СМЕСЬ ДЛЯ ГОРЯЧЕГО РЕМОНТА ЛИТЕЙНОГО ОБОРУДОВАНИЯ Российский патент 2013 года по МПК C04B35/66 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к смеси для горячего ремонта различных печей для рафинирования, сосудов и т.п. в горячем состоянии.

Уровень техники

В качестве способа горячего ремонта сосудов для расплавленного металла, таких как конвертеры для получения стали и ковши для разливки стали, широко используют способ загрузки порошкообразного материала для ремонта в печь и обжиг материала, поскольку транспортирование и хранение материала не представляют сложности и, кроме того, его укладка является простой и удобной, так что предварительная операция перемешивания, например, осуществляемая при ремонте литейного оборудования, не является необходимой, и материал загружают в печь и обжигают за счет остающегося тепла печи. Порошкообразные смеси для горячего ремонта литейного оборудования грубо разделяют на водные смеси и неводные смеси. В качестве водного материала смеси для горячего ремонта литейного оборудования, которые используют, например, фосфатные соли или силикатные соли, содержащие кристаллизационную воду, раскрыты в патентном документе JP 2-26874A.

Известно, что неводная смесь для горячего ремонта литейного оборудования, использующая смолу, пек или т.п., имеет более подходящую прочность по сравнению с водной смесью для горячего ремонта литейного оборудования, но первый вышеупомянутый материал имеет недостаток, состоящий в том, что требуется длительное время отверждения. В патентном документе JP 11-240771 A для уменьшения времени твердения предложено добавление порошка Mg. Однако остаются проблемы, состоящие в том, что порошок Mg является не только дорогостоящим и снижает экономическую эффективность, но также имеет высокий риск взрыва пыли и поэтому при обращении с сырьевыми материалами во время производства требуется величайшая осторожность.

С другой стороны, патентный документ JP 11-278948 A раскрывает добавление железного порошка и порошка Al для улучшения неводной смеси для горячего ремонта литейного оборудования. Во время обжига железный порошок выделяется внутри материала и воздействует на поглощение тепла с поверхности прилипания, так что порошок улучшает адгезионную способность смеси для горячего ремонта литейного оборудования. Однако фактически, даже когда материал прилипает за счет влияния охлаждения во время обжига, в связи с наличием железного порошка в виде пленки расплавленного железа между смесью для горячего ремонта литейного оборудования и стеной печи (поверхность прилипания), прочность адгезии ухудшается и возникает тенденция к отслоению, так что повышение прочности не достигается.

Раскрытие изобретения

Многие современные сосуды для расплавленного металла, такие как конвертеры для получения стали и ковши для разливки стали, являются сосудами, где в качестве футеровки используют огнеупорный материал на основе углерода. С точки зрения адгезивной способности к основному материалу при горячей обработке желательно использовать неводный материал, способный к образованию углеродной связи при горячем ремонте. При этом порошкообразная неводная смесь для горячего ремонта литейного оборудования обеспечивает легкую укладку, но имеет недостаток, состоящий в том, что время твердения после загрузки является продолжительным и поэтому существует проблема, состоящая в том, что материал не может быть использован в случае, когда длительное время ремонта не допускается.

Изобретение предлагает порошкообразную неводную смесь для горячего ремонта литейного оборудования, которая, наряду с использованием простой и удобной укладки, может значительно уменьшить время твердения после укладки и имеет превосходные характеристики с точки зрения экономической эффективности и прочности.

Эта смесь для горячего ремонта литейного оборудования содержит 5-30% вес. связующего, способного к образованию углеродной связи в горячем состоянии, от 1 до менее 5% вес. железного порошка и огнеупорный заполнитель - остальное.

Кроме того, в настоящем изобретении бóльший эффект достигается в случае, когда содержание промотора флюидизации составляет 0,1-1% вес. по отношению к 1% вес. связующего, способного к образованию углеродной связи в горячем состоянии, общее количество связующего, способного к образованию углеродной связи в горячем состоянии, и промотора флюидизации составляет 5-30% вес., содержание железного порошка составляет от 1 до менее 5% вес. и содержание огнеупорного заполнителя - остальное.

С целью обеспечения флюидизации предпочтительно добавлять промотор флюидизации в пределах диапазона содержания, при которых не облегчается осаждение железного порошка и не замедляется его эффект.

Стена печи сосуда для расплавленного металла, которая должна быть отремонтирована, имеет температуру, по меньшей мере, 700°C и выше.

При загрузке в печь смеси для горячего ремонта литейного оборудования по настоящему изобретению порошкообразное дисперсное связующее расплавляется оставшимся теплом печи, и весь материал для ремонта переходит в флюидизированное состояние, так что он заполняет элементы конструкции в местах, которые должны быть отремонтированы, и в то же время их плотно заполняет огнеупорный заполнитель. Затем смесь для горячего ремонта литейного оборудования образует углеродную связь после твердения под действием связующего.

Поскольку смесь для горячего ремонта литейного оборудования по настоящему изобретению имеет улучшенную теплопроводность за счет добавления железного порошка, температура материала смеси быстро повышается и карбонизация связующего обеспечивается во время флюидизации и тепловосприятия в горячем состоянии, так что время твердения значительно сокращается. Железный порошок выделяется из огнеупорного заполнителя под действием силы тяжести во время флюидизации, но сдерживать его неблагоприятное воздействие на поверхность прилипания возможно за счет ограничения добавляемого количества железного порошка.

Преимущество изобретения

Поскольку смесь для горячего ремонта литейного оборудования по настоящему изобретению во время обжига может эффективно передавать тепло печи материалу смеси, время твердения может быть сокращено. Кроме того, поскольку во время горячей обработки прочность адгезии не ухудшается, отслоение маловероятно и таким образом материал имеет превосходные характеристики с точки зрения прочности. Смесь для горячего ремонта литейного оборудования по настоящему изобретению заметно способствует улучшению относительных показателей работы и срока службы печей, например, сосудов для расплавленного металла за счет экономической эффективности и превосходного эффекта от выполнения ремонта.

Осуществление изобретения

Огнеупорный заполнитель для использования по настоящему изобретению особо не ограничивается и может быть использован пригодный огнеупорный заполнитель, адаптированный к основному материалу, используемому в том месте, которое должно быть отремонтировано. Например, огнеупорный заполнитель может представлять собой один или несколько кислотных окислов, например окись кремния и циркония; нейтральные окиси, например окись алюминия и окись хрома; основные окиси, например окись магния, окись кальция и доломит, неоксидные материалы, например углеродистые материалы, карбид кремния и нитрид кремния; различные виды кирпичного лома и т.п. Для этих огнеупорных заполнителей предпочтительно отрегулировать размер зерна до крупной зернистости, средней зернистости и мелкой зернистости так, чтобы структура смеси для горячего ремонта литейного оборудования стала плотноупакованной структурой.

Железный порошок для использования по настоящему изобретению включает в себя железные сплавы, причем чистота Fe особо не ограничивается и недорогой железный порошок является предпочтительным с экономической точки зрения. Количество железного порошка, которое должно быть использовано, составляет от 1 до менее 5% вес. по отношению к 100% вес. смеси для горячего ремонта литейного оборудования. Если количество железного порошка составляет менее 1% вес., эффект настоящего изобретения (повышение теплопроводности материала) не будет достигнут в достаточной степени и, соответственно, время твердения не уменьшается. Кроме того, если количество железного порошка составляет 5% вес. и более, во время флюидизации железный порошок осаждается на ремонтируемой поверхности (поверхность прилипания), пленка расплавленного железа, образованная на поверхности прилипания при эксплуатации печи после выполнения горячего ремонта литейного оборудования, увеличивается и возникает тенденция к отслаиванию, что нежелательно.

Кроме того, зерна железного порошка для использования по настоящему изобретению предпочтительно должны иметь мелкий размер. Крупные зерна не являются предпочтительными, поскольку железный порошок имеет тенденцию осаждаться во время флюидизации. С учетом доступности на рынке предпочтительным является максимальный размер зерна 1,5 мм и менее. Нижний предел размера зерна специально не определен и является таким мелким, который может быть доступен в рамках указанного диапазона.

В частности, использование алюминия, известного как антиоксидант, меди, имеющей высокую теплопроводность, и т.п. может также служить причиной повышения теплопроводности материала, но их использование не является предпочтительным, поскольку они являются дорогостоящими и тем самым снижают экономическую эффективность.

В связи с тем, что связующее способно к образованию углеродной связи во время горячей обработки, может быть использован порошкообразный дисперсный пек или фенольная смола, применяемые в качестве обычного органического связующего. Количество используемого связующего, способного к образованию углеродной связи, должно составлять 5-30% вес. по отношению к 100% вес. смеси для горячего ремонта литейного оборудования. Если количество связующего составляет менее 5% вес., углеродная связь образуется в недостаточной степени, и наносимая масса будет иметь низкую прочность и адгезионную способность, и если количество связующего превышает 30% вес., наносимая масса будет иметь большую пористость, что приводит к снижению антикоррозионных свойств.

Промотор флюидизации используется для обеспечения флюидизации за счет размягчения с расплавлением связующего и возможности обеспечения обширной площади ремонта и площади тепловосприятия для смеси для горячего ремонта литейного оборудования. Могут быть использованы один, или два, или более компонентов, выбранных из п-алкилфенолов, лактамов, бисфенола, дифенила, дифениламина, парафина, воска и т.п.

В случае использования промотора флюидизации общее количество связующего, способного к образованию углеродной связи в горячем состоянии, и промотора флюидизации составляет 5-30% вес. Промотор флюидизации используется в количестве 0,1-1% вес., предпочтительно 0,1-0,6% вес. по отношению к 1% вес. связующего, способного к образованию углеродной связи. Если количество промотора флюидизации составляет менее 0,1% вес., эффект обеспечения флюидизации не достигается, и если количество промотора флюидизации превышает 1% вес., вязкость смеси для горячего ремонта литейного оборудования имеет тенденцию к снижению и железный порошок осаждается на ремонтируемой поверхности (поверхности прилипания), так что эти случаи не являются предпочтительными.

Примеры

Далее изобретение будет описано со ссылкой на примеры изобретения и сравнительные примеры по изобретению не ограничиваются следующими ниже примерами.

В таблице 1 показаны образцы и сравнительные образцы, относящиеся к смеси для горячего ремонта литейного оборудования по настоящему изобретению.

Оценка текучести в горячем состоянии: 800 г состава, показанного в таблице 1, было загружено на огнеупорную пластину в печь, имеющую температуру 1000°C; после завершения процесса огнеупорная пластина была извлечена из печи, и в качестве текучести в горячем состоянии было измерено среднее значение диаметра полученной распределенной по поверхности смеси для горячего ремонта литейного оборудования.

Оценка времени твердения: что касается времени твердения, то металлическая оснастка кольцеобразной формы, имеющая внутренний диаметр 53 мм и высоту 40 мм, была помещена на кирпич из окиси магния, имеющий температуру 1000°C, было загружено 200 г образца и измерено время, необходимое для твердения всего количества. После твердения образца сразу же была измерена прочность адгезии с помощью устройства измерения прочности адгезии при сдвиге.

Оценка открытой пористости: 1 кг образца было загружено в круг, окруженный кирпичами из окиси магния, в печь, имеющую температуру 1000°C, и после твердения также была измерена открытая пористость ремонтируемого места.

Оценка количества загрузок существующей печи: для испытания существующей печи 600 кг смеси для горячего ремонта литейного оборудования было использовано при горячем ремонте 300 т конвертера для производства стали, облицованного кирпичом MgO-C, и количество загрузок, после того как оставшаяся площадь смеси для горячего ремонта литейного оборудования стала равной 20% или менее от площади, было сразу же оценено после ремонта в качестве прочности.

Образцы по настоящему изобретению имели короткое время твердения и также показали надлежащую продолжительность срока службы при испытаниях существующей печи. Поскольку в сравнительных образцах 1 и 2 прочность адгезии была низкой, и открытая пористость ремонтируемого места была высокой, испытания существующей печи не выполнялись. В сравнительных образцах 3 и 4 время твердения было коротким, но прочность при испытаниях существующей печи не была удовлетворительной.

Несмотря на то, что изобретение было описано подробно и со ссылкой на специальные варианты выполнения, специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть выполнены различные изменения и модификации без отклонения от сущности и объема изобретения.

Настоящая заявка основана на японской патентной публикации №2007-133444, поданной 18 мая 2007 г., содержание которой включено с помощью ссылки.

Кроме того, все указанные документы включены в описание полностью в виде ссылки.

Таблица 1     Образец Сравнительный образец 1 2 3 4 5 1 2 3 4 Огнеупорный заполнитель (% вес.) Заполнитель из окиси магния 8-1 мм 42 40 40 40 35 50 29,5 32 38 Заполнитель из окиси магния 1 мм и менее 41 38 38 43 33 46 25 34 35 Связующее (% вес.) Порошок из пека (температура размягчения 110°C) 8 15 20 10 25 4 20 18   Термопластичная порошкообразная фенольная смола       5         20 Ускоритель флюидизации (% вес.) Бисфенол А   3     3     1   p-алкилфенол (температура плавления 84°C) 5           25     Железная пудра (% вес.) Железная пудра                   Средний размер частицы 3 мм               16 7 Железная пудра                   Средний размер частицы 1 мм   4   2 4   0,5     Железная пудра                     Средний размер частицы 0,5 мм 4   2             Результат испытания Текучесть в горячем состоянии (мм) 215 235 252 230 263 142 295 240 260 Время твердения (мин) 3 3 4 3 5 3 15 6 6 Прочность адгезии (МПа) 3,8 4,6 5,8 4,2 6,2 0,2 0,9 3,6 2,0 Открытая пористость (%) 23,5 25,4 26,3 24,0 29,2 33,8 38,4 25,6 24,5 Прочность в существующей печи по числу загрузок 13 15 18 14 16 - - 3 6

Изобретение относится к смеси для горячего ремонта различных печей для рафинирования и сосудов для расплавленного металла. Технический результат изобретения: обеспечение простой и удобной укладки смеси для горячего ремонта и уменьшение времени твердения после укладки. Смесь для горячего ремонта литейного оборудования содержит 5-30% вес. связующего, способного к образованию углеродной связи в горячем состоянии, 0,1-1,0% вес. (по отношению к 1% вес. указанного связующего) промотора флюидизации, от 1 до менее 5% вес. железного порошка и остальное - огнеупорный заполнитель. Общее количество связующего и промотора флюидизации составляет 5-30% вес. 1 табл.

Смесь для горячего ремонта литейного оборудования, содержащая 5-30 вес.% связующего, способного к образованию углеродной связи в горячем состоянии, от 1 до менее 5 вес.% железного порошка, промотор флюидизации в количестве 0,1-1 вес.% по отношению к 1 вес.% связующего, способного к образованию углеродной связи в горячем состоянии, и остальное огнеупорный материал, причем общее количество связующего, способного к образованию углеродной связи в горячем состоянии, и промотора флюидизации составляет 5-30 вес.%.