CN102086128A - 高温窑炉陶瓷焊接材料及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用陶瓷焊接技术修复受损高温工业窑炉的方法及相应的陶瓷焊接材料，即：选择与窑炉受损部位耐火材料相同或相近的材质作基础材料，选择性加入占基础材料重量10-18％的金属可燃微颗粒，如铝、镁、硅、锆等，以及占基础材料重量百分比不高于2％的氯化物作添加剂，混和均匀后制成的焊接材料，在氧气输送下，向窑炉待修补部位喷射，可燃微颗粒与氧气反应形成的高温使耐火材料迅速软化熔融，待修补处耐火材料与焊接材料非常紧密地结合在一起，熔化的物质将孔洞、接面、缝隙填满，并在热修理表面持续进行，以达到修复窑炉的目的。
Description
技术领域
本发明属于高温工业窑炉修复技术领域，涉及一种高温窑炉陶瓷焊接技术及相应材料的制备方法。
背景技术
目前，各种高温工业窑炉在钢铁、玻璃、水泥、焦化等行业和领域都发挥了关键作用，其适用性和耐久性很大程度上制约着企业的发展。但，各种工业窑炉在长期使用过程中，均会出现局部部位不同程度的损毁，需要及时修补。传统的停窑冷却修补后再升温，不但会影响生产，而且对窑炉损坏很大，影响窑炉的使用寿命，造成的经济损失很大。因此，不停窑热态窑炉修复技术深受高温生产企业的欢迎。
高温陶瓷焊接技术是指由耐火材料与可燃金属组成的混合物，以助燃气体为载体，经特定装置和焊枪喷射至待修复部位，可燃金属燃烧产生高温，使喷出的混合物和修复面的耐火材料软化熔融，形成牢固的结合体，如同“焊”在一起，达到窑炉修复的目的。
目前，相似技术进行公开的共三项：
公开号为CN1078191C的发明专利主要针对玻璃窑炉或铝工业含有氧化铝的表面上形成耐火材料修补物的方法，选用物料有些并不常见，实施较难。
公开号为CN1548913的发明专利主要针对焦炉提供一种陶瓷焊补料、设备和修补方法。
公开号为CN101851109A的发明提供一种锆莫来石质的陶瓷焊补料。
上述专利技术大都存在针对单一材质或部位进行研究和开发的现象，技术应用局限性大，或者实施成本太高，陶瓷焊接技术的推广应用受限。
发明内容
针对钢铁、玻璃、水泥、焦化等行业使用的工业窑炉，本发明提供一种不停窑修补窑炉受损部位，实现窑炉高效修复、节能降耗的方法，即：选择与待修补部位相同或相近的材料作基础材料，选择性加入占基础材料重量10-22％的金属可燃微颗粒，如铝、镁、硅、锆等，以及占基础材料重量百分比不高于2％的助熔剂，如常见的工业氯化物，将上述物料混和制成陶瓷焊接材料，在氧气输送下，向窑炉待修补部位喷射，可燃微颗粒与氧气反应释放大量热能，基础材料和待修补的耐火工作层表面迅速软化熔融，使工作层耐火材料与焊接材料非常紧密地结合在一起，熔化的物质将孔洞、接面、缝隙填满。这种陶瓷状物质与焊补部位材质相同故膨胀率相匹配，并具有高强度和抗侵蚀性的特点，窑炉受损部位修补后耐磨性高并且寿命长。
具体的，使用上述方法进行窑炉修复时，可按窑体耐火材料的材质对应分为硅质、锆质、刚玉质、尖晶石质、莫来石质等相同或相近材质进行陶瓷焊接材料的制备。
1、对耐火材质为硅质的窑体进行修复，陶瓷焊接材料的选取和制备方法：
基础材料：SiO2含量不低于99.5％的耐火材料，优选的材料为熔融石英，也可使用部分高纯石英替代熔融石英，但考虑到石英晶型转变带来体积膨胀的影响，高纯石英的添加量最好不超过10％。颗粒最大粒径以不超过2mm为最佳。0.088mm-2mm颗粒料占基础材料重量百分含量为73-86％，小于0.088mm的粉体占基础材料重量百分含量为14-27％。
金属粉末：占基础材料重量百分含量10-16％的金属粉体(Si和Al的混和粉体)，要求粉体粒径为325目以细，优选方案为，含4-6％的金属铝粉和6-12％的金属硅粉的混和粉体。
外加剂：占基础材料重量百分比含量不高于2％的氯化物，如NaCl、KCl、CaCl2等中的一种或多种。
对耐火材质为锆英石质的窑体进行修复，陶瓷焊接材料的选取和制备方法：
基础材料：混和料中最大颗粒粒径不超过2mm，其中，0.088mm-2mm的颗粒料所占重量百分含量为85-90％，包括70-80％的锆英砂，0-15％的锆刚玉骨料；粉体粒径小于0.088mm，是重量百分含量为10-15％的锆英石粉。
金属粉末：占基础材料重量百分含量14-22％的金属粉体，可选择Al或Al和Zr的混和粉体，综合性价比选择Al粉更佳，要求粉体粒径为325目以细。
外加剂：占基础材料重量百分比含量不高于2％的氯化物，如NaCl、KCl、CaCl2等中的一种或多种。
本陶瓷材料也可用于锆刚玉质的窑体耐材修复。
2、对耐火材质为锆刚玉质的窑体进行修复，陶瓷焊接材料的选取和制备方法：
基础材料：混和料中最大颗粒粒径不超过2mm，其中，0.088mm-2mm的颗粒料所占重量百分含量为78-88％，包括：40-50％的锆刚玉，12-18％的刚玉(电熔白刚玉或棕刚玉、板状刚玉、亚白刚玉、致密刚玉等)，15-20％的锆英石，4-8％的熔融石英；小于0.088mm的粉体重量百分含量为12-22％，包括：4-8％的氧化铝粉，6-10％的锆刚玉或锆英石粉，2-4％的石英粉。
金属粉末：占基础材料重量百分含量10-22％的金属粉体，可选择Al、Si、Zr中的两种或多种，其中至少包括10％的Al，要求粉体粒径为325目以细。
外加剂：占基础材料重量百分比含量不高于2％的氯化物，如NaCl、KCl、CaCl2等中的一种或多种。
对耐火材质为莫来石质的窑体进行修复，陶瓷焊接材料的选取和制备方法：
基础材料：颗粒最大粒径以不超过2mm为最佳。0.088mm-2mm颗粒料占基础材料重量百分含量为70-80％，小于0.088mm的粉体占基础材料重量百分含量为20-30％。主要为莫来石材料，可以包含重量百分含量占3-5％的石英粉和8-12％的氧化铝粉。
金属粉末：粒径在325目以细的金属铝和金属硅的混和粉体，其中，金属铝粉占基础材料重量百分含量为10-17％，金属硅粉占基础材料重量百分含量不高于5％。
外加剂：占基础材料重量百分比含量不高于2％的氯化物，如NaCl、KCl、CaCl2等中的一种或多种。
对耐火材质为刚玉质的窑体进行修复，陶瓷焊接材料的选取和制备方法：
基础材料：混和料中最大颗粒粒径不超过2mm，其中，0.088mm-2mm的颗粒料所占重量百分含量为78-88％，刚玉可以为电熔白刚玉、板状刚玉、致密刚玉、亚白刚玉、棕刚玉等；小于0.088mm的粉体所占重量百分含量为12-22％，包括4-8％的氧化铝粉和8-14％的刚玉粉。
金属粉末：占基础材料重量百分含量10-22％的金属铝粉，要求粉体粒径为325目以细。
外加剂：占基础材料重量百分比含量不高于2％的氯化物，如NaCl、KCl、CaCl2等中的一种或多种。
对耐火材质为尖晶石质的窑体进行修复，陶瓷焊接材料的选取和制备方法：
基础材料：混和料中最大颗粒粒径不超过2mm，其中，0.088mm-2mm的颗粒料所占重量百分含量为78-88％，包括：40-90％的预合成尖晶石，0-30％的刚玉(电熔白刚玉或棕刚玉、板状刚玉、亚白刚玉、致密刚玉等)，0-8％的镁砂；小于0.088mm的粉体重量百分含量为12-22％，包括：0-8％的氧化铝粉，8-22％的预合成尖晶石粉，0-3％的氧化镁粉体。
金属粉末：占基础材料重量百分含量10-22％的金属铝粉或铝、镁混和粉体，其中，铝粉含量不低于10％，要求粉体粒径为325目以细。
外加剂：占基础材料重量百分比含量不高于2％的氯化物，如NaCl、KCl、CaCl2等中的一种或多种。
使用本发明的技术进行窑炉热态不停窑修复时，应针对待修复部位的材质，对应选择上述方法制备的焊接材料，使用特定的焊接装置和焊枪，将混合物喷射到需要修理的区域。通过氧气流输送，这种混合物通过放热反应形成至少2000℃以上的高温区间，基础材料和焊接处材料表面迅速达到其熔化温度，使得喷出的焊接材料与待修补处耐火材料与非常紧密地结合在一起，熔化的物质将孔洞、接面、缝隙填满，并在热修理表面持续进行，直至完成窑炉修复任务。
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有以下优点：
(1)采用高温窑炉陶瓷焊接技术，实现不停窑热态修补，节能降耗效果显著。
(2)针对不同窑炉、不同部位的窑体耐火材料进行研究和设计，焊接材料与修复部位材料基本相同，避免了焊接处因材质不同，体积变化率不匹配而过早产生的分层和开裂等现象，焊接效果更佳，窑炉使用寿命大大延长。
(3)使用的材料均为常见的耐火材料或工业产品，容易获得，且成本相对较低，一定程度上降低了窑炉修复的费用，有利于陶瓷焊接技术的应用和推广。
(4)根据材质的不同，提供多种系列的焊接材料，应用范围广，便于选择。
下列实施例用来说明本发明，同时指出本发明并不限于其中所说的特定的成分、比例及使用部位和应用范围。
具体实施方式
实施例1
玻璃窑碹顶部位出现局部损毁，采用硅质陶瓷焊接材料进行陶瓷焊接修复，材料制备方法：
a、基础材料：
规格 重量百分含量
熔融石英颗粒 2mm-1mm 25％
1mm-0.5mm 30％
0.5mm-0.088mm 30％
熔融石英粉 325目 15％
b、金属可燃物和外加剂：
规格 与a相比的重量百分含量
金属硅粉 325目 4％
金属铝粉 325目 10％
NaCl 0.8％
将a、b材料充分混和后制成硅质焊接材料，用适合的焊接装置和焊枪，将混合物喷射到需要修理的区域。焊接材料选择使用氧气流正压输送。焊接材料射向窑顶，在氧气与窑内温度作用下，金属颗粒发生放热反应形成高温区，基础材料和碹顶砖表面迅速达到软化熔融温度，两者非常紧密地结合在一起，熔化的物质将孔洞、接面、缝隙填满，并在热修理表面持续进行，直至窑炉受损部位完全修复，焊接效果显著。
实施例2
材质为高纯尖晶石质的钢包包底局部损毁，其修复方法：
a、基础材料：
规格 重量百分含量
富铝电熔尖晶石 2mm-1mm 25％
1mm-0.5mm 30％
0.5mm-0.088mm 30％
富铝电熔尖晶石粉 200目/325目 7
电熔镁粉 200目 2
氧化铝粉 D50≤4μm 6
b、金属可燃物和外加剂：
规格 与a相比的重量百分含量
金属镁粉 325目 8％
金属铝粉 325目 12％
CaCl2 1.2％
将a、b材料充分混和后制成尖晶石质焊接材料，用适合的焊接装置和焊枪，将混合物喷射到需要修理的区域。焊接材料选择使用氧气流正压输送。焊接材料射向包底，在氧气与钢包内温度作用下，金属颗粒发生放热反应形成高温区，基础材料和包底耐火材料表面迅速软化熔融，焊接材料与待修复区域耐火材料紧密地“焊接”为一体，形成结实的焊接层，避免了钢包下线修复，有效提高钢包周转速率，并且钢包的使用寿命延长，节能降耗效果显著。
实施例3
莫来石砖砌筑的熔炉局部损毁时，其修复方法：
a、基础材料：
规格 重量百分含量
莫来石骨料 2mm-1mm 22％
1mm-0.5mm 30％
0.5mm-0.088mm 28％
莫来石 200目 9
高纯石英粉 200目 3
氧化铝粉 D50≤4μm 8
b、金属可燃物和外加剂：
规格 与a相比的重量百分含量
金属硅粉 325目 8％
金属铝粉 325目 12％
CaCl2 0.8％
将a、b材料充分混和后制成硅质焊接材料，用适合的焊接装置和焊枪，将混合物喷射到需要修理的区域。焊接材料选择使用氧气流正压输送。焊接材料射向熔炉受损部位，在氧气与炉内温度作用下，金属颗粒发生放热反应形成高温区，基础材料和莫来石砖表面迅速软化熔融，两者非常紧密地结合在一起，熔化的物质将孔洞、接面、缝隙填满，并在热修理表面持续进行，直至窑炉受损部位完全修复。
Claims (8)
1.一种不停窑修复窑炉受损部位，实现窑炉高效修复、节能降耗的方法，即：选择与待修补部位相同或相近的材料作基础材料，选择性加入占基础材料重量10-22％的金属可燃微颗粒，如铝、镁、硅、锆等，以及占基础材料重量百分比不高于2％的助熔剂，如常见的工业氯化物，将上述物料混和制成陶瓷焊接材料，在氧气输送下，向窑炉待修补部位喷射，可燃微颗粒与氧气反应释放大量热能，基础材料和待修补的耐火工作层表面迅速软化熔融，从而使焊接材料与待修补处耐火材料非常紧密地结合在一起，熔化的物质将孔洞、接面、缝隙填满，完成窑炉修复任务。
2.根据权利要求1，所述陶瓷焊接材料包括硅质陶瓷焊接材料，其组成为：
基础材料：重量百分含量为73-86％，粒度为0.088mm-2mm的熔融石英颗粒料和重量百分含量为14-27％，小于0.088mm的熔融石英粉，其中熔融石英可由高纯石英替代的重量百分含量不超过10％。
金属粉末：占基础材料重量百分含量10-18％的金属粉体(Si和Al的混和粉体)，要求粉体粒径为325目以细，优选方案为，含4-6％的金属铝粉和6-12％的金属硅粉的混和粉体。
外加剂：占基础材料重量百分比含量不高于2％的氯化物，如NaCl、KCl、CaCl2等中的一种或多种。
3.根据权利要求1，所述陶瓷焊接材料包括锆英石质陶瓷焊接材料，其组成为：
基础材料：混和料中最大颗粒粒径不超过2mm，其中，0.088mm-2mm的颗粒料所占重量百分含量为85-90％，包括70-80％的锆英砂，0-15％的锆刚玉骨料；粉体粒径小于0.088mm，是重量百分含量为10-15％的锆英石粉。
金属粉末：占基础材料重量百分含量14-22％的金属粉体，可选择Al或Al和Zr的混和粉体，综合性价比选择Al粉更佳，要求粉体粒径为325目以细。
外加剂：占基础材料重量百分比含量不高于2％的氯化物，如NaCl、KCl、CaCl2等中的一种或多种。
4.根据权利要求1，所述陶瓷焊接材料包括锆刚玉质陶瓷焊接材料，其组成为：
基础材料：混和料中最大颗粒粒径不超过2mm，其中，0.088mm-2mm的颗粒料所占重量百分含量为78-88％，包括：40-50％的锆刚玉，12-18％的刚玉(电熔白刚玉或棕刚玉、板状刚玉、亚白刚玉、致密刚玉等)，15-20％的锆英石，4-8％的熔融石英；小于0.088mm的粉体重量百分含量为12-22％，包括：4-8％的氧化铝粉，6-10％的锆刚玉或锆英石粉，2-4％的石英粉。
金属粉末：占基础材料重量百分含量10-22％的金属粉体，可选择Al、Si、Zr中的两种或多种，其中至少包括10％的Al，要求粉体粒径为325目以细。
外加剂：占基础材料重量百分比含量不高于2％的氯化物，如NaCl、KCl、CaCl2等中的一种或多种。
5.根据权利要求1，所述陶瓷焊接材料包括莫来石质陶瓷焊接材料，其组成为：
基础材料：颗粒最大粒径以不超过2mm为最佳。0.088mm-2mm颗粒料占基础材料重量百分含量为70-80％，小于0.088mm的粉体占基础材料重量百分含量为20-30％。主要为莫来石材料，可以包含重量百分含量占3-5％的石英粉和8-12％的氧化铝粉。
金属粉末：粒径在325目以细的金属铝和金属硅的混和粉体，其中，金属铝粉占基础材料重量百分含量为10-17％，金属硅粉占基础材料重量百分含量不高于5％。
外加剂：占基础材料重量百分比含量不高于2％的氯化物，如NaCl、KCl、CaCl2等中的一种或多种。
6.根据权利要求1，所述陶瓷焊接材料包括刚玉质陶瓷焊接材料，其组成为：基础材料：混和料中最大颗粒粒径不超过2mm，其中，0.088mm-2mm的颗粒料所占重量百分含量为78-88％，刚玉可以为电熔白刚玉、板状刚玉、致密刚玉、亚白刚玉、棕刚玉等；小于0.088mm的粉体所占重量百分含量为12-22％，包括4-8％的氧化铝粉和8-14％的刚玉粉。
金属粉末：占基础材料重量百分含量10-22％的金属铝粉，要求粉体粒径为325目以细。
外加剂：占基础材料重量百分比含量不高于2％的氯化物，如NaCl、KCl、CaCl2等中的一种或多种。
7.根据权利要求1，所述陶瓷焊接材料包括尖晶石质陶瓷焊接材料，其组成为：
基础材料：混和料中最大颗粒粒径不超过2mm，其中，0.088mm-2mm的颗粒料所占重量百分含量为78-88％，包括：40-90％的预合成尖晶石，0-30％的刚玉(电熔白刚玉或棕刚玉、板状刚玉、亚白刚玉、致密刚玉等)，0-8％的镁砂；小于0.088mm的粉体重量百分含量为12-22％，包括：0-8％的氧化铝粉，8-22％的预合成尖晶石粉，0-3％的氧化镁粉体。
金属粉末：占基础材料重量百分含量10-22％的金属铝粉或铝、镁混和粉体，其中，铝粉含量不低于10％，要求粉体粒径为325目以细。
外加剂：占基础材料重量百分比含量不高于2％的氯化物，如NaCl、KCl、CaCl2等中的一种或多种。
8.根据权利要求1，所述陶瓷焊接材料，基本上没有粒径大于2mm的颗粒。
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