Способ получения огнеупорного покрытия на горячей поверхности и порошковая смесь для получения огнеупорного покрытия - RU2027690C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу приготовления пористой огнеупорной массы и к смеси материала для применения по такому способу.

Способ пригоден для приготовления или ремонта теплоизолирующей футеровки или покрытия на поверхности такой, как поверхность огнеупорной стенки печи или другой конструкции, которая должна при использовании испытывать воздействие высоких температур. Примерами таких конструкций являются стекловаренные печи, печи для крекингования, какие применяются в нефтяной промышленности, коксовые печи и огнеупорное оборудование, применяемое в металлургии.

Известны способы для осуществления горячего ремонта огнеупорных структур. Возможно, наиболее успешными с коммерческой точки зрения являются способы сварки керамики, описанные в патентах Великобритании фирмы Главербель N 1330894 и 2170191. В способе сварки керамики огнеупорная масса образуется на поверхности путем выбрасывания на поверхность в присутствии кислорода порошка для сварки керамики, который содержит смесь огнеупорных частиц и частиц топлива: частицы топлива имеют такой состав и размер, что они реагируют экзотермически с кислородом, образуя огнеупорный окисел и выделяя тепло, требуемое для расплавления, по крайней мере, поверхности выбрасываемых огнеупорных частиц так, чтобы огнеупорные частицы и продукт горения связывались в огнеупорную массу. Алюминий и кремний являются примерами таких подходящих топлив.

Обычно рекомендуется выбрасывать смесь порошка для сварки керамики в присутствии высокой концентрации кислорода, например, путем использования кислорода в качестве газа-носителя. В результате этого образуется связывающаяся огнеупорная масса, которая может прилипать к поверхности, на которую эти частицы выбрасываются. Зона экзотермической реакции процесса сварки керамики может достигать очень высоких температур, что позволяет проплавлять насквозь любой блок, который может присутствовать на поверхности покрытия, и размягчать или расплавлять эту поверхность. В результате получают хорошее соединение между обрабатываемой поверхностью и вновь образованной огнеупорной массой.

Этот способ сваривания керамики может быть использован для образования огнеупорного элемента, например блока специальной формы. Однако он чаще используется для формирования футеровки или осуществления ремонтов на блоках или стенках. Он особенно полезен при ремонте или упрочнении существующих огнеупорных структур путем формирования на месте высококачественной компактной и когерентной огнеупорной привариваемой массы. Обычным является проведение этой операции, когда базовый огнеупор является горячим, а в некоторых случаях даже можно осуществлять этот ремонт или это упрочнение без необходимой остановки работы данного агрегата. Чем горячее огнеупорная поверхность покрытия, тем более эффективным является процесс сваривания керамики и тем лучше связь между образованной сваривающей массой и ранее существующей огнеупорной структурой.

В процессе сварки керамики происходит горение в большей пропорции частиц топлива у поверхности объекта. В настоящее время максимальное количество тепла присутствует на рабочем участке, в результате чего огнеупор объекта размягчается, в месте контакта с расплавленным или полурасплавленным огнеупорным материалом, который либо набрасывают как таковой, либо он является следствием горения топлива. Расплавленный или полурасплавленный материал, ударяющийся о поверхность объекта, прочно прилипает к этой поверхности и создается плотный связанный огнеупор в виде массы для сваривания. Поэтому такой процесс непригоден для получения или ремонта пористой футеровки.

Согласно изобретению предлагается способ приготовления пористой огнеупорной массы на поверхности, отличающийся тем, что окисляющий газ выбрасывается под давлением на эту поверхность вместе с порошковой смесью, которая включает огнеупорные частицы, частицы топлива, которые реагируют экзотермически с окисляющим газом, образуя огнеупорный окисел и выделяя достаточное количество тепла для расплавления по крайней мере поверхности огнеупорных частиц с тем, чтобы они связывались вместе с целью образования огнеупорной массы, и частицы материала, состав и/или размер которых выбираются так, чтобы включение такого материала в выбрасываемую с усилием смесь привело к образованию пористости внутри формируемой огнеупорной массы.

Изобретение также обеспечивает получение смеси материала для применения в таком способе. Такая смесь материала представляет собой порошковую смесь, содержащую огнеупорные частицы, частицы горючего, которое способно реагировать экзотермически с кислородом с образованием огнеупорного окисла и которое присутствует в такой пропорции, чтобы выделить, при выбрасывании вместе с окисляющим газом, достаточное количество тепла для расплавления по крайней мере поверхностей огнеупорных частиц с тем, чтобы они связались вместе для образования огнеупорной массы, и частицы материала, состав которых и/или размер выбраны таким образом, чтобы включение такого материала в смесь приводило к образованию пористости внутри огнеупорной массы, получаемой при таком выбрасывании.

Способ и состав смеси применимы для приготовления высококачественных пористых огнеупорных масс для ремонта существующих теплоизолирующих огнеупорных деталей, в то время как эти детали находятся в горячем состоянии. Они также применимы для вновь приготовляемых высококачественных теплоизолирующих огнеупорных футеровок или покрытий на существующих горячих огнеупорных структурах.

По предлагаемому способу используют керамический сварочный порошковый флюс, к которому добавляют создающий пористость материал в виде частиц. Эффективность такого способа и порошка высокие.

По известным способам получения покрытия с использованием керамики создается плотная сцепленная огнеупорная масса для сваривания в случае, когда применяемый керамический сварочный порошковый флюс выбрасывается с силой из кислородного копья на поверхность объекта. Такая сварочная масса прочно прилипает к этой поверхности. Поэтому главной задачей сварщика по керамике было приготовление сварочной массы с минимально возможной пористостью для усиления прилипания полученной сварочной массы к обрабатываемой поверхности и усиления свойства сцепления в сварочной массе и, следовательно получения хорошей стойкости к истиранию и термо-химической стойкости. Включение в состав керамического сварочного порошкового флюса материала, который должен создать пористость в получаемой огнеупорной сварочной массе, в результате идет вопреки всей классической мудрости в области сваривания с использованием керамики.

Известно, что, если температура реакции сварки с использованием керамики слишком низкая, что являлось следствием плохого регулирования различных параметров реакции, в полученном нанесенном слое могла образоваться неравномерная и нерегулируемая пористость. Однако такая пористость неизбежно сопровождалась недостаточным внутренним сцеплением полученного огнеупорного наносимого слоя, плохой стойкостью к истиранию или к коррозии и плохой сцепляемостью с обрабатываемой поверхностью. Любые такие нанесенные пористые слои отделились бы после некоторого времени работы печи в результате потребовался бы новый ее ремонт. По предлагаемому способу могут быть использованы различные виды создающего пористость материала. Это может быть материал, который сгорает, образуя газообразные продукты, он может разлагаться, образуя газообразные продукты, или он сам может быть пористым или пустотелым. Относительно большая степень пористости материала может быть достигнута в получаемой огнеупорной массе, вследствие того, что при очень высокой температуре, создаваемой в результате экзотермической реакции, которая хорошо регулируется, необходимо было бы ожидать, что газ, который может присутствовать или образоваться под воздействием тепла, должен улетучиваться, не будучи удерживаемым в массе, которая образуется, и любая пористость, образовавшаяся первоначально в полученной массе, должна исчезнуть из-за в дальнейшем набрасываемого материала до того, как масса достаточно затвердеет в результате чего может быть получена более или менее компактная масса. Степень пористости, образовавшейся в получаемой сварочной массе, можно регулировать. Это позволяет воспроизводить заданную степень пористости и получать пористую огнеупорную массу, которая прочно прилипает к поверхности, воспринимающей выбрасываемую смесь.

Способ и порошок согласно изобретению таким образом позволяют получать пористую, изолирующую огнеупорную массу на месте на заданной поверхности. Кроме того, преимущество предлагаемого способа заключается в простоте осуществления, так как возможно применение оборудования, используемого в известных способах сваривания с применением керамики. Следовательно, изобретение также позволяет образовывать изолирующую огнеупорную массу с регулируемой пористостью в труднодоступных местах с кратковременной остановкой или без нее печи, на которой осуществляется работа.

Топливо содержит частицы по крайней мере из одного элемента, способного образовывать огнеупорный окисел при его окислении. Таким образом, масса, совместимая с поверхностью, на которую осуществляется торкретирование, может быть легко получена, так как в большинстве случаев поверхность, о которой идет речь, представляет собой огнеупорную стену. Топливо и огнеупорные частицы этой смеси могут, например, быть выбраны так, чтобы получаемая сварочная масса, содержащая выбрасываемые огнеупорные частицы и продукты сгорания топлива, имела практически тот же состав, что и огнеупорная поверхность, на которую торкретируется эта смесь.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения такие преобразующие материалы включают в себя частицы материала, который горит, давая в результате газообразные продукты горения, которые оказываются включенными в получаемую огнеупорную массу. Применение материала, который может сгорать, давая газообразные продукты горения, которые становятся включенными в огнеупорную массу, образуемую при таком выбрасывании, является высоко целесообразным, так как эти частицы могут выделять или создавать во много раз больший их объем газа. Это позволяет вводить значительные количества газа до образования пор, начиная с очень малого количества материала. Легко можно выбрать частицы, размер и/или состав которых таков, что после сгорания они превращаются в газ, который захватывается в огнеупорной массе, которая образуется, или состав составляет в ней включения в виде пор, с тем, чтобы сделать ее пористой и изолирующей.

Предпочтительно, такой порообразующий материал содержит частицы углеродсодержащего материала. Графит и мочевина являются примерами таких материалов, хорошо подходящих для осуществления изобретения, так как они преобразуются в газ, не оставляя остатков, вредных для качества образуемой изоляционной огнеупорной массы. Другим полезным углеродсодержащим продуктом является карбид кремния, в виде очень мелких частиц, разложение которого дает продукты, совместимые с огнеупорной массой. Можно также использовать, например, частицы фенольной смолы. В этом случае частицы фенольной смолы целесообразно смешивать с частицами магния, например, в пропорции 20%, во избежание спонтанного и преждевременного сгорания этой смолы.

Когда используют углерод или углеродсодержащий продукт, естественно, требуется обеспечить, чтобы углерод был сожжен настолько полно, насколько возможно, во избежание его сохранения в образуемой массе. На практике, если углерод останется в образуемой массе, теплопроводность массы будет увеличена и теплоизоляционные свойства поэтому будут пропорционально снижены. В случае кокса или углерода необходимо принять особые меры предосторожности для применения частиц, максимальный диаметр которых менее 0,5 мм, в результате чего их сгорания может быть максимально полным по возможности. В случае карбида предпочтительно использовать частицы размером менее 125 мкм.

Применение частиц материала, разлагающегося, с выделением газа, который оказывается включенным в огнеупорную массу, образуемую при таком торкретировании, также имеет то преимущество, что будет присутствовать значительный объем газа по отношению к объему материала в виде частиц для включения в образуемую огнеупорную массу для сварки. В таких вариантах осуществления изобретения является предпочтительным, чтобы порообразующий материал содержал частицы разбухающего материала. Эти частицы набухают, например, при выделении газа, такого как водяной пар, под воздействием тепла и создают поры в образуемой массе. Это очень ценно с практической точки зрения для создания пор специфического размера в образующемся огнеупорном материале, и для легкого получения таким образом пористого изоляционного материала. Размер пор фактически может быть легко регулируемым путем регулирования размера выбрасываемых с силой частиц. Способ поэтому может быть использован для ремонта или для образования на месте пористой пробки, такой, через которую газ можно вдувать в массу расплавленной стали для различных целей, известных в этой промышленности.

Имеются различные вспучивающиеся материалы, которые могут быть использованы при осуществлении этого изобретения, и особо можно упомянуть материалы, содержащие соль гидратированного металла, в частности гидратированную соль щелочного металла. Примерами соответствующих солей являются алюминаты, такие как алюминат натрия или калия, плумбаты, такие как плумбат натрия или калия, станнаты, такие как станнат натрия или калия, квасцы, такие как натриевый сульфат алюминия или калиевый сульфат алюминия, бораты, такие как борат натрия, и фосфаты, такие как ортофосфат натрия и ортофосфат калия. Алюминаты могут быть особенно целесообразны для образования глиноземистых или силикоглиноземистых огнеупорных масс. Перлит, который представляет собой вспучивающуюся породу типа риолита, также может быть использован. Целесообразно, чтобы указанный вспучивающийся материал включал гидратированный силикат щелочного металла и предпочтительно силикат натрия. Силикат натрия имеет то преимущество, что он относительно недорог.

Когда используют натриевую соль, необходимо помнить, что натрий может в значительной степени снизить температуру плавления образуемого огнеупорного материала. Пропорция вспучивающегося материала, следовательно, будет отрегулирована таким образом, чтобы температура плавления образующейся данной массы находилась не слишком близко к максимальной рабочей температуре обрабатываемой стенки печи. В случае с коксовой печью, например, эта температура предпочтительно составит примерно 900^оС и можно использовать менее 20% натрия. Фазовые диаграммы позволяют в основном предсказать температуру плавления образованной массы.

Согласно другим, предпочтительным вариантам осуществления изобретения, такой порообразующий материал содержит пустотелые или пористые частицы, которые оказываются включенными в получаемую огнеупорную массу. В результате этого поры могут быть введены в огнеупорную массу без какого бы то ни было разложения или окисления порообразующего материала, что снижает до минимума любой риск того, что реакции сваривания с керамикой могут быть нарушены при добавлении порообразующего материала к используемому керамическому сварочному порошковому флюсу. Следовательно, реакция образования огнеупорной массы может регулироваться лучше и легче. Можно, например, использовать мелко разделенные частицы вулканической породы, в частности частицы гейзерита, возможно предварительно обработанные при высокой температуре, или частицы вермикуллита или цеолита.

В таких вариантах осуществления, однако, является предпочтительным, чтобы по крайней мере часть указанных пустотелых или пористых частиц была образована выбрасываемыми с силой огнеупорными частицами. Таким образом, поры могут быть внедрены в массу, которая формируется посредством элемента, представляющего собой базовый компонент огнеупорной массы. Эти пустотелые или пористые огнеупорные частицы предпочтительно имеют полную пористость свыше 50% . Удивительно, что, учитывая плавление по крайней мере части поверхности огнеупорных частиц, которая требуется для связывания посредством сваривания с использованием керамики, получаемая масса будет пористой.

Целесообразно, чтобы по крайней мере наибольшая часть по весу из выбрасываемых с силой огнеупорных частиц была пустотелой или пористой. Поры в результате этого очень многочисленны и распределены равномерно по образованной сварочной массе. Когда принимается этот предпочтительный вариант данного изобретения, можно не добавлять другие огнеупорные частицы, иные, чем эти пористые частицы.

В некоторых таких предпочтительных вариантах осуществления изобретения пустотелые или пористые огнеупорные частицы содержат пористые частицы кремнезема или частицы ячеистого глинозема. Пористые частицы кремнезема получают, например, путем размалывания динасового изоляционного пористого огнеупорного кирпича для получения частиц размером менее 2 мм. Частицы ячеистого глинозема могут быть получены, например, путем пропускания порошка глинозема через пламя. Эта операция размалывания пористых кирпичей может дать частицы, которые содержат достаточно пор для получения пористой массы. Кремнеземные или глиноземные скелеты в результате могут быть выброшены с силой и сварены вместе, можно только локально, для образования пористой и огнеупорной массы с высокими изоляционными свойствами.

В качестве альтернативы предпочитают, чтобы эта смесь содержала пустотелые или пористые частицы, которые состоят из стекловидного или стеклообразующего материала. Эти материалы легко можно получить в форме частиц и они совместимы с огнеупорами. Можно, например, использовать частицы пригодного к остеклованию состава такого, как описанные в патенте Великобритании 2 177 082 (Главербель). Можно также использовать частицы, пригодные для превращения в ячеистые стеклянные тела путем расширения под воздействием тепла, получаемые по способу, описанному и заявленному в патенте Великобритании 1 556 998.

Целесообразно, чтобы указанные пустотелые или пористые частицы содержали стеклянные микропузырьки. Стеклянные микропузырьки имеют очень тонкую стенку. В результате максимальное количество газа включено для получения пор с минимумом материала, который является чужеродным для базового огнеупорного материала. Можно также регулировать легче количество газа, который включен внутрь, или пропорцию пор, которые образуются в огнеупорной массе, и легче получать существенно равномерное распределение пор в этой массе. Однако удивительно введение пустотелых стеклянных микрошариков в экзотермическую реакцию при такой высокой температуре. Фактически стекло относительно текуче при этих высоких температурах, которые отмечаются в присутствии экзотермической реакции. Поэтому крайне удивительно то, что стеклянные микропузырьки образуют поры в конечной огнеупорной массе, с целью образования пористой массы.

Пустотелые стеклянные микропузырьки обычно образуются из гранул стеклообразующего состава, основанного на силикате натрия, который может быть введен в реакцию с какими-либо другими компонентами, такими как борная кислота. Эти гранулы остекловываются и сферилизуются в сферулизационной печи.

Стеклообразующая смесь содержит вещество, например, мочевину, которое служит источником для выделения газа в сферулизационной печи, и создается эффект ячейкообразования. Стеклянные микропузырьки могут быть изготовлены в размерах, которые особенно пригодны для включения в смесь, подлежащую выбрасыванию с силой на обрабатываемую поверхность. Стеклянные микрошарики могут быть одно- или многоячеистыми.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, при котором эта смесь содержит пустотелые стеклянные микропузырьки, по крайней мере часть из всех огнеупорных частиц предпочтительно является пористыми частицами, и целесообразно, чтобы это были пористые частицы из кремнезема или ячеистые частицы из глинозема. Это особое сочетание пористого кремнезема и ячеистого глинозема в качестве огнеупорного материала и стеклянных микропузырьков в качестве дополнительного средства создания пор является весьма благоприятным для приготовления пористой огнеупорной массы с очень малой плотностью и при обеспечении очень высокой теплоизоляции.

В предпочтительных вариантах осуществления изобретения такие порообразующие частицы имеют максимальный размер частиц 2 мм, предпочтительно менее 1 мм. Частицы, которые сами по себе являются пористыми или пустотелыми, могут быть использованы в размерах до 2 мм, по желанию, с целью создания требуемой пористости в образуемой огнеупорной сварочной массе. Однако в некоторых предпочтительных вариантах осуществления такие порообразующие частицы имеют максимальный размер менее 600 мкм. Рекомендуется использовать материалы, которые горят или разлагаются, выделяя газ, в размерах менее 600 мкм, вновь в зависимости от размера и требуемой степени пористости, так как такие частицы меньшего размера обеспечивают завершение сгорания или реакций разложения, которым подвергаются такие частицы.

В других вариантах осуществления изобретения предпочитают, чтобы такие порообразующие частицы имели максимальный размер менее 200 мкм, предпочтительно менее 125 мкм. Такой меньший предельный размер в ограничениях особо пригоден для дальнейшего усиления плотности сгорания горючего порообразующего материала, который должен использоваться, и он также ограничивает количество образующегося газа для обеспечения получения значительного количества мелких пор.

Смесь предпочтительно содержит по крайней мере 10%, целесообразно по крайней мере 15% по весу, таких порообразующих частиц. Эта пропорция способствует образованию высокой пористости в массе, и следовательно, малой плотности, при этом масса проявляет высокие теплоизолирующие свойства.

Целесообразно, чтобы получаемая пористая огнеупорная масса имела относительную насыпную плотность менее 1,5 и предпочтительно равную или меньшую 1,3. Такое значение относительной объемной плотности является характеристикой огнеупорных материалов, имеющих хорошие теплоизолирующие свойства.

Целесообразно, чтобы получаемая пористая огнеупорная масса имела истинную пористость не менее 30%, предпочтительно не ниже 45%. Особенно предпочтительно получение пористой огнеупорной массы с открытой пористостью более 30%, предпочтительно более 37%, а с истинной пористостью выше 50%, предпочтительно выше 60%. Огнеупорная масса этого типа может проявлять высокие теплоизолирующие свойства из-за ее малой плотности и высокой пористости. Благодаря тому, что она образуется при очень высокой температуре, она также особенно хорошо стоит при использовании при повышенных температурах.

В наиболее предпочтительных вариантах осуществления изобретения топливо включает один или более элементов из группы: кремний, магний, цирконий и алюминий. Эти элементы способны окисляться с образованием огнеупорных окислов при выделении достаточного тепла для получения, по крайней мере, поверхностного расплавления всех обычных огнеупоров.

Частицы топлива имеют средний размер менее 50 мкм, предпочтительно менее 15 мкм, максимальный размер менее 10 мкм, предпочтительно менее 50 мкм, и удельную поверхность выше 3000 см²/г. Частицы топлива в результате легко окисляются. Это способствует получению высокой температуры в области экзотермической реакции, следовательно, свариванию вместе огнеупорных материалов через посредство, по крайней мере, поверхностного расплавления. Малый размер частиц топлива также способствует их полному сгоранию. Следовательно, частицы топлива не должны оказываться в неокисленном состоянии в формируемой массе, что позволяет легче получать более изолирующую массу, так как частицы используемого топлива обычно представляют собой относительно хорошие теплопроводники.

Изобретение распространяется на пористую огнеупорную массу получаемую с помощью описанного способа.

Ниже приведены примеры различных предпочтительных вариантов осуществления изобретения.

П р и м е р 1. Внутренняя изолирующая стенка должна быть отремонтирована в печи для крекингования в нефтехимической промышленности, испытавшей значительное повреждение, без остановки завода. Эта стенка состоит из силикатно-глиноземных изолирующих кирпичей, которые имеют следующий состав: 47% SiO₂, 38% глинозем, 15% известь. Кирпичи имеют относительную объемную плотность 0,77. Ремонт заключается в приготовлении огнеупорной массы на поврежденных частях стенки.

Для этого на эту стенку с силой выбрасывают кислород со смесью огнеупорных частиц, мелко разделенных частиц, по крайней мере, одного элемента, способного образовывать огнеупорный окисел при его окислении в ходе экзотермической реакции, и пустотелых частиц. В этом варианте осуществления изобретения указанные пустотелые частицы представляют собой микропузырьки из боросиликатного стекла с диаметром порядка 25 мкм (до 125 мкм), которые имеют насыпную плотность 0,19 г/см³ (объемная плотность микропузырьков измеряется согласно стандарту АSТМ D 3101-72) и эффективную плотность в 0,33 г/см³ (измеряется согласно стандарту ASТМ D 2840-99). Изолирующая стенка находится под воздействием температуры 1000-1250^оС. Смесь выбрасывают с силой с расходом 20 кг/ч в потоке чистого кислорода.

Смесь имеет следующий состав, мас.%: SiO₂ (дробленый плотный) 67 Si 12 Аl 1 Стеклянные микропузырьки 20
Кремниевые частицы имеют средний диаметр 10 мкм и удельную поверхность 5000 см²/г. Частицы алюминия представляют собой чешуйчатые частицы, которые имеют удельную поверхность примерно 8000 см²/г. Когда эту смесь набрасывают на горячую стенку, кремниевые и алюминиевые частицы горят, выделяя достаточное количество тепла для расплавления, по крайней мере, части поверхности огнеупорных частиц кремнезема с тем, чтобы они были локально склеены вместе для образования пористой огнеупорной сварочной массы. Эти огнеупорные частицы кремнезема имеют диаметр менее 2 мм с максимумом от 30 до 40% от 1-2 мм и с максимумом на 15% меньше, чем 100 мкм.

Огнеупорная масса, образованная на поверхности стенки, имеет полную пористость, оцениваемую примерно в 70%, и открытую пористоть примерно 38%. Относительная насыпная плотность этой массы 1,03. Это означает, что стеклянные микропузырьки, или в любом случае газ, который они содержат, создал многочисленные поры, которые равномерно распределены в образующейся огнеупорной массе, и что возможно в результате этого успешно регулировать остаточную пористость. Из-за высокой пористости образующаяся масса имеет теплоизолирующие свойства, которые относительно близки к изолирующим свойствам обрабатываемой стенки, и ремонт в результате этого сохраняет свойства стенки. Учитывая, что эта огнеупорная масса была сформирована при повышенной температуре и связь между огнеупорными частицами представляет собой сваренную связь гомогенного типа, она хорошо выдерживает очень высокие температуры. Постизменения, т.е. деформация, которую испытывает образец, подвергающийся воздействию температуры 1300^оС, менее 1% (верхний разрешенный предел составляет 2%). Эта образованная масса великолепно прилипает к обрабатываемой стенке. В варианте данного примера пропорция стеклянных микропузырьков в смеси была изменена, при этом равновесие компенсировалось пропорцией частиц кремнезема, а относительная насыпная плотность и открытая пористость образованной массы были замерены. В таблице приведены полученные результаты пропорции частиц кремния и алюминия оставалась одинаковой.

Из таблицы видно, что пористость огнеупорной массы, которая формируется по способу согласно изобретению, можно регулировать.

В другой альтернативной форме примера 1 были использованы частицы топлива из кремния, которые имеют средний диаметр порядка 6 мкм и 20% стеклянных микропузырьков. Получали огнеупорную массу с относительной объемной плотностью 0,76 и открытой пористостью в 46%.

В еще одном альтернативном варианте примера 1 стеклянные микропузырьки были заменены на частицы из остекловываемого материала, согласно патенту Великобритании 2 177 082, в результате была получена пористая огнеупорная масса.

П р и м е р 2. Требуется изолировать часть поверхности внутренней стенки свода коксовой установки с печью без остановки установки. Цель этой операции заключается в защите металлической конструкции, расположенной позади этой стенки, в которой доступ невозможен для ее непосредственной защиты. Эта стенка представляет собой обычную огнеупорную печь, состоящую из более 94,5% кремнезема, с открытой пористостью менее 22%. Процедура такая же, что и в примере 1, за исключением того, что в этом примере варианта осуществления способа по изобретению частицы, которые используются, превращаются, по крайней мере, частично в газ в условиях экзотермической реакции. Они представляют собой частицы кокса, которые имеют диаметр в пределах от 0 примерно до 500 мкм. Обрабатываемая поверхность огнеупорной стенки имеет температуру от 800 до 1100^оС.

Смесь подают в потоке чистого кислорода.

Смесь имеет следующий состав, мас.%: SiO₂ 67 Si 12 Al 1 Кокс 20
Частицы топлива из алюминия и размолотые плотные огнеупорные частицы SiO₂ имеют такие же характеристики, что и в примере 1. Частицы топлива из кремния имеют средний диаметр 6 мкм и удельную поверхность 5000 см²/г.

Огнеупорная масса, получаемая на поверхности огнеупорной стенки, имеют кажущуюся пористость (создаваемую открытыми порами) примерно 44% и относительную объемную плотность 1,17. Частицы кокса дают газообразные продукты горения под воздействием тепла, выделяемого при экзотермической реакции, и эти газы создают многочисленные поры, которые равномерно распределены по всей) образующейся огнеупорной массе. Некоторые из этих пор остаются закрытыми вместе с газом, заключенным в массе, в то время а относительно высокий процент пор открытым. Огнеупорная масса хорошо прилипает к обрабатываемой стенке, деформация, которую испытывает образец, находящийся под воздействием 1500^оС, менее 0,5%. По причине высокой пористости, образующаяся масса имеет очень высокие теплоизолирующие свойства. Как результат, внешняя температура стенки свода в обрабатываемой зоне заметно менее значительна, и металлическая конструкция испытывает меньшую опасность достижения температуры деформации металла.

В другой альтернативной форме примера 2, используют 20% частиц SiC в качестве замены частиц кокса. Эти частицы имеют диаметр менее 125 мм. Получают огнеупорную массу, объемная плотность которой составляет 1,26, при этом деформация, испытываемая образцом под воздействием 1500^оС, менее 0,2%.

П р и м е р 3. Изолирующая огнеупорная масса должна быть образована на поверхности внутренней стенки стекловаренной печи без остановки агрегата. Эта стенка огнеупорная, выполнена из силлиманита. Процедура такая же, что и в примере 1, за исключением того, что по этому варианту осуществления изобретения пористые огнеупорные частицы используют для создания пористости в получаемой сварочной массе. Они представляют собой пористые частицы из кремнезема, получаемые размалыванием изоляционных пористых силикатных кирпичей, при этом относительная объемная плотность изолирующих кирпичей составляет 0,95. Эти частицы были получены дроблением и просеяны так, чтобы получить частицы размером, подобным размеру частиц непористых частиц SiO₂ из примера 1. Обрабатываемая поверхность огнеупорной стенки из силлиманита находится под воздействием температуры примерно 800^оС. Смесь подают в потоке чистого кислорода.

Смесь имеет следующий состав, мас.%: Пористый SiO₂ 87 Si 12 Al 1
Горючие частицы из алюминия и кремния имеют те же характеристики, что и частицы в примере 2.

Огнеупорная масса, обработанная на поверхности огнеупорной стенки, имеет открытую пористость примерно 38% и относительную объемную плотность 1,30. Пористые частицы поэтому восстановили пористую массу, которая хорошо прилипает к обрабатываемой стенке, деформация, испытываемая образцом под воздействием 1300^оС, менее 0,5%. По причине высокой пористости, полученная масса имеет высокие теплоизолирующие свойства. Ее проводимость при 200^оС составляет примерно 0,5 Вт.м.^-1К^-1.

В качестве альтернативной формы данного примера, стеклянные микропузырьки добавляют к выбрасываемой с силой смеси. Эти частицы имеют те же характеристики, что и стеклянные микропузырьки в примере 1.

Смесь имеет следующий состав, мас.%: Пористый SiO₂ 77 Si 12 Al 1
Стеклянные микропузырьки 10
Горючие частицы алюминия и кремния имеют те же характеристики, что и в примере 1.

Получают огнеупорную массу, открытая пористость которой составляет примерно 32% и относительная объемная плотность равна 1,24. Обнаружено, что получается слегка менее плотная масса, которая поэтому имеет более высокую общую пористость с несколько меньшей открытой пористостью, что означает, что более высокое число пор является закрытыми. Это представляет собой преимущество для тепловой изоляции огнеупорной стенки.

В другой альтернативной форме, получают пористые огнеупорные массы согласно примеру 3 на огнеупорных станках из кордиерита и из шамота получают аналогичные результаты.

П р и м е р 4. Смесь, состоящую из размолотых плотных частиц SiO₂из горючих частиц кремния и алюминия и из частиц вспучивающегося материала, подают на поверхность огнеупорной стенки из кремнезема при температуре от 800 до 1100^оС. В этом примере вспучивающийся материал состоит из сухого гидратированного силиката натрия (26 мас.% воды). Эту смесь с силой выбрасывают в потоке чистого кислорода.

Смесь имеет следующий состав, мас.%: SiO₂ 72 Si 12 Al 1
Гидратированный силикат натрия 15 Частицы из кремния и алюминия имеют средний диаметр и удельную поверхность такие же, как и в примере 1. Частицы вспучивающегося материала имеют размер порядка 150 мкм и получаются с помощью процесса сушки на подложке, которая перемещается циклически (описано в патенте Великобритании 2 155 852). Подача с силой этой смеси на горячую огнеупорную стенку приводит к созданию пористой и хорошо прилипающей огнеупорной массы. Вспучивающийся материал создает поры в массе под воздействием температуры.

В качестве альтернативной формы получали подобную пористую огнеупорную массу на поверхности алюминийсодержащей огнеупорной стенки путем замены силиката натрия алюминатом натрия и кремнезема глиноземом.

Реферат

Изобретение относится к способу получения пористой огнеупорной массы, порошковой смеси для использования в способе и может быть использовано для получения или ремонта теплоизолирующей футеровки. Способ заключается в подаче на горячую поверхность потоком кислорода экзотермической порошковой смеси. Порошковая смесь содержит по меньшей мере один горючий компонент из группы: кремний, алюминий, магний, цирконий, по меньшей мере 5 мас.% порообразующего компонента, оксид кремния и/или оксид алюминия. В качестве порообразующего компонента используют выгарающий углеродсодержащий материал, вспучивающийся материал, пористый оксид кремния и/или ячеистый оксид алюминия, а также стеклянные микросферы. 11 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула