HU224060B1 - Eljárás kovasavtartalmú, tűzálló massza előállítására - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya eljárás kristályos, kovasavtartalmú, tűzálló masszaelőállítására gáz alakú oxigén, szilárd tűzálló részecskék ésszilíciumrészecskéket tartalmazó, szilárd gyúlékony részecskékrálövellésével hordozófelületre oly módon, hogy a gyúlékony részecskékés a gáz alakú oxigén közötti reakció a felületen megy végbe, ezáltala reakcióhő a felületen szabadul fel, úgyhogy krisztobalitottartalmazó, összefüggő tűzálló massza képződik. A találmány szerintieljárást az jellemzi, hogy a szilárd tűzálló részecskéketkovasavtartalmú kvarcüveg formájában állítják elő, és a részecskéketlegalább 1000 °C hőmérsékletű felületre rálövellik.

Description

A találmány tárgya eljárás kovasavtartalmú, tűzálló massza előállítására, egyben termék az előállított masszából. A massza kristályos, és krisztobalitot tartalmaz. Az eljárás szolgálhatja a massza, mint olyan előállítását, például kemencék építésénél vagy javításánál alkalmazandó tűzálló falazótéglák vagy falazóblokkok készítésében, vagy lehet eljárás egy kovasavtartalmú, tűzálló anyag kopott felületének helyszíni javítására, például ipari kemencékben, így például üvegipari kemencékben, egyben képezheti a termék kialakítását.

Az eljárás az általában „kerámiahegesztésként’’ ismert típusú technikát alkalmazza, amelyben szilárd tűzálló részecskék keverékét és egy fém vagy félfém, például alumínium és szilícium, szilárd gyúlékony tüzelőanyag-részecskéit rálövellik a javítandó felületre, és ott oxigénben dús gázzal, rendszerint tiszta oxigénnel reagáltatják úgy, hogy a tüzelőanyag reakcióhőjét a felületen szabadítják fel, és így összefüggő tűzálló javítótömeg képződik, amely termékként is alkalmazható.

Ilyen „kerámiahegesztést” a GB 1 330 894 számú (Glaverbel) és a GB 2 170 191 számú (Glaverbel) nagy-britanniai szabadalmi iratokban ismertetnek, amelyekben úgy képeznek összefüggő tűzálló tömeget felületen, hogy tűzálló részecskék és gyúlékony részecskék keverékét oxigén jelenlétében rálövellik a felületre. A gyúlékony részecskék olyan részecskék, amelyek összetétele és granulometriája olyan, hogy exoterm módon reagálnak az oxigénnel, és így tűzálló oxidot képeznek, miközben a kilövellt tűzálló részecskék olvadásához szükséges hő, legalább felületileg felszabadul. A részecskék kilövellését kényelmesen és biztonságosan úgy valósítják meg, hogy a részecskekeverék vivőgázaként oxigént használnak. Ily módon összefüggő tűzálló massza képződik a felületen, amelyre a részecskéket rálövelllk.

Ezek az ismert kerámiahegesztési eljárások tűzálló gyártmányok, például különleges alakú blokkok kialakítására alkalmazhatók, de elterjedten használják bevonatok kialakítására vagy téglák és falak javítására, és különösen jól használhatók meglévő tűzálló szerkezetek falainak javítására vagy megerősítésére, például üvegipari vagy koksztüzelésű kemencékben.

Az eljárás különösen alkalmas forró alapfelület javítására. Ez lehetővé teszi a kopott felületek javítását, miközben a berendezés lényegében marad a munkahőmérsékletén, és sok esetben miközben a kemence egészében működésben marad. Az olyan javítások, amikor a kemence használatban marad, különösen az üvegiparban és a kokszolókemencéknél hasznosak, mivel a kemencék tervezett élettartamát években, gyakran húsz évben mérik, miközben a kemence működés közbeni karbantartása a teljes időtartam alatt folytonos.

A kerámiahegesztési keverék összetételét általában úgy választják, hogy olyan javítómassza álljon elő, amelynek kémiai összetétele hasonló vagy közeli az alap tűzálló anyagéhoz. Ez segít abban, hogy biztos legyen a kompatibilitás és az adhézió az új anyag és a között az alapanyag között, amelyen az új anyagot kialakítják.

Még az ilyen kémiai kompatibilitás esetén is probléma lehet azonban annak biztosítása, hogy a javítómassza tapadjon az alapfelülethez, különösen akkor, ha az adhézlót huzamos időtartamokon át karban kell tartani. A probléma tovább növekszik, ha a javított felület nagyon magas hőmérsékleteknek van kitéve. Ebben az esetben kiváló minőségű tűzálló anyagra van szükség például egy üvegolvasztó kád boltozatához.

A javítómassza leválását el kell kerülni, ha ez egyáltalán lehetséges. Az üvegiparban a levált massza valószínűleg beesik az olvadt üvegbe, és elfogadhatatlan szennyeződéseket visz be, néha hatalmas adag olvadt üveg selejtezését szükségessé téve.

Úgy találtuk, hogy a krisztobalitot tartalmazó, nagyon tűzálló masszák - feltéve, hogy a hőmérsékletet nagyon magas szinten tartjuk - könnyen képezhetők szilárd tűzálló, szemcsés anyagból, amelyet hagyományosan nem használtak azon az alapon, hogy inkompatibilis az alapanyaggal. Kifejezetten az az anyag, amely a találmány szerint sikeres javításokhoz használható, a kvarcüveg.

Találmányunk célja eljárás kristályos, kovasavtartalmú, tűzálló massza előállítására, valamint különálló tűzálló blokk vagy tégla formázására, ahol gáz alakú oxigén, szilárd tűzálló részecskék és szilíciumrészecskéket tartalmazó, szilárd gyúlékony részecskék rálövellésével a hordozófelületre oly módon, hogy a gyúlékony részecskék és a gáz alakú oxigén közötti reakció a felületen megy végbe, ezáltal a reakcióhő a felületen szabadul fel, úgyhogy krisztobalitot tartalmazó, összefüggő tűzálló massza képződik.

Ezt a feladatot a találmány értelmében úgy oldjuk meg, hogy a szilárd tűzálló részecskéket kovasavat tartalmazó kvarcüveg formájában állítjuk elő, és a részecskéket legalább 1000 °C hőmérsékletű felületre rálövelljük.

A felület magas hőmérséklete biztosítja, hogy a szilíciumrészecskék elégése révén képződött kovasav beépül a tűzálló masszában lévő kristályrácsba.

A kristályrács jelenléte több előnnyel jár a tűzálló massza belső kohéziójának és - amennyiben kívánatos - javítás közben a felülethez való adhéziós képességének növelése tekintetében. Az itt adott magyarázat arra, hogy hogyan értük el ezeket az előnyöket, hipotetikus jellegű. Tekintet nélkül a hipotézis pontosságára műszaki többlethatásként, az előnyök világosan megmutatkoznak a találmány gyakorlati alkalmazásában.

Feltesszük, hogy a kristályrács a tűzálló masszára kiterjedő kötőfázisként működik. A rács a massza egészén át kiterjedő folytonos szerkezetet hoz létre, és így nagy mechanikai szilárdságú, tömött szerkezet alakul ki. Ha az eljárást kopott tűzálló felület javítására használjuk, akkor a kristályrács a felületig terjed, és ahhoz hozzátapad.

A kilövellt tűzálló részecskéknek a kötőfázistól eltérő szerkezetük lehet. A felülethez való adhéziót lényegében a kötőfázis nyújtja.

Ha a tűzálló masszát nagyon magas hőmérsékleteknek tesszük ki a helyszínen egy forró kemencében, akkor a massza krisztobalittá alakul. Különálló tűzálló blokk vagy tégla formázása esetén, például gyártósablonba való belövelléssel, a kialakított tűzálló masszát

HU 224 060 Β1 előnyös módon legalább 1000 °C hőmérsékleten égetjük ki. A kemence magas hőmérséklete és az égetés a maradék üveges fázist krisztobalittá alakítja. Ennek az a különös előnye, hogy a krisztobalit magas hőmérsékleteken stabil.

A találmány szerinti eljárás különösen jól alkalmazható üvegipari kemencék helyszíni javításában a nagyon magas hőmérsékletek miatt, amelyek ott előfordulhatnak. Az üvegolvasztó kád feletti boltozat felületi hőmérséklete például 1500 °C-nál is magasabb.

A találmányhoz alkalmazott részecskekeverék, nevezetesen szilárd gyúlékony részecskék és kvarcüveget tartalmazó, szilárd tűzálló részecskék keveréke, 1000 °C alatti hőmérsékletű felületek javításához használható feltéve, hogy a keverék magában foglal egy adalékot, amelyet a 2 257 136 számú (Glaverbel) nagy-britanniai szabadalmi bejelentésben definiálnak.

A találmányban használt kovasavnak nagy tisztaságúnak kell lennie, például tiszta oxidtartalma legalább 95 tömeg%, előnyös módon legalább 99 tömeg⁰/). A nyert massza erősen tűzálló, és csökkenti a szennyeződés kockázatát az üvegipari olvasztókádban, ha massza hullana az üvegbe.

Előnyös, ha a kvarcüveget szilárd tűzálló részecskékként alkalmazzuk a találmány szerinti eljárásban, könnyű hozzáférhetősége miatt és mert azonnal nagy tisztaságban nyerhető.

A szilícium teljes mennyisége előnyös módon legfeljebb 15 tömeg%. Ez a reagálatlan tüzelőanyag mennyiségének korlátozása céljából kívánatos, amely visszamaradhat a kialakított tűzálló masszában, mivel a reagálatlan tüzelőanyag jelentős arányának jelenléte a kialakított tűzálló masszában ronthatja annak minőségét.

A tűzálló részecskék előnyös módon lényegében nem tartalmaznak 4 mm-nél, még előnyösebb módon

2,5 mm-nél nagyobb méretű részecskéket abból acélból, hogy könnyebb legyen a por egyenletes kilövellése. A tűzálló részecskék f(G) szemcseosztály-szórási tényezője előnyös módon nem kisebb 1,2-nél. Az f(G) tényezőt itt egy adott részecskefajtára vonatkozóan alkalmazzuk a tényező leírására:

_ ²(θ8Ο^_θ2θ)

2(G₈₀+G₂₀) ahol G₈₀ a szóban forgó anyag részecskéi 80%-ának szemcsemérete, és G₂₀ a szóban forgó anyag részecskéi 20%-ának szemcsemérete.

A szilícium átlagos részecskeátmérője előnyös módon legfeljebb 50 pm. Az itt alkalmazott „átlagos részecskeátmérő” kifejezés azt a méretet jelenti, hogy a részecskék 50 tömeg%-a kisebb méretű ennél az átlagnál.

A nyert tűzálló massza olvadáspontja a találmány szerinti eljárásban megközelíti a tiszta kovasavét. A találmány szerint előállított téglák krísztobalitszerkezetűek, és a T_{0 5} alakváltozási együttható az R1893 ISO szabvány szerint nagyobb 1650 °C-nál. Ez összevethető egy hagyományos eljárással készített, szokásos szilikatégla körülbelül 1550 °C-os T_{0 5} értékével. A 4 073 655 számú (Owens-Illinois, Inc.) amerikai szabadalmi irat szerint az üveg devitrifikációjával nyert tűzálló téglák, amelyeknek túlnyomó része stabilizált, nagy krisztobalittartalmú, szilárd oldatból áll (azaz olyan kovasav, ahol a Si egy részét kicseréljük Al-ra Ca-mal vagy Ca-mal és egyéb kationokkal), 1250 °C feletti hőmérsékleten is használhatók.

A találmányt az alább következő példákkal szemléltetjük. Hangsúlyozzuk azonban, hogy a találmány nem korlátozódik a benne leírt sajátos mennyiségekre és eljárásokra.

1. példa

99,7% tisztaságú kovasavat tartalmazó, 88 tömeg⁰/) kvarcüvegrészecskék és 12 tömeg% szilíciumrészecskék keverékét kereskedelmi tisztaságú oxigén áramában rálövelltük egy üvegipari olvasztókád boltozatára tűzálló massza létrehozása céljából. A boltozat hőmérséklete körülbelül 1600 °C volt. A kvarcüveg maximális részecskemérete 2 mm volt. G₈₀ értéke 950 pm, G₂₀ értéke 950 pm volt, amiből 1,23 értékű f(G) szemcseosztály-szórási tényező adódik. A szilíciumrészecskék átlagos részecskeátmérője 45 pm-nél kisebb volt, és a fajlagos felületének értéke 2500 és 8000 cm²/g között volt. Hat nap múlva a kialakult masszából mintát vettünk elemzésre, és a következő tulajdonságokat találtuk:

olvadáspont 1723 °C szerkezet krisztobalit

T_{o 5} (ISO R1893) majdnem 1700 C* * A kereskedelemben kapható legjobb téglák (Hepworth Refractories’ „HEPSIL SV nagy tisztaságú szilikatéglák) T_{o 5} értéke, amelyeket rendes körülmények között ezen a helyen, a boltozatban alkalmaznak. 1640 °C.

2. példa

Az 1. példában megadott összetételű porkeveréket kereskedelmi tisztaságú oxigén gázáramában gyártósablonba lövelltük tégla formázása céljából. A gyártósablont előzőleg 1600 °C-ra melegítettük a porkeverék fogadására. A téglát - megformázása után - 6 napig 1450 °C-on tartottuk. Ezután elemeztük a téglát, és ugyanazt az olvadáspontot, szerkezetet és T_{o 5} értéket találtuk, mint az 1. példa mintája esetében.

Az olyan téglák, amelyeknek az előállítása a 2. példa szerint történik, közvetlenül és különleges óvintézkedések nélkül alkalmazhatók üvegipari kemencék kikopott boltozatának javításában, ha szükséges járulékos hegesztéssel. Bármilyen más típusú kristályos szilikatégla ugyanilyen körülmények közé helyezve olyan óvintézkedések nélkül, mint óvatos előmelegítés, azonnal kiterjedt törést szenved.

Claims (9)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás kristályos, kovasavtartalmú, tűzálló massza előállítására gáz alakú oxigén, szilárd tűzálló részecskék és szilíciumrészecskéket tartalmazó, szilárd gyúlékony részecskék rálövellésével hordozófelületre oly módon, hogy a gyúlékony részecskék és a gáz

   HU 224 060 Β1 alakú oxigén közötti reakció a felületen megy végbe, ezáltal a reakcióhő a felületen szabadul fel, úgyhogy krisztobalitot tartalmazó, összefüggő tűzálló massza képződik, azzal jellemezve, hogy a szilárd tűzálló részecskéket kovasavtartalmú kvarcüveg formájában állítjuk elő, és a részecskéket legalább 1000 °C hőmérsékletű felületre rálövelljük.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a részecskék kilövellését követően a keletkezett tűzálló masszát legalább 1000 °C hőmérsékleten égetjük ki.
3. 3. Az 1. vagy a 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szilárd tűzálló részecskék legalább 95 tömeg% tisztaságú kovasavból állnak.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szilárd tűzálló részecskék legalább 99 tömeg% tisztaságú kovasavból állnak.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szilícium teljes mennyisége legfeljebb a kilövellt részecskék teljes tömegének 15 tömeg%-a.
6. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szilícium átlagos részecskeátmérője legfeljebb 50 pm.
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szilárd tűzálló részecskék lényegében legfeljebb 4 mm átmérőjű nagyobb részecskéket tartalmaznak.
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tűzálló részecskék f(G) szemcseosztály-szórási tényezője legfeljebb 1,2.
9. 9. Tűzálló kovasavtartalmú termék, amely gáz alakú oxigén, szilárd tűzálló részecskék és szilíciumrészecskék elegye, ahol a szilárd tűzálló részecskék legalább 1000 °C hőmérsékletű hordozófelületre vannak rálövellve, amely felületen gyúlékony részecskék és a gáz alakú oxigén közötti reakció végbemegy, és a keletkező reakcióhő a felületen felszabadulva krisztobalitot tartalmazó, összefüggő masszát képez, azzal jellemezve, hogy a tűzálló termék tégla, amelynek T_{0 5} alakváltozási tényezője meghaladja a 1650 °C hőmérsékletet.