огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых агрегатов

Классы МПК:C04B35/66 монолитные огнеупоры или огнеупорные строительные растворы, в том числе содержащие или не содержащие глину 
C04B35/42 на основе хромитов
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Общество с ограниченной ответственностью "ГРАНИТ" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-04-06
публикация патента:

Огнеупорный материал для монтажа и футеровки тепловых агрегатов может быть использован в качестве огнеупорного неформованного материала для монтажа и ремонта футеровки сталеплавильных конверторов, электродуговых, мартеновских, нагревательных и закалочных печей, ковшей, для монтажа и ремонта футеровки медеплавильных и цинковых конверторов, отражательных и ванных печей, вращающихся вельц-печей, а также для монтажа и ремонта вращающихся печей по обжигу цементного клинкера, и для футеровки вращающихся и туннельных печей. Материал имеет следующий состав мас.%: огнеупорный заполнитель 39.0-84.0; глина огнеупорная 0.5-7.0; природный щелочной алюмосиликат 0.01-5.0; гидравлически активный алюминат 0.05-1.0; органический тиксотропный компонент 0.1-1.0; органический структурообразующий компонент 0.1-1.0; неорганический структурообразующий компонент 0.1-1.0; сухое растворимое связующее 0.1-10.0; порошок алюминия 2.0-15.0; смесь оксидов двух- и трехвалентного железа 10.0-35.0. Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении прочности сцепления раствора с футеровкой, снижении пористости, повышении холодной прочности и сроков схватывания массы, а также повышении скорости спекания. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Формула изобретения

1. Огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых агрегатов, содержащий огнеупорный заполнитель в качестве основы, порошок алюминия - в качестве экзотермической добавки, глину огнеупорную - в качестве функциональной добавки, отличающийся тем, что материал содержит хромсодержащий огнеупорный заполнитель, экзотермические добавки - порошок алюминия и смесь оксидов двух- и трехвалентного железа, функциональные добавки - глину огнеупорную, природный щелочной алюмосиликат, гидравлически активный алюминат, органический тиксотропный компонент, органический структурообразующий компонент, неорганический структурообразующий компонент, сухое растворимое связующее, мас.%:

огнеупорный заполнитель 39,0-84,0
глина огнеупорная 0,5-7,0
природный щелочной алюмосиликат0,01-5,0
гидравлически активный алюминат 0,05-1,0
органический тиксотропный компонент0,1-1,0
органический структурообразующий компонент 0,1-1,0
неорганический структурообразующий компонент0,1-1,0
сухое растворимое связующее0,1-10,0
порошок алюминия 2,0-15,0
смесь оксидов двух- и трехвалентного железа10,0-35,0

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что содержит хромсодержащий огнеупорный заполнитель, выбранный из группы магнезиальных, магнезиальнохромитовых, хромитовых, корундохромитовых, шпинельных, магнезиальношпинельных огнеупорных материалов или их комбинаций.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и строительству и может быть использовано в черной металлургии в качестве огнеупорного неформованного материала для монтажа и ремонта футеровки сталеплавильных конверторов, электродуговых, мартеновских, нагревательных и закалочных печей, ковшей, в цветной металлургии - для монтажа и ремонта футеровки медеплавильных и цинковых конверторов, отражательных и ванных печей, вращающихся вельц-печей, а также в цементной промышленности - для монтажа и ремонта вращающихся печей по обжигу цементного клинкера, и огнеупорной - для футеровки вращающихся и туннельных печи.

Известен экзотермический огнеупорный мертель по (RU 2163579 C04B 35/65, публ. 27.02.2001 г.) [1]. Материал содержит, масс.%: оксид железа - 22-40, алюминий - 17-29, огнеупорную глину - 15-23, глинозем - 5-22, гипс - 4-15, триполифосфат натрия - 1-3.

Данный состав имеет низкие реологические свойства (текучесть, открытое время - время, в течение которого смесь технологична и может использоваться в работе), а так же при высокой термичности имеет низкую температуру плавления (1280-1500°C), что не позволяет использовать ее при футеровки тепловых агрегатов с температурами эксплуатации более 1500°C.

Известна огнеупорная масса для керамической наплавки (RU № 94024878, публ. 20.08.1996 г.) [2]. Масса содержит, масс.%: огнеупорный наполнитель 65-88, горючие составляющие 10-26, ферросилиций 2-10.

Известен термитно-огнеупорная масса для керамической наплавки (RU № 2158403, C04B 35/65, публ. 27.10.2000 г.) [3]. Известная огнеупорная масса содержит, масс.%: огнеупорный порошкообразный наполнитель (динас, шамот, диабазовая мука, муллитокорунд, корунд, магнезит, хромомагнезит, доломит и/или их смеси с размером частиц порошка не более 2 мм) - 30-60, металлический порошок (алюминий, кремний, магний, сплавы алюминия с кремнием или магнием, ферросилиций, силикокальций и/или их смеси) - 10-30, окислы железа - 10-30, твердофазный окислитель (селитра, и/или соединения четырех-шестивалентного марганца, и/или соединения шестивалентного хрома) - 15-25.

Вышеприведенные массы могут использоваться только для горячих ремонтов тепловых агрегатов и не могут применяться для их монтажа. Получаемый при горячем ремонте наплавляемый материал имеет высокую открытую пористость после термообработки (до 19%) и низкую температуру начала деформации под нагрузкой (до 1650°C), что отрицательно сказывается на стойкости футеровки теплового агрегата.

В качестве наиболее близкого аналога известен огнеупорный связующий материал для футеровки высокотемпературных тепловых агрегатов (RU № 2116274, публ. 27.07.1998 г.) [4]. Материал содержит, масс.%: магнезиальный заполнитель в качестве основы, порошок алюминия - 7.5-11.5, феррофосфорный порошок - 18.5-28.5, раствор сульфата магния, плотностью 1.20 г/см3 - в качестве жидкой связки (сверх 100%) - 9-30.

Использование в составе известного огнеупорного материала компонентов, содержащих в заметных количествах фосфор (порошок феррофосфора) и серу (сульфат магния), исключает возможность его использования на контакте с расплавами черных металлов. Отсутствие в составе известного огнеупорного материала компонентов, регулирующих реологические свойства раствора, не позволяет получать устойчивые к коагуляции суспензии и резко сокращает время "живучести" готового раствора, ограничивая возможности нанесения готового раствора на вертикальные поверхности и свод. Двухкомпонентность состава известного материала подразумевает приготовление его на площадке потребителя, что не гарантирует оптимальное отношение твердая фаза / жидкость в готовом растворе и оставляет возможность для снижения стойкости огнеупорной футеровки. Невозможность достижения заявленных показателей качества при применении материала без жидкой составляющей не позволяет гарантировать качество материала при его приготовлении в условиях предприятия-потребителя и сокращает сроки хранения материала, а следовательно и его экономическую эффективность.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении прочности и плотности футеровки теплового агрегата, повышении сроков ее эксплуатации, а так же снижении затрат на монтаж и ремонт футеровки.

Для решения поставленной технической задачи огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых агрегатов, содержит хромсодержащий огнеупорный заполнитель, экзотермические добавки - порошок алюминия и смесь оксидов двух- и трехвалентного железа, функциональные добавки - глину огнеупорную, природный щелочной алюмосиликат, гидравлически активный алюминат, органический тиксотропный компонент, органический структурообразующий компонент, неорганический структурообразующий компонент, сухое растворимое связующее, масс.%:

огнеупорный заполнитель 39.0-84.0
глина огнеупорная 0.5-7.0
природный щелочной алюмосиликат0.01-5.0
гидравлически активный алюминат 0.05-1.0
органический тиксотропный компонент0.1-1.0
органический структурообразующий компонент 0.01-1.0
неорганический структурообразующий компонент0.1-1.0
сухое растворимое связующее0.1-10.0
порошок алюминия 2.0-15.0
смесь оксидов двух- и трехвалентного железа10.0-35.0

Хромсодержащий огнеупорный заполнитель может быть выбран из группы магнезиальных, магнезиальнохромитовых, хромитовых, корундохромитовых, шпинельных, магнезиальношпинельных огнеупорных материалов или их комбинаций.

Сущность изобретения заключается в следующем. В заявленном огнеупорном материале процесс первичной адгезии материала с поверхностью футеровки и схватывания "на холоду" происходит за счет взаимодействия природных и синтетических тиксотропных и структурообразующих компонентов и сухого растворимого связующего с тонкомолотыми компонентами. Соотношение синтетический тиксотропный материал/природный тиксотропный материал/органический структурообразующий компонент/неорганический структурообразующий компонент/вода позволяет регулировать реологические свойства огнеупорного материала в широких пределах - от текучего раствора до торкрет-массы с высокой адгезией к вертикальным поверхностям.

Окончательные свойства огнеупорный материал приобретает в процессе нагрева за счет энергии экзотермической реакции между порошком алюминия и смесью оксидов железа, что обеспечивает полное спекание огнеупорного материала реакциями тонкомолотых компонентов с природным щелочным алюмосиликатом, гидравлически активным алюминатом и сухим растворимым связующим. Оксиды железа взаимодействуют с огнеупорным заполнителем и образуют высокотемпературные соединения - магнезиовюстит с температурой плавления 2100°С и магнезиоферрит с температурой плавления 1750°С, шпинельные и шпинелидные твердые растворы с температурой плавления более 1750°С. Все эти реакции сопровождаются увеличением объема, что также увеличивает прочность и плотность огнеупорной футеровки. Соотношение тонкомолотый огнеупорный материал/природный щелочной алюмосиликат/гидравлически активный алюминат/сухое растворимое связующее позволяет регулировать температуру эксплуатации огнеупорного материала в зависимости от решаемой материалом технической задачи. Отсутствие в составе огнеупорного материала компонентов, содержащих серу и фосфор, позволяет использовать его на контакте с расплавом металла и шлака в черной металлургии без угрозы понизить качество выплавляемого/обрабатываемого металла, а наличие заполнителя, обладающего повышенной химической стойкостью к расплавам на основе железа, как в окисленной форме - шлаки - так и в восстановленной форме - металл, позволяет повысить стойкость футеровки к коррелирующему воздействию и увеличить межремонтный период теплового агрегата.

Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении прочности сцепления раствора с футеровкой, снижении пористости, повышении холодной прочности и сроков схватывания массы, а также повышении скорости спекания.

В примерах 1-12 таблицы 1 приведены составы заявляемого огнеупорного материала. Состав 13 соответствует прототипу [4], а состав 14 - массе [1]. В качестве огнеупорного заполнителя в примерах 1, 2, 5, 6, 9, 10 использовали периклазохромит, хромитопериклаз, хромшпинделит, в остальных примерах - хромит, корундохромит, периклазшпинель. В качестве смеси оксидов двух- и трехвалентного железа - металлическую окалину или мартеновскую пыль. В качестве органического тиксотропного компонента, придающего системе способность разжижаться при перемешивании мгновенно загущяться без него, использовали эфир целлюлозы, редеспергирующие эфиры крахмала, винилацетатные сопополимеры. В качестве органического структурообразующего компонента были использованы полипропиленовое, полиэтиленовое, поливинилацетатное, графитовое или бумажное волокна, а также эковата. В качестве неорганического структурообразующего компонента - минеральное или алюмосиликатное волокно, стекловолоконо, базальтловое волокно. Органические компоненты работают мгновенно после нанесения состава на изделие или ремонтируемую поверхность, а неорганические - при повышенной температуре удерживают структуру до того момента, когда начнется спекание минеральной части, то есть когда загорится термитная смесь.

Изготовление материала происходит в четыре стадии:

1. Приготовление смеси совместного тонкого помола, состоящей из огнеупорного заполнителя, огнеупорной глины, природного щелочного алюмосиликата, сухого растворимого связующего и органического тиксотропного компонента в шаровой, вибрационной или трубной мельнице;

2. Приготовление экзотермической добавки путем смешения порошка алюминия и смеси оксидов двух- и трехвалентного железа в механическом смесителе;

3. Приготовление готовой сухой смеси путем смешения в механическом смесителе смеси совместного помола и экзотермической смеси;

4. Приготовление готового раствора путем смешения готовой сухой смеси с теплой водой в смесителе принудительного действия или в торкрет - машине.

Из материала составов, приведенных в таблице 1, были изготовлены образцы в виде цилиндров диаметром и высотой 50 мм. Результаты лабораторных испытаний свойств огнеупорного материала - склеивание плашек магнезиального, периклазохромитового, периклазошпинельного составов приведены в таблице 2 в сравнении с растворами известного состава 14 и состава 13. Из данных таблицы 2 следует, что заявленный огнеупорный материал обладает повышенной прочностью сцепления раствора с футеровкой, имеет сниженную пористость, повышенные холодную прочность и сроки схватывания массы (открытое время).

Составы огнеупорного материала 1-4 применялись качестве мертеля для связывания отдельных изделий в футеровке теплового агрегата; составы 5-8 - в качестве торкрет - массы для монтажа и ремонта футеровки теплового агрегата; составы 9-12 - в качестве обмазки для защиты футеровки теплового агрегата.

В качестве огнеупорного мертеля материал использовали при футеровке кладки передней стенки и вертикальных каналов футеровки мартеновских печей ФГУП "УралВагонзавод", сводов электросталеплавильных печей ОАО "ЧЭМК".

В качестве защитного покрытия - при ремонте футеровки методических нагревательных печей ОАО "Чусовской металлургический завод", ОАО "ПНТЗ", защиты футеровки нагревательных методических печей ОАО "Чусовской металлургический завод". Материал по изобретению дает в кладке ровный, плотный шов без трещин, не выкрашивается из швов кладки, а в виде спека сохраняется до конца кампании печи. Покрытие из заявленного материала обладает высокой адгезией к поверхности огнеупорной футеровки и высокой химической и абразивной стойкостью.

Материал в виде огнеупорного мертеля использовался для монтажа сводов дуговых электросталеплавильных печей ОАО "ЧЭМК". В результате применения материала стойкость сводов увеличилась в 2-2.5 раза и достигла 210-250 плавок.

Таким образом, заявленный материал может быть использован в качестве огнеупорного раствора для кладки огнеупорных изделий при монтаже, в качестве ремонтной и/или подварочной массы при ремонте, а также в качестве торкрет - массы и/или защитного покрытия. Например, для монтажа огнеупорных изделий и/или бетонных блоков в кладке футеровки в виде водного раствора с влажностью 20-30%; для нанесения защитного или ремонтного торкрет - покрытия на огнеупорную футеровку в виде массы, влажностью 3-7% и для монтажа огнеупорных изделий и/или бетонных блоков в кладке футеровки и ремонта горизонтальных поверхностей в виде сухого порошка.

Таблица 1
Компоненты состава материала Содержание, масс.%, в составе №
огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779 12 34 567 8910 111213 14
Огнеупорный заполнитель: огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779 огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779 огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779 огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779 огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779 огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779 огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779 огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779 огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779 огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779 огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779 огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779 огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779 огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779
периклазохромит, хромитопериклаз, хромшпинелид68.0 63.0-- 84.071.0- -47.19 55.2-- 68-
хромит, корундохромит, периклазошпинель- -47.8 41.8-- 57.039.0- -55.5 66.1--
Глина огнеупорная 3.05.04.0 7.01.2 0.51.03.0 0.51.5 5.07.0- 20.0
Глинозем --- --- --- --- -17.0
Металлический порошок алюминия, кремния, магния, сплава алюминия с кремнием или магнием, феррокремний, силикокальций и/или их смеси 2.35.011.0 15.02.0 6.09.013.0 15.011.0 8.03.010.0 22.0
Окалина металлическая сухая или пыль мартеновская 10.015.033.0 35.010.0 18.026.034.0 35.028.0 24.011.0- 35.0
Порошок феррофосфорный- --- --- --- --22.0 -
Гидравлически активный алюминат (шлак доменный высокоглиноземистый, шлак ферросплавный, клинкер высокоглиноземистый)0.05 1.00.30.05 0.10.5 1.00.390.3 0.81.0 1.5--
Природный щелочной алюмосиликат (нефелин, гранит, полевой шпат, гранодиорит)5.00 3.01.0 0.041.00.5 0.30.01 0.010.10.5 1.0- -
Сухое растворимое связующее (фосфат натрия, сухое растворимое стекло, смесь фосфата натрия и борной кислоты в соотношении 1/1 по массе)10.0 7.02.0 0.30.22.0 4.59.0 0.12.05.0 9.0- 2.0
Раствор сульфата магния плотностью 1.2 г/см3- --- --- --- --11.0* -
Гипс- -- --- --- --- -4.0
Органический тиксотропный компонент (эфир целлюлозы, редеспергирующиеся эфиры крахмала, винилацетатные сополимеры)1.0 0.50.1 0.010.40.5 0.50.3 0.80.60.3 0.1- -
Органический структурообразующий компонент (полипропиленовое, полиэтиленовое, поливинилацетатное, графитовое или бумажное - эковата - волокно) 0.250.10.3 0.31.0 0.60.10.3 1.00.6 0.10.3- -
Неорганический структурообразующий компонент (минеральное или алюмосиликатное волокно, стекловолокно, базальтовое волокно)0.4 0.40.50.5 0.10.4 0.61.00.1 0.20.6 1.0--
*сверх 100%

Таблица 2
Огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых агрегатов
Свойства материала Содержание, масс.%. в составе № огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779
огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779 12 345 678 91011 121314
Вязкость, с, по ВЗ-412 1112 12-- --24 212222 2745
Открытое время, час1.01.0 1.01.0 --- -1.01.0 1.01.00.5 0.3
Гарантийный срок хранения, мес33 339 999 33огнеупорный материал для монтажа и ремонта футеровки тепловых   агрегатов, патент № 2497779 3- -
Огнеупорность, °С >177017701750 1770>1770 177017601760 >17701770 175017701700 1610
Прочность сцепления с огнеупорным изделием, Н/мм2 8.51010 117.58 877.0 11.011.09.0 5.02.0
Прочность при сжатии, Н/мм2 через 1 сутки 5.07.07.0 7.014.018.0 18.017.07.0 10.010.09.0 3.04.0
Пористость открытая, %, после сушки при 110°С 181918 182019 171717 191717 24.025.0
После термообработки при 1100°С12 108 81411 6614 111010 15.020.0

Класс C04B35/66 монолитные огнеупоры или огнеупорные строительные растворы, в том числе содержащие или не содержащие глину 

способ изготовления керамических тиглей для алюмотермической выплавки лигатур, содержащих ванадий и/или молибден -  патент 2525890 (20.08.2014)
способ изготовления керамических тиглей для алюмотермической выплавки лигатур редких тугоплавких металлов -  патент 2525887 (20.08.2014)
огнеупорная пластичная масса -  патент 2507179 (20.02.2014)
композиции для литья, отливки из нее и способы изготовления отливки -  патент 2485076 (20.06.2013)
смесь для горячего ремонта литейного оборудования -  патент 2484061 (10.06.2013)
способ получения огнеупорной керамобетонной массы -  патент 2483045 (27.05.2013)
титансодержащая добавка -  патент 2481315 (10.05.2013)
магнезиальная торкрет-масса -  патент 2465245 (27.10.2012)
бетонная масса -  патент 2462435 (27.09.2012)
огнеупорная масса -  патент 2445290 (20.03.2012)

Класс C04B35/42 на основе хромитов