專利名稱：用于處理耐火基體的干法混合物和使用該混合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于處理耐火基體的干法混合物，其包含-至少一種可氧化物質(zhì)的可燃性顆粒，在氧氣存在下，該可燃性顆粒引起放熱反應(yīng),和_至少一種其它物質(zhì)的顆粒，其中，在所述的放熱反應(yīng)期間，這些顆粒一起形成粘結(jié)體，該粘結(jié)體能夠與處理過 的基體粘結(jié)，和/或與處理過的基體相互作用，本發(fā)明還涉及使用該混合物的方法。
背景技術(shù)：
在某些生產(chǎn)裝置中使用的耐火墻在運轉(zhuǎn)過程中由于受到侵蝕、腐蝕、熱沖擊等而 招致?lián)p害，這會導(dǎo)致耐火墻的表面凹凸不平、多孔或者是具有顯著的缺陷(剝落、裂紋、空 洞等)。這些缺陷對于生產(chǎn)裝置的使用操作來說具有多方面的后果阻礙固體產(chǎn)品的循環(huán)， 表面結(jié)垢、流體或氣體泄漏，腐蝕劑滲透；特別是在焦爐中，碳化室中的二氧化硅耐火墻變 得內(nèi)襯有碳，隨著時間的推移，這些碳變成石墨并且膨脹；其必須定期清除以避免在焦爐放 料時的動力超載(power overload)。類似的，加煤區(qū)同樣會經(jīng)受上述碳沉積，其需要定期進 行手工清除。同樣，碳化室和加熱煙道之間的連續(xù)裂縫為有機物質(zhì)轉(zhuǎn)移至煙 提供了通道， 這將會帶來生態(tài)后果。這些各種各樣的缺點和損害現(xiàn)象導(dǎo)致了一些耐火基體的修復(fù)或處理方法的發(fā)展。例如，F(xiàn)R-A-2202053專利申請描述了一種在高溫下向被損壞的耐火墻上噴射水溶 液的方法，該水溶液包含的主要成分為具有和耐火墻(二氧化硅)相同性質(zhì)的耐火顆粒材 料，粘結(jié)劑(堿金屬硼酸鹽或碳酸鹽類)，膠體稠化劑(膨潤土)，以及降低熔點的化合物 (硅酸鈉)。WO 2004/085341專利申請也披露了一種在基體上干法噴補混合物的應(yīng)用，該混合 物主要包含玻璃質(zhì)二氧化硅顆粒、礬土顆粒、粘土以及化學粘結(jié)劑。FR-A-2524462專利申請描述了一種火焰噴涂混合物的方法，該混合物包括大量的 二氧化硅微粒、氧化鈣和氧化鋰。同樣也可以參考涉及陶瓷焊接的專利族，其包括在高溫下和氧氣流中對耐火墻噴 射一種混合物，該混合物主要包含耐火顆粒(二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯等)和可氧化顆粒 (Si+Al)，通過放熱反應(yīng)(燃燒)，該混合物在待修復(fù)的耐火墻上形成粘結(jié)的耐火體(參見其 它專利 FR-A-2066355、FR-A-2516915 和 BE-1005914)。上述四種方法允許將厚的、粘結(jié)性耐火層或耐火體涂敷在待處理或待修復(fù)的基體 表面上，該耐火層或耐火體與基體表面相粘附或相互作用。對于該混合物的組成來說，這些 方法均采用了顆粒狀的耐火材料，該耐火材料通過可熔組分粘結(jié)，或通過火焰熔融的組分粘結(jié)。在通過反應(yīng)噴射的修復(fù)操作中，一般在耐火墻上所得涂層的質(zhì)量取決于如下幾個 參數(shù)，包括特別是載體溫度，噴射速率和混合物的質(zhì)量流量。
在這種類型的方法中，特別是在陶瓷焊接的情況下，載氣是可以和粉末材料中的 至少一種元素發(fā)生反應(yīng)的氣體。在和熱墻接觸后，混合物自發(fā)反應(yīng)，并且一系列的化學反應(yīng) 導(dǎo)致了粘著性耐火材料的形成，形成的耐火材料的特性與那些處理過的載體的性質(zhì)是相容 的。因此，噴射速率是一個主要的因素。如果噴射速率過高，則大量材料可能尚未發(fā)生 反應(yīng)(即沒有參與到放熱反應(yīng)中)，并且可能在墻上劇烈回彈，這對通過噴射形成的乳漿的 質(zhì)量不利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是開發(fā)一種用于處理耐火基體的干法混合物，和使用該混合物的方 法，該方法可以提供較低的并且可控的噴射速率，避免了火焰后退的可能性，因此形成了一 種使用簡單且有效的化合物的適宜的表面處理方法。
為了達到上述目的，依據(jù)本發(fā)明，可以使用最初時描述過的干法混合物，其包含至 少一種膨脹物質(zhì)的顆粒作為所述至少一種其它物質(zhì)的顆粒，不包含至少一種膨脹物質(zhì)顆粒 的干法混合物具有第一堆密度，包含所述至少一種膨脹物質(zhì)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。歸因于高的比容積(顆粒密度優(yōu)選小于2，更優(yōu)選地小于1. 5，特別地小于1)，膨脹 物質(zhì)使噴射混合物具有更低的堆密度，這有助于降低噴射的質(zhì)量流量，并因此而降低噴射 噴嘴的每個通道上對耐火墻表面上沉積層的厚度(在毫米范圍內(nèi))?？梢栽趩我煌ǖ?表 面處理)中或在幾個通道(填充裂縫或空洞)中進行涂覆。所述的至少一種膨脹物質(zhì)可以選自于膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、木粉或焦炭粉、以 及它們的混合物。優(yōu)選使用膨脹珍珠巖。珍珠巖是一種來源于火山的顆粒狀的玻璃質(zhì)二氧化硅，其 能夠熱膨脹，從而獲得膨脹珍珠巖顆粒。優(yōu)選膨脹珍珠巖顆粒的粒徑等于或小于1mm。出乎意料的，還發(fā)現(xiàn)了混合物中存在膨脹珍珠巖時能夠提高其穩(wěn)定性(不會因為 振動而分離)。事實上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在存貯或運輸混合物的過程中，混合物會受到搖動或振動， 在沒有膨脹珍珠巖顆粒的情況下，混合物沒有表現(xiàn)出其中的可燃性顆粒向下的分離跡象。適宜的可氧化物質(zhì)可以是一種或多種能夠在氧氣存在下燃燒的金屬或類金屬的 細小顆粒，特別是在待修復(fù)爐的正常操作溫度下。優(yōu)選的所述物質(zhì)可以是硅、鋁、鋯、鎂、鈣、 甚至是鐵、鉻、鈦、或它們的混合物、或合金的顆粒。優(yōu)選的可燃性顆粒的尺寸為小于或等于 100微米。在本發(fā)明的另一個實施方案中，所述的至少一種其它物質(zhì)的顆粒選自以下組中 二氧化硅玻璃、玻璃質(zhì)或熔融的二氧化硅、和結(jié)晶二氧化硅如石英、鱗石英和方石英；氧化 鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、堿金屬化合物、它們的混合物或混合的化合物。優(yōu)選的二氧化 硅顆粒的尺寸為小于或等于0. 5mm，更優(yōu)選在0. 1和0. 3mm之間。二氧化硅玻璃這里指的是任一種包含硅的玻璃。優(yōu)選的玻璃為硅鈉鈣玻璃 (silico sodo calcic glass)、硼硅酸鹽玻璃、有利地從未著色的玻璃得到的碎玻璃或破玻 璃，以及這些材料的混合物。優(yōu)選的二氧化硅玻璃的粒徑為等于或小于1mm，以便于保證顆 粒全部熔化。有利地，所述粒徑在0. 3-0. 6mm之間。
依據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的混合物包含以干法混合物的重量計占大多數(shù)的二氧化硅玻 璃。該術(shù)語的意思是，二氧化硅玻璃的重量分數(shù)大于混合物中任何其它組分的重量分數(shù)。由于主要由混合物中可燃性顆粒的放熱氧化反應(yīng)產(chǎn)生的額外熱量，這種混合物可 完美地適合于公知的處理方法和可控類型的陶瓷焊接方法。在氧氣存在和爐子的操作溫度 下，燃燒自發(fā)產(chǎn)生，且二氧化硅玻璃顆粒完全熔化并形成無定形的本體，其能夠在待修復(fù)的 耐火墻上以薄層擴散，并且滲透到該耐火墻中形成的裂縫中。沉積的層較薄并且具有光滑 的外表，其不會促進碳沉積物的粘附。粗糙度Ra在50-100微米范圍內(nèi)。粗糙度的計算方 法依照標準IS011652和IS04287-1997。該Ra數(shù)值是表面輪廓的算術(shù)標準偏差，即，在基礎(chǔ) 長度L的界限內(nèi)輪廓偏差(如峰頂或低谷)絕對值的算術(shù)平均值。向待處理的耐火墻上涂敷粘結(jié)體構(gòu)成了一種表面處理的方法，其能夠使粗糙的耐 火墻變光滑，例如對于煉焦裝置的煤進料開口，或構(gòu)成一種手段，其用于填充損壞的耐火墻 的細微裂縫，不需要涂敷額外的厚度。通過改變加入的二氧化硅相對于磨碎的二氧化硅玻璃的比例，所得無定形體的耐 火度或高溫強度可有利地適應(yīng)于運轉(zhuǎn)溫度。通過調(diào)整二氧化硅玻璃顆粒和二氧化硅顆粒之間的重量比，可以在噴涂設(shè)備的每 個通道得到厚度小于2mm的極薄的沉積物層。這些層具有極光滑的表面，這樣的表面在處 理過的爐子的運轉(zhuǎn)過程中不利于碳沉積物的粘附。有利地，該重量比可以在3/1和6/1之 間。在本發(fā)明的一個改進的實施方案中，該混合物包含0-88重量％、特別是45-60重量％的二氧化硅玻璃顆粒，10-40重量％、特別是20-30重量％的可燃性顆粒，2-40重量％、特別是5-10重量％的膨脹珍珠巖顆粒，0-88重量％、特別是10-25重量％的二氧化硅顆粒，上述組分a) -d)的重量百分數(shù)之和為100重量％。本發(fā)明還涉及一種處理陶瓷焊接工藝類型的耐火基體的方法。其包括如下步驟 在氧氣存在和在一定溫度下，將本發(fā)明所述的干法混合物噴射至基體上，可燃性顆粒在所 述溫度下與所述的氧發(fā)生放熱反應(yīng)，混合物的至少部分熔合顆粒以無定型體的形式與基體 粘附和/或與基體相互作用。舉例來說，可以得到大部分重量為二氧化硅玻璃的混合物，有 利地，能夠得到完全熔合的顆粒。有利的是，所述方法包括在噴射過程中移動干法混合物的 射流，從而在基體上沉積得到均勻的沉積物薄層。為了得到層層疊加的光滑薄層，也可以在 基體的相同部位上實施連續(xù)重復(fù)的通道噴涂。在本發(fā)明的一個改進的實施方案中，所述方法包括在一定溫度下在噴射后對所述 粘附在基體上的粘結(jié)體進行退火處理，退火的溫度至少高于其玻璃質(zhì)轉(zhuǎn)變溫度。這樣使得 沉積的無定形體完成致密化進程，并且使得表面光滑狀態(tài)更完美。能夠在耐火墻的表面上形成熔融體導(dǎo)致了本發(fā)明在另一領(lǐng)域中的應(yīng)用，即耐火墻的除垢和/或機加工方法。依據(jù)本發(fā)明的處理方法實際上可應(yīng)用在制造玻璃的爐子中，用 于在上部構(gòu)造中去除耐火墻的結(jié)垢，或以塊狀(block)切割穿孔，以便在稍后錨固住可以 通過陶瓷焊接而沉積的產(chǎn)品。形成的粘結(jié)體和基體相互作用，以至于使其達到熔融并流動 的程度，其目的是改善基體輪廓或?qū)⑵渫诳?為錨固而準備的穿孔)。
具體實施例方式通過下面給出的實施例對本發(fā)明進行更加詳細的解釋，但是本發(fā)明并不限于這些實施例。實施例1待噴射的混合物包含-76%的粉碎的硅鈉鈣玻璃(0.2-lmm)-I8 %的粉碎的硅(< 5O微米)-6%的細碎的Al ( < 63微米)，在均質(zhì)化后其比容積為0.75L/kg。待處理的耐火墻溫度在900°C左右；在氧氣流中噴射的混合物自發(fā)燃燒，并且引 起放熱反應(yīng)；通過粉末混合物射流的運動形成了均勻的沉積層(質(zhì)量流量為64. 3kg/小 時)。沉積層具有相對光滑的外表(粗糙度Ra = 50-100微米)，其由完全的熔合體產(chǎn)生 (沒有殘留的晶粒)；噴射射流的每個通道都形成3mm左右的厚度；沉積層和耐火墻之間粘 結(jié)緊密，在冷卻之后也不脫落或產(chǎn)生裂紋。實施例2這次試驗的混合物包含-68%的粉碎的硅鈉鈣玻璃(粒度級0. 2-lmm)-19%的粉碎的硅(< 50微米)-6%的細碎的Al (< 63微米)-和7%的膨脹珍珠巖(粒度級< Imm)。由于加入了膨脹珍珠巖，混合物的比容積比前一實施例中的比容積高出許多 (1. 8L/kg)。在相同條件下噴射后，發(fā)現(xiàn)形成的材料鋪展得非常好[更光滑的表面(粗糙度Ra =25微米)和更小的厚度(2mm)]。混合物較低的體積質(zhì)量使得其可以以較低的流速從噴 射設(shè)備中噴出，這有助于改善沉積物的質(zhì)量和精細度。當混合物受到搖動或振動時，發(fā)現(xiàn)由可氧化顆粒(Si+Al)組成的部分不再會遇到 分離(向下的濃度)。和先前實施例的干法混合物相反，先前實施例中的可燃性顆粒沒有粘 附在二氧化硅玻璃顆粒的表面上，而在實施例2中的混合物不再具有這種分離的趨勢。實施例3和實施例2相比，部分粉碎的二氧化硅玻璃被細硅砂代替，用來提升所得本體的 耐火度。因此，該混合物包含-55%的粉碎的硅鈉鈣玻璃(0.2-lmm)-10 % 的硅砂(石英)(0. 1-0. 3mm)-20% 的硅(< 50 微米)-8% 的鋁(<63 微米)-7 %的膨脹珍珠巖(粒度級< Imm)
其比容積為1.6L/kg。這里，如實施例2中，質(zhì)量流量被降低(56kg/小時)，這樣導(dǎo)致了沉積層更薄，和甚 至更均勻的表面(每個通道的厚度=1. 5mm ；粗糙度Ra = 20微米)。 得到的沉積物隨后在1250°C下退火處理5小時，用于完成致密化轉(zhuǎn)變；其保留了 其玻璃質(zhì)的外表，并且在此溫度下也沒有發(fā)生流動的趨勢；甚至在冷卻后，沉積物和耐火基 體的粘合也非常良好。最后，我們也發(fā)現(xiàn)，在噴射時形成的本體以熔融狀態(tài)深深地滲透至細小的裂縫中， 由于不需要在損壞的耐火基體表面上形成額外超出的厚度，因而使得填充更加便利。實施例4基于在制造玻璃爐的上部構(gòu)造中的損壞的耐火塊中形成錨固用穿孔的目的，制備 了如下的混合物-20 %的鋁粉(< 63微米) -30 %的膨脹珍珠巖(粒度級< Imm)-50 %的石灰(氧化鈣)(< 250微米)。由于膨脹珍珠巖的含量較高(用于提升體積分數(shù))，使得可以顯著增加可燃性顆 粒的百分比(其沒有增加爆炸或燃燒的風險，作為回報的是反應(yīng)時產(chǎn)生更多的熱焓)，和通 常的細石灰的含量(增強熔化效果)。由此在耐火塊中產(chǎn)生的穿孔使得能夠通過陶瓷焊接法來修復(fù)它。應(yīng)當指出，在本申請中，和通常在陶瓷焊接類型的方法中一樣，依據(jù)本發(fā)明得到的 穿孔混合物不包含耐火顆粒。必須理解的是，上面描述的實施方案和方法并不是對本發(fā)明的限制，在不脫離所 附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明進行改動。
權(quán)利要求
一種用于處理耐火基體的干法混合物，其包含-至少一種可氧化物質(zhì)的可燃性顆粒，在氧的存在下，該可燃性顆粒導(dǎo)致放熱反應(yīng)，和-至少一種其它物質(zhì)的顆粒，其中在所述的放熱反應(yīng)中，這些顆粒一起形成粘結(jié)體，該粘結(jié)體能夠粘結(jié)到處理過的基體上，和/或與處理過的基體相互作用，其特征在于，該混合物包含至少一種膨脹物質(zhì)的顆粒作為該至少一種其它物質(zhì)的顆粒，其中不包含所述至少一種膨脹物質(zhì)顆粒的干法混合物具有第一堆密度，包含該至少一種膨脹物質(zhì)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。
2.權(quán)利要求1的混合物，其特征在于，所述的至少一種膨脹物質(zhì)由密度小于2的顆粒組成。
3.權(quán)利要求1-2之一的混合物，其特征在于，所述的膨脹物質(zhì)選自膨脹珍珠巖、膨脹蛭 石、木粉或焦炭粉、及它們的混合物。
4.權(quán)利要求1-3之一的混合物，其特征在于，所述的至少一種其它物質(zhì)選自二氧化硅 玻璃、二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、堿金屬化合物、及它們的混合物、或混合 的化合物。
5.權(quán)利要求4的混合物，其特征在于，所述的二氧化硅選自玻璃質(zhì)或熔融的二氧化硅、 結(jié)晶二氧化硅、及它們的混合物。
6.權(quán)利要求4-5之一的混合物，其特征在于，所述的二氧化硅玻璃選自硅鈉鈣玻璃、硼 硅酸鹽玻璃、碎玻璃或破玻璃，及它們的混合物。
7.權(quán)利要求1-6之一的混合物，其特征在于，所述的至少一種可氧化物質(zhì)選自硅、鋁、 鋯、鎂、鈣、鐵、鉻、鈦、或它們的混合物或合金。
8.權(quán)利要求1-6之一的混合物，其特征在于，其含有a)0-88重量％的二氧化硅玻璃顆粒，b)10-40重量％的可燃性顆粒，c)2-40重量％的膨脹珍珠巖顆粒，d)0-88重量％的二氧化硅顆粒，上述組分a)_d)的重量百分數(shù)之和為100重量％。
9.權(quán)利要求4-8之一的混合物，其特征在于，其包含二氧化硅玻璃作為混合物的主要重量份。
10.權(quán)利要求9的混合物，其特征在于，其含有a)45-60重量％的二氧化硅玻璃顆粒，b)20-30重量％的可燃性顆粒，c)5-10重量％的膨脹珍珠巖顆粒，d)10-25重量％的二氧化硅顆粒，上述組分a)_d)的重量百分數(shù)之和為100重量％。
11.權(quán)利要求1-10之一的混合物，其特征在于，膨脹物質(zhì)顆粒的最大尺寸小于或等于Imm0
12.權(quán)利要求1-11之一的混合物，其特征在于，可燃性顆粒的最大尺寸小于或等于100 微米。
13.權(quán)利要求4-12之一的混合物，其特征在于，二氧化硅顆粒的最大尺寸小于或等于 0. 5mmο
14.權(quán)利要求4-13之一的混合物，其特征在于，二氧化硅玻璃顆粒的最大尺寸小于或 等于1mm。
15.一種處理耐火基體的方法，其包括在氧氣存在時和在一定溫度下向基體上噴射權(quán) 利要求1-14之一的干法混合物的射流，在所述溫度下所述可燃性顆粒和所述的氧發(fā)生放 熱反應(yīng)，混合物的至少部分熔合顆粒以粘結(jié)體的形式與基體粘附和/或與基體相互作用。
16.權(quán)利要求15的方法，其特征在于，該方法包括在噴射過程中移動干法混合物的射 流，從而在基體上形成均勻的沉積物薄層。
17.權(quán)利要求15-16之一的方法，其特征在于，該方法包括在噴射后對粘附在基體上的 粘結(jié)體在一定溫度下進行退火處理，退火的溫度至少高于其玻璃質(zhì)轉(zhuǎn)變溫度。
18.權(quán)利要求15的方法，其特征在于，通過形成的粘結(jié)層與耐火基體之間的相互作用 而導(dǎo)致的其熔合和流動，以改善該基體的輪廓或在基體上形成空洞。
全文摘要
一種用于處理耐火基體的干法混合物，其包含至少一種可氧化物質(zhì)的可燃性顆粒，在氧的存在下，該可燃性顆粒導(dǎo)致放熱反應(yīng)，以及至少一種其它物質(zhì)的顆粒，其中在所述的放熱反應(yīng)中，這些顆粒一起形成粘結(jié)體，該粘結(jié)體能夠粘結(jié)到處理過的基體上，和/或與處理過的基體相互作用，其特征在于，該混合物包含至少一種膨脹物質(zhì)的顆粒以作為至少一種其它物質(zhì)的顆粒，其中不包含該至少一種膨脹物質(zhì)顆粒的干法混合物具有第一堆密度，包含所述的至少一種膨脹物質(zhì)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。
文檔編號C04B35/66GK101801884SQ200880023424
公開日2010年8月11日 申請日期2008年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月5日
發(fā)明者O·迪洛雷托 申請人:Fib環(huán)球服務(wù)股份公司