用于处理耐火基体的干法混合物和使用该混合物的方法

摘要

一种用于处理耐火基体的干法混合物，其包含至少一种可氧化物质的可燃性颗粒，在氧的存在下，该可燃性颗粒导致放热反应，以及至少一种其它物质的颗粒，其中在所述的放热反应中，这些颗粒一起形成粘结体，该粘结体能够粘结到处理过的基体上，和/或与处理过的基体相互作用，其特征在于，该混合物包含至少一种膨胀物质的颗粒以作为至少一种其它物质的颗粒，其中不包含该至少一种膨胀物质颗粒的干法混合物具有第一堆密度，包含所述的至少一种膨胀物质的混合物具有第二堆密度，并且第二堆密度小于第一堆密度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于处理耐火基体的干法混合物，其包含：

-至少一种可氧化物质的可燃性颗粒，在氧气存在下，该可燃性颗粒引起放热反应，和

-至少一种其它物质的颗粒，

其中，在所述的放热反应期间，这些颗粒一起形成粘结体，该粘结体能够与处理过的基体粘结，和/或与处理过的基体相互作用，本发明还涉及使用该混合物的方法。

背景技术

在某些生产装置中使用的耐火墙在运转过程中由于受到侵蚀、腐蚀、热冲击等而招致损害，这会导致耐火墙的表面凹凸不平、多孔或者是具有显著的缺陷(剥落、裂纹、空洞等)。这些缺陷对于生产装置的使用操作来说具有多方面的后果：阻碍固体产品的循环，表面结垢、流体或气体泄漏，腐蚀剂渗透；特别是在焦炉中，碳化室中的二氧化硅耐火墙变得内衬有碳，随着时间的推移，这些碳变成石墨并且膨胀；其必须定期清除以避免在焦炉放料时的动力超载(power overload)。类似的，加煤区同样会经受上述碳沉积，其需要定期进行手工清除。同样，碳化室和加热烟道之间的连续裂缝为有机物质转移至烟囱提供了通道，这将会带来生态后果。

这些各种各样的缺点和损害现象导致了一些耐火基体的修复或处理方法的发展。

例如，FR-A-2202053专利申请描述了一种在高温下向被损坏的耐火墙上喷射水溶液的方法，该水溶液包含的主要成分为具有和耐火墙(二氧化硅)相同性质的耐火颗粒材料，粘结剂(碱金属硼酸盐或碳酸盐类)，胶体稠化剂(膨润土)，以及降低熔点的化合物(硅酸钠)。

WO 2004/085341专利申请也披露了一种在基体上干法喷补混合物的应用，该混合物主要包含玻璃质二氧化硅颗粒、矾土颗粒、粘土以及化学粘结剂。

FR-A-2524462专利申请描述了一种火焰喷涂混合物的方法，该混合物包括大量的二氧化硅微粒、氧化钙和氧化锂。

同样也可以参考涉及陶瓷焊接的专利族，其包括在高温下和氧气流中对耐火墙喷射一种混合物，该混合物主要包含耐火颗粒(二氧化硅、氧化铝、氧化锆等)和可氧化颗粒(Si+A1)，通过放热反应(燃烧)，该混合物在待修复的耐火墙上形成粘结的耐火体(参见其它专利FR-A-2066355、FR-A-2516915和BE-1005914)。

上述四种方法允许将厚的、粘结性耐火层或耐火体涂敷在待处理或待修复的基体表面上，该耐火层或耐火体与基体表面相粘附或相互作用。对于该混合物的组成来说，这些方法均采用了颗粒状的耐火材料，该耐火材料通过可熔组分粘结，或通过火焰熔融的组分粘结。

在通过反应喷射的修复操作中，一般在耐火墙上所得涂层的质量取决于如下几个参数，包括特别是载体温度，喷射速率和混合物的质量流量。

在这种类型的方法中，特别是在陶瓷焊接的情况下，载气是可以和粉末材料中的至少一种元素发生反应的气体。在和热墙接触后，混合物自发反应，并且一系列的化学反应导致了粘着性耐火材料的形成，形成的耐火材料的特性与那些处理过的载体的性质是相容的。

因此，喷射速率是一个主要的因素。如果喷射速率过高，则大量材料可能尚未发生反应(即没有参与到放热反应中)，并且可能在墙上剧烈回弹，这对通过喷射形成的乳浆的质量不利。

发明内容

本发明的目的是开发一种用于处理耐火基体的干法混合物，和使用该混合物的方法，该方法可以提供较低的并且可控的喷射速率，避免了火焰后退的可能性，因此形成了一种使用简单且有效的化合物的适宜的表面处理方法。

为了达到上述目的，依据本发明，可以使用最初时描述过的干法混合物，其包含至少一种膨胀物质的颗粒作为所述至少一种其它物质的颗粒，不包含至少一种膨胀物质颗粒的干法混合物具有第一堆密度，包含所述至少一种膨胀物质的混合物具有第二堆密度，并且第二堆密度小于第一堆密度。

归因于高的比容积(颗粒密度优选小于2，更优选地小于1.5，特别地小于1)，膨胀物质使喷射混合物具有更低的堆密度，这有助于降低喷射的质量流量，并因此而降低喷射喷嘴的每个通道上对耐火墙表面上沉积层的厚度(在毫米范围内)。可以在单一通道(表面处理)中或在几个通道(填充裂缝或空洞)中进行涂覆。

所述的至少一种膨胀物质可以选自于：膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、木粉或焦炭粉、以及它们的混合物。

优选使用膨胀珍珠岩。珍珠岩是一种来源于火山的颗粒状的玻璃质二氧化硅，其能够热膨胀，从而获得膨胀珍珠岩颗粒。优选膨胀珍珠岩颗粒的粒径等于或小于1mm。

出乎意料的，还发现了混合物中存在膨胀珍珠岩时能够提高其稳定性(不会因为振动而分离)。事实上已经发现，在存贮或运输混合物的过程中，混合物会受到摇动或振动，在没有膨胀珍珠岩颗粒的情况下，混合物没有表现出其中的可燃性颗粒向下的分离迹象。

适宜的可氧化物质可以是一种或多种能够在氧气存在下燃烧的金属或类金属的细小颗粒，特别是在待修复炉的正常操作温度下。优选的所述物质可以是硅、铝、锆、镁、钙、甚至是铁、铬、钛、或它们的混合物、或合金的颗粒。优选的可燃性颗粒的尺寸为小于或等于100微米。

在本发明的另一个实施方案中，所述的至少一种其它物质的颗粒选自以下组中：二氧化硅玻璃、玻璃质或熔融的二氧化硅、和结晶二氧化硅如石英、鳞石英和方石英；氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、碱金属化合物、它们的混合物或混合的化合物。优选的二氧化硅颗粒的尺寸为小于或等于0.5mm，更优选在0.1和0.3mm之间。

二氧化硅玻璃这里指的是任一种包含硅的玻璃。优选的玻璃为硅钠钙玻璃(silico sodo calcic glass)、硼硅酸盐玻璃、有利地从未着色的玻璃得到的碎玻璃或破玻璃，以及这些材料的混合物。优选的二氧化硅玻璃的粒径为等于或小于1mm，以便于保证颗粒全部熔化。有利地，所述粒径在0.3-0.6mm之间。

依据本发明，优选的混合物包含以干法混合物的重量计占大多数的二氧化硅玻璃。该术语的意思是，二氧化硅玻璃的重量分数大于混合物中任何其它组分的重量分数。

由于主要由混合物中可燃性颗粒的放热氧化反应产生的额外热量，这种混合物可完美地适合于公知的处理方法和可控类型的陶瓷焊接方法。在氧气存在和炉子的操作温度下，燃烧自发产生，且二氧化硅玻璃颗粒完全熔化并形成无定形的本体，其能够在待修复的耐火墙上以薄层扩散，并且渗透到该耐火墙中形成的裂缝中。沉积的层较薄并且具有光滑的外表，其不会促进碳沉积物的粘附。粗糙度Ra在50-100微米范围内。粗糙度的计算方法依照标准ISO11652和ISO4287-1997。该Ra数值是表面轮廓的算术标准偏差，即，在基础长度L的界限内轮廓偏差(如峰顶或低谷)绝对值的算术平均值。

向待处理的耐火墙上涂敷粘结体构成了一种表面处理的方法，其能够使粗糙的耐火墙变光滑，例如对于炼焦装置的煤进料开口，或构成一种手段，其用于填充损坏的耐火墙的细微裂缝，不需要涂敷额外的厚度。

通过改变加入的二氧化硅相对于磨碎的二氧化硅玻璃的比例，所得无定形体的耐火度或高温强度可有利地适应于运转温度。

通过调整二氧化硅玻璃颗粒和二氧化硅颗粒之间的重量比，可以在喷涂设备的每个通道得到厚度小于2mm的极薄的沉积物层。这些层具有极光滑的表面，这样的表面在处理过的炉子的运转过程中不利于碳沉积物的粘附。有利地，该重量比可以在3/1和6/1之间。

在本发明的一个改进的实施方案中，该混合物包含：

0-88重量％、特别是45-60重量％的二氧化硅玻璃颗粒，

10-40重量％、特别是20-30重量％的可燃性颗粒，

2-40重量％、特别是5-10重量％的膨胀珍珠岩颗粒，

0-88重量％、特别是10-25重量％的二氧化硅颗粒，

上述组分a)-d)的重量百分数之和为100重量％。

本发明还涉及一种处理陶瓷焊接工艺类型的耐火基体的方法。其包括如下步骤：在氧气存在和在一定温度下，将本发明所述的干法混合物喷射至基体上，可燃性颗粒在所述温度下与所述的氧发生放热反应，混合物的至少部分熔合颗粒以无定型体的形式与基体粘附和/或与基体相互作用。举例来说，可以得到大部分重量为二氧化硅玻璃的混合物，有利地，能够得到完全熔合的颗粒。有利的是，所述方法包括在喷射过程中移动干法混合物的射流，从而在基体上沉积得到均匀的沉积物薄层。为了得到层层叠加的光滑薄层，也可以在基体的相同部位上实施连续重复的通道喷涂。

在本发明的一个改进的实施方案中，所述方法包括在一定温度下在喷射后对所述粘附在基体上的粘结体进行退火处理，退火的温度至少高于其玻璃质转变温度。这样使得沉积的无定形体完成致密化进程，并且使得表面光滑状态更完美。

能够在耐火墙的表面上形成熔融体导致了本发明在另一领域中的应用，即耐火墙的除垢和/或机加工方法。依据本发明的处理方法实际上可应用在制造玻璃的炉子中，用于在上部构造中去除耐火墙的结垢，或以块状(block)切割穿孔，以便在稍后锚固住可以通过陶瓷焊接而沉积的产品。形成的粘结体和基体相互作用，以至于使其达到熔融并流动的程度，其目的是改善基体轮廓或将其挖空(为锚固而准备的穿孔)。

具体实施方式

通过下面给出的实施例对本发明进行更加详细的解释，但是本发明并不限于这些实施例。

实施例1

待喷射的混合物包含：

-76％的粉碎的硅钠钙玻璃(0.2-1mm)

-18％的粉碎的硅(＜50微米)

-6％的细碎的Al(＜63微米)，

在均质化后其比容积为0.75L/kg。

待处理的耐火墙温度在900℃左右；在氧气流中喷射的混合物自发燃烧，并且引起放热反应；通过粉末混合物射流的运动形成了均匀的沉积层(质量流量为64.3kg/小时)。

沉积层具有相对光滑的外表(粗糙度Ra＝50-100微米)，其由完全的熔合体产生(没有残留的晶粒)；喷射射流的每个通道都形成3mm左右的厚度；沉积层和耐火墙之间粘结紧密，在冷却之后也不脱落或产生裂纹。

实施例2

这次试验的混合物包含：

-68％的粉碎的硅钠钙玻璃(粒度级0.2-1mm)

-19％的粉碎的硅(＜50微米)

-6％的细碎的Al(＜63微米)

-和7％的膨胀珍珠岩(粒度级＜1mm)。

由于加入了膨胀珍珠岩，混合物的比容积比前一实施例中的比容积高出许多(1.8L/kg)。

在相同条件下喷射后，发现形成的材料铺展得非常好[更光滑的表面(粗糙度Ra＝25微米)和更小的厚度(2mm)]。混合物较低的体积质量使得其可以以较低的流速从喷射设备中喷出，这有助于改善沉积物的质量和精细度。

当混合物受到摇动或振动时，发现由可氧化颗粒(Si+Al)组成的部分不再会遇到分离(向下的浓度)。和先前实施例的干法混合物相反，先前实施例中的可燃性颗粒没有粘附在二氧化硅玻璃颗粒的表面上，而在实施例2中的混合物不再具有这种分离的趋势。

实施例3

和实施例2相比，部分粉碎的二氧化硅玻璃被细硅砂代替，用来提升所得本体的耐火度。

因此，该混合物包含：

-55％的粉碎的硅钠钙玻璃(0.2-1mm)

-10％的硅砂(石英)(0.1-0.3mm)

-20％的硅(＜50微米)

-8％的铝(＜63微米)

-7％的膨胀珍珠岩(粒度级＜1mm)

其比容积为1.6L/kg。

这里，如实施例2中，质量流量被降低(56kg/小时)，这样导致了沉积层更薄，和甚至更均匀的表面(每个通道的厚度＝1.5mm；粗糙度Ra＝20微米)。

得到的沉积物随后在1250℃下退火处理5小时，用于完成致密化转变；其保留了其玻璃质的外表，并且在此温度下也没有发生流动的趋势；甚至在冷却后，沉积物和耐火基体的粘合也非常良好。

最后，我们也发现，在喷射时形成的本体以熔融状态深深地渗透至细小的裂缝中，由于不需要在损坏的耐火基体表面上形成额外超出的厚度，因而使得填充更加便利。

实施例4

基于在制造玻璃炉的上部构造中的损坏的耐火块中形成锚固用穿孔的目的，制备了如下的混合物：

-20％的铝粉(＜63微米)

-30％的膨胀珍珠岩(粒度级＜1mm)

-50％的石灰(氧化钙)(＜250微米)。

由于膨胀珍珠岩的含量较高(用于提升体积分数)，使得可以显著增加可燃性颗粒的百分比(其没有增加爆炸或燃烧的风险，作为回报的是反应时产生更多的热焓)，和通常的细石灰的含量(增强熔化效果)。

由此在耐火块中产生的穿孔使得能够通过陶瓷焊接法来修复它。

应当指出，在本申请中，和通常在陶瓷焊接类型的方法中一样，依据本发明得到的穿孔混合物不包含耐火颗粒。

必须理解的是，上面描述的实施方案和方法并不是对本发明的限制，在不脱离所附权利要求的范围内，可以对本发明进行改动。