SK279398B6

SK279398B6 - Hmota na nanášanie keramického povlaku

Info

Publication number: SK279398B6
Application number: SK1909-92A
Authority: SK
Inventors: Leslie E. J. Tucker; Kevin Dunderdale; David K. Hurran; Robert G. Everitt
Original assignee: Coal Products Limited
Priority date: 1991-06-20
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1998-11-04
Also published as: CN1069717A; JPH05194049A; CN1045079C; CA2071675C; ES2082371T3; EP0519730A1; JP3193771B2; ATE133150T1; HU213310B; BR9202318A; CA2071675A1; DE69207652D1; EP0519730B1; HUT62542A; NO922448D0; PL170040B1; TR27168A; DE69207652T2; YU63992A; US5380563A

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka hmoty na nanášanie keramického povlaku a predovšetkým sa vzťahuje na rozmerové charakteristiky práškových zlúčenín, ktoré tvoria túto hmotu.

Doterajší stav techniky

Uvedené hmoty sú dobre známe na opravovanie vnútorných žiaruvzdorných konštrukcií koksovacích pecí, sklárskych pecí a pod. a sú obsiahnuté napríklad v britských patentových spisoch č. 402 203, 1 330 894 a 2 035 524 a v švédskom patentovom spise č. 102 283. Spôsob nanášania keramického povlaku obvykle zahŕňa prepravu látky v nosnom plyne zloženom zo zmesi práškov do zváracieho horáka, kde v tomto horáku sú čiastočky prášku strhávané plynom s obsahom kyslíka a sú vrhané z horáka na povrch, kde časť zmesi práškov reaguje exotermicky s kyslíkom a spôsobí aspoň čiastočné tavenie časti zmesi práškov, tak vzájomne medzi sebou, ako s povrchom, takže sa vytvorí keramický povlak. Zloženie látky, ktoré je vhodné na použitie v spôsobe nanášania keramického povlaku, tvorí obvykle zmes žiaruvzdorných čiastočiek oxidu a kovu a/alebo metaloidných čiastočiek v práškovej forme. Zloženie látky a spôsob na použitie pri tvorení žiaruvzdorných hmôt spôsobom nanášania keramického povlaku sú obsiahnuté v britských patentových spisoch č 2 154 228, 2 110 200 a 2 170 191. Britský patentový spis č. 2 170 191 uvádza rozmerové charakteristiky žiaruvzdorných čiastočiek a oxidovateľných kovových čiastočiek rôznych vlastností, ktoré obsahujú označenie blížiacej sa priemernej veľkosti a ďalšie označenie, ktoré sa vzťahuje na veľkostné rozdelenie. Reč hlavných patentových nárokov patentu 2 170 191 sa môže zjednodušiť prekladom do zrozumiteľnejších výrazov pomocou konštatovania, že priemerná veľkosť žiaruvzdorných čiastočiek musí byť väčšia ako priemerná veľkosť oxidovateľných čiastočiek, a že rozdelenie veľkostí žiaruvzdorných čiastočiek by malo byť nad určitou minimálnou hodnotou. Prvá z týchto požiadaviek je úplne pochopiteľná a len opakuje patentové nároky skorších patentov v oblasti nanášania keramických povlakov, napríklad v britskom patente č. 1 330 894, ktorý udáva maximálne priemerné veľkosti žiaruvzdorných a oxidovateľných čiastočiek ako 500 mikrónov, resp. 50 mikrónov. Rozsiahle rozdelenie veľkostí, ktoré sa prejavuje veľkým rozsahom povlaku, je opísané v spise č. 2 170 191 ako výhoda, ktorá prispieva k vytváraniu trvanlivého naneseného (navareného) povlaku, ktorý je menej pórovitý a obsahuje menej trhlín ako nanesený (navarený) povlak, kde sa použijú žiaruvzdorné čiastočky s homogénnejším rozdelením veľkostí. Vzhľadom na tieto výhody odvodené z pracovného postupu a použitej látky v zložení definovanom v britskom patente č. 2 170 191, sa s prekvapením zistilo, že sa môžu vytvoriť vysoko kvalitné trvanlivé žiaruvzdorné látky z jednotnejšieho rozdelenia veľkosti čiastočiek, ako je navrhnuté v prípade tohto skoršieho patentu. Okrem toho odstránenie hrubých frakcií žiaruvzdorných čiastočiek podporuje tok takto zloženej látky v transportnom systéme, umožňuje jemnejšie dokončenie dosiahnutého naneseného (navareného) povlaku a znižuje podiel dopravovaného materiálu, ktorý netvorí časť naneseného (navareného) povlaku. Eliminovanie jemných frakcií týchto čiastočiek je tiež výhodné, pretože podporuje tok materiálu a má ďalšie výhody vzhľadom na zníženie množstva kremičitého prachu, ktorý poletuje vzduchom počas manipulácie, zmenšuje prachovú clonu v reakčnej oblasti a podporuje znižovanie podielu dopravovaného materiálu, ktorý netvorí súčasť naneseného (navareného) povlaku, a podporuje exotermické reakcie oxidovateľných čiastočiek tým, že tieto reakcie netlmí podobne ako pri kamennom prachu používanom pri hasení požiarov v podzemných baniach. Staršie britské patenty č. 2 154 228 a 2 110 200 opisujú zloženie látky, ktorá pozostáva z nehorľavého žiaruvzdorného materiálu a čiastočiek exotermicky oxidovateľného materiálu, z ktorých druhý materiál má charakteristickú priemernú veľkosť pod 50 mikrónov a obsahuje kremík a hliník, kde hliník je prítomný v množstve do 12 % hmotn. celkovej zmesi. Patentový nárok 8 britského patentu 2 154 228 predpisuje obsah hliníka aspoň 1 % hmotn. celkovej zmesi. V príkladoch uskutočnenia týchto patentov sú opísané zmesi kremíka a hliníka, ktoré sa použili s čiastočkami žiaruvzdorných oxidov s obsahom jednej alebo viacerých z nasledujúcich látok, zirkónium, magnézium, hliník, kremeň, silimanit a mullit. Charakteristickým znakom všetkých uvedených patentov je, že vhodný výber žiaruvzdorných čiastočiek sa môže uskutočniť tak, aby sa zloženie látky používanej na opravu povliekaním (navarením) čo najviac blížilo zloženiu žiaruvzdorného substrátu, ktorý sa má opravovať.

Nanášanie keramického povlaku sa vo veľkom rozsahu používa na opravovanie koksovacích pecí, ktorých vymurovka je vytvorená z dinasových tehál. Zloženie látky, t. j. zváracieho prášku, je obvykle tvorené zmesou hliníka, kremíka a kremičitých čiastočiek a v britskom patente č. 2 154 228, v príklade č. VIII je udané zloženie látky na opravu koksovacích pecí s obsahom 1 % hliníka, 12 % kremíka, 87 % oxidu kremičitého (v hmotnostných %). (Je potrebné poznamenať, že v príklade je skutočne uvedených 80 % oxidu kremičitého, ale predpokladá sa, že ide o chybu). Dinasové tehly v koksárenských peciach nie sú zo 100 % oxidu kremičitého a obsahujú okrem iného malé množstvá hliníka, železa a vápnika vo forme nečistôt, ktoré sú prítomné v komplexných molekulách žiaruvzdorných oxidov. Oxid kremičitý je ďalej prítomný v kryštalických formách tridymitu a kristobalitu. Prednostná zložka oxidu kremičitého v zvarovacom prášku je rozdrvený žiaruvzdorný kremičitý materiál z tých kryštalinov a chemických foriem, ktoré boli uvedené. Použitie zváracieho prášku s obsahom hliníka v množstve aspoň 1 % hmotn. v celkovej zmesi, kremíka a rozdrveného žiaruvzdorného kremičitého materiálu nemôže vždy vytvoriť zloženie, ktoré sa presne rovná zloženiu kremičitého substrátu. Chybné chemické spracovanie je založené na skutočnosti, že určitý podiel zmesi prášku sa stratí na okraji rozstrekovaného lúča vrhaného z horáku a nevytvorí časť konečného povlaku (navarenej vrstvy), pretože sa neumiestni vnútri horúcej oblasti opravovanej plochy. Stratený materiál je v podstate žiaruvzdorný materiál, a teda použitie hliníka predovšetkým v množstve aspoň 1 % hmotn. v zváracom prášku má za následok značne vyššie množstvo hliníka ako oxidu vo vlastnom keramickom povlaku, ako v podkladovom materiáli z kremičitých tehál.

Ďalej sa zistilo, že nanesený (navarený) keramický povlak vytvorený zo zmesi práškov z hliníka, kremíka a oxidu kremičitého môže obsahovať podiel kremíkového kovu, ktorý je považovaný aspoň niektorými odborníkmi v tomto odbore za škodlivú látku pre akosť a trvanlivosť vý2

SK 279398 Β6 sledného povlaku, a teda aj pre účinnosť spôsobu ako celku.

Je tiež potrebné poznamenať, že pri oprave koksovacích pecí môže byť na koncoch teplota žiaruvzdorného materiálu 800 °C a je možné jej zvýšenie na 1200 °C v strednej časti pece. Môže však nastať prípad, že použitie hliníka v zmesi zváracieho prášku môže podporovať začatie povliekania (navarovania) pri nižšej teplote a to môže viesť k vysokým a nežiaducim reakčným stupňom pri pomerne vyšších teplotách, t. j. 1200 °C a vyšších, čo sa prejaví prehriatím reakčnej oblasti magmatickej vrstvy, ktorá bude mať nižšiu viskozitu a ľahšie potečie. Keď nastane tento jav, stáva sa namáhavé správne nanesenie povlaku, pretože dopredná rýchlosť vrhaného zváracieho prášku pôsobí na magmatickú vrstvu tak, že sa rozťahuje a na okrajoch sa trhá, čo má za následok zlú akosť naneseného (navareného) povlaku, ktorý je pórovitý a má nerovnomerný konečný povrch.

Podstata vynálezu

Cieľom tohto vynálezu je vytvorenie zlepšenej hmoty na nanášanie keramického povlaku a zlepšeného materiálového zloženia látky používanej v tejto hmote. Ďalším cieľom vynálezu je vytvorenie materiálového zloženia keramického povlaku, ktorý prináša lepšie chemické prispôsobenie medzi nanášaným povlakom a podkladovým žiaruvzdorným substrátom. A ešte ďalším cieľom vynálezu je vytvorenie materiálového zloženia keramického povlaku, ktorý sa môže použil pri relatívne vysokých teplotách, napríklad pri teplote substrátu aspoň 800 °C bez vzniku nevýhody zrútenia a zlej akosti povlaku, ktoré môžu vznikať pri použití materiálového zloženia s obsahom hliníka.

Podľa prvého hľadiska vynálezu je vytvorená hmota na nanášanie keramického povlaku zo zmesi žiaruvzdorných čiastočiek a oxidovateľných kovových alebo metaloidných čiastočiek vrhnutých prúdom plynu, ktorý obsahuje kyslík zo zváracieho horáka na povrch, kde oxidovateľné čiastočky exotermicky zreagovali a spôsobili aspoň čiastočné tavné spojenie ďalších čiastočiek zmesi, ako vzájomne medzi sebou, tak s povrchom, takže sa vytvoril keramický povlak. Podstatou hmoty je, že harmonická stredná veľkosť (ako je tu definované) žiaruvzdorných čiastočiek je 300 až 1000 mikrónov vrátane a činiteľ rozsahu veľkostného rozdelenia (ako je tu definované) žiaruvzdorných čiastočiek je 0,4 až 1,1 vrátane.

Harmonická stredná veľkosť je definovaná ako ywjs' kde W; je hmotnosť alebo obsah v percentách materiálu v i. veľkostnej frakcie a Sj priemerná veľkosť v i. frakcii.

Činiteľ rozsahu veľkostného rozdelenia je definovaný nasledovne:

(G.. — G, )

F(G)=-l-5---— >

Gg|) ⁺0'_2Ι) kde Ggo označuje 80 % zrnitosť žiaruvzdorných čiastočiek a G20 označuje 20 % zrnitosť žiaruvzdorných čiastočiek a % zrnitosti sa používa na označenie percentuálneho podielu hmotnosti žiaruvzdorných čiastočiek, ktoré prejdú sitom s rozmerom oka tejto veľkosti.

Harmonická stredná veľkosť je užitočný termín, ktorý sa používa na opis veľkostného rozdelenia čiastočiek, pretože je rozsiahle známy a v spôsoboch, ako je nanášanie keramického povlaku, kde chemické reakcie závisia od povrchu, je harmonická stredná veľkosť významná v tom, že je definovaná ako priemer čiastočky povrchovej plochy.

Vo všeobecnosti je známe, že oxidovateľné kovové čiastočky majú byť jemné na uľahčenie ich reakcie s kyslíkom. V praxi sa bežne používajú komerčne dostupné kovové čiastočky tohto typu s maximálnou veľkosťou 125 mikrónov (ale s veľkostným rozdelením menším ako je veľkosť mikrónu), ktoré sú veľmi uspokojivé.

Materiálové zloženie hmoty je tvorené prednostne zmesou čiastočiek žiaruvzdorných oxidov a kremíkového prášku, kde kremík je jediná zložka zmesi v elementárnej forme. Žiaruvzdorné oxidy, ktoré sa môžu použiť, sú výhodne oxidy kremičité. Kremičitý prášok môže byť prítomný v materiálovom zložení v množstve aspoň 10 % až 18 % hmotn. celkového materiálového zloženia. Kremičitý prášok je prítomný v materiálovom zložení výhodne v množstve 12 % až 16 % hmotn. celkového materiálového zloženia.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Hmota na nanášanie keramického povlaku podľa vynálezu a jej materiálové zloženie bude bližšie objasnené v nasledujúcich príkladoch.

Príklad 1

Pripravila sa zmes s materiálovým zložením 84 % hmotn. rozdrveného dinasu a 16 % hmotn. kremíkového prášku v elementárnej forme. Veľkosť čiastočiek žiaruvzdorného materiálu (dinasu) bola maximálne 2 mm, minimálne 250 mikrónov a priemerne 750 mikrónov. Žiaruvzdorný materiál (dinas) má harmonickú priemernú veľkosť 600 mikrónov a činiteľ rozsahu veľkostného rozdelenia 0,95. Maximálna veľkosť kremíka bola 125 mikrónov a priemerná veľkosť 26 mikrónov. Zmes sa nastrekla na dinasové tehly pri 1000 °C s použitím zariadenia a spôsobu v podstate tak, ako bolo opísané v britskom patente č. 2 173 715. Prášok sa dodával rýchlosťou 60 kg/hod. s použitím prúdu oxidačného plynu s rýchlosťou 550 1/min. a s pomerom vzduch/plyn 1 : 2. Prášok sa vrhá dýzou horáka s priemerom 19 mm, kde dýza je umiestnená 75 až 100 mm od podkladového žiaruvzdorného materiálu. Vzniklo samovznietenie zmesi a vytvoril sa dobrý povlak, ktorý pevne prilpol na podkladový materiál (substrát), a ktorý má podobné fyzikálne a chemické vlastnosti ako podkladový materiál. Chemickou analýzou povlaku sa zistil obsah alumíny 2,1 %, ktorýje porovnateľný s typickou hodnotou 1,5 až 2 % podkladovej tehly. Na porovnávacie účely sa pripravila zmes práškov s obsahom 82,5 % hmotn. rozdrveného dinasu, 16 % kremíka v elementárnej forme a 1,5 % hliníka a nastrekla sa rovnakým spôsobom, ako bolo opísané, na dinasovú tehlu. Chemickou analýzou povlaku sa zistil obsah aluminy 5,7 %, ktorý predstavuje nie nepodstatný rozdiel od hodnoty 1,5 až 2 % zložky aluminy podkladovej tehly. Stanovenie voľného elementárneho kremíka týchto dvoch podielov ukázalo, že obsah výsledného povlaku používajúceho materiálové zloženie podľa vynálezu bol len polovičný, ako pri povlaku podľa porovnávacieho testu.

Príklad 2

Pripravila sa zmes ako v príklade 1, ale s materiálovým zložením 14 % hmotn. kremíka v elementárnej forme a 86 % hmotn. rozdrveného dinasu, kde v ostatných hľadiskách bola zmes identická so zmesou z príkladu 1. Zmes sa opäť nastrekla na dinasovú tehlu za rovnakých podmienok a opäť výsledný povlak a podkladový materiál vykazoval podobný obsah alumíny ako v príklade 1. Obsah elementárneho kremíka povlaku vytvoreného materiálovým zložením zmesi podľa vynálezu bol podstatne nižší ako v predchádzajúcej časti.

Príklad 3

Pokus podľa príkladu 1 sa opakoval, ale s materiálovým zložením žiaruvzdorných čiastočiek s veľkosťou 1 mm až 250 mikrónov, ktoré predstavujú harmonickú strednú veľkosť 400 mikrónov a činiteľ rozsahu veľkostného rozdelenia 0,6. Opäť sa ľahko zahájila operácia nanášania povlaku a ľahko sa riadila a vytvoril sa dobrý hustý trvanlivý povlak.

Príklad 4

Uskutočnil sa ďalší pokus s využitím materiálového zloženia hmoty z predchádzajúcich príkladov s rôznymi teplotami a to s teplotou 800 °C, 900 °C a 1200 °C. Uskutočnili sa dodatočné testy v koksámiach na zistenie skutočných pracovných podmienok vynálezu. Vo všetkých prípadoch priniesli ďalšie skúšky výhodné výsledky, ako pohotovosť prášku na zapálenie, ľahké pokovovanie a dobrú kvalitu povlakov.

Priemyselná využiteľnosť

Hmota na nanášanie keramického povlaku je vhodná na opravy vnútorných žiaruvzdorných konštrukcií koksovacích pecí, sklárskych peci a podobne.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Hmota na nanášanie keramického povlaku kyslíkovým horákom tvorená zmesou žiaruvzdorných čiastočiek a oxidovateľných kovových alebo metaloidných čiastočiek, vyznačujúca sa tým, že harmonická stredná veľkosť žiaruvzdorných čiastočiek je 300 až 1000 mikrometrov a činiteľ rozsahu veľkostného rozdelenia žiaruvzdorných čiastočiek je 0,4 až 1,1.
2. Hmota na nanášanie keramického povlaku podľa nároku 1,vyznačujúca sa tým, že harmonická stredná veľkosť je 400 až 700 mikrometrov.
3. Hmota na nanášanie keramického povlaku podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúca sa tým, že činiteľ rozsahu veľkostného rozdelenia je 0,5 až 1,0.
4. Hmota na nanášanie keramického povlaku podľa nárokov laž 3, vyznačujúca sa t ý m , žc materiálové zloženie hmoty je tvorené zmesou žiaruvzdorných čiastočiek a kremíkového prášku, kde kremík je jediná zložka zmesi v elementárnej forme.
5. Hmota na nanášanie keramického povlaku podľa nároku 4, vyznačujúca sa tým, že kremíkový prášok je prítomný v hmote v rozsahu 10 až 18 % hmotn. celkovej hmoty.
6. Hmota na nanášanie keramického povlaku podľa nároku 5, vyznačujúca sa tým, že kremíkový prášok je prítomný v hmote v rozsahu 12 až 16 % hmotn. celkovej hmoty.
7. Hmota na nanášanie keramického povlaku podľa nárokov 4až 6, vyznačujúca sa tým, že maximálna veľkosť častíc kremíka je do 125 mikrometrov.
8. Hmota na nanášanie keramického povlaku podľa nároku 4až 7, vyznačujúca sa tým, že žiaruvzdorné čiastočky obsahujú rozdrvené čiastočky oxidu kremičitého.