CN1050711A - 陶瓷熔合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合粉料，经一或多束外复以一 层气体帘之运载气体流喷射到待热修部位表面上的 一种方法。所用的喷枪有输送上述粉之出口以及输 送气体的一或一批出口，喷枪一般由配置在其上面的 水套经循环水冷却。

Description

本发明涉及陶瓷熔合方法及适用于此种方法的喷枪。

先有的陶瓷熔合方法已于Glaverbel的英国专利号1330894与2170191中描述过。

陶瓷熔合特别适用于熔炉或其它耐高温设备的耐火材料壁上，可在原位形成耐火材料物质来对此耐火材料壁进行热修。最好是在此种壁基本上处于其正常工作温度下施行陶瓷熔合。陶瓷熔合特别适用于修补或增强下述各类装置的壁或壁衬里，例如玻璃熔炉、炼焦炉、水泥窑或石油化工工业用的炉窑，或是黑色金属或有色金属冶金中用的各种耐火材料设备。而且，此种热修往往能在熔炉作业期间进行，例如热修玻璃熔炉的上部结构;或是在耐火材料部件的正常工作周期内，例如钢水浇注筒则常能在浇注与再加料的正常间隔内作出热修。这样的方法也可用来制成耐火材料部件，例如用来形成其它耐火材料衬底的表面层。

在实施此种陶瓷熔合方法时，将耐火材料颗粒与燃料颗粒的混合物（“陶瓷熔合粉料”）沿着一给料管线，从粉料储备点输给一喷枪，经喷枪将粉料喷射到目标面。随此种陶瓷熔合粉料脱离开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，那种随陶瓷熔合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。没有必要使熔合粉料从储存点引入到的气体流与离开喷枪出口的运载气体具有相同的组成。运载气体中所需氧气的一部分或实际上是全部，可以在粉料引入点与喷枪出口处之间一或多个位置处引入到给料管线中。所用的燃料基本上是由能通过放热氧化来形成耐高温氧化物产物的粒状料组成。适合于此种目的之燃料为硅、铝、镁、锆与铬。这类金属燃料可以单个形式或组合形式使用，将此种燃料燃烧，由释放出的热来熔化耐高温料粒的至少是其表面部分，使得形成一种强粘合性的耐高温熔合物质，能良好地粘附到目标表面上。

一般是这样地来选择陶瓷熔合粉料，使得所形成的熔合沉积物具有与目标表面近似的化学组成。这有助于减少在热修用熔合料与修复的耐火材料间界面处因熔炉温度周期性变化而造成的热震。这样地来选择熔合粉料还能确保热修处的熔合物质有足够高的耐高温质量。自然也知道应选择这样的陶瓷熔合粉料来形成修补部分或衬里，使它的质量高于对之施行熔合的耐火材料的质量。

当由陶瓷熔合来形成耐高温物质时，在熔合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合操作人员的技术以及实施这种熔合作业的条件。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保温。但是，在熔炉中耐火材料经受特别苛刻侵蚀作用的部位，特别是熔炉中的熔蚀态材料具有侵蚀和腐蚀作用时，过量的气泡是要受到反对的。在一定大小耐火材料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。

本发明是在研究极其可能受到强侵蚀之设备的那些部分上来形成耐高温衬里或进行修复中所获得的结果。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之材料的侵蚀，或可能起因于以上这些磨损与侵蚀相结合的结果。

需要对这种强侵蚀倾向有良好稳定性的一个例子，是在玻璃熔炉的领域中。玻璃熔炉池壁砖在玻璃液浴表面的位置，提供了耐火材料是在极强侵蚀作用下的一个具体例子。在这一位置，池壁砖的表面会迅速侵蚀到这样的程度，使得此类砖的一半厚度可能迅速地或较迅速地被侵蚀掉。此种侵蚀在技术上称之为“液面线侵蚀”。池壁砖处于很高的温度下，例如熔炉的熔化区与澄清区的池壁砖便通常由含有高比例锆的高级耐火材料制成。但即使如此，这样的池壁砖也必须进行连续和严格的冷却以减少侵蚀。

另一些需冒严重侵蚀风险的耐火材料件的例子是，用于熔融金属制造过程或输运过程的浇注口与盛液桶，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合方法，使抗腐蚀与抗侵蚀性能良好之高质量耐高温物质的形式过程简化。

在根据本发明提出的一种陶瓷熔合方法中，陶瓷熔合粉料乃是耐火材料颗粒与燃料颗粒的混合物，此种混合物能氧化形成耐高温氧化物，这样的一种陶瓷熔合粉料是在一束或多束运载气体流中喷射到某种表面上，而这种运载气体则含有至少足以使粒状燃料基本完全燃烧的氧气，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部分被熔化，而在燃料颗粒氧化热的作用下，让陶瓷熔合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，基本上是连续的气体帘。

非常值得注意的是，按上述方式吹送另一种气体流会产生有利的影响，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合部，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合，要比省除这种气体帘而其余一切均相似的那种方法较少依赖于熔合操作者个人的技术。我们认为这种结果是由于，按照本发明的方法所进行的熔合，要比省除这种气体帘而其余一切均相似的那种方法所进行的熔合，常常具有较低的气孔率。

至于为什么可以获得这种有利的效果，原因尚不清楚。一种可能的理由是，此种气体帘使陶瓷熔合的反应区与熔炉周围的气氛隔绝开，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。另一种可能的理由是，此种气体帘可以具有一种骤冷效应，降低刚刚形成的仍呈软性的耐火材料熔积物的温度，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合物质中的倾向，同时，这种陶瓷熔合物质则至少部分地熔融形成气孔，且使得任何这类形成于熔合部分的气孔具有较小的尺寸，因而较少带来麻烦。但是，这种理论与此项工艺中现行接受的见解相反，后者不希望发生快速的冷却，以免由于熔合用喷枪相续通到目标表面上而熔积的物料在升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，在围绕运载气体流因而在围绕发生陶瓷熔合与形成陶瓷熔合沉积物的区域喷射气体帘，会干扰导致形成这种熔合都能放热反应。但实际上却观察到相反的情形，喷射气体帘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的过程中得以形成耐高温物质。

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湍流的影响。例如，在一般情形下，当于熔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到作业位置附近诸如燃烧器之类的开关影响。

这种气体帘也能较迅速地限制该反应区中的粒状混合物，使此种陶瓷熔合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两种粒状料的燃烧产物约束在该反应区中，使它们能迅速地组合到所形成的熔合物质中。将这类燃烧产物组合到所形成的耐火物质中，对于陶瓷熔合过程并无不利影响，因为这些产物本身就是耐高温氧化物。

这种气体帘可以从环绕粉料排出口成圈排列的一批出口喷射出。自然，这批出口的相互间隔要很近，以便生成一种实质上连续的气体帘。但最好，这种气体帘应喷射成一种环形流。利用连续的环形出口来喷射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之设备的结构。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，此整个放热效应区及在其氧化运载气体中的混合物料喷布都能与周围环境隔绝，而得以防止引入任何外来的元素和干扰此放热反应，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或多个出口喷出，这类出口应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工作，或用在需作较大修补但修补所需时间不太苛刻的情形，颗粒料则是从具有直径在8mm与25mm之间的单一运载气体出口的喷枪喷射。因此，这类出口的横截面积是在50与500mm²之间。此种喷枪适用于按30～300kg/h的速率喷射陶瓷熔合粉料。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用于必须在短时间内进行大规模修补的情形，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。这类喷枪适用于在高达1000kg/h，甚至更高的速率下来喷射陶瓷熔合粉料。在运载气体是从横截面积于300和2300mm²之间的出口喷射时的几个这样的实施例中，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，有助于在陶瓷熔合反应区与周围气氛之间形成一道界限分明的气障，同时由于保证了各种气体流在其转向到目标表面之间基本上仍处于分开状态，便能从实质上避免这些气体流之间的干扰。

帘式气体的体积输出速率以至少为运载气体体积输出速率的一半为有利。采用这样的特点便于形成厚而有效的气体帘。这样的帘式气体的输出速率，例如至少可以是运载气体输出速率的三分之二，甚至可以高于运载气体的输出速率。

最好使帘式气体的（正常压力下计算的）输出速率较运载气体的输出速率大五分之一。我们按每小时标准立方米（Nm³/h）来测量气体体积输出速率，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来计算气体的体积输出速率。选用这一特点，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（在正常压力下计算的）这一输出速率最好是在运载气体的输出速率的五分之一至五分之三之间。采用这一特点，就会较少干扰运载气体流的以及陶瓷熔合反应区中物料流的流动方式。与不利用这一特点的情形相比，利用这一特点就能使从运载气体流到环境气氛时的气体速率梯度变动范围不大，结果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，而能提高熔合质量。

在本发明的一些个实施例中，上述气体流是从一根由液体循环流经其间致冷的喷枪喷出。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或一批用来输送运载气体与陶瓷熔合粉料的中央管定位，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有所需要的任何一种间距。或者也可采用一种将喷枪所有气体输送管道均包围住的水套。在以上任何一种情形，一般说来，要想在熔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熔炉中的环境温度，而且可以处于大致相似于运载气体的温度下。

上述做法与陶瓷熔合工艺中的通常的做法全然相反。在进行陶瓷熔合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表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不时中断。尤其是周知这样的温度太低时，会在所形成的耐火物质中形成不规则的和无控制的气孔率，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。

当上述冲击区变换到待处理表面的上方时，则至少有一部分数量上是以在此冲击区周围形成一有效屏障的这种较冷气体，会恰好在熔合材料喷射冲击之前使待处理的表面冷却。但在绝大多数这类熔合技术中，只要能取得合格的结果，上述工艺终究未予采纳。根据本发明的这种特点，将冷的气体帘喷布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。这样一种的气体喷布方式常能给冲击区以强烈的冷却效应，因而总以为此种冷却效应会导致形成一种对侵蚀几乎抵抗性的多孔物质。

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合方法所形成的物质更具侵蚀稳定性的致密耐火物质，尤其是在采用冷却的喷枪时更是如此。这一结果是非常奇特的，因为它与熟悉此项工艺的人在该领域内多年所抱有的观点相反。

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。此外，气孔也为侵蚀介质提供了通道，使之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使其表面熔化，以便形成均匀的熔合物质，而目标表面也需高度加热，以在耐火材料颗粒熔积物与目标表面间形成最佳结合。但要是在目标区的此种温度过高，就会冒使此种熔积物具有过大的流动性而难以保持在原位的风险。这种风险对于直立的或外伸的目标表面自然就会更大。这样的风险愈大，在工作位置所发生之陶瓷熔合反应也愈激烈。但这样一种激烈的反应则可能是为了实现下述目的所必不可少的：即为了使这类陶瓷熔合反应继续进行，或是为了把目标表面充分加热到得以在陶瓷熔合沉积物与目标表面间形成良好的结合，尤其是在目标表面的温度不是很高时更需要如此。这里，我们视此种温度例如约在700℃以下。这样的温度，对于水泥窑或化学反应罐之类仅仅在适当高温下进行其作业过程的加热炉或加热窑，会可能遇到。实践中已然观察到，喷射较冷的气体帘提供了一种控制冲击区温度的方法。这样能较易防止耐火物质因冲击区的高温而在流动状态下形成，也能调节各种参数来形成非常有效的放热反应，而为陶瓷熔合方法提供可靠的作业形式，同时能在前述熔积物与目标表面间形成良好的结合，即使此目标表面不是处于很高的温度下也能如此，并且使冲击区冷却以阻止耐火物质于流动状态下形成，于是有助于获得均匀的熔合效果。

上述这种帘式气流的冷却效应还能对熔合物质固化时所取的结晶形式有重大影响，而这一影响能带来众多的益处，举例来说，二氧化硅与氧化铝的熔融混合物在允许其徐冷时常可形成富铝红柱石;另一面，倘或发生急冷，则氧化铝将作为刚玉结晶出，能保持在二氧化硅相中而不形成富铝红柱石。这同样能促进所形成之熔合物质的抗侵蚀性。

为了形成所需要的气体帘，有各式各样气体可用于喷射目的，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很好的结果，但本发明的一些个最佳实施例提供的帘式气体则包括有氧。例如可以采用空气，因为它廉价而广泛存在。但是应用工业级的氧可能是最佳选择：这种氧通常可以任何方式用来实行陶瓷熔合作业，而且它对于达到前述之目的也更有效。如果这种气体帘中包含有氧，它就能在陶瓷熔合反应区的紧邻形成又一个氧的储存点，这有助于所用燃料颗粒的完全燃烧，改进陶瓷熔合物质内的均匀性，有时还能稍许减少此种燃料颗粒在陶瓷熔合粉料中的比例。但应记住，运载气体本身也含有至少足以使此种燃料基本上完全燃烧的氧，因此，正如已淡及的，应用二氧化碳或氮气之类基本上不存在氧的气体，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最佳选择。为了阻止氧通过耐火材料扩散或为了其它目的，在某几类耐火材料中含有碳或硅之类可氧化物质的颗粒，例如在炼钢工业中将含有高达10%（重量）碳粒的碱性氧化镁耐火材料用于某些转炉中。要是到了必须对这样一种耐火材料进行修补时，就应确保这种修补材料也含有一定比例的可氧化材料。此种修补可采用一种陶瓷熔合技术进行。该项技术构成了Glaverbel的英国专利2190671号的主题。

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合物质中，而帘式气流中则基本上不再有氧。利用这一特点能从实质上防止有更多的氧裹入到反应区中初始的熔合物质内，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，使它自身留在此沉积的熔合物质中之回收率加大。

上述这种燃烧材料以包括铝、硅、镁、锆与铬这一组材料中的一种或多种为有利。此组材料都能在燃烧中产生强热而形成耐高温氧化物。这组材料中的各个元素可根据需要单独或混合使用。此外，亦可采用这类元素的合金。将一种很容易又能很快燃烧的元素与一种较难燃烧的元素合金化。就能获得这些元素的一种紧密混合物，因而通过适当地选择这类合金成分，就能按较为符合所需的速率来进行较稳定的反应。

最好让至少有50%（重量）的燃料颗粒的粒度小于50μm，而更好是使至少有90%（重量）的燃料颗粒的粒度小于50μm，平均粒度例如可小于15μm，而它们的最大粒度则小于100μm而最好是小于15μm。这样，燃料颗粒会迅即氧化，得以在小的空间内产生强的热能，而可在耐火材料的颗粒间形成良好的熔合。这种燃料颗粒的小粒度还有助于它们的完全燃烧，结果使得所形成的物质均匀化。

这里所优先考虑的乃是去形成具有极高耐火质量的陶瓷熔合物质，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合物质，还包括了专用于实施此方法的设备。

为此，本发明包括一种喷枪，此喷枪有一出口，用来将一种陶瓷熔合粉料沿着一通向作为实现陶瓷熔合方法之表面的输送路径，输入一种运载气体之中，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所取的形状、配置方式与其相对于粉料出口的轴向与径向间隔，能使此种气体从该单个或成组的第二种出口输出，得以形成围绕着且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，环绕着运载气体流和夹裹着从粉料出口输出的粉料之冲击区。此种喷枪为熔合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合。

上述的形成气体帘的气体或称作帘式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，使气体帘保持在包括有氧化气体与粒状混合物之运载气体流的周围。此种环形出口不必要求取严格的圆形。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之粒状物的最有效的气体流，此种帘式气体应从一或多个出口喷出，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。

本发明的这种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因素的场合，喷枪的运载气体具有直径在8mm至25mm之间的出口，或具有与以上出口截面积可比的集总出口面积之出口组。这组出口的（集总）横截面积因而是在50至500mm²之间，此第二种出口或每一个此第二种出口与粉料出口的间距在5之20mm之间。

本发明的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一组载运气体的出口，出口的集总横截面积在300与2300mm²之间。这类喷枪适于在高达1000kg/h或更高的速率下喷射陶瓷熔合粉末。在某些这样的最佳实施中，上述粉料出口具有的集总横截面积在300与2300mm²之间，此第二种或每一个此第二种出口与粉料出口的间距在10与30mm之间。

在运载气体出口与帘式气体出口之间择用上述间距范围中的某个，有助于在陶瓷熔合区与环境气氛之间形成一明确的屏障，并得以显著地避免在各种气体流之间的任何形式的干扰。

在本发明的某些最佳实施例中，前述喷枪装配有一可用来循环冷却液的套子。最理想的冷却液从热容与能迅速到手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合粉末的一或多根中央管道设置，此水套本身则又为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取得各种所希望的间距。

另外，或者说另一方面，可以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，由于熔炉的热修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温度，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合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相当长时间地保持在，处于作业温度下的熔炉或其它耐火材料的结构内而不会过热。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在粉料出口横截面积的三分之二与三倍之间。这样大小的第二出口（组）面积有利于在以充分的体积来提供有效的气体帘的最佳帘式气体流连下，输出帘式气体流。

下面将以举例方式，对照附图来阐述本发明的实施例，在附图中：

图1是在实施本发明过程中一基底表面区上喷射区的示意图;

图2是通过本发明之喷枪的示意性部分剖面图;

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，喷射到此表面上来形成耐火的陶瓷熔合物质。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体流7的中央出口6，此运载气体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央出口6，上述喷枪可以包括由若干个出口形成的组来喷射运载气体流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所示的实施例中，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，以便喷射一股实质上是连续的环状气体流9。气体流9构成了气帘3′，喷射到表面1的环形区3之内。在一特殊的例子中，此环形出口的面积略大于中央出口6面积的二倍。分散于氧化气体中的颗粒料混合物通过供应管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与中央出口6分隔开。但在有需要时可以省除这一冷却环，代之以一小的插片，得以使环形出口8与中央出口例如分隔开7mm。

图3示明对耐火陶瓷熔合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堝（未示出）中1550℃的玻璃液浴内。此温度高于在玻璃熔炉内熔融态钠钙玻璃（寻常的窗玻璃）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壁砖必须在不冷却熔炉的条件下进行热修。此类池壁砖受到高度侵蚀，基本上是在发生“液面线侵蚀”的玻璃液面位置处。这种池壁砖是铝、锆基的高度耐火的电熔砖，其重量百分组成为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壁砖上。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%的燃料。硅粒的平均粒度为6μm，比表面积为5000Cm²/g。铝粒的平均粒度为5μm，比表面积为4700Cm²/g。铝粒与硅粒的最大粒度不超过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熔合到一起。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。

为了实验这种形成在熔炉池壁砖表面上的耐火物质对玻璃侵蚀的稳定性，首先在一用本发明之方法的实验炉内，于加热到1500℃的备用池壁砖的表面上形成一种耐高温物质，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料由图2所示喷枪5喷射，此混合物经供应管10引入。居中央的粉料出口呈圆形，面积为113mm²。此混合料按30kg/h的流速喷射，以氧作为氧化气体，流速为25Nm³/h。运载气体流7含粒状混合料与上述氧化气体，喷射到待处理的表面1上的一冲击区2。根据本发明，此表面1还由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的流速，通过环形出口8喷射成一种环形气体流9的形式，环绕着运载气体流7，沿着其路径从喷枪5的头4至冲击区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分隔13mm。

在实施本方法过程中，气体帘3′对于陶瓷熔合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。这种陶瓷熔合反应是稳定的，反应的范围也是相当分明的。所形成的耐火物质的真气孔率为9%，表现气孔率为1.5%。作为本说明书中所用的词，“表现气孔率”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现密度，即带有它的气孔的这种物质的密度为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物质的真密度或绝对密度，则是3.85。

从这种耐火陶瓷熔合物质上切下一20×20×120mm的棱柱条14（图13）。将这一实验条浸没于一坩堝（未示明）中1550℃的玻璃液浴15之内，经16小时之后检查它的侵蚀程度。同一温度下的相同玻璃液浴内。为便于比较，此检验样品与实验条叠置地绘于图3中。检验样品为棱柱条，依例1中耐火物质的相同方式，从一耐火物质上切割下所成，只是未采用帘式气体喷射流，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合物质，由此种方法所形成这一耐火物质的真气孔率为19.7%，表现气孔率为3，5%;表现密度为3.03，真密度为3.77。

16小时后，检验样品14呈图中虚线16示意的形状，可以看出，条14的浸没部分17由于浸入在玻璃液浴中的结果，受到了很严重的侵蚀。棱柱条的边棱已变圆了。可以看到，玻璃液浴15的液面严重地侵蚀了样品，而给予此样品在该区域中以参考数19所示的特别的“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名义值的约三分之一。

从实施本发明方法所形成的耐火物质上切下的条14，经16小时后取虚线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范围的变圆。“液面线侵蚀”19远比检验样品的为小。棱柱条在此“液面侵蚀”中心处的直径只约缩减到它名义值的三分之二。这样，应用本发明的方法就能生产出抗侵蚀能力远较先有方法所形成的那种耐火物质为高的耐火物质。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，说明了金属颗粒事实上已然完全氧化。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，因为金属相与玻璃液接触周知会在玻璃液中发展成气泡。

例  2

作为图1中实例的另一种形式，按例1相同方式制造了一种耐火陶瓷熔合物质，不同的是运载气体7的流速为30Nm³/h，帘式气体射流9的氧化流速为20Nm³/h。这样形成的耐火陶瓷物质的表现气孔率为2%，真气孔率为8.3%，表现密度为3.56，真密度为3.88。

从上述陶瓷熔合物质上切下一棱柱条14，部分地浸没于坩堝的玻璃液浴15中。经16小时的侵蚀实验结果表明，侵蚀的结果与例1中的陶瓷熔合物质相似。此棱柱条取虚线20所示形状，它剖面的显微镜检查结果也表明，其中实际上不存在金属相。

例  3

按例1相同方式制造了一种耐火陶瓷熔合物质，不同的是帘式气体射流9是由二氧化碳按20Nm³/h的流速喷射形成，而运载气体流7中的氧是按30Nm³/h的流速喷射观察到这种陶瓷熔合反应是稳定的，界限颇为分明。这样形成的耐火陶瓷熔合物质的表现气孔率为1.5%，真气孔率为4.6%，表现密度为3.5，真密度为3.67。

从这种陶瓷熔合物质上切割下一棱柱条14，部分地浸没于坩堝中的玻璃液浴15内。经16小时的侵蚀实验结果表明，侵蚀程度与例1中的陶瓷熔合物质类似。此棱柱条大致取虚线20所示形状。

例  4

按例1相同方式制备了一种耐火陶瓷物质，不同的是气体帘9是由流速为18Nm³/h的氮喷射形成，运载气体流7的氧是以30Nm³/h的流速喷射。观察到这种陶瓷熔合反应是稳定的，界限相当分明。这样形成的耐火陶瓷熔合物质的表现气孔率为2.5%，表现密度为3.5，真密度为3.69。

从这种陶瓷熔合物质上切割下一棱柱条14，部分地浸没于坩堝中的玻璃液浴15内。经16小时的侵蚀实验结果表明，侵蚀程度与例1中的陶瓷熔合物质类似。此棱柱条大致取虚线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%的可燃性铝粒的混合物，在约1500℃的温度对硅砖组成的炉进行了加固修补。硅粒与铝粒的平均粒度均小于10μm，硅粒的比表面积为4000Cm²/g，铝粒的比表面积为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。这种粒状混合料与纯氧一齐经供应管10引入，混合料的流速为35Kg/h，氧的流速为25Nm³/h，以运载气体流7的形式喷射。按照本发明，待处理的目标表面还以一种帘式气体射流喷射，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的流速以帘式气体射流9的形式喷射，环绕运载气体流7，沿着它的路径从喷枪5的头4至冲击区2。在所形成的陶瓷熔合物质中实际上未发现未燃烧过的金属。

作为对比，以30Kg/h的速率喷射与以上相同的混合物，并按25Nm³/h的流速喷射纯氧。但为了进行比较，未采用帘式的氧气射流。

在实施本发明的过程中，业已观察到，气体帘3′对于控制耐火陶瓷熔合物质的形成提供了一种有效的辅助性装置，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，因熔炉运行而产生的气氛湍流实际上不会影响耐火陶瓷熔合物质的形成。陶瓷熔合的反应较为稳定，得到了更好的限制，也不发生间断性现象。

例  6

对有色金属工业中的炼铜吹炉进行修补。采用与例5中相同的方法，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。铝粒的名义最大粒度为45μm，比表面积大于3000Cm²/g。所有这些耐火材料颗粒的最大粒度均小于2mm。由于采用了本发明的结果，这一例子还表明，此种气帘为控制陶瓷熔合反应的进行与耐火陶瓷熔合物质的形式，提供了一种有效的辅助性装置。这种陶瓷熔合反应是稳定的，反应的范围是被很好限定的。

作为一种变更型式，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合物质。上述炉壁的温度为900℃。对这种砖喷射以包括有含碳颗粒的混合料。这种混合料依500Kg/hr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。此种混合料按重量计的组成为：

MgO，82%;Si，4%;Al，4%;C，10%

硅粒的平均直径为10μm，比表面积为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，于上述转炉的壁上，围绕着包含有分散于氧化气体中颗粒料的运载气体流之冲击区，通过喷射二氧化碳形成了气体帘，二氧化碳的流速要比用来形成一环绕此运载气体流之气体帘的氧化气体的流速高50%。所喷射的碳粒并不全部氧化，从而使形成的陶瓷熔合物质中含有约5%的碳。要是不用二氧化碳射流来形成这种气体帘，则所形成的陶瓷熔合物质只含约3%的碳。

在用来按900Kg/h与1000Kg/h之间的速率喷射陶瓷熔合粉料的喷枪之另一实施例中，它的居中央的粉料输出口6之直径为53mm，因而面积达2206mm²。这种喷枪还包括一连续型环状的帘式气体输出口，后者的面积为1979mm²，它与前述粉料输出口之间，例如可以用一个装在该中央粉料输出口所在之管的管端上的套或用一冷却环，分开13mm。该喷枪还包括一外冷却环12。

Claims (20)

1、一种陶瓷熔合方法，其中所用到的一种陶瓷熔合粉料乃是耐火材料颗粒与燃料颗粒的混合物，此种混合物能氧化形成耐高温氧化物，这样的一种陶瓷熔合粉料是在一束或多束运载气体流中喷射到某种表面上，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部分被熔化，而在燃料颗粒氧化热的作用下，让陶瓷熔合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，而得以形成一层环绕所说运载气体流的基本上是连续的气体帘。

2、如权利要求1所述的一种方法，其中所说的气体帘是作为一种环形流喷射成的。

3、如权利要求1或2所述的一种方法，其中所说的运载气体是从一面积在50与500mm²间的出口喷射，而气体帘是从一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，其中所说的运载气体是从一面积在300与2300mm²间的出口喷射，而气体帘是从一或多个与该运载气体出口相距10至30mm的出口喷射。

5、如上述任何一项权利要求所述的一种方法，其中用来形成气体帘的帘式气体之体积输送速率至少是运载气体之体积输出速率的二分之一。

6、如上述任何一项权利要求所述的一种方法，其中的帘式气体（在正常压力下计算的）输送速率较运载气体的输送速率大五分之一。

7、如权利要求6所述的一种方法，其中的帘式气体（在正常压力下计算的）输出速率较运载气体的输送速率大五分之一至五分之三。

8、如上述任一项权利要求所述的一种方法，其中述及的各种气体流是从有流体循环过其间致冷的一种喷枪喷送。

9、如上述任一项权利要求所述的一种方法，其中述及的帘式气体包括氧气。

10、如权利要求1至8中任一项所述的一种方法，其中输入到运载气体中的料粒包括一种可氧化的料粒，后者原样地结合到熔接物质中，而所说的帘式气体流中则基本上不存在氧。

11、如上述任一项权利要求所述的一种方法，其中的燃料颗粒所包括的原料来自铝、硅、镁、锆与铬这组中的一种或多种。

12、如上述任一项权利要求所述的一种方法，其中的燃料颗粒按重量计至少有50%的粒度小于50mm。

13、如上述任一项权利要求所述的一种方法，其中所喷射的耐火材料颗粒按重量计至少有较大部分是由氧化铝和/或氧化锆，或是由氧化镁和/或氧化铝组成。

14、按照权利要求1至13中任何一项形成的一种陶瓷熔合物质。

15、一种喷枪，它包括一出口，用来将一种陶瓷熔合粉料沿着一通向作为实现此陶瓷熔合方法之表面的路径，输入一运载气体之中，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所取的形状、配置方式与其相对于上述粉料出口的轴向与径向间隔，能使此种气体从该单个或成组的第二种出口输出，得以形成围绕着且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。

16、如权利要求15所述的一种喷枪，其中所述的这种第二种出口是一种连续型的环形口。

17、如权利要求15或16所述的一种喷枪，其中所述的这种第二种出口之面积在50与500mm²之间，而这一或每一个这一第二种出口与前述粉料出口相隔一在5与20mm之间的距离。

18、如权利要求15或16所述的一种喷枪，其中所述的这种第二种出口之面积在300与2300mm²之间，而这一或每一个这一第二种出口与前述粉料出口相隔一在10与30mm之间的距离。

19、如权利要求15至18中任一项所述的一种喷枪，它带有一个适于循环冷却剂的套。

20、如权利要求15至19中任一项所述的一种喷枪，其中之第二出口的面积是在流粉料出口面积的三分之二与三倍之间。