SK147294A3 - Renovation method of bodies from oxidic refractory material and powder mixture for realization of this method - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu opravovania súčastí z oxidického žiaruvzdorného materiálu metódou zvárania keramiky a práškovej zmesi na vykonávanie tohto spôsobu.

Doterajší stav techniky

V priemyselnej praxi sa ako žiaruvzdorné oxidy bežne používajú oxidy kremíka, zirkónia, hliníka a horčíka. V súčasnej dobe sú v metalurgickom priemysle najviac používané oxidy hliníka a horčíka kvôli svojej vynikajúcej odolnosti pri vysokých teplotách a kvôli svojej eróznej a koróznej odolnosti voči takým materiálom ako sú roztavené kovy, struska a okuje.

Žiaruvzdorné materiály na báze oxidu horčíka, inak tiež známe ako základné žiaruvzdorné materiály, je možné použiť ako materiály pre výmurovku panvy na prepravu roztavenej ocele. Táto výmurovka podlieha v praxi veľkej erózii pôsobením roztavenej ocele a strusky. Erózia výmurovky sa objavuje najmä v oblasti hladiny taveniny. Z tohto dôvodu je občas nevyhnutné tieto súčasti vyrobené zo žiaruvzdorných oxidov opraviť.

Na opravovanie súčastí zo žiaruvzdorných hmôt bola vyvinutá metóda tzv. zvárania keramiky'·. Pri tejto metóde je súčasť zo žiaruvzdorného materiálu, ktorá má byť opravovaná, udržiavaná vo vyhriatom; stave pri zvýšenej teplote a na poškodené miesto je pomocou trysky nanášaná za prítomnosti kyslíka prášková zmes, pričom táto prášková zmes obsahuje častice žiaruvzdorného materiálu a častice paliva, ktoré reagujú s kyslíkom exotermickým spôsobom a vytvárajú žiaruvzdorný oxid. Touto metódou sa žiaruvzdorná hmota navarí a priľne na opravovanom mieste žiaruvzdornej súčasti. Metóda zvárania keramiky je popísaná v patentoch Veikej Británie č. 1 330 894 (prihlasovateľ firma Glaverbel) a č. 2 170 191 (prihlasovatei firma Glaverbel). Zloženie a granulometrické rozloženie častíc paliva sú zvolené takým spôsobom, aby s kyslíkom reagovali exotermicky za vzniku žiaruvzdorného oxidu a aby sa uvoľnilo také množstvo tepla, ktoré je nevyhnutné aspoň pre povrchové natavenie pomocou trysky nanášaných žiaruvzdorných častíc.

Pri vykonávaní tohto postupu bolo však zistené, že ak sa na opravu súčastí zo žiaruvzdorného oxidického materiálu použije prášková zmes skladajúca sa z častíc oxidu a z častíc paliva a hlavne v prípadoch, kedy je žiaruvzdorná súčasť vyrobená z oxidov s vysokou teplotou tavenia, ako sú napríklad oxid horečnatý a oxid hlinitý, môže dôjsť k tomu, že je výsledná žiaruvzdorná hmota porézna. Ak je táto výsledná žiaruvzdorná hmota značne porézna, potom tento opravený materiál nie je vhodný pre určité druhy použitia, obzvlášť ak je tento materiál vystavený eróznemu a koróznemu pôsobeniu roztavených materiálov.

Podstata vynálezu

Cielom uvedeného vynálezu je vyvinúť nový spôsob opravovania súčastí z oxidického žiaruvzdorného materiálu, pri ktorom by bolo možné dosiahnuť u opraveného žiaruvzdorného materiálu prijateľnú porozitu.

Pódia uvedeného vynálezu bolo celkom neočakávateine zistené, že ak sú uvedenými časticami paliva častice z horčíka, hliníka, kremíka a ich zmesí, môže byť daný účel dosiahnutý prídavkom určitého množstva karbidu kremíka do tejto práškovej zmesi. Toto zistenie je v rozpore s doteraz všeobecne prijímanou zásadou, podía ktorej má byt zloženie žiaruvzdornej reparačnej hmoty čo najviac prispôsobené zloženiu povrchu opravovaného žiaruvzdorného materiálu. Okrem toho je potrebné uviesť, že karbid kremíka sa v tomto procese zvárania keramického materiálu správa ako inertný materiál a nezmáča sa kvapalnou fázou vznikajúcou počas reakcie. Pôsobenie karbidu kremíka na porozitu daného materiálu je preto celkom prekvapujúce.

Podlá uvedeného vynálezu sa predpokladá, bez toho, aby však tieto teoretické úvahy nejako obmedzovali uvedený vynález, že pridané častice karbidu kremíka rozvádzajú teplo v žiaruvzdornej reparačnej hmote a že predĺženie doby, počas ktorej je hmota vystavená pôsobeniu vysokých teplôt, spôsobuje rozklad častíc karbidu kremíka, pričom vzniká elementárny uhlík, o ktorom je známe, že dodáva žiaruvzdornej reparačnej hmote dobrú odolnosť voči struskovej korózii.

Prvým aspektom uvedeného vynálezu je teda spôsob opravovania súčastí zo žiaruvzdorného oxidického materiálu nanášaním práškovej zmesi pomocou trysiek na opravovaný povrch uvedenej súčasti udržiavanej na zvýšenej teplote, čo prebieha za prítomnosti kyslíka, pričom uvedená prášková zmes obsahuje častice žiaruvzdorného oxidického materiálu a častice paliva, ktoré exotermicky reagujú s kyslíkom za tvorby žiaruvzdorných oxidov a podstata tohto postupu podlá vynálezu spočíva v tom, že materiál uvedených častíc paliva je zvolený zo súboru zahrňujúceho horčík, hliník, kremík a ich zmesi, pričom prášková zmes obsahuje naviac až 10 % hmotnostných častíc karbidu kremíka, vzťahujúc, na celkovú hmotnosť zmesi.

Obsah karbidu kremíka je v uvedenej práškovej zmesi vo výhodnom vyhotovení najmenej 1 % hmotnostné. Podía uvedeného vynálezu bolo zistené, že ak je pridané príliš vel’ké množstvo karbidu kremíka, môže byť výsledkom to, že sa nevytvorí vôbec žiadna reparačná hmota, pretože všetok reparačný materiál z opravovaného miesta odtečie. Vzhladom k vyššie uvedenému javu je. možné predpokladať, bez toho, aby táto teoretická úvaha obmedzovala nejakým spôsobom uvedený vynález, spôsobené zadržaním prílišného množstva tepla, proces opravy, čo vedie k vzniku kvapalnej viskozitou. Ak je naopak použitý príliš malý kremíka, nedosiahnu sa vo významnom meradle postupu podl’a vynálezu.

že to môže byt ktoré sprevádza fázy s nízkou prídavok karbidu výhodné účinky

Častice karbidu kremíka sú zvyčajne malé, menšie ako 200 μ,τη. Termínom velkosť častíc používanom v tomto texte sa mieni to, že príslušný materiál má také rozloženie velkosti častíc, že najmenej 90 % hmotnostných častíc vyhovuje daným hodnotám. Ďalej v tomto texte používaný termín priemerný rozmer označuje taký rozmer, kedy 50 % hmotnostných uvedených častíc je menší ako je daný priemer.

častice žiaruvzdorných oxidov v reparačnej hmote obsahujú aspoň jeden z oxidov, z ktorých je tvorený žiaruvzdorný materiál opravovanej súčasti. Takže, v prípade, kedy žiaruvzdorný oxidický materiál predstavuje materiál obsahujúci oxid hlinitý, mali byť častice žiaruvzdorných oxidov v reparačnej hmote obsahovať tiež častice oxidu hlinitého. V prípade, že žiaruvzdorný oxidický materiál obsahuje oxid horečnatý, mali by častice žiaruvzdorných oxidov v reparačnej hmote obsahovať častice oxidu horečnatého.

Hlavná časť uvedenej práškovej zmesi je vo výhodnom whotovení tvorená časticami žiaruvzdorných oxidov, ktoré sú vybrané zo súboru zahrňujúceho oxidy horčíka, hliníka a ich zaesi. Tieto oxidy predstavujú oxidy, v ktorých prítomnosti je exotermická reakcia najživšia, a preto u nich existuje väčšie nebezpečenstvo, že výsledkom bude vysoko porézna reparačná hmota. Častice žiaruvzdorných oxidov majú vo výhodnom vyhotovení velkosť pod 2,5 milimetra, pričom v podstate žiadne častice nie sú väčšie ako 4 milimetre.

Častice paliva sú vybrané zo súboru zahrňujúceho častice horčíka, hliníka, kremíka a ich zmesi. Obzvlášť výhodná je zmes hliníka a kremíka. Častice paliva použité v tejto zmesi majú vo výhodnom vyhotovení priemernú velkosť menšiu ako 50 μπι.

Postup opravovania materiálu sa všeobecne vykonáva s horúcim žiaruvzdorným materiálom. To umožňuje uskutočniť opravu eróziou poškodeného žiaruvzdorného telesa za podmienky, kedy dané zariadenie zostáva v podstate na svojej pracovnej teplote.

Zvýšená teplota môže byt vyššia ako povrchu opravovaného žiaruvzdorného telesa a za prítomnosti kyslíka častice paliva žiaruvzdorného oxidu, pričom sa uvolní dostatočné množstvo tepla, ktoré spôsobí sformovanie častíc oxidického materiálu spolu s produktom spalovania do žiaruvzdornej reparačnej hmoty, ktorou sa oprava vykonáva.

600 C, merané pri Pri tejto teplote zhoria za vzniku

Druhým aspektom predkladaného vynálezu je prášková zmes pre opravy súčasti z oxidického žiaruvzdorného materiálu, ktorá obsahuje:

-80 % až 95 % hmotnostných častíc žiaruvzdorného materiálu obsahujúceho žiaruvzdorné oxidy a

- 5 % až 20 % hmotnostných častíc paliva, ktoré reagujú exotermicky s kyslíkom za tvorby žiaruvzdorného oxidu, pričom podstata tejto práškovej zmesi podlá uvedeného vynálezu spočíva v tom, že uvedené častice paliva sú vybrané zo súboru zahrňujúceho častice horčíka, hliníka, kremíka a ich zmesi a v obsahu uvedených žiaruvzdorných častíc je zahrnutý podiel až 10 % hmotnostných karbidu kremíka.

Pri príprave homogénnej zmes obsahovať; najmenej 80 % včítane oxidových častíc.

reparačnej hmoty by mala prášková hmotnostných žiaruvzdorných častíc

Vo výhodnom vyhotovení podía uvedeného vynálezu prášková zmes obsahuje:

- 80 % až 94 % hmotnostných častíc žiaruvzdorných oxidov vybraných zo súboru zahrňujúceho oxidy hliníka a horčíka a ich zmesi,

- 1 % až 5 % hmotnostných častíc karbidu kremíka, a

- 5 % až 15 % hmotnostných uvedených častíc paliva.

Žiaruvzdorné častice včítane častíc karbidu kremíka majú v práškovej zmesi vo výhodnom vyhotovení velkosť aspoň 10 μη. Ak sú použité príliš malé častice, je nebezpečenstvo, že príde počas reakcie k ich strate.

Vhodnou metódou nanášania práškovej zmesi podía vynálezu na povrch súčasti zo žiaruvzdorného materiálu, ktorá má byť opravená, je nanášanie práškovej zmesi pomocou trysiek spolu s plynom obsahujúcim kyslík. Všeobecne sa odporúča vykonávať nanášanie častíc pomocou trysiek za prítomnosti kyslíka s vysokou koncentráciou, napr. je vhodné použiť kyslík bežnej priemyselnej kvality ako nosičový plyn. Pri tomto spôsobe sa reparačná hmota íahko tvorí a uípieva na povrchu, na ktorý sú častice nanášané. Vzhladom na to, že pri reakcii zvárania keramiky môžu byť dosiahnuté veími vysoké teploty, preniká do povrchu žiaruvzdorného materiálu struska, ktorá môže byť prítomná na povrchu opravovanej súčasti zo žiaruvzdorného materiálu, a tým dochádza k zmäkčeniu tohto povrchu alebo jeho nataveniu do tej miery, že sa vytvorí dobré spojenie medzi opravovaným povrchom a novou vzniknutou žiaruvzdornou reparačnou hmotou.

Tento proces môže byť výhodne vykonávaný pomocou kyslíkového horáka. Vhodný horák na použitie v postupe podía uvedeného vynálezu je vybavený jedným alebo viacerými výstupmi pre vedenie prúdu prášku, prípadne tiež spolu s jedným alebo niekolkými výstupmi na vedenie prídavného plynu. Na účely opráv vykonaných v horúcom prostredí je možné plynové prúdy viesť z horáku chladeného cirkulujúcou kvapalinou. Tento spôsob chladenia je možné lahko dosiahnuť tak, že sa horák opatrí vodným chladiacim plášťom. Tieto horáky sú vhodné pre nanášanie prášku pomocou trysiek v prietočnom množstve v rozsahu 30 - 500 kilogramov/hodinu.

Aby bolo ulahčené vytvorenie pravidelného prúdu prášku, je výhodné, aby žiaruvzdorné častice v podstate neobsahovali žiadne častice s veľkosťou väčšou ako 4 milimetre, najvýhodnejšie maximálne s velkostou 2,5 milimetra.

Postup podlá uvedeného vynálezu je hlavne vhodný na vykonávanie opráv alebo údržby paniev na odlievanie ocele, pretože oprava môže byt vykonaná rýchlo pri vysokej teplote medzi dvoma vsádzkami panvy, kedy súčasti zo žiaruvzdorného materiálu, ktoré tvoria časti týchto paniev, sú čiastočne poškodené stykom s roztaveným kovom a struskou. Najväčšie opravy vyžaduje oblast v okolí hladiny taveniny.

Príklady vyhotovenia vynálezu

Postup opravovania súčastí zo žiaruvzdorného oxidického materiálu podlá uvedeného vynálezu a prášková zmes na vykonávanie tohto postupu budú v ďalšom bližšie vysvetlené na príkladoch vyhotovení, ktoré sú iba ilustratívne a nijako neobmedzujú rozsah tohto vynálezu.

Príklad 1

Podlá tohto príkladu bola na výmurovke steny panvy na odlievanie ocele, vyrobenej z materiálu na báze oxidu horčíka, vytvorená žiaruvzdorná reparačná hmota. Na túto výmurovku vytvorenú z tehiel bola natryskávaná zmes žiaruvzdorných častíc a častíc paliva. Teplota steny dosahovala asi 850 “C. Zmes bola natryskávaná rýchlosťou 150 kg/h do prúdu čistého kyslíka. Zmes mala nasledujúce zloženie:

MgO 87 % hmotnostných

SiC 5 % hmotnostných

Si 4 % hmotnostné

Al 4 % hmotnostné

Maximálny rozmer častíc MgO bol približne 2 milimetre. Velkosť častíc karbidu kremíka bola 125 μιη s priemerným rozmerom 57 μιη. Častice kremíka a častice hliníka mali maximálny rozmer menší ako 4 5 μιη.

Príklad 1A (porovnávací)

Na porovnanie bola vykonaná rovnaká oprava rovnakým spôsobom, ktorý je popísaný v príklade 1, ale s tým rozdielom, že bola použitá prášková zmes nasledujúceho zloženia:

MgO	92	%	hmotnostných
Si	4	%	hmotnostné
Al	4	%	hmotnostné

Zistené hodnoty zdanlivej hustoty a zdanlivej porozity (tzn. otvorenej porozity) žiaruvzdorných reparačných hmôt vytvorených v príklade 1 a 1A sú uvedené v nasledujúcej tabuíke.

Príklad č.	Hustota (kg/dm3)	Porozita (%)
1	2.9	asi 8
1A	2 - 2.4	asi 20

Pri modifikácii postupu podía príkladu 1 je možné podobným spôsobom opraviť žiaruvzdorný materiál obsahujúci oxid hliníka, ale za predpokladu, že častice oxidu horečnatého v práškovej zmesi sú nahradené rovnakým množstvom častíc oxidu hliníka s rovnakým granulometrickým zložením.

Príklady 2 až 4

Na výmurovke steny panvy na odlievanie ocele, ktorá bola vyhotovená z materiálu na báze oxidu horčíka, bola vytvorená žiaruvzdorná reparačná hmota. Na túto výmurovku tvorenú tehlami boli nanášané pomocou trysiek zmesi žiaruvzdorných častíc a častíc paliva. Teplota steny dosahovala asi 850 ’C. Zmes bola nanášaná pomocou trysiek rýchlosťou 60 kg/h do prúdu čistého kyslíka. Zmesi mali nasledujúce zloženie (% hmotnostné):

	Príklad č.	4
2	3
si	4 %	4 %	4 %
Al	4 %	4 %	4 %
SiC	2 %	5 %	10 %
MgO	90 %	87 %	82 %

Maximálny rozmer častíc MgO bol približne 2 milimetre. Veľkosť častíc karbidu kremíka bola 125 μπι, pričom ich priemerný rozmer bol 57 μκι. Častice kremíka a častice hliníka mali maximálny rozmer menší ako 45 μπι.

Zistená zdanlivá hustota a zdanlivá porozita (t.j. otvorená porozita) žiaruvzdorných reparačných hmôt vytvorených v príkladoch 2 až 4 je uvedená v nasledujúcej tabuľke.

Príklad č.	Hustota (kg/dm3)	Porozita (%)
2	2.6	14
3	2.7	10
4	2.9	8

Príklad 5

Podlá tohto príkladu bol použitý prášok na zváranie keramiky s nasledujúcim zložením (% hmotnostné):

alumina (A1₂O₃) 87 % karbid kremíka 5 % hliník 6 % horčík 2 %

Použitá alumina bola elektrotavená alumina. Táto alumina mala menovitú maximálnu veľkosť zŕn 700 μπι, karbid kremíka mal rovnaké granulometrické zloženie ako bolo uvedené vyššie v príklade 1, častice hliníka mali maximálny rozmer menší ako 45 μπι a častice horčíka mali maximálny rozmer 75 μπι.

Vyššie uvedená prášková zmes môže byt použitá k rovnakému účelu ako v príklade 1 na opravu žiaruvzdorného bloku Corhart Zac (ochranná známka) (zloženie: alumina/zirkón/zirkónia) v sklárskej taviacej vaňovej peci v mieste pod pracovnou výškou taveniny potom, čo vaňa bola čiastočne vypustená, aby bol umožnený prístup k opravovanému miestu.

KANCELÁRIA

Bezák - Hôrmannová - Tomeš Staré Grunty 52. 842 44 Brarisiava

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob opravovania súčastí z oxidického žiaruvzdorného materiálu nanášaním práškovej zmesi pomocou trysiek na povrch uvedenej súčasti pri zvýšenej teplote a za prítomnosti kyslíka, pričom uvedená prášková zmes obsahuje častice žiaruvzdorných oxidov a častice paliva, ktoré reagujú exotermicky s kyslíkom za vzniku žiaruvzdorného oxidu, vyznačujúci sa tým, že sa tieto častice paliva vyberú zo súboru zahrňujúceho častice horčíka, hliníka, kremíka a ich zmesí a táto prášková zmes obsahuje dalej až 10 % hmotnostných častíc karbidu kremíka.
2. 2. Spôsob podlá nároku 1, vyznačujúci sa tým, že obsah karbidu kremíka v uvedenej práškovej zmesi je aspoň 1 % hmotnostné.
3. 3. Spôsob podlá nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že karbid kremíka má velkosť častíc menšiu ako 200 pm.
4. 4. Spôsob podlá vyznačujúci sa tým, obsahujú aspoň jeden súčasť.

   ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, že uvedené častice žiaruvzdorného oxidu oxid, z ktorého je tvorená žiaruvzdorná
5. 5. Spôsob podlá ktoréhokoľvek vyznačujúci sa tým, že uvedenou materiálu je súčasť obsahujúca oxid oxid horčíka.

   z predchádzajúcich nárokov, súčasťou zo žiaruvzdorného hliníka a súčasť obsahujúca
6. 6. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že hlavný podiel uvedenej práškovej zmesi je tvorený časticami žiaruvzdorných oxidov a týmito oxidmi sú oxid horečnatý a oxid hlinitý.
7. 7. Spôsob podlá ktoréhokolvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že uvedená súčasť, ktorá má byť opravená, je časťou odlievacej panvy na ocel.
8. 8. Prášková zmes na opravy súčastí z oxidických žiaruvzdorných materiálov obsahujúca:

   -80 % až 95 % hmotnostných častíc žiaruvzdorného materiálu obsahujúceho žiaruvzdorný oxid a

   -5 % až 20 % hmotnostných častíc paliva, ktoré exotermicky reaguje s kyslíkom za tvorby žiaruvzdorného oxidu, vyznačujúca sa tým, že častice paliva sú vybrané zo súboru zahrňujúceho horčík, hliník, kremík a ich zmesi, pričom uvedený podiel častíc žiaruvzdorného materiálu zahrňuje častice karbidu kremíka v množstve do 10 % hmotnostných, vzťahujúc na celkovú hmotnost zmesi.
9. 9. Prášková zmes podlá nároku 8, vyznačujúca sa tým, že obsahuje:

   - 80 % až 94 % hmotnostných častíc žiaruvzdorného oxidu vybraného zo súboru zahrňujúceho častice oxidu hliníka, oxidu horčíka a ich zmesí,

   - 1 % až 5 % hmotnostných častíc karbidu kremíka, a

   - 5 % až 15 % hmotnostných uvedených častíc paliva.

   PATENTOVÁ, TECHNICKÁ A ZNÁMKOVÁ KANCELÁRIA

   Bezák - Hôrmannová - Tomeš Staré 'Grunty 52. 842 44 Bratislava