ПОРОШКОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ РЕЗКИ ОГНЕУПОРА (ВАРИАНТЫ)
POWDERED MIXTURE FOR CUTTING REFRACTORY (VERSIONS)

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:
3
4
Прокатная окалина, состоящая из оксида железа FeO, 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.
3
4
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 (FeO), а использовать сварочный флюс при его содержании менее 4% нецелесообразно.
Реализация предлагаемого изобретения осуществлялась следующим образом.
3
4
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 (FeO) 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.