CN1021484C - 耐火材料衬体的修理方法及设备 - Google Patents

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Abstract

一种通过向耐火材料衬体喷射可燃粉粒来修理该衬体(例如炉衬)的方法及其设备，其特征是：富氧气体在压力作用下进入吸入区在该区内，富氧气体产生抽吸作用，以便将可燃粉粒和已先将可燃粉粒引入其中的其他气体吸入，因而，就可以把可燃粉粒高速输送到富氧气体中去并且进而安全地输送到修理位置。

Description

本发明涉及一种耐火材料衬体的修理方法，该方法包括：向该衬体喷射由富氧载运气体所携带的可燃粉粒，使可燃粉粒在邻近该衬体的反应区内发生氧化，从而产生修整该衬体或在其上形成耐火焊接物质所需要的热量。
本发明还涉及用来实现该方法所使用的设备。
所述方法可以是通常的陶瓷焊接，即把耐火材料涂敷在某一耐火材料衬底上形成涂层，或者填充在该衬底结构的孔或裂缝中。此方法还可以是通常所称的陶瓷修整，即块状或其它形状的陶瓷通过切割来成形或进行清理。
陶瓷焊接是本发明的一种最重要的工艺方法，它广泛地用于炉衬的现场修补，具有能在很高的炉衬温度下形成牢固的耐火材料涂层的优点。因此，根据炉子型式和需要进行修补部位在炉内所处位置的不同，可以不停止炉子工作或短暂停止炉子工作的情况下完成修补工作。
用陶瓷焊接来形成耐火物质的工艺方法已成为近20年来许多 科学研究和开发工作的主题，这些研究与开发工作的目的在于使所形成的耐火材料涂层达到更高的质量和稳定性，并且还可将该焊接工艺用于多种不同成分耐火材料的焊接，使它与日益增加的工作参数变化相适应。
认识到利用平均颗粒尺寸十分微小的可氧化粉粒的重要性是一个意义重大的发现，预示着一种在工业上可行的陶瓷焊接方法的诞生。以该发现为基础的方法已居英国专利1，330，894中公开。
在有关的研究和开发工作中，已部分地涉及向气流连续供给焊接粉粒的问题，在所要求的某一供给速度下，要达到粉粒稳定而可靠的供给，存在着各种问题。目前，为解决这些问题的各种装置已被推荐使用，例如，可参看英国专利2173715和2103959。
输送非常细小而又容易氧化的粉粒（例如经常作为陶瓷焊接或修整用固体燃料组分使用的硅粉或铝粉）常常会带来某些危险，例如由于粉粒输送管中的摩擦而产生的局部受热或放电会引起过早引燃或爆炸。
在陶瓷修理工艺中，常常需要快速操作，礻要求在反应区粉粒供给速度高，氧气的浓度大，然而随着粉粒供给速度提高及氧气浓度的增加，发生上述危险的倾向就越大，当易氧化粉粒直接进入富氧气流的供料速度提高到某一数值时，就可能产生特别危险的情况。此是，城易氧化粉粒与富氧气流相遇处，就可能由于机械力的作用而产生过早引燃。
因此，把陶瓷修理方法所用的粉粒供给系统，设计成能减少粉粒从料库输送到吸和气流处发生这类事故的危险，这一点是很重要的。
为了减少事故危险，已有人建议在把粉粒从料库输送到焊枪的过程中，避免使用富氧气体做运载气体，而是通过一个单独的供料管向焊枪供应氧气（参看英国专利2035524及2180047）。在这些建议中，空气和/或不活泼气体被用来吸入来自料库的粉粒。所述建议的缺点是：对于某一给定的粉粒供给速率而言，用来吸入来自料库的粉粒的气体的体积流量越大，反应芡的氧气浓度就越低。因此，采用所建议的这类供给系统，不能达到较高粉粒供给速度和快速形成耐火附着层所要求的体积流量。在炉子修理过程中，减少完成全部修理工作的需要的时间是一项重要的要求，而使用前面所建议的供给系统时，是不能满足这项要求的。
本发明的目的在于：提供一种粉粒供给系统，该系统能可靠而稳定地控制进入所用的运载气流的粉粒，从而可以在单位时间内把大量易氧化粉粒输送到富氧气流中而不会或者很少发生过早引燃的危险。
本发明还提供一种耐火材料衬体的修理方法，该方法包括：向该衬体喷射由富氧气体携带的可燃粉粒，使可燃粉粒在邻近该衬体的反应区内发生氧化而产生修整该衬体或在其上形成耐火焊接物质所需要的热量，该方法的特征在于：把可燃粉粒引入第一气体中，而富氧的第二气体在气压作用下通过吸入区并在该区内产生抽吸作用， 使可燃粉粒和第一气体流被抽往吸入区，于是，被导入的可燃粉粒，第一气体与第二气体一起被运送到反应区。
我们发现，采用本发明所述的粉粒引入系统，能使可燃粉粒高速输送到富氧运载气流中而又减少上述各种输送系统中所存在的危险。
本发明能够非常有效地使高速操作和高度安全这两个要求同时得到满足。采用先将可燃粉粒引入第一气体中，然后再将它引入到富氧的第二气体中的方法，就可以使大量的可燃粉粒吸入富氧载气流中。此外，该吸入速度是稳定的，这样，就减少了由于粉粒供应量的不稳定所引起的各种问题，而这种不稳定供应在输送自由流动的固态粉粒时，总是要发生的，这还意味着，可燃载气在整个操作期间均可引入，以便增加对粉粒的携带量，从而可以增加耐火物质在所需表面上的附着量。同时，由于可燃粉粒与第一气体相接触，也就大大减小了递燃或过早引燃的危险。
本发明也避免了高速粉粒与氧分子的直接碰撞，这是改善本工艺方法和装置的安全性的另一个原因。似乎一开始所输入的第一气体就在高速流动的富氧的第二气体和输出导管壁之间形成一个气体的屏障，这样在向反应区流动的过程中，输入粉粒和第一气体一起逐渐与第二气体汇合，逐渐增加与第二气体的接触，从而减小了引燃的危险。
与前面所提议的相对不活泼的气体输送粉粒的方法相比较，本 发明使用富氧气体输送粉粒可以使不活泼气体的相对容积减到最小。因此就可以将粉粒与富氧气体的高效混合物传送到修理位置。
本发明之所以能成功地达到预期目的，其原因可能是由于第一气体在粉粒的表面形成了一层气体复盖层，它也可以被认为是一种包在粉粒表面的润滑剂。于是能保证粉粒在与富氧吸气流相接触时，可以避免由于彼此碰撞或与设备的侧面相碰撞而产生的有害的摩擦或研磨作用，而这些摩擦作用将能导致引起过早引燃的局部受热或放电作用的发生。
不仅在较高的比供给速率（也就是说粉粒和载气具有很高的供给速度）的情况下，本发明的优点十分显著，而且在比供给速率较低的情况下，本发明也可以得到有益的效果。在各种不同直径的供应管路中，都可以得到高的比供给速率。
为了便于操作，例如在陶瓷焊接中，通常也最好将耐火材料粉粒送到第一气体中，这样耐火材料粉粒同样也先与第一气体相接触，然后再被抽往吸入区。
使第一气体的流动速度尽可能降低到与所要求的粉粒供给速度相适应是有利的。这将有利于将粉粒和第一气体导入而不是迫使它们进入富氧气体中。保持第一气体对粉粒的比例不足以使粉粒在第一气体中发生流态化是十分重要的。达到所要求的这种流动速率比的最佳方法之一是将第一气体和粉粒流向下导入吸入区，因而可利用重力的作用来使粉粒获得高速流动。
有助于使粉粒导入而不是强迫进入富氧气体的另一个优先选用的方法是保证第一气体的压力不大于大气压力。
迫使富氧气体进入吸入区的装置最好是一个喷嘴，它的位置最好与吸入区的富氧的第二气体、第一气体及粉粒的混合气流出口对准。这样就可使第二气体高速度通过吸入区，从而增强它的抽吸作用。富氧气体的通过吸入区时，其流动方向应根据能增强对第一气体的在粉粒的抽吸作用的要求来选择，最好选用基本上水平方向。
这里所用的与抽吸气体有关的术语“富氧”气体是指比空气的含氧量大的某种气体。一般说来，它至少含氧60%（体积百分比），最好是含氧量在75%（体积百分比）以上。在满足相应的安全特性要求的条件下，使用基本上是纯氧的气体作为富氧气体是方便易行的，因为它可以使到达反应区的气体含氧量的比例很高。
被喷射的富氧气体的压力最好是在1.0-10.0巴范围内。
虽然向富氧气体内加和粉粒及第一气体是在吸入区内进行的，但是不同气体和粉粒的充分混合并不需要在此处完成。这些不同成分的组元之间的充分混合常常是在从吸入区到反应区的导管中继续进行，最后向反应区供应充分混合的组元。
第一气体最好是不活泼气体或者比比较不活泼的气体，也就是说，第一气体中氧的体积含量不应超过18%，这些不活泼气体一般是氮气，二氧化碳或者它们与其它气体的混合物。最常用的是空气与氮气的混合物，因为这些气体是作为与粉粒首先接触的第一气体，因 此，在此处不活泼气体或比较不活泼的气体的存在，就可以保证防止在吸入区上游过早引燃，但是这些不活泼或比较不活泼的气体也会使达到反应区的载气中含氧量减少，因而不应使第一气体和富氧的第二气体中氧气的总含量降低到为保证反应区内产生有效燃烧所必需的最低含氧量。同样，一次气体的存在还可以防止新吸入的粉粒与容器壁相碰撞而引起在这些位置局部生热或放电，因而不会产生危险。
根据燃烧的需要以及在混合处为达到所要求的抽吸作用而必须保持的有关气体的体积和流速的需要，可以把各种其它的附加气体加到这种气体中去。还可以使已经这样混合的气流在混合处下游添加氧气而更加富氧。这种添加有利于在各种修理条件下给出较大的调节能力。实际上这是将一次气体用于粉粒的一种改进。只要在供给系统上游部分有适当的安全措施，考虑使用富氧气体作为第一气体也是可能的。
本发明还提供适用于完成上述方法所用的设备，也就是用于修理耐火材料衬体的设备，该设备包括：用来向衬体喷射由富氧载气携带的可燃粉粒，使可燃粉粒在邻近该衬体的反应区内氧化，从而产生为修整该衬体或在其表面形成耐火焊接物质所需热量的各种装置。该设备的特征在于：它包括一个把可燃粉粒送入第一气体中去的引导区;一个由富氧的第二气体输入装置组成的吸入区，该引导区包括至少一个孔和一个或多个第一气体的入口，可燃粉粒可通过所述的 一个或多个孔进入该引导区;在该区内，第二气体产生一种抽吸作用，把可燃粉粒和第一气体流引入该吸入区，并使已被引入的可燃粉粒和一次气体与第二气体一起通过一个导管流向所述反应区。
本装置最好带有一个接收粉粒的漏斗和将粉粒运送到引导区并从

Claims (35)

1、一种耐火材料衬体的修理方法，该方法包括：向该衬体射由富氧载运气体所携带的可燃粉粒，使可燃粉粒在邻近该衬体的反应区内发生氧化，从而产生为修整该衬体或在其上形成耐火焊接物质所需要的热量，其特征在于：把可燃粉粒引入到第一气体中，而富氧的第二气体在气压作用下通过吸入区，并在该区内产生抽吸作用，将可燃粉粒和第一气体抽往吸入区中，于是被导入的可燃粉粒和第一气体与所述第二气体一起被运送到所述反应区。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：耐火材料粉粒也被引入到第一气体中，因而耐火材料粉粒和可燃粉粒连同所述被导入的第一气体流一起被运送到吸入区。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第一气体的流动速度基本不大于粉粒供给速率所要求的速度。
4、根据前述各项权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于：第一气体的导入气流被向下导入吸入区。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第一气体的压力不大于大气压力。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第一气体的含氧量为0-18%（体积百分比）。
7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：至少有一部分第一气体是氮气。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于：第一气体是氮气和空气的混合物。
9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二富氧气体中的含氧量应大于60%（体积百分比）。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述富氧第二气体中的含氧量大于75%（体积百分比）。
11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述富氧第二气体基本上是纯氧。
12、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述富氧的第二气体通过吸入区的流动方向基本上是水平方向。
13、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：送入吸入区的所述富氧的第二气体的压力范围为1.0-10.0巴。
14、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述富氧的第二气体是通过一个喷嘴引到吸入区的。
15、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：从吸入区的下游引入添加的氧气或富氧气体。
16、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：漏斗中的粉粒处于正压力作用下。
17、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：粉粒和第一气体由一个或多个导向件引到吸入区。
18、一种可用于修理耐火材料衬体的设备，该设备包括多种装置，它们用来向该衬体喷射由富氧载气所携带的可燃粉粒，使可燃粉粒在邻近该衬体的反应区内发生氧化，从而产生修整该衬体或在其上形成耐火焊接物质所需要热量，其特征在于：该设备包括一个粉粒漏斗;一个把可燃粉粒送入第一气体中去的引导区，该引导区包括至少一个孔和一个或多个第一气体的入口，可燃粉粒可通过所述的一个或多个孔进入该引导区;一个由第二气体的富氧的第二气体输入装置组成的吸入区，该第二气体产生一种抽吸作用，将可燃粉粒和第一气体抽往该吸入区，并使已被引入的可燃粉粒和第一气体与所述第二气体一起通过一个导管流向反应区。
19、根据权利要求18所述的设备，其特征在于：漏斗上装有气体密封装置。
20、根据权利要求18所述的设备，其特征在于：该设备包括一台把粉粒送到引导区的输送机。
21、根据权利要求20所述的设备，其特征在于：该输送机是一台螺旋输送机。
22、根据权利要求21所述的设备，其特征在于：该螺旋输送机装有一个粉粒进口和一个粉粒出口，进口和出口相互隔开足够的距离，以便形成一个基本均匀的粉粒流入引导区。
23、根据权利要求20所述的设备，其特征在于：输送机是由一台变速电机驱动的。
24、根据权利要求18所述的设备，其特征在于：引导区位于吸入区的上方。
25、根据权利要求24所述的设备，其特征在于：引导区是一个垂直的圆柱形容器，该容器的最底部形成吸入区。
26、根据权利要求25所述的设备，其特征在于：可让可燃粉粒通过而进入引导区的一个或多个孔位于吸入区上方的容器侧壁上。
27、根据权利要求18的设备，其特征在于：所说的一个或多个第一气体的入口设在所述容器的顶部或顶部附近。
28、根据权利要求18所述的设备，其特征在于：在引导区中装有一个导向件，用来把粉粒和第一气体引向吸入区。
29、根据权利要求18所述的设备，其特征在于：富氧的第二气体的输入装置是一个喷嘴。
30、根据权利要求18所述的设备，其特征在于：富氧的第二气体的输入装置基本上对准水平方向。
31、根据权利要求18所述的设备，其特征在于：富氧的第二气体的输入装置对准从吸入区通向反应区的导管的上游端。
32、根据权利要求18所述的设备，其特征在于：引导区装有一个安全爆破片。
33、根据权利要求18所述的设备，其特征在于：通向反应区的导管包括一个扩张部分。
34、根据权利要求18所述的设备，其特征在于：引导区中有一个通向大气的开口。
35、根据权利要求18所述的设备，其特征在于：在从吸入区通向反应区的导管中开有若干个添加气体的入口。
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