Порошковая смесь для резки огнеупора (варианты)

Порошковая смесь для резки огнеупора (варианты)

Реферат

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам смесей для резки изделий из огнеупоров, и может быть использовано при горячих ремонтах коксовых печей в коксохимическом производстве.

Известна смесь для наплавки и сваривания шамота и динаса, содержащая следующие компоненты, мас.%: порошок алюминия 10-35; порошок кремния 10-19,5; порошок оксида железа 50-75; порошок электрокорунда и порошок динаса 4-15 (сверх 100%) (Патент RU №2299870, С04В 35/65, F27D 1/16, С23С 26/00, опубл. 27.05.2007 г.).

Недостатком указанной смеси является слабая термичность процессов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), а для резки неметаллических материалов, таких как огнеупоры, требуется гораздо большая тепловая эффективность.

Наиболее близкой по компонентному составу к предлагаемой порошковой смеси является известная смесь для наплавки и сваривания шамота и динаса, включающая компоненты при следующем соотношении, мас.%: порошок кремния 1-15; порошок алюминия 10-20; добавку - сварочный флюс 3-19 и порошок оксида железа 60-70 (Патент RU №2096387, C04B 35765, опубл. 20.11.1997 г.).

Недостатком известной смеси является также недостаточная термичность и жидкоподвижность продуктов твердофазного спекания.

Задачей настоящего изобретения является создание порошковой смеси для резки огнеупора, обладающей жидкоподвижностью при высокой термичности окислительно-восстановительных реакций, инициируемых за счет физического тепла огнеупорной кладки для расплавления огнеупора и удаления расплава из зоны дефекта кладки кислородной струей.

Поставленная задача решается следующим образом.

Порошковая смесь для резки огнеупора по первому варианту, содержащая алюминий, кремний, оксид железа и сварочный флюс, согласно изобретению, дополнительно содержит чугун, а в качестве оксида железа - прокатную окалину при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюминий	10-20
кремний	15-60
прокатная окалина	40-70
сварочный флюс	4-8
чугун (сверх 100%)	40-100 крупностью не более 1,0 мм.

По второму варианту порошковая смесь для резки огнеупора, содержащая алюминий, кремний и оксид железа, согласно изобретению, дополнительно содержит чугун, а в качестве оксида железа - прокатную окалину при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюминий	10-20
кремний	15-60
прокатная окалина	40-70
чугун (сверх 100%)	40-100 крупностью не более 1,0 мм.

По третьему варианту порошковая смесь для резки огнеупора, содержащая кремний и оксид железа, согласно изобретению, дополнительно содержит чугун, а в качестве оксида железа - прокатную окалину при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кремний	15-60
прокатная окалина	40-70
чугун (сверх 100%)	40-100 крупностью не более 1,0 мм.

Техническим результатом от использования вариантов изобретения является то, что при горячих ремонтах огнеупорной кладки коксовых печей порошковой смесью, состоящей из предложенных компонентов, сгорающих в присутствии кислорода, происходит инициирование (воспламенение) порошковой смеси за счет физического тепла огнеупорной кладки коксовой печи при последовательном протекании экзотермических окислительно-восстановительных реакций с образованием жидкоподвижного расплава.

Вначале вступают в реакцию алюминий и прокатная окалина (по первым двум вариантам), т.е. термитные составляющие:

Прокатная окалина, состоящая из оксида железа Fe₃O₄, обеспечивает начальную стадию реакций СВС - инициирование. Эта экзотермическая реакция идет в первую очередь, поскольку окисление алюминия начинается при температуре 600°С в твердой фазе.

В последующем, при содержании алюминия менее 10% восстановление железа происходит по реакции:

Реакция (2) идет при содержании прокатной окалины 40-70%, а при полном отсутствии алюминия в составе смеси реакция 2 является основной экзотермической реакцией. В этом случае окисление кремния начнется при температуре 900°С.

При содержании алюминия в смеси 10-20% (в первых двух вариантах) происходит еще одна экзотермическая реакция:

Во всех трех вариантах вступает в силу механизм горения кремния, также идущий с выделением тепла:

Образовавшееся в ходе реакций (1) и (2) восстановленное железо вновь окисляется от избытка кислорода. Реакция идет также с выделением тепла:

Чугун, введенный в состав порошковой смеси, увеличивает количество окисляемого по реакции (5) железа, что позволяет дополнительно повысить термичность смеси. При его содержании менее 40% (сверх 100%) повышение термичности сравнительно невелико, а при значениях более 100% (сверх 100%) термичность может снижаться, поскольку для такого высокого количества железа в чугуне потребуется дополнительный расход тепла на его разогрев.

Сварочный флюс («плавень») в количестве 4-8 (в первом варианте) снижает температуру плавления порошковой смеси, дополнительно увеличивает жидкоподвижность расплава, что в свою очередь способствует его удалению от места разрезаемого дефекта кладки. Однако при содержании более 8% сварочного флюса и прокатной окалины свыше 70% требуется дополнительный расход тепла на разложение содержащихся в сварочном флюсе силикатов марганца, на разогрев излишне высокого количества оксида железа (Fe₃O₄), а использовать сварочный флюс при его содержании менее 4% нецелесообразно.

Реализация предлагаемого изобретения осуществлялась следующим образом.

Заявляемую порошковую смесь готовят следующим образом. Порошки компонентов (в зависимости от предложенных вариантов смеси) перемешивают до однородного состава. Причем прокатную окалину, образовавшуюся при протягивании проволоки и представленную в виде закиси-окиси железа (Fe₃O₄) перед смешиванием предварительно прокаливают при температуре около 1000°С, затем измельчают в шаровой мельнице. Порошок чугуна получают из чугунной стружки, которую также прокаливают при температуре 1000°С и предварительно измельчают в шаровой мельнице с получением частиц крупностью не более 1,0 мм.

После перемешивания смесь загружают в транспортирующее устройство, предназначенное для регулируемой подачи порошковой смеси, например аппарат для керамической наплавки.

Из сопла транспортирующего устройства порошковая смесь в потоке газа попадает в печное пространство коксовой печи на нагретую до температуры 1000-1100°С поверхность стены или свода или пода камеры коксования (в зависимости от того, где находится дефект кладки, требующий расплавления и последующего удаления расплавленного огнеупора). При попадании смеси на разогретую поверхность огнеупорной кладки происходит инициирование (воспламенение) смеси за счет физического тепла кладки, ее горение, резка дефектов огнеупорной кладки порошково-газовой струей и их расплавление. Образующийся расплав кристаллизуется в виде натеков, которые легко удаляются стальными скребками и струей кислорода.

В таблице приведены все три варианта реализации заявляемой порошковой смеси для резки огнеупора.

Таблица
Компоненты, мас.%	Варианты
1	2	3
Алюминий	10	15	0
Кремний	40	35	50
Прокатная окалина	45	50	50
Чугун	100	50	50
Сварочный флюс	5	0	0
Показатели
Термичность, кДж/кг	20170	17690	17010
Источник тепла инициирования смеси	Физическое тепло объекта резки

Первый вариант. В камеру коксования, имеющую дефект на динасовой кладке, подают смесь для резки огнеупора следующего состава, мас.%: алюминий - 10, кремний - 40, прокатная окалина - 45, сварочный флюс - 5, чугун - 100 (сверх 100%) крупностью не более 1,0 мм. Транспортировка порошковой смеси осуществляется воздухом, а на срез сопла транспортирующего устройства дополнительно подается кислород. Источник тепла инициирования смеси - физическое тепло объекта резки. Термичность смеси составляет 20170 кДж/кг.

Второй вариант. В камеру коксования, имеющую дефект на динасовой кладке, подают смесь для резки огнеупора следующего состава, мас.%: алюминий - 15, кремний - 35, прокатная окалина - 50, чугун - 50 (сверх 100%) крупностью не более 1,0 мм. Транспортировка порошковой смеси осуществляется воздухом, а на срез сопла транспортирующего устройства дополнительно подается кислород. Источник тепла инициирования смеси - физическое тепло объекта резки. Термичность смеси составляет 17690 кДж/кг.

Третий вариант. В камеру коксования, имеющую дефект на динасовой кладке, подают смесь для резки огнеупора следующего состава, мас.%: кремний - 50, прокатная окалина - 50, чугун - 50 (сверх 100%) крупностью не более 1,0 мм. Транспортировка порошковой смеси осуществляется кислородом, а на срез сопла транспортирующего устройства дополнительно подается кислород. Источник тепла - физическое тепло объекта резки. Термичность смеси составляет 17010 кДж/кг.

Предлагаемая порошковая смесь промышленно применима при горячих ремонтах динасовой кладки камер коксования коксовых батарей и позволяет осуществлять резку огнеупора для удаления дефектов при необходимости сохранения геометрических размеров камер коксования.

1. Порошковая смесь для резки огнеупора, содержащая алюминий, кремний, оксид железа и сварочный флюс, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит чугун, а в качестве оксида железа - прокатную окалину при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюминий	1-20
кремний	15-60
прокатная окалина	40-70
сварочный флюс	4-8
чугун крупностью не более 1,0 мм (сверх 100%)	40-100

2. Порошковая смесь для резки огнеупора, содержащая алюминий, кремний и оксид железа, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит чугун, а в качестве оксида железа - прокатную окалину при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюминий	1-20
кремний	15-60
прокатная окалина	40-70
чугун крупностью не более 1,0 мм (сверх 100%)	40-100

3. Порошковая смесь для резки огнеупора, содержащая кремний и оксид железа, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит чугун, а в качестве оксида железа - прокатную окалину при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кремний	15-60
прокатная окалина	40-70
чугун крупностью не более 1,0 мм (сверх 100%)	40-100