SE504377C2 - Förfarande och pulverblandning för att reparera oxidbaserade eldfasta kroppar - Google Patents

Description

504 377 2 Emellertid har det visat sig att när en pulverblandning som består av oxidpartiklar och bränslepartiklar används för att reparera en oxidbaserad eldfast kropp, och i synnerhet en eldfast kropp som är baserad på oxider med hög smältpunkt såsom magnesiumoxid och aluminiumoxid kan den resulterande eldfasta massan bli porös. Om det finns en tydligt synbar porositet är reparationsmassan inte användbar för vissa tillämpningar, i synnerhet om reparationsmassan utsättes för erosion eller för korrosion av de smälta materialen.

Det är därför ett ändamål med föreliggande uppfinning att tillhandahålla ett förfarande för att reparera oxidbaserade eldfasta kroppar som gör det möjligt att bilda en eldfast reparationsmassa med godtagbar porositet.

Vi har överraskande funnit att detta ändamål kan uppnås genom att till pulverblandningen tillsätta en specifik kvantitet kiselkarbid när bränslepartiklarna väljs bland partiklar av magnesium, aluminium, kisel och blandningar av dessa. Detta är i motsats till den allmänt accepterade principen att para ihop den eldfasta reparationsmassans sammansättning med sammansättningen hos den yta av eldfast material som skall repareras. Vidare anses kiselkarbid vara ett inert material i detta keramiska svetsningsförfarande och väts inte av den vätskefas som bildas under reaktionen. Kiselkarbidens effekt på porositeten hos massan är således något överraskande.

Utan önskan att bli bunden till någon särskild teori menar vi att de tillsatta kiselkarbidpartiklarna leder värme in i den eldfasta reparationsmassan och den i tid förlängda expone- ringen för höga temperaturer ger upphov till nedbrytning av kiselkarbidpartiklarna och därmed bildning av elementärt kol, vilket är känt att bilda eldfast reparationsmassa med god motståndskraft mot slaggkorrosion.

Således tillhandahålles, enligt en första aspekt av upp- finningen, ett förfarande för att reparera en oxidbaserad eldfast kropp genom att skjuta ut en pulverblandning mot en yta hos nämnda kropp vid en förhöjd temperatur och i närvaro 504 377 3 av syre, där nämnda pulverblandning innehåller eldfasta oxidpartiklar och bränslepartiklar som reagerar på ett exo- termt vis med syret för att bilda en eldfast oxid, känneteck- nad av att bränslepartiklarna väljs bland magnesium, alumi- nium, kisel och blandningar av dessa och av att pulverbland- ningen vidare innehåller upp till 10 vikt-% kiselkarbidpar- tiklar.

Mängden kiselkarbid i nämnda pulverblandning är företrädesvis åtminstone 1 vikt-%. Om för mycket kiselkarbid finns med har vi funnit att resultatet kan bli att ingen reparationsmassa alls bildas eftersom reparationsmaterialet flyger bort från reparationsstället. Utan någon önskan att vara bunden av en särskild teori kan det förväntas att detta kan bero på kvar- hållande av för mycket värme efter reparationsprocessen vilket leder till en vätskefas med låg viskositet. Om för lite kiselkarbid används erhålles inte fördelarna med upp- finningen i någon väsentlig utsträckning.

Kiselkarbiden har företrädesvis liten partikelstorlek, såsom mindre än 200 pm. Med "partikelstorlek" såsom det används här, avser vi att det berörda materialet har en partikelstor- leksfördelning som är sådan att åtminstone 90 vikt-% av partiklarna överensstämmer med de givna gränserna. "Genom- snittlig storlek", såsom det används här, avser en storlek som är sådan att 50 vikt-% av partiklarna har en mindre storlek än detta genomsnitt.

De eldfasta oxidpartiklarna kan innehålla åtminstone en oxid av vilken den eldfasta kroppen bildas. Således kan de eld- fasta oxidpartiklarna innehålla aluminiumoxidpartiklar när den eldfasta oxidkroppen är en aluminiumoxidinnehållande kropp. När den eldfasta oxidkroppen är en magnesiumoxidinne- hållande kropp, kan de eldfasta oxidpartiklarna innehålla magnesiumoxidpartiklar.

Företrädesvis bildas en väsentlig del av nämnda pulverbland- ning av eldfasta oxidpartiklar som väljs från magnesiumoxid, aluminiumoxid och blandningar av dessa. Dessa är de oxider i 504 377 4 vilkas närvaro den exoterma reaktionen är livligast, och användningen av dessa ger upphov till en högre risk för att erhålla en mycket porös reparationsmassa. Företrädesvis har de eldfasta oxidpartiklarna en storlek som är mindre än 2,5 mm, och där väsentligen inga partiklar har en storlek som är större än 4 mm.

Bränslepartiklarna väljs från magnesium-, aluminium-, kisel- partiklar och blandningar av dessa. En blandning av aluminium och kisel är särskilt fördelaktig. De bränslepartiklar som används i blandningen har företrädesvis en genomsnittlig storlek på mindre än 50 pm.

Reparationsförfarandet utföres i allmänhet när den eldfasta kroppen är varm. Detta gör det möjligt att reparera eroderade eldfasta kroppar när utrustningen fortfarande väsentligen är uppvärmd till sin arbetstemperatur.

Den förhöjda temperaturen kan ligga ovanför 600'C, uppmätt vid ytan hos den eldfasta kropp som skall repareras. Vid denna temperatur kommer bränslepartiklarna att förbrännas i närvaro av syre vilket bildar en eldfast oxid och genererar tillräckligt med värme för att göra att oxidpartiklarna, tillsammans med förbränningsprodukten av bränslet, bildar den eldfasta reparationsmassan som möjliggör reparationen.

Uppfinningen tillhandahåller vidare, enligt en andra aspekt av denna, en pulverblandning för reparation av oxidbaserade eldfasta kroppar, där nämnda blandning innehåller: - från 80 till 95 vikt-% eldfasta partiklar innehållande en eldfast oxid; och - från 5 till 20 vikt-% bränslepartiklar som reagerar på ett exotermt sätt med syret för att bilda en eldfast oxid, kännetecknad av att nämnda bränslepartiklar väljs bland magnesium, aluminium, kisel och blandningar av dessa och av att nämnda eldfasta partiklar innehåller upp till 10 vikt-% kiselkarbid-partiklar beräknat på den totala blandningen. 504 377 För att erhålla en homogen reparationsmassa bör en mängd av åtminstone 80 vikt-% eldfasta partiklar, inklusive oxid- partiklarna, vara närvarande i pulverblandningen.

I en föredragen utföringsform innehåller blandningen: - från 80 till 94 vikt-% eldfasta oxidpartiklar valda bland partiklar av aluminiumoxid, magnesiumoxid och blandningar av dessa; - från 1 till 5 vikt-% kiselkarbidpartiklar; och - från 5 till 15 vikt-% av nämnda bränslepartiklar.

Företrädesvis har de eldfasta partiklarna i pulverbland- ningen, inklusive kiselkarbidpartiklarna, en storlek på åtminstone 10 um. Om partiklar som är för små utnyttjas, finns risk för att de kommer att förloras vid reaktionen.

En användbar teknik för att bringa pulverblandningen mot en yta hos den eldfasta kropp som skall repareras, är att skjuta ut pulverblandningen tillsammans med en syre-innehållande gas. I allmänhet rekommenderas det att utföra partikel- utskjutningen i närvaro av en hög koncentration av syrgas, exempelvis genom att använda syrgas av kommersiell kvalitet som gasbärare. På detta sätt bildas enkelt en reparations- massa som fastnar till ytan till vilken partiklarna skjuts.

På grund av de mycket höga temperaturer som den keramiska svetsningsreaktionen kan uppnå, kan den genomtränga slagg som kan förekomma på ytan av den eldfasta kropp som behandlas, och den kan mjuka upp eller smälta ytan på ett sådant sätt att en god bindning bildas mellan den behandlade ytan och den nyligen bildade eldfasta reparationsmassan.

Denna process utföres lämpligen genom användning av en svets- anordning. En lämplig svetsanordning för förfarandet enligt uppfinningen omfattar en eller flera utgångar för avfyrningen av pulverströmmen, eventuellt tillsammans med en eller flera utgångar för kompletterande gas. För reparationer som utföres 504 377 6 i en varm omgivning kan gasströmmarna avfyras från en svets- anordníng som kyls av ett fluidum som cirkulerar genom anord- ningen. Sådan kylning kan lätt uppnås genom att förse svets- anordningen med en vattenmantel. Sådana anordningar är lämp- liga för att avfyra pulver med hastigheter på 30 till 500 kg/timme.

För att underlätta bildandet av en regelbunden pulverstråle innehåller de eldfasta partiklarna företrädesvis väsentligen inga partiklar med en storlek som är större än 4 mm, och allra helst inte större än 2,5 mm.

Uppfinningen är särskilt användbar i samband med reparationer för underhåll av skopor för smält stål eftersom reparationen eller underhållet kan utföras snabbt, vid hög temperatur, mellan skoplasterna, medan de eldfasta kroppar som utgör en del av sådana skopor särskilt påverkas genom kontakt med smält metall och slagg. Den region som erfordrar mest repara- tion verkar vara vätskans ytlinje.

Uppfinningen kommer nu att ytterligare beskrivas i följande icke-begränsande exempel.

Exempel 1 En eldfast reparationsmassa bildas på en vägg av det magne- siumoxid-baserade fodret på en skopa för smält stål. En blandning av eldfasta partiklar och bränslepartiklar avfyras mot väggen. Väggens temperatur ligger omkring 850°C. Bland- ningen avfyras med en hastighet av 150 kg/timme i en ström av ren syre. Blandningen har följande sammansättning: MgO 87 vikt-% SiC 5 Vikt-% Si 4 vikt-% Al 4 vikt-% MgO-partiklarna har en maximal storlek på ungefär 2 mm.

Kiselkarbidpartiklarna har en partikelstorlek på 125 pm, med 504 377 7 en genomsnittsstorlek på 57 um. Kiselpartiklarna och alumi- niumpartiklarna har en maximal storlek under 45 pm.

Exempel 1A (Jämförande) Av jämförelseskäl utfördes samma reparation på samma sätt som beskrevs i exempel 1, men genom att använda en pulverbland- ning med följande sammansättning: Mg0 92 vikt-% Si 4 vikt-% Al 4 vikt-% Den synbara densiteten och synbara porositeten (d v s öppen porositet) hos de eldfasta reparationsmassor som bildas i exemplen 1 och 1A mättes och resultaten blev såsom följer: Densitet Exempel nr kg/dm3 porositet (%) 1 2,9 omkring 8% 1A 2-2,4 omkring 20% I en modifiering av exempel 1 kan en aluminiumoxid-inne- hållande eldfast kropp repareras på ett liknande sätt, fastän magnesiumoxidpartiklarna i pulverblandningen ersättes med samma mängd aluminiumoxidpartiklar med samma granulometri.

Exempel 2 till 4 Eldfasta reparationsmassor bildas på en vägg av det magne- siumoxidbaserade fodret i en skopa för smält stål. Bland- ningar av eldfasta partiklar och bränslepartiklar avfyras mot dessa väggar. Väggens temperatur är omkring 850°C. Bland- ningarna avfyras med en hastighet av 60 kg/timme i en ström av rent syre. Blandningarna hade följande sammansättningar (med avseende på vikten): 504 377 8 Exempel nr 2 3 4 Si 4% 4% % A1 4% 4% % SiC 2% 5% 10% MgO 90% 87% 82% MgO-partiklarna har en maximal storlek på ungefär 2 mm.

Kiselkarbidpartiklarna har en partikelstorlek på 125 um, med en genomsnittlig storlek på 57 um. Kiselpartiklarna och aluminiumpartiklarna har en maximal dimension under 45 pm.

Den synbara densiteten och synbara porositeten (d v s öppna porositeten) hos de eldfasta reparationsmassor som bildas i exemplen 2 till 4 mättes och resultaten blev såsom följer: Densitet Exempel nr kg/dm3 porositet (%) Exempel 5 Ett keramiskt svetspulver omfattar följande sammansättning (vikt-%): aluminiumoxid 87% kiselkarbid 5% aluminium 6% magnesium 2% Den använda aluminiumoxiden var en elektrogjuten aluminium- oxid. Aluminiumoxiden hade en nominell maximal kornstorlek på 700 um, kiselkarbiden hade samma granulometri som ges i exempel 1 ovan, aluminiumpartiklarna hade en maximal dimen- sion under 45 um och magnesiumpartiklarna hade en maximal dimension på 75 pm. 504 377 9 Den ovan nämnda pulverblandningen kan användas såsom beskrivs i exempel 1, för att reparera ett Corhart Zac® eldfast block (sammansättning: aluminiumoxid/zirkonium/zirkoniumoxid) i en smältugn för glas under smältans arbetsytenivå efter det att tanken delvis tömts för att göra reparationsstället tillgäng- ligt.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 504 377 10 Patentkrav

1. Förfarande för reparation av en oxidbaserad eldfast kropp genom att avfyra en pulverblandning mot en yta hos nämnda kropp vid en förhöjd temperatur och i närvaro av syre, där nämnda pulverblandning innehåller partiklar av en eldfast oxid och bränslepartiklar som reagerar på ett exotermt sätt med syre för att bilda en eldfast oxid, kännetecknat av att bränslepartiklarna väljs bland magnesium, aluminium, kisel och blandningar av dessa och av att pulverblandningen vidare innehåller upp till 10 vikt-% kiselkarbidpartiklar.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att mängden kiselkarbid i nämnda pulverblandning är åtminstone 1 vikt-%.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att kiselkarbiden har en partikelstorlek på mindre än 200 pm.

4. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda partiklar av en eldfast oxid åtminstone inne- håller en oxid av vilken den eldfasta kroppen bildas.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda kropp av eldfast oxid väljs bland aluminium- oxidinnehållande kroppar och magnesiumoxid-innehållande kroppar.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att en viktig del av nämnda pulverblandning framställs av eldfasta oxidpartiklar vald bland magnesiumoxid, aluminium- oxid och blandningar av dessa.

7. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda eldfasta kropp som skall repareras är en del av en skopa för smält stål.

8. Pulverblandning för reparation av oxidbaserade eldfasta kroppar, där nämnda blandning innehåller: 10 15 20 504 377 11 - från 80 till 95 vikt-% eldfasta partiklar innehållande en eldfast oxid; och - från 5 till 20 vikt-% bränslepartiklar som reagerar på ett exotermt sätt med syre för att bilda en eldfast oxid, kännetecknad av att nämnda bränslepartiklar väljs bland magnesium, aluminium, kisel och blandningar av dessa och av att nämnda eldfasta partiklar innehåller upp till 10 vikt-% kiselkarbidpartiklar beräknat på den totala blandningen.

9. Pulverblandning enligt krav 8, kännetecknad av att den innehåller: - från 80 till 94 vikt-% partiklar av en eldfast oxid vald bland partiklar av aluminiumoxid, magnesiumoxid och bland- ningar av dessa; - från 1 till 5 vikt-% kiselkarbidpartiklar; och - från 5 till 15 vikt-% av nämnda bränslepartiklar.