Суха суміш для обробки вогнетривких основ та процес обробки вогнетривких основ

Реферат: Суха суміш для обробки вогнетривких основ, що містить горючі частки принаймні однієї здатної окислятися речовини, яка при наявності кисню вступає в екзотермічну реакцію, і частки принаймні однієї іншої речовини, де всі частки разом під час зазначеної екзотермічної реакції утворюють зв'язану масу, здатну зчіплюватися і/або взаємодіяти з оброблюваною основою. Вищезгаданими частками принаймні однієї іншої речовини в даній суміші є частки принаймні однієї розширювальної речовини, причому суха суміш без зазначеної розширювальної речовини має першу уявну густину, а суха суміш, що містить принаймні одну розширювальну речовину, має другу уявну густину, нижчу першої уявної густини. UA 98152 C2 (12) UA 98152 C2 UA 98152 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Даний винахід стосується сухої суміші для обробки вогнетривких основ, яка містить: - горючі частки принаймні однієї здатної окислятися речовини, котра при наявності кисню вступає в екзотермічну реакцію, і - частки принаймні однієї іншої речовини, де зазначені частки всі разом під час вищезгаданої екзотермічної реакції утворюють зв'язану масу, здатну зчіплюватися і/або взаємодіяти з оброблюваною основою, причому частками принаймні однієї іншої речовини в зазначеній суміші є частки принаймні однієї розширювальної речовини, суха суміш без часток зазначеної принаймні однієї розширювальної речовини має першу уявну густину, а суха суміш, що містить зазначену принаймні одну розширювальну речовину, має другу уявну густину, нижчу зазначеної першої уявної густини, а також процесу, в якому така суміш застосовується. Вогнетривкі стінки, якими футеруються деякі виробничі установки, у процесі їх експлуатації зазнають руйнування під дією ерозії, корозії, термічних ударів тощо, в результаті чого їхня поверхня стає шорсткою, нерівною, пористою або покарбованою різноманітними дефектами (викришуваннями, тріщинами, порожнинами тощо). Вони можуть по різному впливати на роботу таких виробничих установок: гальмувати циркуляцію твердих продуктів, викликати утворення поверхневої кірки, витікання рідини або газу, проникнення речовин, що викликають корозію. Зокрема, в коксових печах вогнетривкі стінки із двоокису кремнію в камерах коксування покриваються вуглецем, котрий з часом перетворюється на графіт з випинами. Для його видалення потрібно регулярно проводити обробку для того, щоб уникнути прикладання надмірної потужності при вивантажуванні коксу. Так само, в зоні завантажування печі вугіллям осаджується вуглець, що потребує ручного видалення цих осадів з регулярними інтервалами в часі. З іншого боку, тріщини, що простягаються між камерою коксування та обігрівальними каналами, утворюють собою проходити для органічних матеріалів у витяжну трубу з усіма шкідливими для навколишнього середовища наслідками, що з цього випливають. Всі ці дефекти та ушкодження стають причиною розробок численних процесів ремонту або обробки вогнетривких основ. У цьому зв'язку можна послатися, наприклад, на патентну заявку Франції FR-A-2202053, у котрій описаний процес напилювання на ушкоджену стінку при підвищеній температурі водної суспензії, що містить, головним чином, гранульований вогнетривкий матеріал такої ж природи, що й сама стінка (двоокис кремнію), сполучне (типу карбонату або борату лужного металу), колоїдальний згущувач (бентоніт) і компонент для зниження точки плавлення (силікат натрію). Із патентної заявки WO 2004/085341 відомим є також процес накладання на основу шляхом торкретування (dry gunning) суміші, що містить, головним чином, гранули кварцового скла, глиноземистий гранулят, глину та хімічне сполучне. У патентній заявці Франції FR-A-2524462 описаний процес газополуменевого напилювання (flame spraying) суміші, що складалася, головним чином, із часток двоокису кремнію, оксиду кальцію і добавок оксиду літію. Можна навести також приклади із сімейства споріднених патентів на керамічне зварювання (ceramic welding), яке полягає в напилюванні на стінку при високій температурі в потоці кисню суміші, що містить у своїй більшості вогнетривкі гранули (двоокису кремнію, оксиду алюмінію, двоокису цирконію тощо) та частки (Si + ΑΙ), що піддаються окислюванню, які внаслідок екзотермічної реакції (згоряння) утворюють зв'язану вогнетривку масу на оброблюваній стінці (див. поряд з іншим, наприклад, FR-A-2066355, FR-A-2516915 і ВЕ-1005914). Вищеописані чотири процеси дозволяють наносити на вогнетривку основу, що піддається обробці або ремонту, товстий і зв'язаний вогнетривкий матеріал або шар, що зчіплюється з поверхнею основи і/або взаємодіє з нею. В усіх цих процесах застосовується склад суміші із вогнетривкого гранульованого матеріалу, зв'язаного компонентами, які можуть плавитися під дією полум'я. Відомим є також процес керамічного зварювання, який дозволяє утворювати пористу вогнетривку масу, де напилювана суміш містить, окрім вогнетривких часток і горючих часток, також частки матеріалу, здатного утворювати пористість усередині вогнетривкої маси, створеної шляхом напилювання (GB-A-22333323). У процесі ремонту шляхом хімічного напилювання якість отримуваного покриття, в загальному випадку - на вогнетривкій стінці, залежить від багатьох параметрів, головними серед яких є температура основи, швидкість напилювання і масова витрата суміші. У процесі цього типу і, зокрема, у процесі керамічного зварювання несучий газ є хімічно активним принаймні з одним елементом напилюваного матеріалу. В контакті з гарячою стінкою зазначена суміш вступає у спонтанні хімічні реакції, які приводять до утворення вогнетривкого, 1 UA 98152 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 здатного до адгезії матеріалу, характеристики якого є сумісними з характеристиками оброблюваної основи. Отже, швидкість напилювання є вирішальним чинником. Якщо вона буде занадто високою, то чимала кількість матеріалу може не прореагувати (оскільки вона не буде брати участь в екзотермічній реакції) і буде відскакувати на стінку та погіршувати якість магми, що утворюється при напилюванні. Метою даного винаходу є створення сухої суміші для обробки вогнетривких основ і процесу, в котрому вона може застосовуватися, які б дозволили отримувати зменшену та регульовану швидкість напилювання, що б дозволило усунути імовірність зворотних викидів полум'я і, таким чином, здійснювати прийнятну обробку поверхні, застосовуючи при цьому простий та ефективний склад. Для вирішення цього завдання даним винаходом запропонована суха суміш, визначення котрої в загальних рисах дано на початку цього опису ι в котрій, крім того, вищезгаданими частками принаймні однієї іншої речовини є частки принаймні одного кремнистого скла, що складають переважаючу масову частину суміші. Своїм значним питомим об'ємом (густина гранул у кращому варіанті є меншою 2, у ще кращому - меншою 1,5, а в найкращому - меншою 1) розширювальна речовина надає напилюваній суміші більш низької уявної густини, що сприяє гальмуванню масової витрати напилювального струменя і, отже, зменшенню товщини шару (порядку міліметра), осадженого на вогнетривку поверхню за кожний прохід напилювального струменя. Нанесення такого шару може здійснюватися, наприклад, лише за один прохід (обробка поверхні) або за декілька проходів (закупорювання тріщини або порожнини). Вищезгадана принаймні одна розширювальна речовина може вибиратися серед розширеного перліту, розширеного вермікуліту, деревного або коксового порошку та їхніх сумішей. У кращому варіанті для цього застосовують розширений перліт. Таким перлітом є гранульоване кремнисте скло вулканічного походження, яке можна розширяти термічним способом і, таким чином, отримувати частки розширеного перліту. У кращому варіанті частки розширеного перліту мають розміри не більше 1 мм. Цілком неочікуваним був також той факт, що наявність розширеного перліту в суміш покращує стабільність останньої (відсутність сегрегацій після вібрації). Дійсно, можна стверджувати, що при зберіганні або транспортуванні суміші, під час яких ця суміш піддається трясці або вібрації, в ній не спостерігається явища сегрегатування в нижню частину горючих часток суміші, яке має місце за відсутності часток розширеного перліту. Речовинами, що піддаються окислюванню, можуть служити, наприклад, тонкодисперсні частки одного чи багатьох металів або металоїдів, здатних згоряти при наявності кисню і, зокрема, при нормальній робочій температурі печі, яку піддають ремонту. Для цього можуть застосовуватися, наприклад, частки кремнію, алюмінію, цирконію, магнію, кальцію, а також заліза, хрому, титану або їхніх сумішей чи сплавів. У кращому варіанті розмір горючих часток не перевищує 100 мкм. В одній із форм здійснення винаходу в зазначеній суміші частками принаймні однієї іншої речовини, крім того, є частки принаймні однієї речовини, вибраної із групи, що складається зі скловидного або плавленого двоокису кремнію і кристалічного двоокису кремнію, такого як кварц, тридиміт і кристобаліт, оксид алюмінію, двоокис цирконію, оксид магнію, вапно, лужні сполуки, а також їхні суміші чи змішані склади. У кращому варіанті розмір часток двоокису кремнію не перевищує 0,5 мм, а в ще кращому варіанті розміри цих часток лежать в інтервалі від 0,1 до 0,3 мм. Під кремнистим склом у даному описі мається на увазі будь-яке скло, що містить кремній. У кращому варіанті це можуть бути кремній-натрій-кальцієве скло, боросилікатне скло, уламки скла або бите скло, які отримуються в кращому варіанті із некольорового скла, а також суміші цих матеріалів. Розмір часток кремнистого скла в кращому варіанті не перевищує 1 мм, що потрібно для забезпечення їх повного плавлення. У ще кращому варіанті розмір таких часток лежить в інтервалі від 0,3 до 0,6 мм. Суміш згідно з даним винаходом містить кремнисте скло або кремнисті стекла, що становлять собою головну масову частину цієї сухої суміші. Під цим виразом на увазі мається те, що дана масова частина кремнистих стекол є більшою масової частини всіх інших складових суміші. Така суміш найкращим чином підходить для процесу обробки типу керамічного зварювання, який є добре відомим та опанованим і в якому приплив тепла надходить, головним чином, від екзотермічного окислювання горючих часток суміші. При наявності кисню і робочій температурі 2 UA 98152 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 печі процес згоряння відбувається спонтанно, і частки кремнистого скла розплавляються цілком, утворюючи аморфну масу, здатну поширюватися тонким шаром на вогнетривкій стінці, що піддається ремонту, а також проникати в тріщини, що утворилися в цій стінці. Осаджений у результаті шар є тонким і має рівну та гладку поверхню, що погано сприяє зчепленню її з вуглецевими відкладеннями. Шорсткість Ra такої поверхні складає порядку 50-100 мкм. Обчислення цього параметра шорсткості відповідає нормам ISO 11652 та ISO 4287-1997. Величина Ra являє собою середньоарифметичне відхилення профілю поверхні, тобто середню арифметичну абсолютних величин відхилення даного профілю (мікровиступів та порожнин) у межах базової довжини L. Зв'язана маса, нанесена на оброблювану вогнетривку стінку, утворює собою покриття, що надає гладкості шорсткій вогнетривкій стінці, наприклад, в отворі для завантажування вугілля в коксувальну установку, або засіб для закупорювання вузьких тріщин без стовщення на ушкодженій вогнетривкій стінці. Термотривкість або температура початку осідання отриманої аморфної маси може в разі необхідності потребувати пристосування до робочої температури шляхом регулювання пропорції добавок двоокису кремнію відносно пропорції здрібненого кремнистого скла. Шляхом регулювання масового співвідношення між частками кремнистого скла і частками двоокису кремнія можна досягати осадження дуже тонких шарів завтовшки менше 2 мм за один прохід напилювального пристрою. Ці шари мають дуже гладку поверхню, що погано сприяє зчепленню з відкладеннями вуглецю під час роботи оброблюваної печі. У кращому варіанті це співвідношення може лежати в інтервалі від 3/1 до 6/1. В одній із кращих форм здійснення винаходу вищезгадана суміш містить: a) від 45 до 60%(мас.) часток кремнистого скла; b) від 10 до 40%(мас.) і, зокрема, від 20 до 30%(мас.) горючих часток; c) від 2 до 40%(мас.) і, зокрема, від 5 до 10%(мас.) часток розширеного перліту; d) від 10 до 25%(мас.) часток двоокису кремнію, де сума масових відсотків компонентів а) - d) складає 100%(мас). Даний винахід стосується також процесу обробки вогнетривкої основи і, зокрема, процесу типу керамічного зварювання. Він включає у себе випускання на цю основу струменя сухої суміші згідно з винаходом у присутності кисню при температурі, при котрій вищезгадані горючі частки вступають в екзотермічну реакцію з киснем, і принаймні часткове плавлення часток цієї суміші у формі аморфної зв'язаної маси, яка зчіплюється і/або взаємодіє з зазначеною основою. Звертаючись до застосування, наприклад, кремнистого скла, як переважаючої масової частини суміші, можна навіть ефективно досягати повного плавлення часток. У кращому варіанті запропонований процес включає у себе переміщення струменя сухої суміші під час випускання з утворенням осаду в тонкому однорідному шарі на основі. Може бути передбачена в тому числі послідовна багатократна обробка основи в одному і тому ж місці таким чином, щоб здійснювати нанесення один на один тонких гладких шарів. В одному із кращих варіантів здійснення даного винаходу запропонований процес після випускання струменя включає у себе прожарювання зазначеної маси, що зчіплюється з основою, при температурі, яка принаймні є вищою температури склоперетворення. Це дозволяє доводити до досконалості згущення осадженої аморфної маси та гладкий стан її поверхні. Із цієї можливості утворювати розплавлену масу на поверхні вогнетривкої стінки випливає інша сфера застосування даного винаходу, а саме процеси очистки поверхні і/або механічної обробки вогнетривкої стінки. Дійсно, процес згідно з винаходом може застосовуватися у склоробних печах для очистки поверхні вогнетривкої стінки або для механічної обробки перфораційних отворів у блоках з метою забезпечення анкерного кріплення виробу, на котрому буде створюватися покриття шляхом керамічного зварювання. Утворена зв'язана маса взаємодіє з основою до такого ступеня, щоб приводити її в розплавлений і текучий стан з метою змінювання її профілю або для створення в ній заглибин (перфорація для анкерного кріплення). Нижче даний винахід роз'яснюється більш детально на деяких прикладах, що не несуть обмежувального спрямування. Приклад 1 Суміш для напилювання складалася із: - 76% здрібненого кремній-натрій-кальцієвого скла (0,2 - 1 мм), - 18% здрібненого кремнію (< 50 мкм), - 6% тонко здрібненого алюмінію (< 63мкм), а її питомий об'єм після гомогенізації становив 0,75 л/кг. Оброблювана вогнетривка стінка перебувала при температурі приблизно 900°С. Спалахування напилюваної суміші в потоці кисню відбувалося спонтанно і не приводило до 3 UA 98152 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 виникнення екзотермічної реакції. При переміщуванні струменя напилюваної суміші (масова витрата 64,3 кг/год.) утворювався однорідний осад. Осаджений шар був відносно гладким (шорсткість поверхні Ra = 50 - 100 мкм) і повністю розплавлявся (без залишкових гранул). Товщина шару становила приблизно 3 мм на прохід напилювального струменя. Цей шар міцно зчіплювався з вогнетривкою стінкою, а після охолодження не відшаровувався та не розтріскувався. Приклад 2 У даному експерименті суміш складалася із: - 68% здрібненого кремній-натрій-кальцієвого скла (0,2 - 1 мм), -19% здрібненого кремнію (< 50 мкм), - 6% тонко здрібненого алюмінію (< 63мкм) і - 7% розширеного перліту (фракція