DE69507455T2 - Flammspritzbrenner - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung
• Diese Erfindung bezieht sich auf einen Brenner zum thermischen Spritzen von geschmolzenem oder halb geschmolzenem feuerfestem Material in Form eines Pulvers auf einen beschädigten Abschnitt einer Wand eines Industrieofens oder einer Wand eines Behälters, um den beschädigten Abschnitt zu reparieren. Insbesondere ist diese Erfindung auf einen Brenner gerichtet, der in engem Raum zufriedenstellend verwendbar ist.
2. Stand der Technik
• Die Innenwand eines Industrieofens (wie beispielsweise eines Koksofens, eines Konverters oder einer Entgasungskammer), der beispielsweise in einer Stahlhütte verwendet wird, nimmt geschmolzenes Material, wie beispielsweise geschmolzenes Eisen, geschmolzenen Stahl, Schlacken oder Kohle zur trockenen Destillation auf. Die Innenwand des Ofens ist gewöhnlich Temperaturen von nicht unter 1000ºC ausgesetzt. Insbesondere die Temperatur der Innenwand ändert sich erheblich, wenn das geschmolzene Material eingeführt, gespeichert oder abgelassen wird. Daher treten Beschädigungen an der Innenwand auf, wie beispielsweise Risse oder Ablösungen. Außerdem kann eine Schmelzbeschädigung aufgrund Infiltration des geschmolzenen Materials auftreten.
• Konventionell ist ein sogenanntes Naßblasreparaturverfahren als eine Maßnahme zur Reparatur der Innenwand verwendet worden. Beim Naßblasreparaturverfahren wird ein breiartiges Feuerfestmaterial von einem Trägergas auf die Innenwand geblasen. Um die Wirksamkeit des Reparaturvorgangs zu verbessern, ist in den letzten Jahren ein sogenanntes trockenes thermisches Spritzreparaturverfahren in breitem Umfang eingesetzt worden. Bei dem trockenen thermischen Spritzreparaturverfahren wird ein Reparaturmaterial in heißem Zustand auf einen beschädigten Abschnitt eines Feuerfestteils gespritzt. Das trockene thermische Spritzreparaturverfahren umfaßt gewöhnlich die Schritte Mischen verbrennbaren Materials mit einem pulverförmigen Feuerfestmaterial, Zuführen eines die Verbrennung begünstigenden Gases zur Erzeugung einer Verbrennungsflamme, Verwenden der Flammhitze zum Schmelzen oder teilweisen Schmelzen des Feuerfestmaterials und schnelles Aufspritzen des Feuerfestmaterials auf den beschädigten Abschnitt der Innenwand. Das trockene thermische Spritzreparaturverfahren hat daher Vorteile gegenüber dem konventionellen Naßblasreparaturverfahren. Das gespritzte Feuerfestmaterial kann seine Feuerfesteigenschaften behalten, wenn es gespritzt wird. Außerdem ist die Lebensdauer des reparierten Abschnitts größer als die Reparaturlebensdauer, die mit dem konventionellen Naßblasreparaturverfahren erzielt wird.
• Da das trockene thermische Spritzreparaturverfahren den Schritt des Spritzens des vollständig oder teilweise geschmolzenen pulverförmigen Feuerfestmaterials beinhaltet, ist ein Brenner jedoch ein wesentliches Element dieses Verfahrens. Der Brenner muß deshalb eine vorbestimmte Charakteristik aufweisen, wie beispielsweise die, daß das Brennstoffgas und das Pulver gleichmäßig verteilt werden, wenn sie gespritzt werden. Die Gestalt der Flamme muß so gesteuert werden, daß sie zu dem zu reparierenden Objekt paßt, und der Brenner muß eine lange Lebensdauer haben. In den letzten Jahren sind Brenner der folgenden Art intensiv untersucht worden.
• Verschiedene Brenner sind in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 55-111861, der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 56-118763, der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 59- 60178, der japanischen Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr. 59-58058, der japanischen Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr. 59-58059, der japanischen Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr. 61-13299 und der japanischen Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr. 61-13300 beschrieben.
• Ein typisches Beispiel dieser konventionellen Brenner, insbesondere der Brenner, der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 59-60178 beschrieben ist, ist in Fig. 8 der begleitenden Zeichnungen gezeigt. In Fig. 8 ist ein Brennstoff- und Spritzmaterialzuführkanal 23 in der Mittenachse des Brenners ausgebildet. Ein Hohlraum 22, der die Gestalt eines rechten, kreisförmigen, kegelstumpfförmigen Polyeders hat, ist vor dem Zuführkanal 23 ausgebildet. Mehrere Einstrahlöffnungen 24 für die Verbrennung unterstützendes Gas münden in den Hohlraum 22. Ein ringförmiger Zuführkanal 31 für die Verbrennung unterstützendes Gas ist um den Brennstoff- und Spritzmaterialzuführkanal 23 ausgebildet. Der Zuführkanal 33 für die Verbrennung unterstützendes Gas steht mit den Einstrahlöffnungen 24 für die Verbrennung unterstützendes Gas in Verbindung. Ein Wasserkühlmantel 28 ist an einem äußersten Abschnitt des Brenners um den Zuführkanal für die Verbrennung unterstützendes Gas 33 angeordnet.
• Die konventionellen Brenner, die in den anderen, oben angegebenen Druckschriften beschrieben sind, haben ähnlichen Aufbau.
• Jeder dieser Brenner hat einen solchen Aufbau, daß ein Brennstoff- und Spritzmaterialzuführkanal oder ein Spritzmaterialzuführkanal im Mittenabschnitt des Brenners ausgebildet ist. Der Zuführkanal für die Verbrennung unterstützendes Gas ist um den Zuführkanal ausgebildet, oder alternativ sind der Brenngaszuführkanal und der Zuführkanal für die Verbrennung unterstützendes Gas individuell um den Zuführkanal ausgebildet. Das die Verbrennung unterstützende Gas und das Brenngas sind über Leitungen oder Strahlöffnungen mit dem Zuführkanal 23 verbunden, der im Mittenabschnitt des Brenners ausgebildet ist. Jede dieser Leitungen oder Strahlöffnungen bildet einen Winkel θ&sub2; mit dem Zuführkanal 23.
• Wenn die oben beschriebenen konventionellen Brenner zur Reparatur eines engen Raumes in beispielsweise einem Immersionsrohr zur Entgasung oder in der Wand eines Koksofens verwendet werden, treten mehrere Probleme auf. Zunächst ist die Flammlänge auf eine sehr kurze Länge beschränkt von beispielsweise etwa 200 mm bis 300 mm. Um die Geschwindigkeit zu vermindern, mit der das gespritzte, pulverförmige Feuerfestmaterial auf die Innenwand auftrifft, und um Rückprallverluste des Spritzmaterials zu vermeiden, muß die Flamme des Brenners verbreitert werden. Der Brenner muß daher strenge Bedingungen einhalten.
• Wenn jedoch die Flammlänge des Brenners verkürzt wird, indem der Winkel θ jedes Spritzkanals, durch den Sauerstoff von außen nach innen abgegeben wird, vergrößert wird, kann der Verbrennungspunkt nicht stabilisiert werden. Wenn ein geeigneter Winkel θ, bei dem die Flamme stabil ist, gewählt wird, längt sich die Flamme übermäßig auf 300 mm oder mehr. Weiterhin, wenn Sauerstoff vom Brenngaskanal von außen nach innen zugeführt wird, wird unvermeidlich eine längliche und strahlartige Flamme erzeugt. Dieses vergrößert die Aufprallgeschwindigkeit des gespritzten Materials an der Ofenwand. Übermäßige Rückprallverluste des gespritzten Materials können daher nicht verhindert werden. Obgleich dieser konventionelle Brenner bei Einsatz in einem breiten Raum geeignet ist, kann er in einem engen Raum nicht zufriedenstellend eingesetzt werden.
Übersicht über die Erfindung
• Diese Erfindung gibt daher einen Brenner an, der in der Lage ist, eine kurze, heiße und breite Flamme zu erzeugen.
• Diese Erfindung gibt weiterhin einen Flammspritzbrenner zur Verwendung in einem Industrieofen an, der einen hervorragende Wirksamkeit und eine befriedigende Handhabbarkeit gewährleistet.
• EP-A-0 103 515 beschreibt einen Flammspritzbrenner zum Erhitzen eines Spritzmaterials, das ein pulverförmiges Feuerfestmaterial enthält, mit Verbrennungswärme. Der Brenner enthält einen zentralen Kanal zum Zuführen von Sauerstoff und mehrere Kanäle, die um den zentralen Kanal angeordnet sind, für Brenngas und pulverförmiges Feuerfestmaterial. Der zentrale Kanal hat ein ständig geschlossenes vorderes Ende und enthält mehrere Öffnungen an Stellen, die einen Abstand zu dem geschlossenen vorderen Ende haben, zum Einspritzen von Sauerstoff in radialer Richtung.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Flammspritzbrenner angegeben zum wenigstens teilweisen Schmelzen eines Spritzmaterials, das ein pulverförmiges Feuerfestmaterial enthält, mit Verbrennungswärme, um thermisch einen beschädigten Abschnitt einer Innenwand mit dem wenigstens teilweise geschmolzenen Spritzmaterial thermisch zu bespritzen, wobei der Flammspritzbrenner enthält: einen Brennerdüsenkörper mit: einen zentralen Kanal zum Zuführen von sauerstoffhaltigem Gas, der ein geschlossenes vorderes Ende aufweist, mehrere Brenngaszuführkanäle, die um den zentralen Kanal angeordnet sind, und mehrere Sauerstoffeinspritzkanäle, um sauerstoffhaltiges Gas von dem zentralen Kanal in radialer Richtung auszuspritzen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der mehreren Brenngaszuführkanäle ein vorderes Ende hat, das gegenüber dem vorderen Ende des zentralen Kanals zurückgesetzt ist, wobei die Sauerstoffausspritzöffnungen in einer Düsenkappe ausgebildet sind, die das vordere Ende des zentralen Kanals verschließt, und ein zylindrischer Brennerkeramikkörper um die vorderen Enden der Brenngaszuführkanäle angeordnet ist.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Flammspritzbrenner angegeben zum wenigstens teilweisen Schmelzen eines Spritzmaterials, das ein pulverförmiges Feuerfestmaterial enthält, mit Verbrennungswärme, um thermisch einen beschädigten Abschnitt einer Innenwand mit dem wenigstens teilweise geschmolzenen Spritzmaterial thermisch zu bespritzen, wobei der Flammspritzbrenner enthält: einen Brennerdüsenkörper mit: einem zentralen Kanal zum Zuführen von sauerstoffhaltigem Gas, der ein geschlossenes Vorderende hat, mehrere Brenngaszuführkanäle, die um den zentralen Kanal angeordnet sind, und mehrere Sauerstoffspritzkanäle, um sauerstoffhaltiges Gas vom zentralen Kanal in radialer Richtung auszuspritzen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der mehreren Brenngaszuführkanäle ein vorderes Ende hat, das gegenüber dem Vorderende des zentralen Kanals zurückgesetzt ist, wobei die Sauerstoffspritzkanäle in einer Düsenkappe ausge bildet sind, die das Vorderende des zentralen Kanals verschließt, zweite Sauerstoffspritzkanäle am Vorderende der Düsenkappe ausgebildet sind, und ein zylindrischer Brennerkeramikkörper um die vorderen Enden der Brenngaszuführkanäle angeordnet ist.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der zylindrische Brennerkeramikkörper wenigstens zum Vorderende des zentralen Kanals. Vorzugsweise sind die Sauerstoffspritzkanäle um Umfang um das vordere Ende des zentralen Kanals ausgebildet. Die Düsenkappe am Vorderende des zentralen Kanals kann abnehmbar sein. Daher können die Länge und die Breite der Flamme durch einfaches Austauschen der Düsenkappe leicht verändert werden. Als Folge kann eine kurze, heiße und breite Flamme gebildet werden.
• Die Anwesenheit der zweiten Sauerstoffspritzkanäle erleichtert die Ausbildung einer stabilen Verbrennungsflamme ohne Rücksicht auf die Flußrate des sauerstoffhaltigen Gases und des Brenngases. Die Abscheidewirksamkeit am Reparaturabschnitt kann daher verbessert werden. Da der Brenner dieser Erfindung es ermöglicht, das gespritzte Brenngas mit Sauerstoff über alle Querschnitte zuzuführen, ist die Ausbildung heißer Punkte aufgrund örtlicher Verbrennung verhindert. Außerdem kann ein Vertopfen des Brenners, verursacht durch Schmelzen des Feuerfestmaterials innerhalb des Brenners, verhindert werden.
• Andere und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der Nachfolgenden Beschreibung vollständiger hervor.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Die Erfindung wird nun im Zusammenhang mit den nachfolgenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, erläutert. Es zeigt:
• Fig. 1A eine Seitenschnittdarstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Brenners dieser Erfindung;
• Fig. 1B eine stirnseitige Ansicht der ersten Ausführungsform des Brenners;
• Fig. 2A eine stirnseitige Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Brenners dieser Erfindung;
• Fig. 2B eine Seitenschnittdarstellung der zweiten bevorzugten Ausführungsform des Brenners,
• Fig. 3A den Zusammenhang zwischen der Flammgestalt, der Materialdichte, wenn es von den Düsen ausgespritzt wird, und dem Winkel 82 der zweiten Sauerstoffspritzkanäle, wenn θ&sub2; groß ist;
• Fig. 3B den Zusammenhang zwischen der Flammgestalt und θ&sub2;, wenn θ&sub2; klein ist;
• Fig. 4A eine Einzelkanalstruktur für die zweiten Sauerstoffspritzkanäle;
• Fig. 4B eine erste Mehrkanalstruktur für die zweiten Sauerstoffspritzkanäle;
• Fig. 4C eine zweite Mehrkanalstruktur für die zweiten Sauerstoffspritzkanäle;
• Fig. 5 den Zusammenhang zwischen der Konzentration unverbrannten Gases und der Distanz von der Düse für einen Brenner dieser Erfindung und einen konventionellen Brenner;
• Fig. 6 den Zusammenhang zwischen der Flammtemperatur und der Distanz von der Düse für den Brenner dieser Erfindung und einen konventionellen Brenner;
• Fig. 7 den Zusammenhang zwischen θ&sub1;, der Distanz von den Düsen und den Gestalten der Flammen, die von einem konventionellen Brenner und einem Brenner dieser Erfindung gebildet werden; und
• Fig. 8 den konventionellen Brenner.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
• Fig. 1A ist eine Seitenschnittdarstellung und Fig. 1B ist eine stirnseitige Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Brenners 1. Der Brenner 1 hat einen Brennerdüsenkörper 2. Der Brennerdüsenkörper 2 weist einen zentralen Kanal 3 und mehrere Brenngaszuführkanäle 4 auf. Der zentrale Kanal 1 führt ein sauerstoffhaltiges Gas 9 zu. Die Brenngaszuführkanäle 4 sind im Umfang um den Zentralkanal 3 ausgebildet. Das Vorderende 4A jedes Brenngaszuführkanals ist gegenüber dem Vorderende 3A des Zentralkanals 3 zurückgesetzt. Die Brenngaszuführkanäle 4 führen ein Brenngas 10 und Feuerfestpulver 11 zu.
• Vorzugsweise ist der Brennerdüsenkörper 2 ein integral gegossener Körper, und der Körper 2 besteht vorzugsweise aus Keramik oder einem feuerfesten Legierungsmaterial. Alternativ kann der Brenner 2 aus mehreren tubusförmigen Elementen bestehen. Das Vorderende 3A des Zentralkanals 3 steht über die Kanäle 4 vor und ist durch eine Düsenkappe 7 verschlossen. Mehrere erste Sauerstoffspritzkanäle 5 sind in der Düsenkappe 7 ausgebildet, um das sauerstoffhaltige Gas 9 radial vom Zentralkanal 3 in den Düsenhohlraum 12 eines keramischen Brennerkörpers 8 auszuspritzen. Die Düsenkappe 7 und der äußere Endabschnitt des Vorderendes 3A des Zentralkanals sind mit Gewinde versehen, um die einfache Befestigung und Loslösung der Düsenkappe 7 an bzw. vom Vorderende 3A des Zentralkanals 3 zu ermöglichen. Der zylindrische Brennerkeramikkörper 8 ist um die Vorderenden 4A der Kanäle 4 angeordnet. Der Brennerkeramikkörper 8 hat eine Länge, die sich über wenigstens das Ende 3A des Zentralkanals 3 hinaus erstreckt.
• Das Brenngas 10 und das Feuerfestpulver 11 werden von den Vorderenden 4A der Zuführkanäle 4 in den Düsenhohlraum 12 ausgespritzt. Das Brenngas 10 und das Feuerfestpulver 11 strömen entlang einer Innenwand 12A des Düsenhohlraums 12 des Brennerkeramikkörpers 8 gegen einen beschädigten Abschnitt der Wand eines Ofens oder dgl., die zu reparieren ist. Das sauerstoffhaltige Gas 9, das ein die Verbrennung unterstützendes Gas ist, wird durch den Zentralkanal 3 des Brennerdüsenkörpers 2 zugeführt. Das sauerstoffhaltige Gas 9 wird durch die ersten Sauerstoffausspritzkanäle in radialer Richtung ausgespritzt. Das sauerstoffhaltige Gas 9 durchquert somit den Düsenhohlraum 12, in dem das Brenngas 10 und das Feuerfestpulver 11 vorhanden sind, und trifft auf die Innenwand 12A des Brennerkeramikkörpers 8. Als Folge wird das Brenngas 10 von dem sauerstoffhaltigen Gas 9 umgeben, so daß die Gas 9 und 10 gleichmäßig miteinander vermischt werden. In dieser ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Anzahl der Sauerstoffspritzkanäle 5 zur Zuführung des sauerstoffhaltigen Gases 9 nicht besonders begrenzt. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn die Anzahl der Sauerstoffspritzkanäle 5 gleich der Anzahl der Zuführkanäle 4 ist. Weiterhin sind die Sauerstoffspritzkanäle 5 vorzugsweise an Zwischenstellen zwischen den Orten der benachbarten Kanäle 4 zur Zuführung des Brenngases 10 ausgebildet, wie in Fig. 1B gezeigt.
• Wenn das sauerstoffhaltige Gas 9 durch die Sauerstoffspritzkanäle 5 abgegeben wird und auf die Innenwand 12A des Brennerkeramikkörpers 8 trifft, wird das sauerstoffhaltige Gas 9 wirksam mit dem Brenngas 10 vermischt, das von den Zuführkanälen 4 abgegeben wird. Weil außerdem die Durchmischung in Umfangsrichtung verbessert wird, kann eine kurze Flamme gebildet werden. Daher hat der Brenner 1 einen bemerkenswerten Vorteil bei der Erwärmung und Auflösung von Substanzen, wenn eine kurze Flamme erforderlich ist. Durch Vermischen des Feuerfestpulvers 11, das ein Metallpulver enthalten kann, mit dem Brenngas 10 kann außerdem der Brenner 1 in zufriedenstellender Weise zur Reparatur eines Feuerfestabschnitts durch das thermische Spritzverfahren verwendet werden, wenn es in engem Raum ausgeführt wird. Außerdem kann das Vermischen des Feuerfestpulvers 11 oder dgl. mit dem Brenngas 10 in einem Bereich zwischen einem Trichter und den Vorderenden 4A der Kanäle 4 mittels bekannter Einrichtungen ausgeführt werden. Der Mischeraufbau ist daher aus der Zeichnung weggelassen worden.
• Wenn der Brenner 1 bei einem Reparaturvorgang durch thermisches Spritzen des Feuerfestmaterials 11 verwendet wird, kann die Aufprallgeschwindigkeit des Feuerfestmaterials 11 auf einen beschädigten Abschnitt der Ofenwand oder dgl. herabgesetzt werden, und die Rückprallverluste des Spritzmaterials können vermindert werden, indem die Flamme von einer dünnen Gestalt in eine breite Gestalt verändert wird. Bei dieser ersten bevorzugten Ausführungsform des Brenners 1 bilden die Sauertoffspritzkanäle 5, die sich radial von dem Zentralkanal 3 zum Hohlraum 12 erstrecken, mit der Längsachse A des Brenners 1 einen Winkel θ&sub1;. Der Brenner 1 ermöglicht es, die Flammengestalt nach Belieben durch Veränderung des Winkels θ&sub1; jeder der Sauerstoffspritzkanäle 5 zu verändern. Wenn θ&sub1; = 45º, wird die breiteste Flamme gebildet, und wenn θ&sub1; = 90º, kann eine dünne Flamme gebildet werden. Insbesondere kann eine Vielzahl Düsenkappen 7, die jeweils einen anderen Winkel θ&sub1; aufweisen, einfach am Vorderende 3A des Zentralkanals 3 angebracht bzw. davon gelöst werden. Dementsprechend kann der Brenner 1 je nach Ort, wo der Brenner 1 einzusetzen ist, angepaßt werden. Der Winkel θ&sub1; ist auf den Bereich von 45º bis 90º beschränkt. Wenn der Winkel θ&sub1; kleiner als 45º ist, muß der Brennerkeramikkörper 8 übermäßig verlängert werden. Dies macht es unmöglich, den Brenner in einen engen Raum zur Ausführung des thermischen Spritzens einzuführen. Wenn der Winkel 81 größer als 90º ist, tritt ein Rückfluß von sauerstoffhaltigem Gas 9 in die Kanäle 4 auf, und die Flamme kann nicht stabilisiert werden.
• Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform, die in den Fig. 2A und 2B gezeigt ist, ist die Düsenkappe 7 mit zweiten Sauerstoffspritzkanälen 6 zum Ausspritzen des sauerstoffhaltigen Gases 9 in die Brennstoffflamme versehen. Mehrere der ersten Sauerstoffspritzkanäle 5 sind in der Düsenkappe 7 ausgebild. Mehrere der zweiten Sauerstoffspritzkanäle 6 sind in der Düsenkappe 7 ausgebildet. Die Düsenkappe 7 und der äußere Endabschnitt des Vorderendes 3A des Zentralkanals 3 sind mit Gewinde versehen, um ein einfaches Anbringen und Lösen der Düsenkappe 7 an bzw. vom vorderen Ende 3A des Zentralkanals 3 zu ermöglichen. Durch Zuführung des sauerstoffhaltigen Gases 9 durch die zweiten Sauerstoffspritzkanäle 6 können die Gestalt der Verbrennungsflamme und der Spritzwinkel des geschmolzenen Feuerfestmaterials 11 eingestellt werden.
• Wenn die Strahlströmung der Verbrennungsflamme und des Feuerfestmaterials 11 breit sein sollen, sind die Sauerstoffspritzkanäle 6 so ausgebildet, daß die einen Winkel θ&sub2; von nahezu 90º mit der Längsachse A des Zentralkanals 3 bilden. Dieses ist in Fig. 3A gezeigt. Wenn die Strahlströmung 13 schmal sein soll, sind die zweiten Sauerstoffspritzkanäle 6 im wesentlichen parallel zum Zentralkanal 3 ausgebildet (d. h. θ&sub2; ist klein), wie in Fig. 3B gezeigt. Eine Vielzahl Strukturen für die zweiten Sauerstoffspritzkanäle 6 sind in den Fig. 4A bis 4C gezeigt. Durch Wahl der Anzahl der zweiten Sauerstoffspritzkanäle 6 kann der Brenner 1 leicht für spezielle Reparaturaufgaben angepaßt werden. Wo beispielsweise die Feuerfestsubstanz einen breiten beschädigten Bereich überdecken muß, wird eine Anordnung nach Fig. 3A verwendet. Die Düsenkappe 7 kann für Reparaturbereiche mit nur örtlichen Schäden ausgewechselt werden. Die thermische Spritzreparatur verschiedenster Schadengrößen kann somit wirkungsvoll durchgeführt werden.
• Weiterhin bestätigen die nachfolgenden Experimente, daß die Einstellung der Strömungsrate des auf die Innenwand 12A des Bren nerkeramikkörpers 8 auftreffenden Sauerstoffs und der Strömungsrate des der Verbrennungsflamme direkt zugeführten Sauerstoffs durch Ändern des Öffnungsflächenverhältnisses der Düse die Lebensdauer des Brenners 1 verlängert wird. Der Brenner 1 ist thermischen Spritztests derart unterworfen worden, daß das Verhältnis der Strömungsraten variiert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
• Man kann aus Tabelle 1 entnehmen: wenn das Strömungsratenverhältnis des Aufprallsauerstoffs, d. h. das Verhältnis des Sauerstoffs, der durch die ersten Sauerstoffspritzkanäle 5 zugeführt wird und auf die Innenwand 12A des Brennerkeramikkörpers 8 auftrifft, zum direkten Sauerstoff, d. h. dem Sauerstoff, der direkt durch die zweiten Sauertoffspritzkanäle 6 zugeführt wird, gleich 1 : 1 ist, das Mischungsverhältnis mit Brenngas (Propan) 3 herabgesetzt ist. Dieses Verhältnis erhält man, wenn der Prozentsatz der Gesamtöffnungsfläche, d. h. der Summe der Flächen der ersten und zweiten Sauerstoffspritzkanäle, die den ersten Sauerstoffspritzkanälen 5 angeboten wird, d. h. den Kollisionssauerstoff, 50% ist. Die Flamme ist daher zur Verwendung im Brenner übermäßig verlängert. Wenn das Verhältnis der Menge des Kollisionssauerstoffs zum direkten Sauerstoff größer als 100 : 1 ist (der Prozentsatz der Öffnungsfläche des Kollisionssauerstoffs ist 99%), dann wird das Vorderende 3A des Zentralkanals 3 rotglühend, und das Spritzmaterial 11 haftet am Vorderende 3A und der Düsenkappe 7. Der Brenner 1 kann daher nicht über längere Zeit verwendet werden. Folglich ist es vorteilhaft bei dieser Erfindung, wenn der Prozentsatz der Öffnungsfläche des Kollisionssauerstoffs, d. h. die Fläche der ersten Sauerstoffspritzkanäle 5, zwischen 50% und 99% der Gesamtfläche für alle ersten und zweiten Sauerstoffspritzkanäle 5 und 6 ist.
• Als Brenngas 10 können zahlreiche Gase verwendet werden, wie beispielsweise Erdgas, Kokereigas, Hochofengas oder Kohlenwasserstoffgase, einschl. Propan oder Butan. Das Spritzmaterial ist ein Feuerfestmaterial 11 in Form von Pulver, wie beispielsweise Magnesia, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid oder Dolomit. Der Metallpulveranteil des Feuerfestmaterials 11 kann Silizium, Aluminium oder Magnesium enthalten. Das sauerstoffhaltige Gas (das die Verbrennung unterstützende Gas) kann Luft sein, aber auch ein Gas, eine höhere Sauerstoffkonzentration enthält, oder reiner Sauerstoff.
• Eine Auswertung von Flammlängen ist in Fig. 5 gezeigt. Eine Auswertung der Temperaturverteilung ist in Fig. 6 gezeigt. Fig. 5 und 6 tragen die Ergebnisse der in der Flamme gemessenen Temperaturen und die Menge unverbrannten Brenngases 11, die mit dem konventionellen Brenner 20 nach Fig. 8 und des Brenners 1 mit θ = 45º graphisch auf. Die Gesamtmengen unverbrannter Komponenten (CO, CH&sub4;, CmHm und H&sub2;) im Gesamtabgas der Verbrennung wurden als das unverbrannte Gas aufgetragen. Wie Fig. 5 zeigt, verschwindet das unverbrannte Gas beim konventionellen Brenner nur an einem Punkt 400 mm entfernt vom Vorderende der Düse. Im Brenner 1 verschwand das unverbrannte Gas vollständig an einem Ort nur 150 mm vom Vorderende 3A der Düse entfernt. Man erkennt somit, daß die Flammlänge beachtlich verkürzt war.
• Die höchste Temperatur der Flamme wurde in jedem Brenner an dem Punkt erreicht, an dem das unverbrannte Gas verschwand, und ist in Fig. 6 gezeigt. Da die Flamme des Brenners 1 kürzer war als die des konventionellen Brenners 20, konnte die Ausbreitung der Strahlung beschränkt werden. Die mit dem Brenner 1 erreichbare Höchsttemperatur war somit um etwa 100ºC höher als jene beim konventionellen Brenner 20. Als Folge kann eine wirksame Vermischung und Verbrennung des Brenngases 10 und des sauerstoffhaltigen Gases 9 erreicht werden. Eine Auswertung der Flammgestalten wird in Fig. 7 gezeigt. Tabelle 2 listet die Spritzniederschlagsleistung auf, die erreicht wird, wenn der Brenner 1 zur Reparatur einer Feuerfestsubstanz durch thermisches Spritzen verwendet wird.
• Fig. 7 zeigt graphisch die Ergebnisse von Beobachtungen von Flammgestalten, die ausgeführt wurden, wo eine Feuerfestwand 200 mm vor dem Vorderende 3A jeder Düse angeordnet war. Wie in Fig. 7 gezeigt, bildete der konventionelle Brenner 20 eine scharfe Flamme 13, weil Sauerstoff von außen zugeführt wurde. Dieses erzeugt eine beträchtlich hohe Auftreffgeschwindigkeit der Flamme auf der Wand von 100 m/s. Andererseits war die Flammgestalt des Brenners 1 durch Veränderung des Winkels A1 beachtlich verändert. Dieses setzte die Auftreffgeschwindigkeit auf 30 m/s herab, wenn der Winkel θ&sub1; 90º war. Wenn der Winkel θ&sub1; 45º war, war die Auftreffgeschwindigkeit weiter auf 10 m/s herabgesetzt.
• Die Abscheideleistungen beim Spritzen des Spritzmaterials mit dem konventionellen Brenner 20 und mit dem Brenner 1 sind in Tabelle 2 gezeigt. Wie Tabelle 2 zeigt, verminderte der Brenner 1 die Flammlänge und setzte die Auftreffgeschwindigkeit auf die Feuerfestwand herab, so daß die Rückpralllverluste des Spritzmaterials herabgesetzt waren. Die Niederschlagsleistung war somit signifikant verbessert. Tabelle 2
• Der Brenner 1 wurde zur Reparatur eines beschädigten Abschnitts eines Feuerfestteils eines Koksofens unter den in Tabelle 3 gezeigten Bedingungen verwendet.
Tabelle 3
• Distanz zur Oberfläche des zu reparierenden Feuerfestmaterials (mm) 150 mm
• Spritzmaterialkomponente Silikasteinpulver (Partikelgröße 100-1000 um) Metall-Silikon gemischt mit 15%
• Spritzgeschwindigkeit (kg/h) 30
• Brenngas (m³/h) Propan 6
• Sauerstoff (m³/h) 50
• Der Brenner 1 enthielt, wie in Fig. 1A gezeigt, einen Düsenkörper 2 mit einem Säulenelement (mit einem Außendurchmesser von 80 mm und einer Länge von 3000 mm) aus SUS 310, vier Zuführkanäle 4, jeweils mit einem Durchmesser von 10 mm, und einen Zentralkanal 3 mit einem Innendurchmesser von 15 mm. Der zylindrische Brennerkeramikkörper 8 hatte einen Innendurchmesser von 60 mm und eine Länge von 20 mm und bestand aus SUS 310. Die Düsenkappe 7 war am Vorderende 3A des Zentralkanals 3 befestigt. Die Düsenkappe 7 hatte vier vertikale zweite Sauerstoffspritzkanäle 6 von jeweils 9 mm Durchmesser und acht erste Sauerstoffspritzkanäle 5 jeweils von 2 mm Durchmesser, die unter einem Winkel A2 von 45º zur Längsachse der Düse verliefen. Das Verhältnis der Strömungsrate des Sauerstoffs, der gegen den Brennerkeramikkörper 8 strömte, zum Sauerstoff, der gegen die anderen Abschnitte strömte, war derart eingestellt, daß das Öffnungsflächenverhältnis der zwei Sauerstoffspritzkanaltypen 10 : 1 betrug.
• Der Brenner 1 wurde mit dem konventionellen Brenner 2 verglichen, der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 59- 60178 beschrieben und in Fig. 1 gezeigt ist. Die resultierende Abscheideleistung (Abscheideergiebigkeit), die Dicke der abgeschiedenen Schicht und die Abscheidung des Spritzmaterials auf der Düse sind in Fig. 4 gezeigt. Der für die Abscheidedicke gewünschte Wert beträgt wenigstens 250 kg/cm².
• Wie in Fig. 4 gezeigt, hatte der Brenner 1 eine verbesserte Abscheideleistung für Spritzmaterial, eine größere Dicke der abgeschiedenen Schicht und keinen Niederschlag von Spritzmaterial am Brenner 1. Tabelle 4
• Wie oben beschrieben, erzielte der Brenner 1 verschiedene Vorteile gegenüber dem konventionellen Brenner 20. Eine kurze Flamme konnte gebildet werden, daher konnte ein thermisches Spritzen des Feuerfestpulvers einfach selbst in engem Raum ausgeführt werden, wie beispielsweise in einem Koksofen, wo die konventionelle Technologie auf Schwierigkeiten getroffen war. Die Abscheideleistung von Spritzmaterial war durch die heiße und breite Flamme verbessert. Eine signifikante Abscheideleistung von Spritzmaterial konnte realisiert werden, und eine festere gespritzte Schicht konnte gebildet werden. Weiterhin konnte die Lebensdauer der Düse gesteigert werden.

Claims (8)

1. Flammspritzbrenner zum wenigstens teilweisen Schmelzen eines Spritzmaterials, das ein pulverförmiges Feuerfestmaterial enthält, mit Verbrennungswärme, um einen beschädigten Abschnitt einer Innenwand mit dem wenigstens teilweise gescmolzenen Spritzmaterial thermisch zu bespritzen, wobei der Flammspritzbrenner enthält:

einen Brennerdüsenkörper (2) mit.

einem Zentralkanal (3) zum Zuführen von sauerstoffhaltigem Gas, der ein geschlossenes Vorderende (3A) aufweist,

mehreren Brenngaszuführkanälen (4), die um den Zentralkanal ausgebildet sind, und

mehreren Sauerstoffspritzkanälen, um sauerstoffhaltiges Gas aus dem Zentralkanal in einer radialen Richtung auszuspritzen, dadurch gekennzeichnet, daß

jeder der mehreren Brenngaszuführkanäle ein Vorderende hat, das gegenüber dem Vorderende des Zentralkanals zurückgesetzt ist,

die Sauerstoffspritzkanäle (5) in einer Düsenkappe (7) ausgebildet sind, die das Vorderende des Zentralkanals verschließt, und ein zylindrischer Brennerkeramikkörper (8) um die vorderen Enden der Brenngaszuführkanäle angeordnet ist.

2. Flammspritzbrenner nach Anspruch 1, bei dem jeder der Sauerstoffspritzkanäle unter einem Winkel 45º bis 90º zur Längsachse (A) des Zentralkanals verläuft.

3. Flammspritzbrenner nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Düsenkappe vom Vorderende des Zentralkanals abnehmbar ist.

4. Flammspritzbrenner zum wenigstens teilweisen Schmelzen eines Spritzmaterials, das ein pulverfömiges Feuerfestmaterial enthält, mit Verbrennungswärme, um einen beschädigten Abschnitt einer Innenwand mit dem wenigstens teilweise geschmolzenen Spritzmaterial thermisch zu bespritzen, wobei der Flammspritzbrenner enthält:

einen Düsenkörper mit:

einem Zentralkanal (3) zum Zuführen von sauerstoffhaltigem Gas, der ein geschlossenes Vorderende (3) aufweist,

mehreren Brenngaszuführkanälen (4), die um den Zentralkanal ausgebildet sind, und

mehreren Sauerstoffspritzkanälen zum Ausspritzen von sauerstoffhaltigem Gas aus dem Zentralkanal in einer radialen Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der mehreren Brenngaszuführkanäle ein Vorderende (4A) aufweist, das gegenüber dem Vorderende des Zentralkanals zurückgesetzt sind, die Sauerstoffspritzkanäle (5) in einer Düsenkappe (7) ausgebildet sind, die das vordere Ende des Zentralkanals verschließt, zweite Sauerstoffspritzkanäle (6) am Vorderende der Düsenkappe ausgebildet sind, und ein zylindrischer Brennerkeramikkörper 8 um die Vorderenden der Brenngaszuführkanäle angeordnet ist.

5. Flammspritzbrenner nach Anspruch 4, bei dem die Brennerkappe vom Vorderendabschnitt des Zentralkanals abnehmbar ist.

6. Flammspritzbrenner nach Anspruch 4 oder 5, bei dem das Öffnungsflächenverhältnis der erstgenannten Sauerstoffspritzkanäle zwischen 50% und 99% von dem aller Sauerstoffspritzkanäle beträgt.

7. Flammspritzbrenner nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei dem die erstgenannten Sauerstoffspritzkanäle eine punktsymmetrische Konfiguration in Bezug auf die Achse (A) des Brenners haben.

8. Flammspritzbrenner nach Anspruch 4, 5, 6 oder 7, bei dem jeder der erstgenannten Sauerstoffspritzkanäle zwischen benachbarten zweiten Sauerstoffspritzkanälen liegt.