CN1031130C - 陶瓷熔接方法及用于此种方法的喷枪 - Google Patents

Abstract

将耐火材料颗粒与燃料颗粒组成的能氧化形成耐高温氧化物之陶瓷熔接粉料，经一或多束其外覆以一层气体之运载气体流喷射到待修补部位表面上的一种方法。所用的喷枪有输送上述粉料之出口以及输送气体的一个或一批出口，喷枪一般由配置在其上面的水套经循环水冷却。

Description

陶瓷熔接方法及用于此种方法的喷枪

本发明涉及陶瓷熔接方法及适用于此种方法的喷枪。

已有陶瓷熔接方法在Glaverbel的英国专利1330894与2170191中已描述。

陶瓷熔接特别适用于在炉或其它耐高温设备的耐火壁上，现场形成耐火物质以对此壁进行热修补。最好是在壁基本上处于其正常工作温度下施行陶瓷熔接。陶瓷熔接特别适用于修补或增强下述设备的壁或壁衬：玻璃熔炉、炼焦炉、水泥窑或石化工业用的炉窑，或是黑色金属或有色金属冶金用的耐火设备。而且，这种修补往往能在炉作业期间进行，例如修补玻璃熔炉的上层结构；或是在耐火制品的正常工作周期内进行，例如钢水浇注包常能在浇注与再加料的正常间隔内修补。这样的方法也可用来制造耐火部件，例如形成其它耐火材料衬底的表面层。

在实施此种陶瓷熔接方法时，将耐火材料颗粒与燃料颗粒的混合物(陶瓷熔接粉料”)沿着一喂料道，从粉料储备点运往一喷枪处，经喷枪将粉料喷射到目标面。随此种陶瓷熔接粉料脱离喷枪出口的运载气体，可以是一种纯净的(工业级)氧气，或也可含有相当一部分惰性气体(如氮气)，或者实际上是某些其它气体。但无论如何，那种随陶瓷熔接粉料离开喷枪出口的运载气体，至少要含有足以使上述燃料粒能基本上完全燃烧的充足氧气。将熔接粉料从喂料储存处引入其中的气流没有必要具有与离开喷枪出口的运载气体具有相同的成分。运载气体中所需的一部分或实际上是全部的氧气，可以在粉料引入点与喷枪出口之间一个或多个位置处引入喂料道中。所用的燃料基本上是由能通过放热氧化来形成耐火氧化物产物的粒状料组成。合适的燃料实例是硅、铝、镁、锆与铬。这类金属燃料可以单独或复合使用，将此种燃料燃烧，由燃烧释放出的热来熔化耐高温料粒的至少是其表面部分，使得形成一种强粘附性的耐高温熔接物质，其能良好地粘附到目标面上。

一般是这样地来选择陶瓷熔接粉料，使得所形成的熔接沉积物具有与目标面层可能相同的化学组成。这有助于减少在修补熔接料与修复耐火材料间的界面处因炉温周期性变化而造成的热震。这样地来选择熔接粉料还能确保修补入的熔接物质有足够高的耐高温质量。自然也知道应选择这样的陶资熔接粉料来形成修补部分或衬里，使它的质量高于在其上施行熔接的耐火材料的质量。

当由陶瓷熔接来形成耐高温物质时，在熔接物质中可能会引入一定量的气孔。这种气孔的多寡部分取决于熔接操作人员的技术以及实施这种熔接作业的条件。这种气孔有可能在允许限度之内，事实上在某些情形下还可能是有利的，因为高程度的气孔率有助于绝热。但是，在耐火材料经受特别严重侵蚀作用的炉部位，特别是熔炉中的含有熔融材料具有侵蚀和腐蚀作用时，过量的气泡是不能接受的。在一定的耐火材料部件上所能接受的气孔率，取决于此种材料固有的耐火性能以及它在使用中所经受的条件。

本发明是研究在极其可能受到强侵蚀设备的那些部位上形成耐高温衬里或进行修复所获得的结果。这种侵蚀具体说来可能起因于机械的或热机械性磨损，或起因于液相或气相对形成炉壁的材料的侵蚀，或可能起因于这些效果相结合的结果。

需要对这种强侵蚀倾向有良好抵抗性的一个实例，是在玻璃熔炉的领域中。玻璃熔炉池砖在玻璃液的池表面位置，其内表面提供了耐火材料表面经受极强侵蚀作用的一个具体实例。在这一位置，池砖表面会迅速侵蚀到这样的程度；此类砖的一半厚度可能会很容易地或较迅速地被侵蚀掉。此种侵蚀因技术词汇是”液面线侵蚀”而为人所知。池砖处于很高的温度下，例如炉的熔化区与澄清区的池砖其通常由含有高比例锆的耐火材料的高级耐火材料制成。但即使如此，这样的池砖也必须进行连续和严格的冷却以减少侵蚀。

另一些经受特别严重侵蚀风险的耐火材料的实例是，用于熔融金属制造过程或输运过程的浇注口与盛液包，例如在钢铁工业中所用的鱼雷形铁水包、铜的冶炼炉与精炼炉、制钢或有色金属工业中所用的转炉或吹炉，在此还可以举出水泥窑。

本发明的主要目的在于提供一种新颖的陶瓷熔接方法，使抗腐蚀与抗侵蚀性能良好的高质量耐火物质的形成简化。

在根据本发明提出的一种陶瓷熔接方法中，陶瓷熔接粉料乃是耐火材料颗粒的混合物，燃料颗粒能被氧化形成耐火氧化物，这样的一种陶瓷熔接粉料是在一束或多束运载气体流中喷射到某表面上，而这种运载气体则含有至少足以使粒状燃料基本上完全燃烧的氧气，由此可释出充分的热，使得喷射出的耐火材料颗粒至少是其表面被熔化，而在燃料颗粒被氧化的热的作用下，让陶瓷熔接物质形成于该表面上，这种方法的特征在于：至少有另一种气体流喷射到上述表面上，得以形成一层环绕所说运载气体流的，基本上是连续到气体帘。

非常惊奇的是，按上述方式吹送另一种气体会产生有利的影响，与先有的方法相比，它确能更容易和更一致地形成高质量的陶瓷熔接部位。这一部位具有良好的抗腐蚀与抗侵蚀性。通过本发明的方法来获得高质量的熔接，要比只省去这种气体帘而其余一切均相似的那种方法所进行的熔接，趋向于具有更低的气孔率。

至于为什么可获得这种有利的效果，原因尚不清楚。一种可能是，此种气体帘使陶瓷熔接反应区与其周围炉的气氛隔绝开，防止了这种气氛对这类反应的任何不利影响，在此反应区保持了一致的工作条件。另一种可能是，此种气体帘可能具有一种淬冷效应，降低刚刚形成的仍呈软性的耐火材料沉淀物的温度，这样能促进此种熔合材料发生有利的冷却与结晶。这一结果随之又减小了气体可能溶解于初始的陶瓷熔接物质中的倾向，同时，这种陶瓷熔接物质则至少部分地熔融形成气孔，且使得任何这种形成于熔接部位的气孔具有较小的尺寸，因而较少带来麻烦。但是，这种理论与现有技术所接受的见解相反，后者不希望发生快速的冷却，以免由于熔接喷枪连续经过目标表面而沉积的物料在界面层上因不均匀性而分层。

本发明的方法还有这样的奇异之处：即由于难以控制工作条件，一般总认为，围绕运载气体流因而围绕发生陶瓷熔接反应区域和围绕形成陶瓷熔接沉积物的区域的气体帘喷射，会干扰导致这种熔接形成的热反应。但实际上却观察到相反的情形，气体帘喷射能提供一个辅助参数来控制在上述反应区中起作用的因素，使它们在实施本发明方法的过程中得以形成耐火物质。这一结果提供了起到评价放热反应的辅助控制参数，由此对耐火熔接物质的形成控制得以改善。

业已观察到，此种气体帘能够减弱周围环境对该反应区的影响。这一反应区由此得以较好地避免有可能存在于周围气氛中的湍流的影响。例如，在一般情形下，当在炉运行期间采用本发明的方法时，就可使这一反应区较为不易受至作业位置附近诸如来自燃烧器开或关的干扰。

这种气体帘也能容易地限制该反应区中的粒状混合物，使此种陶瓷熔接反应能够集中与强化，由此而能形成高质量的耐火物质。这种气体帘有助于把喷射的耐火材料与燃料燃烧产物限制在该反应区中，使它们能容易进入到所形成的熔接物质中。将这类燃烧产物引进到所形成的耐火物质中，在陶瓷熔接过程中并无不利影响，因为这些产物本身就是耐火氧化物。

这种气体帘可以从环绕粉料排出口的成圈排列的大量出口喷射出。自然，这些出口的相互间隔要很近，以便生成一种基本上连续的气体帘。但最好，这种气体帘应喷射成一种环形状。利用连续的环形出口喷射成环形帘状气流能提高气体帘的效率，还能简化用来实施本发明方法的设备的结构。这样，围绕着运载气体流便形成了一层保护套，而能阻止物料，特别是阻止各种气体，从周围的气氛中吸入到含有氧化气体与粒状混合物的运载气流中。于是，此整个放热反应区及在其有氧化运载气体的混合物料喷射区都能与周围环境隔绝，而得以防止引入的干扰放热反应的任何外来因素，从而也就能更好地控制此放热效应。

为了能围绕运载气体和它所夹带的粒状料形成最有效的气体帘，这种帘式气体应从一个或多个出口喷出，这类出口与运载气体出口分隔开，但各出口之间不要相距太宽。最佳的间距主要取决于运载气体出口的尺寸。

本发明的某些最佳实施例主要用于小规模或中等规模的修补，或用在需作较大修补但修补所需时间不太苛刻的情形，颗粒料则是用具有直径在8mm与25mm之间的单一运载气体出口的喷枪喷射。因此，这样出口的横截面积是在50至500mm²之间。此种喷枪适用于按30～300kg/h的速率喷射陶瓷熔接粉料。在某些个这样的最佳实施例中，即运载气体是从截面积在50～500mm²的出口喷出时，所说的气体帘则是从一个或多个与该运载气体出口相距5～20mm的出口喷射出。

本发明的其它最佳实施例则是主要用于必须在短时间内进行大规模有效修补的情形，而颗粒料则是从具有横截面积在300与2300mm²之间的运载气体出口的喷枪喷射。这样的喷枪适用于在高达1000kg/h，甚至更高的速率下喷射陶瓷熔接粉料。在运载气体是从横截面积在300和2300mm²之间的出口喷射时的几个这样的优选实施例中，气体帘则是从一个或多个与运载气体出口相距10与30mm之间的出口喷射出。

在运载气体与帘式气体出口之间采用上述的某种间距范围，有助于在陶瓷熔接反应区与周围气氛之间形成一道界限分明的气障，同时由于保证了不同气流在其转向到目标面之前基本上仍处于分开状态，基本上避免了不同气流之间的干扰。

帘式气体的体积输出流量至少是运载气体体积输出流量的二分之一，这是有利的。采用这样的特征便于形成厚而有效的气体帘。这样的帘式气体的输出流量，(例如)至少可以是运载气体输出流量的三分之二，甚至可以高于运载气体的输出流量。

最好帘式气体的(正常压力下计算的)输出速度比运载气体输出速度的五分之一大，我们以每小时标准立方米(Nm³/h)来测量气体体积输出量，同时假定气流中的气压在该气流离开其出口的瞬间是正常的，据此由气体出口的横截面积和气体输出流量来计算气体的输出速度。选用这一特征，可以形成有效的气体帘。为了取得最佳结果，业已发现，帘式气体的这一输出速度(在正常压力下计算的)最好是运载气体的输出速度的五分之一至五分之三之间。采用这一特征，就会较少干扰运载气流的流动方式以及陶瓷熔接反应区中物料的流动方式。与不利用这一特点的情形相比，利用这一特征还能确保使从运载气体流至环境气氛的气体速度梯度恒定，已发现可能是由于运载气体流及其所夹带的物料粒较少受到冲淡，而提高了熔接质量。

在本发明的一些实施例中，上述气流是从一由循环液体流经其间致冷的喷枪输出。只需为此喷枪设置一水套便能达到制冷目的。此种水套可以环绕一中心管或输送运载气体和陶瓷熔接粉料而布置，而水套本身则又可为一用来输送帘式气体的环形通道环绕。此种水套易于构制成这样的厚度，使得运载气体出口与帘式气体出口之间能保持所需要的任何间距。或者也可采用一种将喷枪所有气体输送管均包围住的水套。在以上任何一种情形，一般说来，要想在炉基本上处于其工作温度时对之进行修补，则输出的帘式气体的温度应远低于炉中的环境温度，而且可以处于大致相似于运载气体的温度下。

上述做法与现有陶瓷熔接技术中的通常做法完全相反。在进行陶瓷熔接时关系到永久性的事项之一，是在形成耐火物质的过程中防止目标面上喷射冲击区的温度过低，例如由于对各种放热反应参数控制不当所造成的结果。太冷的冲击区(例如)会使放热反应瞬时中断。尤其是周知这样的温度太低时，会在所形成的耐火熔接物质中形成不规则的和无法控制的气孔率，使得这种耐火物质颇呈多孔性，几乎丧失了对磨损与侵蚀的抵抗性。要是此种耐火物质是由喷枪经几次喷射形成，这样的多孔性就尤为明显。

当上述冲击区移动到待处理表面的上方时，则至少有一部分数量上足以在此冲击区周围形成一有效屏障的这种较冷气体，会恰好在熔接材料喷射中击之前使待处理的表面趋于冷却，但在绝大多数熔接技术中，只要能取得合格的结果，上述工艺根本不予采纳。根据本发明的这一优选特征，将冷的气体帘喷射到冲击区周围的基底表面上会产生有利结果是完全令人惊奇的。这种一种气体喷射方式趋向于给冲击区以强烈的冷却效应，因而认为此种冷却导致形成一种对侵蚀几乎没有抵抗性的多孔物质。

但我们经实验观察到的却是完全出乎意料的结果，通过采用本发明所提供的用来控制放热反应的辅助参数，形成了要比用过去的陶瓷熔接方法所形成的物质更具耐侵蚀性的致密耐火物质，尤其是在采用冷却喷枪时更是如此。这一结果是非常奇特的，因为它与多年熟悉该领域内现有技术的人所抱有的观点相反。

所形成的耐火物质中的气孔率乃是测定其抗侵蚀性水平的一个至关重要的因素。多孔性本身会削弱耐火物质的结构。此种，气孔也为侵蚀介质提供了通道，使侵蚀介质能在耐火物质内部起作用，因而将使耐火物质更易被侵蚀。

还要考虑到另一种因素。显然，所喷射的耐火材料颗粒必须加热到至少是其表面熔化，以便形成均匀的熔接物质，而目标面也需高度加热，以在沉积物与目标面之间形成最佳结合。但要是在目标区此种温度过高，就会有使此种沉积物具有过大的流动性而难以保持应在有位置的风险。这种风险对于直立的或高悬的目标面自然就会更大。这样的风险愈大，在工作位置所发生的陶瓷熔接反应也愈激烈。但这一激烈反应则可能是为了实现下述目的所必不可少的：即为了维持陶瓷熔接反应，或是为了把目标面充分加热到得以在陶瓷熔接沉积物与目标面间形成良好的结合，尤其是在目标面的温度不是很高时更需要如下。这里，我们视此种温度(例如)约在700℃以下。为了仅在适当高温下进行作业，在水泥窑或化学反应罐之类的炉或窑中，可能会遇到这样的温度。实践中已观察到，较冷的气体帘喷射提供了一种控制冲击区温度的方法，这样能容易防止耐火，物质因冲击区的高温而在流态下形成。因而，这种情况也成为可能，即：能调节各种参数形成非常有效的放热反应，而为本方法提供可靠的操作同时能在前述沉积物与目标表面间形成良好的结合，即使此目标面不是处于很高的温度下也能如此，并且冷却冲击区以阻止耐火物质在流态下形成，这有利于获得均匀的熔接物质。

上述这种气流帘的冷却效应还能对熔合物质固化时结晶化有重大影响，而这一影响能提供很大好处，举例来说，二氧化硅与氧化铝的熔融混合物在允许其缓慢冷却时趋向于形成莫来石；另一面，倘或发生急冷，则氧化铝将作为刚玉结晶并保持在二氧化硅相中而不形成莫来石。这能提高形成的熔接物质的抗侵蚀性。

为了形成所需要气体帘，喷射各式各样气体，而气体的最佳选择将取决于环境。虽然采用二氧化碳或氮气来形成气体帘能获得好的结果，但本发明的一些最佳实施例提供的帘式气体则包括氧，例如可以采用空气，因为它廉价而广泛存在，但在应用工业的氧可能是优选的：这样的氧通常可以任何方式用来实行陶瓷熔接作业，而且它对于达到前述目的也更有效。如果气体帘包含氧，它就能在陶瓷熔接反应区的临边界区形成又一个氧源，这有助于所用燃料颗粒的完全燃烧。这促进了陶瓷熔接物质内部的均匀性，有时还能稍许减少燃烧颗粒在陶瓷熔接粉料中的比例。但应记住，运载气体本身也含有至少足以使燃料基本上完全燃烧的氧，因此，正如已谈及的，应用例如二氧化碳或氮气的气体基本上不存在可利用的氧，也确实给出了很好的结果。

事实上，在某些特殊环境中，应用这样一种气体可能是优选的。为了阻止氧向耐火材料扩散或为了其它目的，在某几类耐火材料中含有例如碳或硅的可氧化物质的颗粒，例如在炼钢工业中将含有高达10％(重量)的碳粒的碱性氧化镁耐火材料用于某些转炉中。要是到了必须对这一耐火材料进行修补时，应确保修补也含有一定比例的可氧化材料。一种陶瓷熔接技术能影响此种修补。这样一种技术构成了Glaverbel的英国专利2190671的主题。

这样，在本发明的某些最佳实施例中，输入到运载气体流中的颗粒料内就包含有一种可氧化的材料，此种材料本身将结合到熔接物质中，而帘式气流中则基本上不再有氧。采用这一特征能基本上防止有更多的氧裹入到在反应区中的初始熔接物质内，不论这种氧是来自气体帘还是来自环境气氛中，这样就可抑制此种可氧化材料的燃烧，使它自身留在沉积熔接物质中的量增加。

上述这种燃烧材料以包括铝、硅、镁、锆与铬中的一种或多种为有利。这些材料都能燃烧产生强热而形成耐火氧化物。这些材料可根据需要单独或混合使用。此外，亦可采用这些元素的合金。一种很容易又能很快燃烧的元素和一种较难燃烧的元素的合金能确保获得这些元素的一种紧密混合物，因而通过适当选择合金成分，就能达到按更符合所需速率来进行更稳定的反应。

最好让至少有50％(重量)的燃烧颗粒的粒度小50μm，而更好是使至少有90％(重量)燃烧颗粒的粒度小于50μm，例如平均粒度可小于15μm，而它们的最大粒度则小于100μm而最好是小于15μm。这样，燃烧颗粒会很容易地氧化，便于在小的空间内产生强的热能，并在耐火材料的颗粒间形成良好的熔接。这种燃料颗粒的小粒度还有助于它们的完全燃烧，也有助于所形成的物质均匀化。

这里所优先考虑的乃是形成具有极高耐火质量的陶瓷熔接物质，为此目的，最好是至少有较大部分(按重量计)喷射用的耐火材料颗粒，是由氧化铝和/或氧化锆，或是由氧化镁和/或氧化铝组成。

本发明包括根据本发明之方法所形成的一种陶瓷熔接物质，还包括专用于实施本方法的设备。

为此，本发明包括一种喷枪，此喷枪有一出口，用来将一种在运载气体之中的陶瓷熔接粉料沿着一输送路径通向表面以实施陶瓷熔合方法，此种喷枪的特征在于：它包括有输送气体用的一个第二种出口或一组第二种出口，此第二种单个或成组的出口的形状、布置方式和其相对于粉料出口的轴向与径向间隔，能使此气体从该单个或成组的第二种出口输出，以形成围绕且为一般平行于此粉料输送路径的一种基本上是连续型的气体帘。

本发明的这种喷枪很简单，且易于形成一种气体帘，环绕着从粉料出口输出的运载气流和夹裹粉料冲击区。此种喷枪为熔接操作人员提供了一个辅助性控制参数，使他能实现高质量的陶瓷熔接。

上述气体帘的气体可从环绕粉料出口配置的一组喷射口输出，但这样一类用来输出帘式气体的第二种出口最好是一种连续的环形出口。这是一种简单、容易而有效的方法，使气体帘维持在包括有氧化气体与粒状混合物的运载气流的周围。此种环形出口不必要求是严格的圆形。事实上，必要时也可取矩形。

为了形成能围绕运载气体与所夹裹的粒状物的最有效的气体流，此种帘式气体应从一个或多个出口喷出，后者与运载气体的出口分开，但各个出口间的距离不要太大。最佳的间距在很大程度上取决于采用了这种喷枪的作业规模。

根据本发明，这种喷枪中的一部分喷枪主要用于小规模到中等规模的修补，或用于时间并非关键的场合，喷枪的运载气体具有直径在8mm至25mm之间出口，或具有总出口面积与以上出口截面积可比的出口组。这组出口的(总的)横截面积因而是在50至500mm²之间，这样的喷枪适合以30—300kg/h的速率喷射陶瓷熔接粉料。在一些优选的实施例中，这样的粉料出口的总面积在50—500mm²之间，第二种出口或每一个第二种出口与粉料出口的间距在5至20mm之间。

本发明其它喷枪主要用于大规模的或快速的修补，这样的喷枪具有单一的运载气体出口或出口的总横截面积在300至2300mm²之间的一组运载气体的出口，这类喷枪适于在高达1000kg/h或更高的速率下喷射陶瓷熔接粉末。在某些这样的最佳实施中，这样的粉末出口具有300—2300mm²的总面积，并且所说的或每一个所说的第二种出口与该粉末出口相距10至30mm。

在运载气体出口与帘式气体出口之间来用上述间距范围中的某个，有助于在陶瓷熔接反应区与环境气氛之间形成一明确的屏障，并基本上避免在各种气流之间的任何干扰。

在本发明的某些最佳实施例中，前述喷枪装配有一用来循环冷却液的套子。最理想的冷却液从热容与易得到这两方面考虑乃是水。这一水套可围绕输送运载气体与陶瓷熔接粉末的一中心管或多根管道设置，此水套本身则又被用来输送帘式气体的环形通道所环绕。这种水套易于构制成这样的厚度，使得在运载气体出口与帘式气体出口之间能确保各种所希望的间距。

另外，或者说另一方面，可能采用一种包围住喷枪的所有气体输出管道的水套。不论是哪一种情形，一般地说，由于熔炉的修补基本上是在其作业温度下进行，因而输出的帘式气体的温度将相当地低于熔炉内的环境，这一温度可能与运载气体的温度大致相似。

上述这种布置对于形成陶瓷熔接物质的有益影响业已阐述过。除此，冷却套的设置意味着喷枪可以在相当长的时间内保持在高温环境中，例如处于作业温度下的炉或其它耐火结构内而不会过热。这从作业上考虑是有利的，也有助于延长喷枪的使用寿命。

前述第二出口或第二出口组的横截面积最好是在粉料出口横截面积的三分之二至三倍之间。这样的第二出口(组)面积有利于以充分的体积到提供有铲的气体帘和以最佳帘式气流速度的条件，输出帘式气体流。

下面将以实施例方式，对照附图来阐述本发明优选的技术方案，在附图中：

图1是在实施本发明方法的过程中一基底表面上喷射区的示意图；

图2是通过本发明的喷枪的示意性的部分剖面图；

图3是对耐火物质进行一侵蚀实验的图解。

图1中的参考号1代表一基底表面上的目标部分，在此基底上需要用包含有氧化气体与耐火材料颗粒和燃料之混合物的运载气体流，喷射至此表面上来形成耐火陶瓷熔接物质。这股运载气体流喷射到此图中表面1的一冲击区2。按照本发明，是用一或多个环绕冲击区2外围设置的气体喷嘴，同时向表面1喷射来形成环绕此冲击区2的一种气体帘。图1示意地表明此种气体帘与表面1相交成一环状区3，闭合式地围住冲击区2。显然，此环状区3实际上可与冲击区2稍许分开，或与此不同；环状区3与冲击区2可以相互部分贯通。

图2中，喷枪5的喷头4包括一用来喷射运载气流7的中心出口6，此运载气体7包含有分散在氧化气体中的粒状混合物。代替此种单一形式的中心出口6的是，上述喷枪可以包括由若干个出口形成的组来喷射的运载气流7。包括一组出口的这种喷枪例如已在Glaverbel的英国专利说明书2170212中公开并提出权利要求。依据本发明，此喷枪头4还包括有帘式气体喷射装置。在图2所示的实施方案中，这种帘式气体喷射装置包括一环形出口8，它环绕着中央出口6并与之相分开，以便喷射一股基本上是连续的环状气体流9。气体流9构成了气帘3，气帘3。喷射到表面1的环形区3之内。在一特殊的实施例中，此环形出口8的面积略大于中心出口6面积的二倍。分散于氧化气体中的颗粒料混合物通过供料管10引入，而帘式气体射流的气体则通过导管11。喷枪5还包括一带有冷水进口与出口的外冷却环12。图2还示明了一冷却环13，它带有冷却水的入口与出口，使环形出口8与中心出口6分隔开。但在需要时可以省除这一冷却环，代之以一小的插片，以使环形出口8与中心出口分开，例如分开7mm。

图3示明对耐火陶瓷熔接物质所作的侵蚀实验。从待实验的此种耐火物质上切下一棱柱条14，使之部分地浸没于一坩埚(未示出)中1550℃的玻璃液池15内。此温度高于在玻璃熔炉内熔融态钠钙玻璃(正常的窗玻璃)一般所用的最高温度。此棱柱条继续保持在这种浸没状态下，经16小时后检查其侵蚀程度。

例1

玻璃熔炉熔化端的池砖必须要求在炉不冷却的条件下进行修补、此类池砖受到高度侵蚀，基本上发生在玻璃熔池表面的“液面线侵蚀”位置处。这种池壁砖是铝、锆基的高度耐火的电熔砖，其组成重量为50～51％的氧化铝、32～33％的氧化锆、15～16％的二氧化硅与约1％的氧化钠，砖的真密度为3.84。为了能通到此种表面部分进行修补，要将玻璃液面降低约20厘米。进行此种修补时，是将包含有氧化气体以及耐火材料颗粒与燃料之混合物的运载气体流喷射到热的池砖上。上述颗粒状混合物(按重量计)含有40～50％的ZrO₂、38～44％的Al₂O₃以及由8～4％的铝与4～8％的硅组成的12％(混合物总重量)的燃料。硅粒的平均粒度为6μm，比面积为5000cm²/g。铝粒的平均粒度为5μm，比面积为4700cm²/g。铝粒与硅粒的最大粒度为不超过50μm。燃烧的硅粒与铝粒会释放出充分的热，使这种耐火材料颗粒至少是部分地熔化而得以使它们熔接到一起。氧化锆耐火材料颗粒的平均粒度为150μm，而氧化铝耐火材料颗粒的平均粒度为100μm。

为了测验这种在炉壁砖表面上形成的耐火物质对侵蚀的抵抗性，用本发明方法在实验炉内，把在一备用池砖表面上有先形成的耐火物质加热至1500℃，在本实验中，前述混合物中采用了(按重量计)8％的Si与4％的Al。

分散于氧化气体中的混合物粒料由图2所示喷枪5喷射，此混合物经供料管10引入。中心粉料出口6呈圆形，面积为113mm²。此混合料按30kg/h的速率喷射，以氧作为氧化气体，流量为25Nm³/h运载气体流7含粒状混合料与上述氧化气体，其喷射到待处理表面1的一冲击区2上。根据本发明，此表面1还有一种帘式气体射流喷射，围绕着冲击区2形成一气体帘3′。本例中的帘式气体射流是由纯氧形成，后者按40Nm³/h的流量，通过环形出口8喷射成一种环形气流9，环形气流9环绕着运载气流7，沿着其路径从喷枪5的头部4到达冲击区2。环形出口8具有圆形的横剖面，其面积为310mm²。环形出口8与粉料出口6相距13mm。

在本方法实施过程中，气体帘3′对于陶瓷熔接反应的进展与耐火物质的形成，提供了一种有效的辅助性装置。这种陶瓷熔接反应是稳定的，反应也是相当分明的。所形成的耐火物质的真气孔率为9％，表观气孔率为1.5％。作为本说明书中所用的词。“表观气孔率”是由一种模拟浸没的方法测量的，这样就只考虑到此种耐火物质中的开孔；至于“真气孔率”则还要考虑到此耐火物质中任何种类的闭孔。所形成的这种耐火物质的表观密度，即带有这种气孔的物质的密度为3.5。通过一种细粉碎的试样来消除这类气孔影响而测出的此种耐火物质的真密度或绝对密度，则是3.85。

从这种耐火陶瓷熔接物质上切下一20×20×120mm的棱柱条14(图3)。将这一实验条部分浸没于一坩埚(未示明)中处于1550℃的玻璃液池15之内，经16小时之后检查它的侵蚀程度。为了比较，制备相应尺寸的对照样品，并将其以相同的温度部分地浸泡在同一熔融玻璃池中。为便于比较，此对照样品与实验条叠置地绘于图3中。对照样品为棱柱条，以例1中耐火物质的相同方式，从一耐火物质上切割下所成，只是未采用帘式气喷射流，亦即是由本发明范围之外的一种方法所形成的耐火陶瓷熔接物质，由此种方法所形成这一耐火物质的真气孔率为19.7％，表观气孔率为3.5％；表观密度为3.03，真密度为3.77。

16小时后，对照样品14呈图中虚线16示意的形状，可以看出，条14的浸没部分17由于浸入在玻璃液池中的结果，经受了很严重的侵蚀。棱柱条的边棱已变圆了。可以看到，玻璃液池15的液面18严重地侵蚀了样口，而给予此样品在该区域中以标的数19所示的特别“液面线侵蚀”形。此棱柱条在“液面线侵蚀”中心处的直径已缩减到其正常值的约三分之一。

从实施本发明方法所形成的耐火物质上切下条14，经16小时后呈虚线20所示形状。浸没部分所受的侵蚀显然较小。此棱柱条的边棱没有任何大程度地变圆。“液面线侵蚀”19可判断出远比对照样品的为小。棱柱条在此“液面侵蚀”中心处的直径只缩减至它正常值的约三分之二。这样，应用本发明的方法就能生产出抗侵蚀能力远较先有所形成的那种耐火物质高的耐火物质。用显微镜检查这种条的截面也证明，实际上不存在残余的金属相，这说明了金属颗粒事实上已完全氧化。这一因素对于必须与玻璃液接触的耐火物质来说是很有利的，因为众所周知金属相与玻璃液接触会导致在玻璃液中形成气泡。

例2

作为图1的变形，按例1相同方式制造一种耐火陶瓷熔接物质，不同的是运载气流7的流量为30Nm³/h，帘式气体射流9的氧流量为20Nm³/h，这样形成的耐火陶瓷熔接物质的表观气孔率为2％，真气孔率为8.3％，表观密度为3.56，真密度为3.88。

从上述陶瓷熔接物质上切下一棱柱条14，部分地浸没于坩埚中的玻璃液池15中。经16小时后侵蚀实验表明，侵蚀与例1中的陶瓷熔接物质相似。此棱柱条呈虚线20所示形状，它剖面的显微镜检查也表明，实际上不存在残余金属相。

例3

按例1相同方式制造一种耐火陶瓷熔接物质，不同的是帘式气体射流9是由二氧化碳按20Nm³/h的流量喷射形成，而运载气流7中的氧是按30Nm³/h的流量喷射。观察到这种陶瓷熔接反应是稳定的，界限颇为分明。这样形成的耐火陶瓷熔接物质的表观气孔率为1.5％，真气孔率为4.6％，表观密度为3.5，真密度为3.67。

从这种陶瓷熔接物质上切割下一棱柱条14，部分地浸没于坩埚中的玻璃液池15内。经16小时后侵蚀实验表明，侵蚀与例1中的陶瓷熔接物质类似。此棱柱条大致呈虚线20所示形状。

例4

按例1相同方式制备一种耐火陶瓷物质，不同的是气体帘9是由流量为18Nm³/h的氮喷射形成，运载气体流7的氧以30Nm³/h的流量喷射，观察到这种陶瓷熔接反应是稳定的，界限相当分明。这样形成的耐火陶瓷熔接物质的表观气孔率2.5％，表观密度为3.5，真密度为3.69。

从这种陶瓷熔接物质上切割下一棱柱条14，部分地浸没于坩埚中的玻璃液池15内。经16小时后侵蚀实验清明，侵蚀与例1中的陶瓷熔接物质类似。此棱柱条大致呈虚线20所示形状。

例5

按重量计，用87％的二氧化硅耐火材料颗粒12％的可燃性硅粒与1％的可烯性铝粒的混合物，在约1500℃的温度下对硅砖组成的炉顶进行加固修补。硅粒与铝粒的平均粒度均小于10μm，硅粒的比面积为4000cm²/g，铝粒的比面积为6000cm²/g，铝粒与硅粒的最大粒度不超过50μm。

用本发明的方法喷射上述混合物。这种粒状混合物与纯氧一齐经供料管10引入，混合料的流量为35kg/h，氧的流量为25Nm³/h，以运载气流7的形式喷射。按照本发明，待处理的目标面还以一种帘式气体射流喷射，其形成一围绕冲击区2的气体帘3′。本例中的帘式气体射流是由纯氧形成，按30Nm³/h的流量以帘式气体射流9的形式喷射，气体射流9环绕运载气体流7，其沿着通道从喷枪5的头部4到冲击区2。在所形成的陶瓷熔接物质中实际上未发现未燃烧的金属。

作为对比，以30kg/h的速率喷射以上相同的混合物，并按25Nm³/h的流量喷射相同的纯氧。但为了进行比较，未采用帘式的氧气射流。

在实施本发明方法的过程中，业已观察到，气体帘3′对于控制耐火陶瓷熔接物质的形成提供了一种有效的辅助装置，而这在用作比较实验的情形中是不存在的。此外，气体帘3′隔绝了冲击区2，使得在修补过程中，因炉运行而产生的气氛湍流实际上不会影响耐火陶瓷熔接物质的形成。陶瓷熔接反应更稳定，得到更好的限制，也不发生反应间断。

例6

对有色金属工业中所用的炼铜吹炉进行修补，采用与例5相同的方法，只是混合料取下述组成：按重量计，40％的氧化铬颗粒、48％的氧化镁颗粒与12％的铝粒。铝粒一般最大粒度为45μm，比面积大于3000cm²/g。所有这些耐火材料颗粒的最大粒度均小于2mm。作为本发明的结果，这一例子还表明，此种气帘为控制陶瓷熔接反应的进行与耐火陶瓷熔接物质的形式，提供了一种有效的辅助装置。这种陶瓷熔接反应是稳定的，反应能被很好限定。

作为一种变型，喷枪头4的环形出口8代之以一组喷射器，它们所喷射的气体流会聚成气体帘3′。利用这种喷枪也取得了很好的结果。

例7

在由(按重量计)含90％氧化镁与10％碳的镁一碳砖形成的钢厂转炉的炉壁上，希望形成一种组成与这种碱性耐火材料尽可能接近的耐火陶瓷熔接物质。上述炉壁的温度为900℃。对这种砖喷射以包括含有碳的颗粒的混合料。这种混合料依500kg/h的速率，喷射于(按体积计)含70％氧的氧化气体的运载气体流中。此种混合料(按重计)的组成为：

MgO，82％；Si，4％；Al，4％；c，10％硅粒的平均直径为10μm，比面积为5000cm²/g，铝粒的平均直径是10μm，比面积为8000cm²/g。碳粒由破碎焦碳形成，平均直径为1.25mm。氧化镁粒度平均为1mm。根据本发明，于上述转炉壁上，围绕着包含有分散于氧化气体中的颗粒料的运载气流的冲击区，通过喷射二氧化碳形成了气体帘，二氧化碳的流量要比用来形成环绕运载气流的气体帘的氧化气体的流量高50％。在实施本方法的过程中，观察到陶瓷熔接反应是稳定的并且非常分明。所喷射的碳粒并不全部氧化，以使形成的陶瓷熔接物质含有约5％的碳。要是不用二氧化碳射流来形成这种气体帘，则所形成的陶瓷熔接物质只含有约3％的碳。

按900kg/h和1000kg/h之间的速率喷射陶瓷熔接粉料的喷枪，在其另一技术方案中，它的粉料输出口6的直径为53mm，因而面积达2,206mm²。这种喷枪还包括一连续的环状的帘式气体输出口，后者的面积为1,979mm²，它与前述粉料输出口之间相距13mm，例如来用一个装在中心管的管端上的套装置或用一冷却环装置。该喷枪还包括一外冷却环12。

Claims (18)

1.一种陶瓷熔接方法，包括将一种陶瓷熔接粉料在一束或多束运载气体流中喷射到一表面上，其中陶瓷熔接粉料是耐火材料颗粒与燃料颗粒的混合物，此种混合物能被氧化形成耐高温氧化物，而这种运载气体则含有至少足以使粒状燃料基本上完全燃烧的氧气，由此释放出充分的热，使得喷射出的耐火材料颗粒至少其表面被熔化；以及在燃料颗粒氧化热的作用下，使陶瓷熔接物质形成于所述表面上，这种方法的特征在于：至少还有另一气体流喷射到上述表面上，从而形成一层环绕所述运载气体流的基本上连续的气体帘，用来形成气体帘的气体输送体积流量至少是运载气体的输送体积流量的二分之一。

2.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于所述气体帘是以一种环形气流喷射。

3.如权利要求1或2所述的一种方法，其特征在于所述运载气体是从一面积在50至500mm²之间的出口喷射，而气体帘是从一个或多个与该运载气体出口相距5至20mm的出口喷射。

4.如权利要求1或2所述的一种方法，其特征在于所述运载气体是从一面积在300至2300mm²之间的出口喷射，而气体帘是从一个或多个与该运载气体出口相距10至30mm的出口喷射。

5.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于用来形成气体帘的气体(在标准压力下计算的)输送速度比运载气体的输送速度的五分之一大。

6.如权利要求5所述的一种方法，其特征在于用来形成气体帘的气体(在标准压力下计算的)输出速度在运载气体的输送速度的五分之一至五分之三之间。

7.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于各种气体流是从由流体循环过其间致冷的一种喷枪喷送。

8.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于形成气体帘的气体包括氧气。

9.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于，在运载气流中输送的粒料包括一种可被氧化的粒料，后者原样地结合到熔接物质中，而所说的帘式气流基本上不含有可利用的氧。

10.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于燃料包括如下材料中的一种或多种：铝、硅、镁、锆与铬。

11.如权利要求10所述的一种方法，其特征在于燃料颗粒至少有50％(按重量计)的粒度小于50μm。

12.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于所喷射的耐火材料颗粒至少有较大部分(按重量计)由氧化铝和/或氧化锆，或氧化镁和/或氧化铝组成。

13.一种喷枪，包括一喷头，该喷头具有一出口，该出口沿着一输送通道把运载气体中的陶瓷熔接粉料从供料管输送到上述表面上，从而实施陶瓷熔接方法，其特征在于，这种喷枪包括第二出口或第二出口组，用以输送由导管供入的气体，所述第二出口或第二出口组具有这样的形状和布置以及相对于粉料出口的轴向和径向间隔，即，使气体能从所述第二出口或第二出口组输出以形成一围绕并通常平行于粉料输出通道的基本上连续的气体帘。

14.如权利要求13所述的一种喷枪，其特征在于所述第二出口是一种连续的环形口。

15.如权利要求13或14所述的一种喷枪，其特征在于这样的粉料出口之面积在50至500mm²之间，而这样的或每一个所说的第二出口与前述粉料出口相隔在5至20mm之间的距离。

16.如权利要求13或14所述的一种喷枪，其特征在于所述粉料出口之面积在300至2300mm²之间，而这样的或每一个第二出口与前述粉料出口相隔在10与30mm之间的距离。

17.如权利要求13所述的一种喷枪，其特征在于它带有一个适于循环冷却剂的套。

18.如权利要求13所述喷枪，其特征在于第二出口的面积是在粉料出口面积的三分之二和三倍之间。

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