ОГНЕУПОРНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ МОНТАЖА И РЕМОНТА ФУТЕРОВКИ ТЕПЛОВЫХ АГРЕГАТОВ

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.%:

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.