[发明专利]形成耐火材料的方法及其用于形成该耐火材料的颗粒混合物

说明书

本发明涉及一种在某表面形成粘附耐火材料的方法。该方法是将耐火材料颗粒和燃料的混和物与氧气一起喷射到某表面上，其中的燃料和氧气发生放热反应，所放出的热量足以至少使耐火材料颗粒表面熔化从而形成耐火材料。本发明还涉及一种用于在某表面形成粘附耐火材料的颗粒混合物，它是用于和氧气一起被喷射到某表面上，该混合物包括耐火材料颗粒和燃料颗粒，其中的燃料颗粒能和氧气发生放热反应，所放出的热量足以至少使耐火材料颗粒表面熔化从而形成上述耐火材料。

若想现场在某表面上形成耐火物，在两种已知方法中有一种选择。

第一种方法有时称之为“陶瓷熔接”，正如英国专利1330894（Glaverbel）和公开号为GB2170191A（Glaverbel）英国专利申请所详述的，是通过向某表面上喷射耐火材料颗粒和燃料颗粒的混合物及氧气从而形成粘附耐火材料的方法。所用的燃料颗粒的组成和颗粒分布都是为了能与氧气发生放热反应导致形成耐火难熔氧化物并且释放出至少能使所喷的耐火颗粒表面产生熔化所需的热量。这些燃料的例子包括铝和硅。由于硅的性质很象某些金属可以经过一次强烈的放热氧化反应生成耐火氧化物，虽然我们可以考虑把硅看作半金属，合适的是把这些燃料元素称作金属。一般情况下人们建议在高浓度氧气存在下喷射颗粒，例如使用商品级氧气作为载气，这样就可以将被喷射的颗粒粘附在表面上形成耐火材料。陶瓷熔接火焰的温度很高，因而能够剥落耐火材料表面的任何渣粒并处理和软化或熔化该表面，因此使被处理的表面和新形成的耐火材料之间形成良好的结合。

这些已知的陶瓷熔接方法可以用于制造耐火构件，如异形砖，但多数情况用于耐火砖或墙壁的修补或涂层，特别是用于修补或增强现有的耐火结构，如用于玻璃熔炉、炼焦炉或冶金工业用耐火设备的墙壁修补或墙壁涂层。当基底耐火材料处于热态时，该方法十分有效，甚至在某些情况下可以在不中断正常操作情况下有效地进行修补或增强。

很明显，陶瓷熔接工艺的良好工作效果要求燃料颗粒和氧气反应所放出热量的迅速、完全释放。换句话就是，理想的是所有燃料颗粒在到达被喷射表面之前已经充分燃烧。另外高成本的适用金属燃料颗粒有助于陶瓷焊机达到最大效果，也就是说这些燃料的燃烧尽可能完全，没有一点未燃尽的燃料残余留在所形成的耐火材料中。

第二种现场在某表面形成耐火材料的已知方法是火焰喷射法。该法是将火焰对准要形成耐火材料的地方并喷射耐火材料颗粒穿过火焰。火焰可以由气体或液体燃料，也可以由粉状焦炭产生。很明显，火焰喷射技术的有效操作要求燃料完全燃烧使火焰尽可能热并且达到最大输出效果。一般情况火焰喷射工艺的火焰温度没有陶瓷熔接技术的温度高，所以形成的耐火材料的粘附力不那么大，由于新耐火材料与耐火材料基底表面之间的结合是在较低温度下形成的，故此结合不怎么牢固。此火焰也不能象陶瓷熔接工艺中的火焰那样穿透被处理耐火材料表面的任何渣粒。

上面所述的陶瓷熔接和火焰喷射适用于各种传统耐火材料，如碱性、硅质、硅铝质和锆质的表面覆盖或墙壁修补或涂层。

目前，一种新型耐火材料的使用日益广泛，这类材料的特征在于含有大量碳颗粒。这些含碳耐火材料通常是以氧化镁或氧化铝为基，含有5%～30%，甚至35%（重量）的碳。这类含碳耐火材料被用于工业电熔炉，或炼钢厂的转炉和铸造钢包中。它们对于由熔融金属和矿渣引起的熔蚀和腐蚀作用具有较高的抵抗力。

在对耐火结构进行表面覆盖或重修表面时，要求形成的耐火材料涂层比基底材料具有更高的抗熔蚀和腐蚀能力。特别是对象铸造钢包水口这类易受熔融物料影响的耐火结构部件。然而，更普遍的是，在修补耐火结构时，最好形成的耐火材料与基底耐火材料的组成相同。因为这样有助于保证新材料和基底材料在化学组成和膨胀性能方面相匹配。如果新旧材料间在化学或物理上不相容，那么它们的结合就会较差，覆盖或修补的部分就会剥落。因此要求形成一种粘附、密实（即无孔）耐火材料，该耐火材料与前面提到的碳质耐火材料的组成极为接近并且能和所给定的耐火材料表面形成良好粘接。

如果要形成含碳耐火物，似乎必须在不太高温度、非氧化或极弱氧化条件下完成。那么前面曾提到的火焰喷射技术似乎比较合适，即在氧气量不足以使焦炭完全燃烧条件下喷射焦炭和耐火材料颗粒的混合物。另一种可供选择的方法是采用一种具有所需组成的膏体并将其一起烧结。我们惊奇地发现采用陶瓷熔接工艺将耐火材料和燃料颗粒在强氧化条件下喷射并产生高温火焰也能形成含碳耐火材料。之所以感到惊奇是因为按正常想象，当喷射混合物中同时存在碳颗粒和金属燃料颗粒时，会致使碳颗粒被较早氧化并消失而燃料颗粒的氧化受到妨碍。