферические частицы алюминия, хорошо адсорбируются на огнеупоре, процесс горения идет ровно и хорошо контролируется.Using spherical particles is safer. Spherical aluminum particles are well adsorbed on the refractory, the combustion process is smooth and well controlled.
Частицы сферической формы в меньшей степени склонны к конгломерации, и равномерно распределяясь в объеме смеси, способствуют ее лучшей текучести.Spherical particles are less prone to conglomeration, and evenly distributed in the volume of the mixture, contribute to its better fluidity.
Наши исследования и опыт применения показали, что в наибольшей степени влияет на достижение целей изобретения именно содержание определенной фракции в гранулометрическом составе (грансоставе) алюминия, а именно фракции 0-10 мкм. Собственно говоря, именно эта фракция, а точнее ее связь с удельной поверхностью, является своеобразным регулятором процесса «работы» алюминия.Our studies and application experience have shown that it is the content of a certain fraction in the particle size distribution (particle size distribution) of aluminum, namely the fraction of 0-10 μm, that affects the achievement of the objectives of the invention to the greatest extent. As a matter of fact, it is this fraction, or rather its relationship with the specific surface, that is a kind of regulator of the process of "work" of aluminum.
Обычно удельная поверхность и грансостав связаны друг с другом обратно пропорциональной зависимостью и, как правило, их значения взаимосвязаны. Тем не менее, в ряде случаев, когда это обосновано техническими целями, необходимо создавать искусственную смесь алюминия, добиваясь соотношения, указанного в изобретении.Typically, the specific surface and grain size are related to each other by an inversely proportional relationship and, as a rule, their values are interconnected. However, in some cases, when it is justified by technical objectives, it is necessary to create an artificial mixture of aluminum, achieving the ratio specified in the invention.
Крупные частицы нагреваются медленно, за время плавления на поверхности нарастает защитный слой окисла, препятствующий воспламенению. Особенно это относится к частицам алюминия размером более 100 мкм.Large particles heat up slowly, during the melting time, a protective oxide layer builds up on the surface, which prevents ignition. This is especially true for aluminum particles larger than 100 microns.
Кроме того, адсорбция частиц из-за их размера на поверхности огнеупора затруднена, а при наличии эффекта сегрегации наблюдается расслоение, тем более, что даже самая крупная частица алюминия значительно уступает в размерах частицам огнеупора среднего размера.In addition, the adsorption of particles due to their size on the surface of the refractory is difficult, and in the presence of a segregation effect, delamination is observed, especially since even the largest aluminum particle is significantly smaller in size than the refractory particles of medium size.
Малые частицы расплавляются быстро, еще до заметного окисления их поверхности, горят в диффузионном режиме и быстро нагреваются до плавления за счет конвекции. Количество окисла на поверхности невелико, испарение металла и диффузия его паров от поверхности происходят беспрепятственно. Давление пара металла высоко, поэтому скорость газофазного окисления велика.Small particles melt quickly, even before the surface is noticeably oxidized, burn in the diffusion mode, and quickly heat up before melting due to convection. The amount of oxide on the surface is small, the evaporation of the metal and the diffusion of its vapor from the surface occur unhindered. The vapor pressure of the metal is high, so the rate of gas-phase oxidation is high.
Мелкие частицы, обладая великолепной воспламеняемостью и адсорбируемостью, проникают в поры частиц огнеупора и способствуют его эффективному расплавлению.Small particles, possessing excellent flammability and adsorption, penetrate the pores of the particles of the refractory and contribute to its effective melting.
При использовании сферического алюминия с удельной поверхностью менее 0,13 м2/г, причем доля фракции 0-10 мкм в гранулометрическом составе алюминия составляет менее 12%, процесс воспламенения идет недостаточно эффективно, особенно в начальной стадии процесса. При небольшой концентрации мелкие частицы, находясь в порах частиц огнеупора, фактически экранируются ими. При этом нужная для стабильного воспламенения минимальная температура печи испытывает тенденцию к повышению, что не является благоприятным фактором.When using spherical aluminum with a specific surface of less than 0.13 m 2 / g, and the fraction of 0-10 microns in the particle size distribution of aluminum is less than 12%, the ignition process is not efficient enough, especially in the initial stage of the process. At a low concentration, small particles in the pores of the refractory particles are actually screened by them. At the same time, the minimum furnace temperature necessary for stable ignition tends to increase, which is not a favorable factor.
При использовании сферического алюминия с удельной поверхностью менее 0,13 м2/г, причем доля фракции 0-10 мкм в гранулометрическом составе алюминия более 65%, процесс воспламенения идет слишком бурно, что небезопасно, а наличие крупных частиц, зачастую с опозданием вступающих в реакцию, приводит к нерациональному перерасходу алюминия.When using spherical aluminum with a specific surface of less than 0.13 m 2 / g, and the fraction of 0-10 microns in the particle size distribution of aluminum is more than 65%, the ignition process is too violent, which is unsafe, and the presence of large particles, often delayed reaction, leads to irrational overspending of aluminum.
При использовании сферического алюминия с удельной поверхностью более 0,65 м2/г, причем доля фракции 0-10 мкм в гранулометрическом составе алюминия составляет более 65%, процесс воспламенения идет очень бурно, что небезопасно и грозит «обратным ударом».When using spherical aluminum with a specific surface of more than 0.65 m 2 / g, and the fraction of 0-10 microns in the particle size distribution of aluminum is more than 65%, the ignition process is very violent, which is unsafe and threatens with a “back strike”.
Использование сферического алюминия с удельной поверхностью более 0,65 м2/г, причем доля фракции 0-10 мкм в гранулометрическом составе алюминия составляет менее 12%, процесс нецелесообразно экономически, поскольку весьма трудно получить смесь именно с таким распределением, даже искусственно. Тем не менее, если задаться такой целью, получить значимый технический эффект не удается.The use of spherical aluminum with a specific surface of more than 0.65 m 2 / g, and the fraction of 0-10 microns in the particle size distribution of aluminum is less than 12%, the process is not economically feasible, since it is very difficult to obtain a mixture with just such a distribution, even artificially. Nevertheless, if one sets such a goal, one cannot obtain a significant technical effect.
Технология сварки может быть реализована как с применением общепринятой схемы керамической сварки, когда смесь всех компонентов подается из одного общего бункера, так и с подачей компонентов из разных, отдельных бункеров для каждого компонента (компонентов) и смешением их непосредственно перед использованием. Таким образом можно достичь лучшей воспламеняемости смеси при пониженной температуре печи, подавая сначала алюминий (воспламенение одиночных частиц происходит при температуре 660°С).The welding technology can be implemented both using the generally accepted ceramic welding scheme, when a mixture of all components is supplied from one common hopper, and with the supply of components from different, separate bins for each component (components) and mixing them immediately before use. Thus, it is possible to achieve a better flammability of the mixture at a lower furnace temperature by first supplying aluminum (ignition of single particles occurs at a temperature of 660 ° C).
Ниже приводятся примеры осуществления изобретения с реализацией указанного назначения.The following are examples of carrying out the invention with the implementation of this purpose.
Пример 1. Экзотермическая смесь для керамической сварки, используемая для ремонта огнеупорной кладки промышленных печей с динасовой кладкой. 1. Плавленный кварц - 80%. Размер частиц от 50 мкм до 1,5 мм. 2. Кремний металлический - 15%. 3. Алюминий 5% с удельной поверхностью 0,40 м2/г, а доля фракции 0-10 мкм в гранулометрическом составе алюминия составляет 32%. Температура кладки во время ремонта - 800°С. Расход кислорода - 200 л/кг массы.Example 1. An exothermic mixture for ceramic welding used to repair the refractory masonry of industrial furnaces with dinas masonry. 1. Fused quartz - 80%. Particle size from 50 microns to 1.5 mm. 2. Silicon metal - 15%. 3. Aluminum 5% with a specific surface area of 0.40 m 2 / g, and the fraction fraction of 0-10 μm in the particle size distribution of aluminum is 32%. The temperature of the masonry during the repair is 800 ° C. Oxygen consumption - 200 l / kg of mass.
Пример 2.Example 2
Экзотермическая смесь для керамической сварки, используемая для ремонта огнеупорной кладки промышленных печей с магнезиальной футеровкой. 1. Магнезит - 90%, размер частиц от 50 мкм до 1,5 мм. 2. Кремний мет. - 4%, средний размер частиц 7 мкм. 3. Алюминий 6% с удельной поверхностью 0,22 м2/г, а доля фракции 0-10 мкм в гранулометрическом составе алюминия составляет 55%. Температура кладки во время ремонта - 800°С. Расход кислорода - 330 л/кг массы.Exothermic mixture for ceramic welding, used to repair the refractory masonry of industrial furnaces with magnesia lining. 1. Magnesite - 90%, particle size from 50 microns to 1.5 mm. 2. Silicon met. - 4%, average particle size of 7 microns. 3. Aluminum 6% with a specific surface area of 0.22 m 2 / g, and the fraction fraction of 0-10 μm in the particle size distribution of aluminum is 55%. The temperature of the masonry during the repair is 800 ° C. Oxygen consumption - 330 l / kg of mass.
Пример 3.Example 3
Экзотермическая смесь для керамической сварки, используемая для ремонта поверхностей тепловых агрегатов с шамотной футеровкой, подверженных интенсивной коррозии. 1. Смесь кварцита и глинозема - 86%, размер частиц не более 0,5 мм. 2. Алюминий 6% с удельной поверхностью 0,50 м2/г, а доля фракции 0-10 мкм в гранулометрическом составе алюминия составляет 20%. 3. Магний - 4%, средний размер частиц - 50 мкм 4. Кремний мет. - 4%, средний размер частиц 7 мкм. Температура кладки во время ремонта - 1000°С. Расход кислорода 330 л/кг массы.Exothermic mixture for ceramic welding, used to repair the surfaces of thermal units with fireclay lining, subject to intense corrosion. 1. A mixture of quartzite and alumina - 86%, particle size not more than 0.5 mm. 2. Aluminum 6% with a specific surface area of 0.50 m 2 / g, and the fraction fraction of 0-10 μm in the particle size distribution of aluminum is 20%. 3. Magnesium - 4%, average particle size - 50 microns 4. Silicon met. - 4%, average particle size of 7 microns. The temperature of the masonry during repair is 1000 ° C. The consumption of oxygen is 330 l / kg mass.
Пример 4. Экзотермическая смесь для керамической сварки, используемая для ремонта огнеупорной кладки промышленных печей с динасовой кладкой. 1. Плавленный кварц - 80% Размер частиц от 50 мкм до 1,5 мм. 2. Кремний металлический - 15%. 3. Алюминий 5% с удельной поверхностью 0,40 м2/г, а доля фракции 0-10 мкм в гранулометрическом составе алюминия составляет 32%. Температура кладки во время ремонта - 700°С. Первоначально в течение 5 секунд подается алюминий из отдельного бункера с удельным расходом 50 г/сек, затем подача алюминия отключается и производится подача смеси из основного бункера. Расход кислорода - 220 л/кг массы.Example 4. An exothermic mixture for ceramic welding used to repair the refractory masonry of industrial furnaces with dinas masonry. 1. Fused quartz - 80% Particle size from 50 microns to 1.5 mm. 2. Silicon metal - 15%. 3. Aluminum 5% with a specific surface area of 0.40 m 2 / g, and the fraction fraction of 0-10 μm in the particle size distribution of aluminum is 32%. The temperature of the masonry during the repair is 700 ° C. Initially, aluminum is supplied within 5 seconds from a separate hopper with a specific flow rate of 50 g / s, then the aluminum supply is turned off and the mixture is supplied from the main hopper. The oxygen consumption is 220 l / kg of mass.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006132260/03A RU2333181C2 (en) | 2006-09-08 | 2006-09-08 | Exothermal mix for ceramic welding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006132260/03A RU2333181C2 (en) | 2006-09-08 | 2006-09-08 | Exothermal mix for ceramic welding |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005116637/03A Substitution RU2301784C2 (en) | 2005-06-01 | 2005-06-01 | Method of the ceramic welding |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006132260A RU2006132260A (en) | 2008-03-20 |
| RU2333181C2 true RU2333181C2 (en) | 2008-09-10 |
Family
ID=39279373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006132260/03A RU2333181C2 (en) | 2006-09-08 | 2006-09-08 | Exothermal mix for ceramic welding |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2333181C2 (en) |
-
2006
- 2006-09-08 RU RU2006132260/03A patent/RU2333181C2/en active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006132260A (en) | 2008-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2787508B2 (en) | Method for forming a porous refractory mass and composition for use in such a method | |
| RU2544979C2 (en) | Method for obtaining granulated metal | |
| CN104803692A (en) | Corundum-mullite burnt brick applied to gas turbine combustion chamber and preparation method thereof | |
| JP2009120406A (en) | Thermal spraying material | |
| US20080011731A1 (en) | Carbon to weld metal | |
| JP5565816B2 (en) | Aqueous / oxidation-resistant coating material aqueous solution and coating method | |
| LU87969A1 (en) | PROCESS AND MIXTURE FOR FORMING A CONSISTENT REFRACTORY MASS ON A SURFACE | |
| CN108672978B (en) | Aluminothermic welding powder, preparation process and use method thereof | |
| RU2333181C2 (en) | Exothermal mix for ceramic welding | |
| RU2301784C2 (en) | Method of the ceramic welding | |
| WO2015131438A1 (en) | Device for online modification of thermal-state smelting slag | |
| US7780436B2 (en) | Flex-flame burner and combustion method | |
| JP3174179B2 (en) | Thermal spray material | |
| CN104193360B (en) | The repair method of RH tubular stinger soldering material and RH tubular stinger | |
| EP0495327B1 (en) | Process and composition for repairing of refractories by in-situ soldering | |
| BE1017675A3 (en) | DRY MIXTURE FOR THE TREATMENT OF REFRACTORY SUBSTRATES AND METHOD FOR CARRYING OUT SAME. | |
| JPS5858309B2 (en) | How to repair an industrial kiln | |
| JP3551604B2 (en) | Flame spraying method | |
| RU2266337C1 (en) | Method of making steel in electric-arc steel melting furnace | |
| RU2086662C1 (en) | Method of repairing refractory masonry of heat assemblies by ceramic weld deposition technique | |
| JPH09286671A (en) | Repairing material for kiln | |
| RU2158403C1 (en) | Method for repairing refractory lining of hearth of heat aggregates by ceramic fusion and termite refractory mass for ceramic fusion | |
| JPH09132470A (en) | Thermal spraying repairing material | |
| RU2434744C2 (en) | Method of powder cutting of refractory material and device to this end | |
| TW213894B (en) |