專利名稱：用于修補(bǔ)氧化物基耐火體的方法及粉末混合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用陶瓷焊接法修補(bǔ)氧化物基耐火體的方法。
硅、鋯、鋁和鎂的氧化物可用作工業(yè)耐火氧化物。特別是鋁和鎂的氧化物目前被用于冶金工業(yè)，在此應(yīng)用中之所以選擇它們是因?yàn)槠淇垢邷?、抗某些材?如熔融金屬、礦渣和浮渣)的侵蝕和腐蝕。
氧化鎂基耐火材料，一般稱作堿性耐火材料，可形成用于傳送熔融鋼的盛鋼桶的襯。在使用中這種襯被熔融的鋼和礦渣磨損掉。該襯的侵蝕主要發(fā)生于液面位置。因此需要一次又一次地對這種氧化物基耐火體進(jìn)行修補(bǔ)。
有人已經(jīng)建議采用“陶瓷焊接”技術(shù)修補(bǔ)耐火體。在該技術(shù)中，將要修補(bǔ)的耐火體保持在高溫，在有氧存在條件下投射粉末混合物，該粉末混合物含有耐火材料顆料和燃料顆粒，該燃料顆粒與氧氣發(fā)生放熱反應(yīng)形成耐火氧化物。通過這樣的方法可形成耐火材料并將其粘附在要修補(bǔ)位置的耐火體上。該陶瓷焊接技術(shù)在GB1，330，894(Glaverbel)和GB2，170，191(Glaverbel)中有詳細(xì)說明。燃料顆粒是這樣的一些顆粒，其組成和顆粒級配使其與氧發(fā)生放熱反應(yīng)形成耐火氧化物，并且同時釋放能至少淺層地熔化投射的耐火顆粒所需的熱量。
然而研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將由氧化物顆粒和燃料顆粒組成的粉末混合物用于修補(bǔ)氧化物基耐火體，特別是高熔點(diǎn)氧化物基如氧化鎂和氧化鋁耐火體時，形成的耐火材料可能是多孔的。如果存在明顯的顯氣孔率，該修補(bǔ)材料就不能用于某些應(yīng)用，特別是如果該修補(bǔ)材料會受到熔融材料的侵蝕和腐蝕時。
因此本發(fā)明的目的提供一種修補(bǔ)氧化物基耐火體的方法，該方法能使形成的耐火材料修補(bǔ)體具有可接受的氣孔率。
我們驚奇地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)燃料顆粒是選自鎂、鋁、硅及其混合物的顆粒時，通過在粉末混合物中引入特定量的碳化硅可以實(shí)現(xiàn)該目的。該方法與一般原理(即將耐火修補(bǔ)體組合物與被修補(bǔ)表面耐火材料的組合物相匹配)相反。進(jìn)一步說，在陶瓷焊接法中碳化硅被看作惰性材料，它不被反應(yīng)中形成的液相所潤濕，因此該碳化硅對材料氣孔率的作用有些令人吃驚。
我們并不希望受理論束縛，但我們相信附加的碳化硅顆粒將熱導(dǎo)入耐火修補(bǔ)料，并且在長時間的暴露于高溫下引起碳化硅顆粒分解產(chǎn)生元素碳，已知元素碳能使耐火修補(bǔ)料具有好的抗礦渣腐蝕性。
因此，本發(fā)明的第一方面提供了一種修補(bǔ)氧化物基耐火體的方法，包括在高溫和有氧存在條件下，將粉末混合物投射到所說的耐火體的表面上，所說的粉末混合物包括耐火氧化物顆粒和與氧發(fā)生放熱反應(yīng)形成耐火氧化物的燃料顆粒，其特征在于該燃料顆粒選自鎂、鋁、硅及其混合物，并且該粉末混合物還含有10%以下重量的碳化硅顆粒。
在該粉末混合物中的碳化硅含量優(yōu)選至少1%(重量)。如果碳化硅含量過多，我們發(fā)現(xiàn)由于修補(bǔ)材料從修補(bǔ)位置流失，修補(bǔ)材料體根本無法形成。我們并不希望受理論束縛，但我們初步認(rèn)為這可能是由于隨著修補(bǔ)過程保留了太多的熱從而導(dǎo)致了低粘度液相。如果碳化硅用量太少，本發(fā)明的優(yōu)越性不能得到明顯的體現(xiàn)。
碳化硅優(yōu)選具有小的顆粒尺寸，例如小于200μm。本文中所用的“顆粒尺寸”是指有關(guān)材料具有至少90%(重量)的顆粒符合給定范圍的顆粒尺寸分布。本文所用的“平均尺寸”是指50%(重量)的顆粒具有小于該平均值的粒徑。
耐火氧化物顆?？梢园ㄖ辽僖环N形成耐火體的氧化物。由此，當(dāng)氧化物耐火體是含氧化鋁的耐火體時，耐火氧化物顆?？梢园趸X顆粒。當(dāng)氧化物耐火體是含氧化鎂的耐火時，耐火氧化物顆?？梢园趸V顆粒。
該粉末混合物的主要部分優(yōu)選由選自氧化鎂、氧化鋁及其混合物的耐火氧化物顆粒組成。這些氧化物在經(jīng)歷放熱反應(yīng)時是非常活潑的，因此極有可能形成高氣孔率的修補(bǔ)體。耐火材料氧化物顆粒優(yōu)選具有小于2.5mm的尺寸，并且基本上沒有大于4mm的顆粒。
燃料顆粒選自鎂、鋁、硅及其混合物的顆粒。鋁和硅的混合物是特別優(yōu)選的。在該混合物中的燃料顆粒優(yōu)選平均尺寸小于50μm。
修補(bǔ)操作一般在耐火體是熱的時候進(jìn)行。這使得我們有可能在修補(bǔ)被腐蝕的耐火體的同時使裝置基本保持在其工作溫度。
正如在要修補(bǔ)的耐火體表面所測得的，該高溫可以高于600℃。在該溫度燃料顆粒將在氧中燃燒產(chǎn)生耐火氧化物，并且產(chǎn)生足夠的熱使氧化物顆粒與燃料的燃燒產(chǎn)物一起形成構(gòu)成修補(bǔ)的耐火修補(bǔ)體。
本發(fā)明的第二方面提供了一種用于修補(bǔ)氧化物基耐火體的粉末混合物，所說的混合物包含-80%-95%(重量)的含耐火氧化物的耐火顆粒;和-5%-20%(重量)的燃料顆粒，該顆粒與氧發(fā)生放熱反應(yīng)形成耐火氧化物，其特征在于所說的燃料顆粒選自鎂、鋁、硅及其混合物，并且該耐火顆粒包括基于總混合物重的10%以下的碳化硅顆粒。為了獲得均勻的修補(bǔ)體，在于粉末混合物中應(yīng)該有至少80%(重量)的耐火顆粒，包括氧化物顆粒。
在優(yōu)選實(shí)施例方案中，混合物包含-80%-94%(重量)的選自氧化鋁、氧化鎂及其混合物顆粒的耐火氧化物顆粒;
-1%-5%(重量)的碳化硅顆粒;和-5%-15%(重量)的所說燃料顆料。
在粉末混合物中耐火顆粒(包括碳化硅顆粒)優(yōu)選具有至少10μm的尺寸。如果使用的顆粒太小，它就存在會在反應(yīng)中流失的危險。
將粉末混合物送到要修補(bǔ)的耐火體表面的適用方法是將粉末混合物與含氧氣體一起投射。一般來說，人們推薦在有高濃度氧存在條件下，例如使用工業(yè)純氧氣作為氣體載體進(jìn)行顆粒投射。在該方法中修補(bǔ)體易于形成，并粘附在投射了顆粒的表面上。由于達(dá)到高溫陶瓷焊接反應(yīng)可以達(dá)到的很高溫度，它能透過可能存在于要處理的耐火體表面上的礦渣，并且能夠軟化或熔化該表面從而在被處理的表面與新形成的耐火修補(bǔ)體之間產(chǎn)生良好的粘合。
該方法使用噴料桿可以方便地進(jìn)行。適用于本發(fā)明方法的噴料桿包括一個或多個出口用于排粉末料流，以及可選擇的一個或多個補(bǔ)充氣體的出口。為了在熱環(huán)境進(jìn)行修補(bǔ)可將氣體流從噴料桿排出，該噴料桿被通過該桿的液體循環(huán)冷卻。通過給噴料桿提供一個水套管，可以容易地實(shí)現(xiàn)該冷卻。該噴料桿可以以30-500kg/小時的速率投射粉末。
為了便于形成有規(guī)律的粉末噴射，耐火材料顆粒優(yōu)選基本不含尺寸大于4mm的顆粒，最優(yōu)選不大于2.5mm的顆粒。
本發(fā)明特別適用于熔融鋼盛鋼桶的修補(bǔ)或維修，因?yàn)楫?dāng)形成該盛鋼桶的一部分的耐火體受到接觸的熔融金屬和礦渣的嚴(yán)重侵襲時它可以在高溫下，于盛鋼桶裝料間隙快速完成。要求最大修補(bǔ)的區(qū)域可能是液面線。
本發(fā)明將通過如下非限定性實(shí)施例作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例1在熔融盛鋼桶的氧化鎂基襯壁上形成耐火修補(bǔ)體。將耐火材料顆粒和燃料顆粒的混合投射到這些磚上。襯壁溫度約為850℃。在純氧氣流中以150kg/小時速率投射該混合物。該混合物具有如下組成MgO 87%(重量)SiC 5%Si 4%Al 4%氧化鎂顆粒的最大尺寸約為2mm。碳化硅的顆粒尺寸為125μm，平均粒徑57μm。硅顆粒和鋁顆粒的最大尺寸小于45μm。
實(shí)施例1A(比較)作為比較，按照與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行同樣的修補(bǔ)，但是使用下列組成的粉末混合物MgO 92%(重量)SiC 4%Al 4%測量實(shí)施例1和1A所形成的耐火修補(bǔ)體的表觀密度和顯氣孔率(即開氣孔率)，結(jié)果如下
密度實(shí)施例號 kg/dm3氣孔率(%)1 2.9 約8%1A 2-2.4 約20%在實(shí)施例1的一個變化方案中，以相似的方法修補(bǔ)含氧化鋁的耐火材料，但其中粉末混合物中的氧化鎂顆粒被相同數(shù)量的和相同級配的氧化鋁顆粒替代。
實(shí)施例2-4在熔融盛鋼桶的氧化鎂基襯壁上形成耐火修補(bǔ)體。將耐火材料顆粒和燃料顆粒的混合物投射到這些磚上。襯壁溫度約850℃。在純氧氣流中以60kg/小時速率投射該混合物。該混合物具有如下組成(重量)實(shí)施例號: 2 3 4Si 4% 4% 4%Al 4% 4% 4%SiC 2% 5% 10%MgO 90% 87% 82%氧化鎂顆粒的最大尺寸約為2mm。碳化硅的顆粒尺寸為125μm，平均尺寸57μm。硅顆粒和鋁顆粒的最大尺寸小于45μm。
測量實(shí)施例2-4所形成的耐火修補(bǔ)體的表觀密度和顯氣孔率(即開氣孔率)，結(jié)果如下密度實(shí)施例號 kg/dm3氣孔率(%)2 2.6 14%3 2.7 10%4 2.9 8%實(shí)施例5陶瓷焊接粉末包含下列組成(重量%)氧化鋁87%碳化硅5%鋁6%鎂2%所用的氧化鋁為電熔氧化鋁。氧化鋁的名義最大粒度為700μm，碳化硅的顆粒級配與實(shí)施例1相同，氧化鋁顆粒的最大粒徑小于45μm，鎂顆粒的最大粒徑是75μm。
按照實(shí)施例1所述，在玻璃熔池部分排空使得修補(bǔ)位置露出之后，可使用上述粉末混合物修補(bǔ)玻璃熔池窯低于熔體工作面水平的Corhart(商標(biāo))Zac耐火磚(組成氧化鋁/鋯/氧化鋯)。
權(quán)利要求
1.一種修補(bǔ)氧化物基耐火體的方法，包括在高溫和有氧存在條件下，將粉末混合物投射到所說的耐火體的表面上，所說的粉末混合物包括耐火氧化物顆粒和與氧發(fā)生放熱反應(yīng)形成耐火氧化物的燃料顆粒，其特征在于該燃料顆粒選自鎂、鋁、硅及其混合物，并且該粉末混合物還含有10%以下重量的碳化硅顆粒。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中在所說粉末混合物中的碳化硅含量至少為1%(重量)。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其中所說碳化硅的顆粒尺寸小于200μm。
4.按照上述任何一個權(quán)利要求的方法，其中所說的耐火氧化物顆粒包含至少一種形成耐火體的氧化物。
5.按照上述任何一個權(quán)利要求的方法，其中所說的氧化物耐火體選自含氧化鋁的耐火體和含氧化鎂的耐火體。
6.按照上述任何一個權(quán)利要求的方法，其中所說的粉末混合物的主要部分由選自氧化鎂、氧化鋁及其混合物的耐火氧化物顆粒組成。
7.按照上述任何一個權(quán)利要求的方法，其中所說的要修補(bǔ)的耐火體是熔融盛鋼桶的一部分。
8.一種用于修補(bǔ)氧化物基耐火體的粉末混合物，所說的混合物包含-80%-95%(重量)的含耐火氧化物的耐火顆粒;和-5%-20%(重量)的燃料顆料，該顆粒與氧發(fā)生放熱反應(yīng)形成耐火氧化物。其特征在于所說的燃燒顆粒選自鎂、鋁、硅及其混合物，并且該耐火顆粒包括基于總混合物重的10%以下的碳化硅顆粒。
9.按照權(quán)利要求8的粉末混合物，包括-80%-94%(重量)的選自氧化鋁、氧化鎂及其混合物顆粒的耐火氧化物顆粒;-1%-5%(重量)的碳化硅顆粒;和-5%-15%(重量)的所說燃料顆粒。
全文摘要
本文描述了修補(bǔ)氧化物基耐火體的方法。該方法包括在高溫和有氧存在條件下，將粉末混合物投射到所說的耐火體的表面上。所說的粉末混合物包括耐火氧化物顆粒和與氧發(fā)生放熱反應(yīng)形成耐火氧化物的燃料顆粒。本發(fā)明的特征在于該燃料顆粒選自鎂、鋁、硅及其混合物，并且該粉末混合物還含有10％以下重量的碳化硅顆粒。本發(fā)明提供了修補(bǔ)氧化物基耐火體的方法，它能使形成的耐火修補(bǔ)體具有可接受的氣孔率。
文檔編號C04B41/87GK1105751SQ9411287
公開日1995年7月26日 申請日期1994年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月1日
發(fā)明者A·齊夫科韋克, J·P·梅恩肯斯, B·薩默豪森 申請人:格拉沃貝爾公司