DD296747A5 - Keramisches schweissverfahren und pulvergemisch dafuer - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein keramisches Schweiszverfahren und Pulvergemisch dafuer. Bei keramischen Schweiszprozessen werden oxidierendes Gas und ein Gemisch von feuerfestem und Brennstoffpulver gegen eine Oberflaeche geschleudert und der Brennstoff wird verbrannt, um ausreichend Hitze zu erzeugen, dasz das feuerfeste Pulver wenigstens teilweise geschmolzen oder erweicht und eine zusammenhaengende feuerfeste Masse nach und nach gegen diese Oberflaeche aufgebaut wird. Um jede Neigung der Schweiszmasse zu vermindern, eine geringerwerte feuerfeste Phase zu enthalten und somit die Feuerfestigkeit dieser Schweiszmasse zu beguenstigen, liegt das Brennstoffpulver in einer Menge von nicht mehr als 15 * des Gesamtgemisches vor und enthaelt wenigstens zwei Metalle aus der Gruppe Aluminium, Magnesium, Chrom und Zirkonium, und wenigstens der Hauptgewichtsanteil des Feuerfestpulvers besteht aus einem oder mehreren der Gruppe Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Chromoxid, und das molare Verhaeltnis von Siliziumdioxid zu Calciumoxid, die im Feuerfestpulver (wenn ueberhaupt) vorhanden sind, erfuellt die folgende Gleichung:
Description
erfüllen.
2. Keramisches Schweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die molaren Mengenanteile von Siliziumdioxid und Calciumoxid, die im Feuerfestpulver (wenn überhaupt) vorliegen, die folgende Gleichung erfüllen:
(SiO2) % < (CaO) %
3. Keramisches Schweißverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Feuerfestpulver praktisch frei von Siliziumdioxid ist.
4. Keramisches Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das geschleuderte feuerfeste Pulver praktisch aus einem oder mehreren der Gruppe Zirkonoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Chromoxid besteht.
5. Keramisches Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffpulver Aluminium zusammen mit einem oder mehreren der Gruppe Magnesium, Chrom und Zirkonium enthält.
6. Keramisches Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß kein Element mehr als 80 Gew.-% des Brennstoffpulvers ausmacht.
7. Keramisches Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffpulver eine Legierung enthält, die wenigstens 30 Gew.-% eines Metalles aus der Gruppe Aluminium, Magnesium, Chrom und Zirkonium enthält, wobei der Rest der Legierung aus wenigstens einem anderen Element als einem solchen gewählten Metall besteht, wobei dieses Element ebenfalls unter Bildung eines Feuerfestoxides oxidierbar ist.
8. Keramisches Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jegliches vorhandene Silizium in diesem Brennstoff in Form einer Legierung von Silizium mit wenigstens einem der Gruppe Aluminium, Magnesium, Chrom und Zirkonium vorliegt.
9. Keramisches Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die molare Menge an im geschleuderten Gemisch vorhandenem Silizium (falls überhaupt vorhanden) nicht mehr als die molare Menge (falls überhaupt vorhanden) an Zirkonium beträgt, berechnet als elementares Zirkonium.
10. Keramisches Schweißverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff elementares Silizium in Form von Teilchen mit einer durchschnittlichen Korngröße von weniger als ΙΟμιη, vorzugsweise weniger als 5 μιτι enthält und das Gemisch Zirkonoxidteilchen umfaßt, die Korngrößen unterhalb 150 цт haben, wobei diese Zirkonoxidteilchen in einer molaren Menge vorliegen, die wenigstens gleich ist der molaren Menge an elementarem Silizium im Gemisch.
11. Keramisches Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das geschleuderte Brennstoffpulver praktisch frei von Silizium ist.
12. Keramisches Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das geschleuderte Brennstoffpulver Magnesium und Aluminium enthält.
13. Keramische Schweißverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das geschleuderte Brennstoffpulver, auf das Gewicht bezogen, mehr Aluminium als Magnesium enthält.
14. Keramisches Schweißverfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß Magnesium im geschleuderten Brennstoffpulver in Form einer Magnesium/Aluminiumlegierung eingebracht ist.
15. Keramisches Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das geschleuderte Brennstoffpulver Chrom und Aluminium enthält.
16. Keramisches Schweißverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das geschleuderte Brennstoffpulver, auf das Gewicht bezogen, mehr Chrom als Aluminium enthält.
17. Keramisches Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, angewandt auf die Reparatur einer Struktur aus basischem feuerfesten Material.
18. Keramisches Schweißpulver aus einem Gemisch von feuerfestem und Brennstoffpulver zur Verwendung in einem keramisches Schweißverfahren, wobei oxidierendes Gas und das Gemisch von feuerfesten und Brennstoffpulvern gegen eine Oberfläche geschleudert und das Brennstoffpulver zur Erzielung von ausreichend Hitze verbrannt wird, daß das feuerfeste Pulver wenigstens teilweise geschmolzen oder erweicht wird und eine zusammenhängende feuerfeste Masse nach und nach gegen diese Oberfläche aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffpulver in einer Menge von nicht mehr als 15Gew.-%des gesamtes Gemisches vorliegt und wenigstens zwei Metalle aus der Gruppe Aluminium, Magnesium, Chrom und Zirkonium enthält und daß wenigstens der Hauptgewichtsteil des Feuerfestpulvers aus einem oder mehreren der Gruppe Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Chromoxid besteht und daß die molaren Mengenanteile von Siliziumoxid und Calciumoxid, die im Feuerfestpulver vorhanden sind (wenn überhaupt) derfolgenden Gleichung genügen:
(SiO2) % < 0,2 + (CaO) %
19. Keramisches Schweißpulver nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die molaren Mengenanteile an Siliziumoxid und Calciumoxid im Feuerfestpulver (falls überhaupt vorhanden) derfolgenden Gleichung genügen:
(SiO2) % < (CaO) %
20. Keramisches Schweißpulver nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Feuerfestpulver praktisch frei von Siliziumdioxid ist.
21. Keramisches Schweißpulvernach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das geschleuderte Feuerfestpulver praktisch aus einem oder mehreren der Gruppe Zirkonoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Chromoxid besteht.
22. Keramisches Schweißpulver nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffpulver Aluminium, zusammen mit einem oder mehreren der Gruppe Magnesium, Chrom und Zirkonium enthält.
23. Keramisches Schweißpulvernach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß kein Element mehr als 80Gew.-% des Brennstoffpulvers ausmacht.
24. Keramisches Schweißpulver nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffpulvereine Legierung enthält, die wenigstens 30Gew.-% an einem Metall aus der Gruppe Aluminium, Magnesium, Chrom und Zirkonium aufweist, wobei der Rest der Legierung aus wenigstenseinem anderen Elementalseinem solchen gewählten Metall besteht, wobei dieses Element ebenfalls zur Bildung eines feuerfesten Oxids oxidierbar ist.
25. Keramisches Schweißpulver nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß jedes im Brennstoff vorhandene Silizium in Form einer Legierung von Silizium mit wenigstens einem Metall der Gruppe Aluminium, Magnesium, Chrom und Zirkonium vorliegt.
26. Keramisches Schweißpulver nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die molare Menge an Silizium (falls vorhanden) im geschleuderten Gemisch nicht mehr als die molare Menge (falls vorhanden) an Zirkonium beträgt, berechnet als elementares Zirkonium.
27. Keramisches Schweißpulver nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff elementares Silizium in Form von Teilchen enthält, die eine durchschnittliche Teilchengröße von weniger als 10 μπα, vorzugsweise weniger als 5 pm haben und das Gemisch Zirkonoxidteilchen mit Korngrößen unterhalb 150 μιη aufweist, wobei die Zirkonoxidteilchen in einer molaren Menge vorliegen, die wenigstens gleich ist der molaren Menge an elementarem Silizium im Gemisch.
28. Keramisches Schweißpulvernach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das geschleuderte Brennstoffpulver praktisch frei von Silizium ist.
29. Keramisches Schweißpulver nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das geschleuderte Brennstoffpulver Magnesium und Aluminium enthält.
30. Keramisches Schweißpulver nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das geschleuderte Brennstoffpulver, auf das Gewicht bezogen, mehr Aluminium als Magnesium enthält.
31. Keramisches Schweißpulver nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß Magnesium in das geschleuderte Brennstoffpulver in Form von Magnesium/Alu mini um legierung eingebracht ist.
32. Keramisches Schweißpulver nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das geschleuderte Brennstoffpulver Chrom und Aluminium enthält.
33. Keramisches Schweißpulver nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das geschleuderte Brennstoffpulver, auf das Gewicht bezogen, mehr Chrom als Aluminium enthält.
Die Erfindung betrifft ein keramisches Schweißverfahren, wobei oxidierendes Gas und ein Gemisch von feuerfestem und Brennstoffpulver gegen eine Oberfläche geschleudert werden und der Brennstoff verbrannt wird, um ausreichend Hitze zu erzeugen, damit das feuerfeste Pulver wenigstens teilweise geschmolzen oder erweicht wird und nach und nach eine zusammenhängende feuerfeste Masse auf der bzw. gegen die Oberfläche aufgebaut wird. Die Erfindung betrifft auch ein keramisches Schweißpulvergemisch, das feuerfestes Pulver und Brennstoffpulver enthält zur Verwendung bei einem solchen keramischen Schweißverfahren.
Keramische Schweißverfahren sind brauchbar für die Herstellung von neuen feuerfesten Körpern, г. В. Körpern von ziemlicher komplizierten Formen, werden jedoch in der derzeitigen technischen Praxis am meisten für das Auskleiden oder die Reparatur von heißen feuerfesten Strukturen, wie Hochöfen oder Schmelzöfen der verschiedensten Art verwendet und sie gestatten es, erodierte Bereiche der feuerfesten Struktur (vorausgesetzt, daß diese Bereiche zugänglich sind) zu reparieren, während sich die Struktur praktisch bei seiner Betriebstemperatur befindet und in einigen Fällen selbst während die Struktur noch in Betrieb ist. Es ist auf jeden Fall wünschenswert, daß keine absichtliche Abkühlung der feuerfesten Strukturvon ihrer normalen Betriebstemperatur erfolgt. Die Vermeidung eines solchen absichtlichen Abkühlens neigt dazu, die Wirksamkeit der keramischen Schweißreaktionen zu begünstigen, vermeidet weitere Schädigung der Struktur aufgrund von Wärmespannungen, die durch dieses Abkühlen bewirkt werden und/oder durch das anschließende Wiedererhitzen zur Betriebstemperatur und hilft auch, die Abschaltzeit des Ofens zu verringern.
Bei keramischen Schweißverfahren werden feuerfestes Pulver, Brennstoffpulver und oxidierendes Gas gegen die zu reparierende Stelle geschleudert und der Brennstoff wird verbrannt, so daß das feuerfeste Pulver wenigstens teilweise geschmolzen oder erweicht wird und sich an der Reparaturstelle nach und nach eine feuerfeste Reparaturmasse aufbaut. Der im typischen Fall verwendete Brennstoff besteht aus Silizium und/oder Aluminium, obwohl auch andere Materialien, wie Magnesium und Zirkonium verwendet werden können. Das feuerfeste Pulver kann so gewählt werden, daß die chemische Zusammensetzung der Reparaturmasse so gut wie möglich zur Zusammensetzung der zu reparierenden feuerfesten Masse paßt, obwohl sie auch abgewandelt werden kann, z. B. so, daß man einen Überzug von höherem Grad von Feuerfestigkeit auf der Grundstruktur abscheidet. Bei der gewöhnlichen Praxis werden Brennstoff-und feuerfestes Pulver von einer Lanze als ein Gemisch in einem Strom von oxidierendem Trägergas geschleudert.
Aufgrund der beim Verbrennen der Brennstoffpulver an der oder nahe der zu reparierenden Oberfläche erzeugten intensiven Hitze wird auch diese Oberfläche erweicht oder angeschmolzen und als Ergebnis wird die Reparaturmasse, die selbst großenteils zusammengeschmolzen wird, stark an der reparierten Wand haften und es ergibt sich eine hochgradig wirksame und dauerhafte Reparatur. Frühere keramische Schweißreparaturverfahren sind z.B. indenGB-PSen 1330894 und 2110200 zu finden. Bisher war eine der am meisten verbreiteten Anwendungszwecke von keramischen Schweißreparaturverfahren die Erneuerung von Koksöfen, die aus Siliziumdioxidsteinen (Silicasteinen) gebaut sind. Das übliche keramische Schweißpulver, das meistens für die Reparatur von Silicasteinen verwendet wird, enthält Silica (Siliziumdioxid) zusammen mit Silizium und gegebenenfalls Aluminium als Brennstoffpulver. Silicasteine sind tatsächlich am leichtesten durch keramisches Schweißen zu reparieren, wenigstens teilweise deswegen, weil Silicasteine verhältnismäßig geringe Feuerfestigkeit haben, so daß dieTempraturen (z.B. 1 8000C oder mehr), die in der Reaktionszone des keramischen Schweißens erreicht werden, leicht die Bildung einer haftenden zusammenhängenden Reparaturmasse gestatten und die Anforderungen an die Feuerfestigkeit der Reparaturmasse gewöhnlich nicht höher sind als diejenigen der ursprünglichen Silicasteinstruktur.
Es wurde jedoch gefunden, daß sich gewisse Probleme ergeben, wenn man höhergradige feuerfeste Strukturen repariert oder in anderen Fällen, so die Anforderungen an den Feuerfestgrad der keramischen Schweißmasse besonders strikt sind. Beispiele von hochgradigen feuerfesten Steinen sind:
Chrom-Magnesit, Magnesit-Aluminiumoxid, Aluminiumoxid-Chrom, Magnesit-Chrom, Chrom-und Magnesit-Steine,feuerfeste Steine mit hohem Aluminiumoxidgehalt und feuerfeste Steine, die einen beträchtlichen Mengenanteil von Zirkonium enthalten, wie Corhart (Warenzeichen), Zac (ein zusammengeschmolzener Stein aus Aluminiumoxid, Zirkon und Zirkoniumoxid). Um die Bildung einer keramischen Schweißmasse zu erreichen, die einen Feuerfestgrad und/oder eine Zusammensetzung hat, die sich derjenigen solch hochgradiger Feuerfeststeine nähert oder ihr gleichkommt, ist es nicht immer ausreichend, ein keramisches Standardschweißpulver zu verwenden wie dies oben beschrieben ist.
Ein besonderes Problem, das im Falle einer keramischen Schweißreparatuvmasse entsteht, die während ihres Arbeitslebens sehr hohen Temperaturen unterworfen werden soll, ist die Vermeidung einer Phase in der Reparaturmasse, die einen ungenügend hohen Erweichungs- oder Schmelzpunkt hat. Der Zusammenhalt einer Reparaturmasse, die eine solche Phase enthält, wird bei hohen Temperaturen verschlechtert und ihre Korrosionsfestigkeit bei hohen Temperaturen ist ebenfalls nicht
so gut wie man sie erwartet. Im allgemeinen wird eine feuerfeste Phase, die gegen Hitze physikalische verhältnismäßig weniger widerstandsfähig ist, auch leichter chemisch bei hohen Temperaturen angegriffen.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein keramisches Schweißverfahren und ein keramisches Schweißpulver zur Verwendung in einem solchen Verfahren zu liefern, das zur Bildung einer Schweißmasse führt, in welcher das Auftreten einer solchen Phase mit geringerer Feuerfestigkeit vermindert und, bei einigen Ausführungsformen der Erfindung, sogar vermieden wird. Gemäß der Erfindung wird ein keramisches Schweißverfahren bereitgestellt, bei welchem oxidierendes Gas und ein Gemisch von feuerfestem und Brennstoffpulver gegen eine Oberfläche geschleudert werden und der Brennstoff verbrannt wird, um ausreichend Hitze zu erzeugen, daß das feuerfeste Pulver wenigstens teilweise geschmolzen oder erweicht wird und eine zusammenhängende feuerfeste Masse nach und nach auf der oder gegen die Oberfläche aufgebaut wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Brennstoffpulver in einem Mengenanteil von nicht mehr als 15Gew.-% der Gesamtmischung vorliegt und wenigstens zwei Metalle aus der Gruppe Aluminium, Magnesium, Chrom und Zirkonium enthält und daß wenigstens der Hauptgewichtsteil des feuerfesten Pulvers aus einem oder mehreren der Materialien Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Chromoxid besteht und daß die molaren Mengenanteile von Siliziumdioxid und Calciumoxid, die im feuerfesten Pulver (wenn überhaupt) vorliegen, der folgenden Gleichung genügen:
(SiO2) % < 0,2 + (CaO) %
Die Erfindung liefert auch ein keramisches Schweißpulver, das ein Gemisch von feuerfestem Pulver und Brennstoffpulver ist, zur Verwendung in einem keramischen Schweißverfahren, wobei oxidierendes Gas und das Gemisch von feuerfestem und Brennstoffpulver gegen eine Oberfläche geschleudert werden und der Brennstoff verbrannt wird, um ausreichend Hitze zu erzeugen, daß das feuerfeste Pulver wenigstens teilweise geschmolzen oder erweicht wird und eine zusammenhängende feuerfeste Masse nach und nach auf der oder gegen die Oberfläche aufgebaut wird und das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Brennstoffpulver in einem Mengenanteil von nicht mehr als 15Gew.-%des Gesamtgemisches vorliegt und wenigstens zwei Metalle aus der Gruppe Aluminium, Magnesium, Chrom und Zirkonium aufweist und daß wenigstens der Hauptgewichtsteil des feuerfesten Pulvers aus einer oder mehreren der Verbindungen Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Chromoxid besteht und wobei die molaren Mengenanteile von Siliziumdioxid und Calciumoxid in dem feuerfesten Pulver (falls vorhanden) der folgenden Gleichung genügen:
(SiO2) % £ 0,2 + (CaO) %
Die Verwenund eines solchen Pulvers bei einem solchen Verfahren ergibt eine keramische Schweißmasse, die hochgradig beständig gegen geschmolzene Materialien ist, wie geschmolzene Metalle und Metallschlacken und geschmolzenes Glas. Solche Schweißmassen können gute Beständigkeit gegen korrodierende Flüssigkeiten und Gas bei erhöhten Temperaturen haben, wie sie beispielsweise bei der Bearbeitung oder Herstellung von Stahl, Kupfer, Aluminium, Nickel und Glas auftreten und in Schmelztiegeln oder anderen chemischen Reaktionsgefäßen, die der Einwirkung von Flammen ausgesetzt sind. Solche Schweißmassen können auch gut an hochgradig feuerfesten Grundstrukturen haften.
Der gelegentliche Verlust an Feuerfestigkeit bei der gebildeten keramischen Schweißmasse wird oft beobachtet, wenn man ein Schweißpulver verwendet, das beträchtliche Mengen an Siliziumdioxid oder siliziumdioxidbildenden Materialien aufweist, und er kann der Bildung einer glasigen Phase in der Schweißmasse bei den sehr hohen Temperaturen zugeschrieben werden, die während der keramischen Schweißreaktionen erreicht werden können. Eine solche glasartige Phase hat oft einen verhältnismäßig tiefen Schmelzpunkt und sie kann auch leicht durch geschmolzene Materialien angegriffen werden, wie geschmolzene Metalle, Schlacken und geschmolzenes Glas, und ihr Vorliegen würde somit die Qualität der Schweißmasse insgesamt beeinträchtigen. Siliziumdioxid liegt oft in feuerfesten Steinen oder Massen vor, gleichgültig ob als absichtlich zugesetzter Bestandteil oder als Verunreinigung. Wenn man die vorliegende Erfindung anwendet, wird der zulässige Mengenanteil von Siliziumdioxid auf eine Menge verringert, die dazu neigt, eine feuerfeste Schweißmasse zu bilden, bei dereine solche glasartige Phase sehr stark vermindert oder vermieden wird und die Feuerfestigkeit der gebildeten Schweißmasse verbessert ist.
Die Feuerfestigkeit der gebildeten Schweißmasse wird verbessert, wenn, wie dies bevorzugt ist, die molaren Mengenanteile an Siliziumdioxid und Calciumoxid, die im Feuerfestpulver (wenn überhaupt) vorliegen, der folgenden Gleichung genügen: (SiO2) % < (CaO) %.
Dies begünstigt die Vermeidung einer sauren Phase in der Schweißung und verbessert ihre Beständigkeit gegen Korrosion durch geschmolzenes Glas oder metallurgische Schlacken.
Vorzugsweise ist das Feuerfestpulver praktisch frei von Siliziumdioxid. Die Wahl dieses Merkmales wirkt auch der Bildung jeder glasartigen Phase auf Siliziumdioxidbasis in der gebildeten Schweißmasse entgegen.
Vorteilhafterweise besteht das geschleuderte feuerfeste Pulver praktisch aus einer oder mehreren der Verbindungen Zirkondioxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Chromoxid. Solche Materialien können sehr hochgradige feuerfeste Massen bilden.
Gemäß der Erfindung enthält das Brennstoffpulver wenigstens zwei Metalle aus der Gruppe Aluminium, Magnesium, Chrom und Zirkonium. Solche Brennstoffe verbrennen unter Bildung von Oxiden, die von guter Feuerfestqualität sind und die entweder amphoter (Aluminiumoxid und Zirkonoxid) oder basisch sind (Magnesiumoxid oder Chromoxid), und demgemäß tragen solche Brennstoffe zur Bildung einer feuerfesten Masse bei, die hochgradig beständig gegen Korrosion durch geschmolzenes Glas oder metallurgisches Schlacken ist. Dieses Merkmal der Erfindung gestattet auch eine beträchtliche Flexibilität in der Wahl der Brennstoffelemente und somit im feuerfesten Oxidprodukt, das sich beim Verbrennen dieser Elemente ergibt, so daß die Zusammensetzung der schließlich gebildeten feuerfesten Schweißmasse gewünschtenfalls variiert werden kann. Vorteilhafterweise umfaßt das Brennstoffpulver Aluminium zusammen mit einem oder mehreren der Metalle Magnesium, Chrom und Zirkonium. Aluminium hat ausgzeichnete Verbrennungseigenschaften für die beabsichtigten Zwecke und ist auch verhältnismäßig leicht als Pulver erhältlich.
Vorzugsweise macht kein Element mehr als 80Gew.-% dieses Brennstoffpulvers aus. Dies hat sich als günstig erwiesen, um die Bedingungen kontrollieren zu können, unter welchen die Verbrennung stattfindet. So ist beispielsweise bei Wahl dieses bevorzugten Merkmales ein hauptsächlich hochgradig reaktiver Brennstoffbestandteil auf 80% des gesamten Brennstoffes begrenzt und der Rest des Brennstoffes, wenigstens 20Gew.-%, kann aus einem Brennstoffelement bestehen, das langsamer reagiert, um die Verbrennungsgeschwindigkeit zu steuern. Umgekehrt kann ein weniger aktiver Brennstoffhauptanteil hinsichtlich seiner Reaktionsgeschwindigkeit durch Zugabe von wenigstens 20Gew.-% von einem oder mehreren Brennstoffelementen, die rascher reagieren, angeheizt werden.
Vorteilhafterweise umfaßt das Brennstoffpulver eine Legierung, die wenigstens 30Gew.-% eines Metalles aus der Gruppe Aluminium, Magnesium, Chrom und Zirkonium enthält, wobei der Rest der Legierung aus wenigstens einem anderen als diesem gewählten Metall besteht, wobei dieses Element ebenfalls unter Bildung eines feuerfesten Oxides oxidierbar ist. Die Verwendung von Teilchen einer Legierung als Brennstoff ist besonders wertvoll zur Einstellung der Bedingungen, unter welchen die Verbrennung stattfindet.
Das geschleuderte Gemisch von Pulvern muß nicht notwendigerweise ganz frei von Silizium sein, um die Bildung von verhältnismäßig niederwertigen sauren oder glasartigen siliziumhaltigen Phasen zu vermindern oder zu vermeiden. In einigen Fällen kann Silizium im Brennstoffpulver vorliegen. Tatsächlich wurde gefunden, daß die Verwendung von Silizium als Brennstoffbestandteil Vorteile haben kann, um die Art und Weise zu stabilisieren, in welcher die keramische Schweißreaktion abläuft. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt daher Silizium in diesem Brennstoff in Form einer Legierung von Silizium mit wenigstens einem der Metalle Aluminium, Magnesium, Chrom und Zirkonium vor. Die Verwendung von Silizium als Legierungsbestandteil kann eine günstige Wirkung auf die Geschwindigkeit haben, mit welcher die Verbrennungsreaktion während der Durchführung des Verfahrens der Erfindung abläuft. Zum Beispiel kann Silizium in Legierung mit Magnesium die Wirkung haben, daß die Geschwindigkeit gemäßigt wird, mit welcher das hochgradig aktive Magnesium abbrennt. Überdies, da eine Legierung ein inniges Gemisch ihrer Bestandteile ist, wird die innige Vermischung der Reaktionsprodukte begünstigt und dies wirkt der Möglichkeit entgegen, daß das Silizium Anlaß zu einer deutlichen, also getrennten sauren oder glasartigen Phase in der gebildeten feuerfesten Schweißmasse gibt.
Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, wiederum, um die Vermeidung des Auftretens eines siliziumhaltigen sauren oder glasartigen Phase in der gebildeten Schweißmasse zu begünstigen, wird es bevorzugt, daß die molare Menge an Silizium, die im Gemisch (wenn überhaupt) vorliegt, nicht mehr als die molare Menge an Zirkonium (falls überhaupt vorhanden) ist. Beispielsweise kann das feuerfeste Pulver einen Mengenanteil an Zirkoniumorthosilikat (Zirkon) enthalten, das ein recht brauchbarer, hochgradig feuerfester Bestandteil ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Brennstoffpulver einen Mengenanteil an elementarem Silizium enthalten, das sich mit Zirkonium im Gemisch vereinigen kann, (gleichgültig ob als elementares Zirkonium oder als Zirkonoxid) um Zirkon zu bilden, ohne eine saure Phase in der gebildeten Schweißmasse anzuregen.
Somit enthält bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dieser Brennstoff elementares Silizium in Form von Teilchen mit einer durchschnittlichen Korngröße von weniger als 10 μιη, vorzugsweise weniger als 5 \im, und das Gemisch umfaßt Zirkoniumdioxidteilchen mit einer Korngröße unterhalb 150 μιη, wobei solche Zirkoniumdioxidteilchen in einer molaren Menge vorliegen, die wenigstens gleich der molaren Menge an elementarem Silizium im Gemisch ist. Es wurde gefunden, daß die Anwendung dieses wahlweisen Merkmals der Erfindung die Bildung von Zirkon (Zirkoniumorthosilikat) in der gebildeten Schweißmasse als Ergebnis der keramischen Schweißreaktionen begünstigt, so daß diese Masse praktisch frei von Siliziumdioxid als solchem ist und das Risiko der Bildung einer glasartigen geringwertigen Feuerfestphase gering ist. Auf diese Weise kann der Vorteil der Verwendung von Silizium als Brennstoff erzielt werden, ohne gleichzeitig den Nachteil in Kauf zu nehmen, eine möglicherweise glasartige saure Phase von Siliziumdioxid in der Schweißmasse vorliegen zu haben.
Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist das geschleuderte Brennstoffpulver praktisch frei von Silizium.
Die Wahl dieses Merkmales vermeidet die Bildung von jeder glasartigen Masse auf Siliziumdioxidbasis in der gebildeten Schweißmasse.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung enthält das geschleuderte Brennstoffpulver Magnesium und Aluminium. Die Oxidation von Aluminium und Magnesium in geeigneten Mengenanteilen kann ausreichende Hitze für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung erzeugen und gibt Anlaß zur Bildung von feuerfesten Oxiden, die in eine hochgradig feuerfeste Schweißmasse inkorporiert sind.
Vorzugsweise umfaßt das geschleuderte Brennstoffpulver, auf das Gewicht bezogen, mehr Aluminium als Magnesium, z.B.
kann Aluminium im Brennstoff in einer molaren Menge von etwa dem 2fachen von der des Magnesiums vorliegen. Dies begünstigt die Bildung von Spinell (Magnesiumaluminat) in der Schweißmasse. Spinell ist ein sehr brauchbares hochgradiges Feuerfestmaterial.
Vorteilhafterweise wird Magnesium in das geschleuderte Brennstoffpulver in Form einer Magnesium/Aluminiumlegierung eingebracht. Die Verwendung einer gepulverten Legierung dieser Metalle statt eines Gemisches von Pulver begünstigt weiter die Bildung von Spinell statt der separaten Oxide als Ergebnis der keramischen Schweißreaktionen. Die Zusammensetzung der Legierung kann variiert werden oder es können Zugaben von zusätzlichem Aluminium oder Magnesium gemacht werden, um die relativen Mengenanteile von Aluminium und Magnesium in Brennstoffpulver nach Wunsch einzustellen.
Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung umfaßt das geschleuderte Brennstoffpulver Chrom und Aluminium. Solche Brennstoffpulver sind brauchbar zur Bildung von feuerfesten Schweißmassen mit hohem Chromgehalt und vorteilhafterweise enthält ein solches geschleudertes Brennstoffpulver an Gewicht mehr Chrom als Aluminium.
Vorzugsweise haben wenigstens 60% und bei einigen Ausführungsformen wenigstens 90Gew.-% des geschleuderten Brennstoffpulvers eine Korngröße unterhalb 50pm. Dies begünstigt die rasche und wirksame Verbrennung des Brennstoffpulvers zur Bildung einer zusammenhängenden feuerfesten Schweißmasse.
Das Verfahren der Erfindung ist besonders günstig, wenn es zur Behandlung von feuerfesten Materialien angewandt wird, die selbst eher basischen als sauren Charakter haben und demgemäß wird es bevorzugt, daß das Verfahren zur Reparatur einer Struktur, die aus basischem feuerfesten Material gebaut ist, angewandt wird.
Verschiedene spezifische keramische Schweißpulver gemäß der Erfindung werden nun anhand von Beispielen beschrieben. Die Beispiele erläutern die Erfindung.
Ein keramisches Schweißpulver enthält, bezogen auf Gewicht, die folgenden Bestandteile:
Magnesiumoxid 82% Mg/Al-Legierung 5%
Zirkoniumoxid 10% Aluminiumkörner 3%
Das verwendete Magnesiumoxid hatte Korngrößen bis zu 2 mm. DasZirkonoxid hatte Korngrößen unterhalb 150μπι. Die Mg/Al-Legierung mit nominell 30Gew.-% Magnesium und 70% Aluminium hatte Korngrößen unterhalb 100μιη und eine durchschnittliche Korngröße von etwa 42 цт, und das Aluminium lag in Form von Körnern mit einer nominalen maximalen Größe von 45μηη vor.
Das verwendete Magnesiumoxid hatte eine Reinheit von 99Gew.-%. Es enthielt 0,8Gew.-% Calciumoxid und 0,05Gew.-% Siliziumdioxid. Das molare Verhältnis von SiO2 zu CaO in Magnesiumoxid war daher 1:17,4.
Eine andere Magnesiumoxidzusammensetzung, die sich zur Verwendung eignet, hat eine Reinheit von 98Gew.-%. Sie enthält 0,6Gew.-% Calciumoxid und 0,5Gew.-% Siliziumdioxid. Das molare Verhältnis von SiO2 zu CaO in dieser Magnesiumoxidzusammensetzung ist daher 1:1,28.
Ein solches Pulver kann in einer Menge von 1 bis 2t/h aus einer Lanze geschleudert werden, die als solche in der keramischen Schweißung bekannt ist, wobei Sauerstoff als Trägergas zur Reparatur eines Stahlkonverters verwendet wird, der aus basischen Magnesiumoxid-Feuerfeststeinen gebildet ist. Der Reparaturstelle ist dabei bei einer Temperatur von 14000C unmittelbar vor dem Aufschleudern.
Ein Keramisches Schweißpulver enthält, auf das Gewicht bezogen, die folgenden Bestandteile:
| Magnesiumoxid | 82% | Aluminiumkorner | 3% |
| Zirkoniumoxid | 10% | Aluminiumflocken | 3,5°/ |
| Magnesium körner | 1,5°/ |
Die Magnesiumoxid-, Zirkoniumoxid- und Aluminiumkörner hatten die in Beispiel 1 angegebenen Korngrößen. Die Zusammensetzung des Magnesiumoxids war eine von den in Beispiel 1 angegebenen. Das Magnesium hatte eine nominale Maximalgröße von etwa 75 цт und eine durchschnittliche Korngröße von weniger als 45 pm. Die AIuminiumflocken hatten eine spezifische Oberfläche (gemessen durch Griffin-Permeametrie) von über7000cm2/g.
Ein solches Pulver kann wie in Beispiel 1 beschrieben zur Reparatur eines Stahlkonverters geschleudert werden, der aus Magnesiumoxid-Chrom-Feuerfeststeinen gebildet ist, wobei die Reparaturstelle sich unmittelbar vor dem Aufschleudern bei einerTemperaturvon 14000C befindet.
Ein keramisches Schweißpulver enthält, auf das Gewicht bezogen, die folgenden Bestandteile:
Chromoxid 82% Mg/Al-Legierung 5%
Zirkonoxid 10% Aluminiumkörner 3%
Das Chromoxid hatte eine Korngröße von bis zu 2mm. Die anderen Materialien waren wie in Beispiel 1 angegeben.
Das Chromoxid war praktisch frei von Siliziumdioxid, wobei bei der Analyse kaum Spuren zu finden waren.
Ein solches Pulver kann in einer Menge von 150 bis 200kg/h aus einer Lanze, wie sie als solche beim keramischen Schweißen wohlbekannt ist, unter Verwendung von Sauerstoff als Trägergas zur Reparatur eines Kupferkonverters verwendet werden, der aus Magnesium-Chrom-Feuerfeststeinen gebildet ist, wobei die Reparaturstelle unmittelbar vor dem Aufschleudern bei einer Temperatur von 1100°C war.
Ein keramisches Schweißpulver umfaßt, auf das Gewicht bezogen, die folgenden Bestandteile:
| Chromoxid | 82% | Aluminiumkörner | 3% |
| Zirkonoxid | 10% | Aluminiumflocken | 3,5% |
| Magnesiumkörner | 1,5% |
Das Chromoxid war wie in Beispiel 3 angegeben. Die anderen Materialien waren wie in Beispiel 2 angegeben. Ein solches Pulver kann in einer Menge von 150 bis 200 kg/h aus einer Lanze, wie sie beim keramischen Schweißen wohlbekannt ist, unter Sauerstoff als Trägergas zur Reparatur einer Stahlentgasungsdüse verwendet werden, die aus Magnesiumoxid-Chrom-Feuerfeststeinen gebildet ist, wobei sich die Reparaturstelle unmittelbar vor dem Aufschleudern bei einerTemperaturvon 1100°C befand.
Bei einer Variante dieses Beispiels wurde das Magnesium durch Zirkonium mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 10 bis 15цт ersetzt, wobei man alle erforderlichen Vorsichtsmaßnahmen bezüglich der wohlbekannten hohen Reaktivität von Zirkonium traf.
Ein keramisches Schweißpulver umfaßt, auf das Gewicht bezogen, die folgenden Bestandteile:
Chromoxid 90% Cr 8%
Aluminiumflocken 2%
Das Chrom hatte die Form von Körnern mit einer nominalen maximalen Korngröße von etwa 100pm und einer durchschnittlichen Korngröße zwischen 25 und 30 pm. Das Chromoxid war wie in Beispiel 3 angegeben. Die Aluminiumflocken hatten eine spezifische Oberfläche (gemessen durch Griffin-Permeametrie) von über 7000cm2/g.
Ein solches Pulver kann in einer Menge von 40kg/h aus einer Lanze, wie sie beim keramischen Schweißen bekannt ist, unter Verwendung von Sauerstoff als Trägergas zur Reparatur von Corhart (Warenzeichen), Zac (geschmolzenem Aluminiumoxid-Zirkon-Zirkonoxid) Feuerfestblöcken verwendet werden, die auf der Höhe der Oberfläche der Schmelze in einem Glasschmelzofenangeordnet waren, wobei die Reparaturstelle unmittelbar vor diesem Auf schleudern bei einer Temperatur von 1 500°Cbis1600°Cwar.
Das Pulver eignet sich ebensogut zur Reparatur von Chromfeuerfeststeinen (d.h. einem Feuerfestmaterial, das mehr als 25% Chromoxid und weniger als 25% Magnesiumoxid enthält), das wiederum auf der Höhe der Oberfläche der Schmelze in einem Glasschmelzofen ist.
Ein keramisches Schweißpulver enthält, auf das Gewicht bezogen, die folgenden Bestandteile:
5%
Der Kohlenstoff war Koks mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 1,25 mm. Die anderen Materialien waren wie in Beispiel 1 angegeben. Ein solches Pulver kann wie in Beispiel 1 beschrieben zur Reparatur eines Stahlkonverters, der aus Magnesiumoxid-Kohlenstoff-Feuerfeststeinen gebildet ist, angewandt werden.
Ein keramisches Schweißpulver enthält, auf das Gewicht bezogen, die folgenden Bestandteile:
| Magnesiumoxid | 72% | Aluminiumkörner |
| Zirkonoxid | 10% | Mg/Al-Legierung |
| Kohlenstoff | 10% |
| Magnesiumoxid | 82% | Si |
| Zirkonoxid | 10% | Mg |
| Al-Flocken |
Das Silizium hatte die Form von Körnern mit einer durchschnittlichen Korngröße von 4pm. Das Zirkonoxid hatte eine nominelle maximale Korngröße von 150 pm. Die anderen Materialien waren wie in den vorhergehenden Beispielen angegeben. Ein solches Pulver kann in einer Menge von 150kg/h zur Reparatur eines aus Magnesiumoxid bestehendem basischen feuerfesten Stahlschmelzlöffels geschleudert werden.
Ein keramisches Schweißpulver enthält, auf das Gewicht bezogen, die folgenden Bestandteile:
Aluminiumoxid 92% Mg 2%
Aluminiumkörner 6%
Das verwendete Aluminiumoxid war ein elektrogegossenes Aluminiumoxid, das auf das Gewicht bezogen, 99,6% AI2O3 enthielt. Es enthielt 0,05% CaO und 0,02% SiO2. Das molare Verhältnis von SiO2ZU CaO in diesem Aluminiumoxid beträgt daher 1:2,68. Das Aluminiumoxid hatte eine nominelle maximale Korngröße von 700μπη und das Aluminium und das Magnesium hatten Korngrößen wie in Beispiel 2 angegeben. Ein solches Pulver kann wie in Beispiel 5 beschrieben zur Reparatur von Corhart (Warenzeichen) Zac-Feuerfestblöcken in einem Glasschmelzwannenofen unterhalb des Niveaus der Arbeitsoberfläche der Schmelze verwendet werden, nachdem die Wanne teilweise entleert ist, um Zugang zur Reparaturstelle zu geben. Bei einer Abänderung dieses Beispiels wurde das elektrogegossene Aluminiumoxid durch tafelförmiges Aluminiumoxid ersetzt. Das verwendete tafelförmige Aluminiumoxid hatte eine nominelle maximale Korngröße von 2 mm und enthielt, auf das Gewicht, 99,5 % AI2O3. Es enthielt 0,073 Mol.-% CaO und 0,085Mol.-% SiO2. Das molare Verhältnis von SiO2 zu CaO in diesem Aluminiumoxid betrug demnach 1:0,86, womit es deutlich die Gleichung (SiO2)% ^ 0,2 + (CaO) % erfüllt.
Ein keramisches Schweißpulver enthält, auf das Gewicht bezogen, die folgenden Bestandteile:
Magnesiumoxid 80% Mg/Si-Legierung 5%
Zirkonoxid 10% Mg/Al-Legierung 5%
Die Magnesium/Silizium-Legierung enthielt gleiche Gewichtsteile der zwei Elemente und hatte eine durchschnittliche Korngröße von etwa 40 pm. Die anderen Materialien waren wie in Beispiel 1 angegeben. Ein solches Pulver kann wie in Beispiel 1 beschrieben zur Reparatur einer feuerfesten Wand geschleudert werden, die aus basischen Magnesiumoxid-Feuerfeststeinen gebildet ist.
Beispiele 10 bis 16
Bei Abänderungen der Beispiele 1 bis 4, 6, 7 und 9 wurde das Zirkonoxid durch tafelförmiges Aluminiumoxid, wie in Beispiel 8 beschrieben, ersetzt.
Bei Abänderungen der Beispiele 1, 3,6, 9,10,12,14 und 16 hatte die Legierung, welche 30% Magnesium und 70% Aluminium enthielt, eine maximale Korngröße von nicht mehr als 75pm und eine durchschnittliche Korngröße von weniger als 45 pm. Bei noch weiteren Abänderungen enthielt die Legierung gleiche Gewichtsteile von Magnesium und Aluminium.
Claims (1)
1. Keramisches Schweißverfahren, wobei oxidierendes Gas und ein Gemisch von feuerfesten und Brennstoffpulvern gegen eine Oberfläche geschleudert werden und der Brennstoff verbrannt wird, um ausreichend Hitze zu erzeugen, damit das feuerfeste Pulverwenigstens teilweise geschmolzen oder erweicht und eine zusammenhängende feuerfeste Masse nach und nach gegen diese Oberfläche aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffpulver in einer Menge von nichtmehrals 15Gew.-%des Gesamtgemisches vorliegtundwenigstenszwei Metalle ausder Gruppe Aluminium, Magnesium, Chrom und Zirkonium enthält und daß wenigstens der Hauptgewichtsteil des Feuerfestpulvers aus einem oder mehreren der Gruppe Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Chromoxid besteht und daß die moralen Mengenanteile von Siliziumdioxid und Calciumoxid, die im Feuerfestpulver vorliegen (falls überhaupt), die folgende Gleichung
(SiO2) % < 0,2 + (CaO) %
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