PL205514B1 - Środek do ochrony i naprawy materiałów ogniotrwałych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest środek do ochrony i naprawy materiałów ogniotrwałych. Środek ten ma postać proszku i jest przeznaczony do rozpylania na sucho. Wykorzystuje się go przede wszystkim, ale nie wyłącznie do obróbki materiałów ogniotrwałych używanych do budowy pieców koksowniczych.

W procesie produkcji koksu materiały, z których zbudowane są ściany i górne poziome kanały pieców koksowniczych, ulegają uszkodzeniu w wyniku naprężeń termicznych i ścierania przez koks, zwłaszcza przy opróżnianiu pieca. Prowadzi to do zużywania się materiałów ogniotrwałych i powstawania nieszczelności, co wymaga napraw. Ponadto pracy pieców towarzyszy osadzanie się grafitu, który należy okresowo usuwać. Te zjawiska prowadzą do przedwczesnej wymiany materiałów ogniotrwałych, a ponadto powodują konieczność zatrzymywania pieca na okres 3 do 4 dni w celu wykonania napraw i oczyszczenia, co znacznie zwiększa koszt jego eksploatacji.

Uszkodzenie materiałów ogniotrwałych zwiększa także zanieczyszczenie środowiska, gdyż powstające szkodliwe pyły wydostają się przez komin wraz z gazem koksowniczym i aromatycznymi węglowodorami wielopierścieniowymi.

Opisane wyżej problemy są charakterystyczne dla materiałów ogniotrwałych stosowanych do budowy pieców koksowniczych, ale można je odnieść także do materiałów ogniotrwałych używanych w innych celach.

Obecnie stosuje się trzy sposoby naprawiania uszkodzeń i nieszczelności materiałów ogniotrwałych. Są to: rozpylanie materiału ogniotrwałego, natrysk zaprawy cementowej z wodą (tak zwane działko cementowe) oraz spawanie ceramiczne.

Wadą pierwszego sposobu, w którym rozpyla się materiał ogniotrwały, jest bardzo ograniczona trwałość naprawy w czasie.

Drugi sposób, z użyciem działka cementowego, jest odpowiedni tylko do czasowej naprawy zewnętrznych części pieca.

Z kolei spawanie ceramiczne daje efekt znacznie lepszy i bardziej trwał y w stosunku do poprzednich sposobów, ale jest kosztowne i wymaga usunięcia materiału ogniotrwałego ze ścian.

Wszystkie te sposoby służą wyłącznie dokonaniu napraw, natomiast żaden z nich nie zapewnia zwiększenia późniejszej odporności materiałów ogniotrwałych na uszkodzenia.

Z europejskiego opisu patentowego EP 0 708 069 B1 znany jest ś rodek przeznaczony do obróbki powierzchni wysokotemperaturowych materiałów ogniotrwałych. Składa się on z: krzemianu sodowego, w którym stosunek molowy SiO2/Na2O wynosi od 3.2 do 3.8, w ilości od 35 do 50% wagowo; związku litu w ilości od 1 do 10% wagowo; boranu alkalicznego w ilości od 1 do 10% wagowo; związku krzemoorganicznego w ilości od 1 do 10% wagowo, oraz wody. Środek ten znajduje zastosowanie w piecach koksowniczych, piecach ceramicznych, piecach cementowych i kotłach elektrociepłowni. Nakłada się go w postaci roztworu wodnego na powierzchnię materiałów ogniotrwałych w temperaturze od 500 do 1200°C. Nadaje on zwiększoną wytrzymałość materiałom ogniotrwałym oraz ogranicza ich przenikalność dla gazów.

Celem wynalazku jest opracowanie środka, który mógłby być nakładany na materiał ogniotrwały w celu zwię kszenia odpornoś ci tego materiał u na niektóre oddział ywania powodujące uszkodzenia. Środek ten powinien także być odpowiedni do wykonywania napraw i usuwania wad materiałowych. Jego nakładanie powinno być proste i tanie. Wytwarzanie nie powinno pociągać za sobą trudności technicznych i znacznych kosztów, wymagać drogich i trudno dostępnych surowców, oraz powodować zagrożeń dla pracowników i środowiska. Badania, które doprowadziły do wynalazku, wykazały, że korzystnymi właściwościami charakteryzują się środki zawierające sole alkaliczne kwasu krzemowego i/lub meta krzemowego o określonym stosunku alkaliów do krzemionki i topniki utwardzające na bazie boru, a także topniki na bazie sodu i potasu, oraz składniki klarujące. Środki te nie zawierają związków litu oraz związków krzemoorganicznych, i są nakładane na sucho.

Cel wynalazku zrealizowano zatem w postaci środka do ochrony i naprawy materiałów ogniotrwałych, szczególnie w piecach koksowniczych, zawierającego sole alkaliczne kwasu krzemowego i/lub metakrzemowego w ilości od 50 do 60% wagowo masy środka oraz topniki utwardzające na bazie boru w ilości od 10 do 30% wagowo masy środka, który charakteryzuje się tym, że zawiera ponadto topniki na bazie metali alkalicznych, zwłaszcza węglan sodowy i/lub potasowy w ilości od 10 do 25% wagowo masy środka, oraz składniki klarujące, zwłaszcza siarczan sodowy w ilości od 3 do

PL 205 514 B1

10% wagowo masy środka; przy czym w solach alkalicznych kwasu krzemowego i/lub metakrzemowego stosunek wagowy alkaliów do krzemionki wynosi od 1:1 do 1:3.

W korzystnym rozwiązaniu wynalazku zawartość topników na bazie metali alkalicznych wynosi od 10 do 20% wagowo masy środka.

W kolejnym korzystnym rozwiązaniu wynalazku zawartość składników klarujących wynosi od 5 do 7% wagowo masy środka.

Środek według wynalazku korzystnie zawiera następujące składniki w wymienionych ilościach: metakrzemian sodowy pięciowodny lub bezwodny, o stosunku wagowym alkaliów do krzemionki 1:1 - 58%, kwas borowy - 15%, węglan potasowy - 20%, siarczan sodowy - 7% wagowo masy środka.

W innym rozwiązaniu środek według wynalazku korzystnie zawiera następujące składniki w wymienionych iloś ciach: krzemian sodowy lub potasowy, o stosunku wagowym alkaliów do krzemionki 1:2 - 60%; boran sodowy - 20%; węglan potasowy - 15%, siarczan sodowy - 5% wagowo masy środka.

W dalszym rozwiązaniu środek według wynalazku korzystnie zawiera następujące składniki w wymienionych ilościach: krzemian sodowy lub potasowy, o stosunku wagowym alkaliów do krzemionki 1:3 - 54%; boran sodowy - 25%; węglan potasowy -15,5%, siarczan sodowy - 5,5% wagowo masy środka.

Środek według wynalazku stosuje się w szczególności do materiałów ogniotrwałych w piecu koksowniczym.

Środek według wynalazku zawiera wyszczególnione składniki albo ich techniczne równoważniki bądź materiały dodatkowe.

Zadaniem soli alkalicznych kwasu krzemowego i/lub metakrzemowego jest utworzenie szklistej lub ceramicznej warstwy o dużej twardości na powierzchni materiału ogniotrwałego pokrytej środkiem według wynalazku. Warstwa ta skutecznie chroni materiał ogniotrwały przed zużyciem w wyniku ścierania, i obniża jego współczynnik tarcia dla koksu, zmniejszając opory związane z przemieszczaniem się koksu w toku wyładowywania z pieca. Pozwala także na likwidację przynajmniej niewielkich nieszczelności.

Topniki ułatwiają formowanie i zwiększają równomierność powyższej warstwy, a topniki na bazie boru także zwiększają jej twardość.

Składniki klarujące eliminują lub redukują niejednorodności w składzie kompozycji, powstające w trakcie formowania się warstwy szklistej lub ceramicznej.

Jak można zauważyć z powyższego opisu, środek według wynalazku nie zawiera składników drogich, trudno dostępnych lub szkodliwych dla ludzi bądź środowiska. Można go nanosić na materiały ogniotrwałe przez atomizację, stosując sposoby i urządzenia, opracowane uprzednio dla innych materiałów, bez konieczności wprowadzania kłopotliwych modyfikacji.

Po nałożeniu środka według wynalazku należy go poddać odpowiedniemu ogrzewaniu tak, aby na materiale ogniotrwałym powstała warstwa szklista lub ceramiczna. Warstwa ta jest gładka i charakteryzuje się wysoką twardością, odpornością termiczną i mechaniczną, oraz niskim współczynnikiem tarcia. Zakleja ona i likwiduje przynajmniej niewielkie szczeliny oraz chroni całą odkrytą powierzchnię materiału ogniotrwałego, zwiększając znacznie okres jego przydatności i zmniejszając częstotliwość napraw.

Gładkość powierzchni materiału ogniotrwałego powoduje zmniejszenie naprężeń przy wybieraniu koksu z pieca, a związane z tym ograniczenie uszkodzeń materiału obniża szkodliwość pyłów z komina. Wytworzona warstwa szklista lub ceramiczna ma niewielką przyczepność dla grafitu. Zmniejsza to jego osadzanie, a zatem redukuje częstotliwość usuwania i ułatwia ten proces.

Dla lepszego wyjaśnienia wynalazku podaje się poniżej kilka przykładów obróbki termicznej po naniesieniu korzystnych kompozycji środka na powierzchnię materiałów ogniotrwałych.

P r z y k ł a d 1

Kompozycja środka była następująca:

Pięciowodny lub bezwodny metakrzemian sodowy o stosunku wagowym alkalia/krzemionka 1:1 58%

Kwas borowy 15%

Węglan potasowy 20%

Siarczan sodowy 7%

Dla tej kompozycji uzyskano bardzo dobre wyniki po obróbce cieplnej w następujących warunkach: ogrzewanie przez 10 godzin w temperaturze 1200°C (temperatura palników), następnie ogrzewanie przez 4 godziny w temperaturze 1000°C i ogrzewanie końcowe przez 6 - 8 godzin w temperaturze 1200°C.

PL 205 514 B1

P r z y k ł a d 2

Kompozycja środka była następująca:

Krzemian sodowy lub potasowy o stosunku wagowym alkalia/krzemionka 1:2 60%

Boran sodowy 20%

Węglan potasowy 15%

Siarczan sodowy 5%

Dla tej kompozycji uzyskano bardzo dobre wyniki po obróbce cieplnej, jak w przykładzie 1.

P r z y k ł a d 3

Kompozycja środka była następująca:

Krzemian sodowy lub potasowy o stosunku wagowym alkalia/krzemionka 1:3 54,0%

Boran sodowy 25,0%

Węglan potasowy 15,5%

Siarczan sodowy 5,5%

Dla tej kompozycji uzyskano bardzo dobre wyniki po obróbce cieplnej w następujących warunkach: ogrzewanie przez 24 godziny w temperaturze ścian przynajmniej 900°C (temperatura palników 1000 do 1050°C).

Oczywiście wymienione kompozycje można zastąpić innymi równoważnymi technicznie. Tak samo przedstawione korzystne cykle obróbki termicznej można prowadzić w innych warunkach, które wywołają podobne zjawiska w szklistej lub ceramicznej warstwie utworzonej przez środek według wynalazku.

Należy rozumieć, że wynalazek nie jest ograniczony do opisanych rozwiązań. Znający zagadnienia mogą dokonać pewnych zmian, zwłaszcza zastępując niektóre składniki ich technicznymi odpowiednikami i dodając inne składniki, jak również modyfikując cykle obróbki termicznej środka. Zmiany takie można wprowadzić, nie odbiegając od zakresu ochrony przedstawionego w zastrzeżeniach patentowych.

Claims (6)

1. Środek do ochrony i naprawy materiałów ogniotrwałych, szczególnie w piecach koksowniczych, zawierający sole alkaliczne kwasu krzemowego i/lub metakrzemowego w ilości od 50 do 60% wagowo masy środka oraz topniki utwardzające na bazie boru w ilości od 10 do 30% wagowo masy środka, znamienny tym, że zawiera ponadto topniki na bazie metali alkalicznych, zwłaszcza węglan sodowy i/lub potasowy w ilości od 10 do 25% wagowo masy środka, oraz składniki klarujące, zwłaszcza siarczan sodowy w ilości od 3 do 10% wagowo masy środka; przy czym w solach alkalicznych kwasu krzemowego i/lub metakrzemowego stosunek wagowy alkaliów do krzemionki wynosi od 1:1 do 1:3.

2. Środek według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość topników na bazie metali alkalicznych wynosi korzystnie od 10 do 20% wagowo masy środka.

3. Środek według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość składników klarujących wynosi korzystnie od 5 do 7% wagowo masy środka.

4. Środek według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera następujące składniki w wymienionych ilościach: metakrzemian sodowy pięciowodny lub bezwodny, o stosunku wagowym alkaliów do krzemionki 1:1 - 58%, kwas borowy - 15%, węglan potasowy - 20%, siarczan sodowy - 7% wagowo masy środka.

5. Środek według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera następujące składniki w wymienionych ilościach: krzemian sodowy lub potasowy, o stosunku wagowym alkaliów do krzemionki 1:2 - 60%; boran sodowy - 20%; węglan potasowy -15%, siarczan sodowy - 5% wagowo masy środka.

6. Środek według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera następujące składniki w wymienionych ilościach: krzemian sodowy lub potasowy, o stosunku wagowym alkaliów do krzemionki 1:3 - 54%; boran sodowy - 25%; węglan potasowy -15,5%, siarczan sodowy - 5,5% wagowo masy środka.

Departament Wydawnictw UP RP