FI109421B - Menetelmä ja jauheseos oksideja sisältävien tulenkestävien kappaleiden korjaamiseksi - Google Patents

Description

109421

Menetelmä ja jauheseos oksideja sisältävien tulenkestävien kappaleiden korjaamiseksi Tämä keksintö koskee menetelmää oksideja sisältävän tu-5 lenkestävän kappaleen korjaamiseksi keraamisella hitsausmenetelmällä.

Piin, zirkoniumin, alumiinin ja magnesiumin oksideja käytetään teollisina tulenkestävinä oksideina. Alumii-10 nin ja magnesiumin oksideja käytetään yleisesti erityisesti metallurgisessa teollisuudessa, jossa ne valitaan, koska ne kestävät korkeita lämpötiloja, kulutusta ja korroosiota, jota aiheuttavat sellaiset materiaalit kuin sula metalli, kuona ja metallikuona.

15

Magnesiumoksidia sisältävät tulenkestävät materiaalit, joita toisella nimellä kutsutaan emäksisiksi tulenkestäviksi materiaaleiksi, voivat muodostaa sulan teräksen siirtämiseen käytettävän kauhan verhouksen. Sula teräs ·:··: 20 ja kuona, kovertavat tällaisia verhouksia käytössä. Ver- .·. houkseh kulumista tapahtuu erityisesti nesteen pinnan • I · .·. tasolla. Näin ollen on tarpeen korjata tällaisia oksi- "V deja sisältäviä tulenkestäviä kappaleita aika ajoin.

• · · 25 Tulenkestävien kappaleiden korjaamiseen on ehdotettu "keraamisen hitsauksen" käyttöä. Tässä tekniikassa kor-"· *: jättävä tulenkestävä kappale pidetään koroitetussa läm- pötilassa ja jauheseos ruiskutetaan hapen läsnä ollessa, mainitun jauheseoksen käsittäessä tulenkestävän mate-,···. 30 riaalin hiukkasia ja polttoaine hiukkasia, jotka rea goivat eksotermisella tavalla hapen kanssa muodostaen ; V tulenkestävää oksidia. Tällä menetelmällä tulenkestävä materiaali rakentuu ja tarttuu kiinni tulenkestävään kappaleeseen korjattavassa kohdassa· Keraamisen hit- 2 109421 sauksen tekniikkaa on kuvattu patenttijulkaisuissa GB 5 1,330,894 (Glaverbel) ja GB 2,170,191 (Glaverbel). Polt- toainehiukkaset ovat hiukkasia, joiden koostumus ja hiuk-kaskoon jakauma ovat sellaisia, että ne reagoivat hapen kanssa eksotermisella tavalla muodostaen Selmalla tulenkestävää oksidia ja vapauttamalla samalla lämpöä, joka on 10 välttämätöntä ruiskutettujen tulenkestävien hiukkasten sulattamiseksi ainakin pinnaltaan. Samankaltaista tekniikkaa on selitetty patenttijulkaisuissa DE 402029 ja US 4,946,806.

15 Kuitenkin on havaittu, että kun oksideja sisältävän tulenkestävän kappaleen korjaamiseen käytetään jauheseosta, joka on kokoonpantu oksidihiukkasista ja polttoainehiuk-kasista, ja erityisesti, kun korjattava tulenkestävä kappale sisältää korkeassa lämpötilassa sulavia oksideja 20 kuten magnesiumoksidia ja alumiinioksidia, voi tulokseksi saatava tulenkestävä massa olla huokoista. Jos siinä on voimakasta näkyvää huokoisuutta, ei korjausmassa ole käyttökelpoista tiettyihin sovellutuksiin, erityisesti, jos korjausmassa on alttiina kulutukselle tai korroosiol-25 le, jonka sulat materiaalit aiheuttavat.

Tämän keksinnön kohteena on sen vuoksi saada aikaan mene- ·;;; telmä oksideja sisältävien tulenkestävien kappaleiden * * · '·’ ’ korjaamiseksi, joka tekee mahdolliseksi valmistaa tulen- 30 kestävää massaa, jolla on hyväksyttävissä oleva huokoi-:Λ: suus.

Yllättävästi olemme keksineet, että silloin, kun poltto-ainehiukkaset on valittu joukosta, johon kuuluvat mag-*:*’ 35 nesium, alumiini ja pii sekä niiden seokset, tämä tavoite IV voidaan saavuttaa sekoittamalla jauheseokseen tietty mää- rä piikarbidia. Tämä on vastoin yleisesti hyväksyttyä 109421 3 periaatetta, jonka mukaan tulenkestävän korjausmassan 5 koostumuksen tulee olla yhdenmukaista korjattavan tulenkestävän materiaalin pinnan koostumuksen kanssa. Lisäksi piikarbidia on pidetty inerttinä materiaalina tässä keraamisessa hitsausmenetelmässä, eikä reaktion aikana muodostunut nestemäinen faasi kostuta sitä. Piikarbidin vai-10 kutus massan huokoisuuteen on näistä syistä johtuen hyvin ylllättävää.

Samalla kun emme halua olla sidottuja tähän teoriaan, pidämme kuitenkin todennäköisenä, että lisätyt piikarbi-15 dihiukkaset johtavat lämpöä tulenkestävään korjausmas- saan, ja että pidennetty kuumennusaika korkeissa lämpötiloissa aiheuttaa piikarbidihiukkasten hajoamista, jolloin syntyy alkuainehiitä, jonka tiedetään tekevän tulenkestävän korjausmassan hyvin kuonan korroosiota kestäväksi.

20

Siten tämän keksinnön ensimmäisen näkökohdan mukaisesti on keksitty menetelmä korjata oksideja sisältävä tulen-\ kestävä kappale ruiskuttamalla jauheseos mainitun kappa- leen pintaa vastaan koroitetussa lämpötilassa ja hapen • · 25 läsnä ollessa, mainitun jauheseoksen koostuessa tulenkes-tävistä oksidihiukkasista ja polttoainehiukkasista, jotka ···/ reagoivat eksotermisella tavalla hapen kanssa muodostaen ·;;; tulenkestävää oksidia, joka menetelmä on tunnettu siitä, '·' * että po-lttoainehiukkaset on valittu joukosta, jonka muo- 30 dostavat magnesium, alumiini ja pii sekä niiden seokset, :,*·· ja että jauheseos lisäksi sisältää 10 %:iin asti painosta piikarbidihiukkasia.

Piikarbidin pitoisuus mainitussa jauheseoksessa on edul-;·* 35 lisesti vähintään 1 % painosta. Jos siihen sisällytetään ; liian paljon piikarbidia, olemme huomanneet, että tulok- sena voi olla, että mitään korjausmassaa ei 109421 4 lainkaan muodostu, koska korjausmateriaali valuu pois 5 korjattavasta kohdasta. Haluamatta olla sidottu teoriaan, voisi olla ajateltavissa, että tämä johtuu siitä, että liian paljon lämpöä pidättyy, joka on seurauksena kor-jausprosessista, josta seuraa nestefaasin liian pieni viskositeetti. Jos käytetään liian vähän piikarbidia, ei 10 keksinnön etuja enää merkittävässä määrin saavuteta.

Piikarbidilla on edullisesti pieni hiukkaskoko, kuten vähemmän kuin 200 Jim. "Hiukkaskoolla" tässä käytettynä tarkoitamme, että sitä koskevalla materiaalilla on sel-15 lainen hiukkaskoon jakautuma, että vähintään 90 %:lla painosta hiukkasia on annettujen rajojen mukainen koko. "Keskimääräinen läpimitta" tässä käytettynä ilmoittaa sellaisen läpimitan, että 50 %:lla painosta hiukkasia on pienempi läpimitta kuin tämä keskiarvo.

20

Tulenkestävät oksidihiukkaset voivat käsittää vähintään yhden oksidin, josta tulenkestävä kappale on muodostunut.

·. Siten silloin, kun tulenkestävä oksidikappale on alu- miinioksidia sisältävä kappale, tulenkestävät oksidihiuk-25 kaset koostuvt alumiinioksidihiukkasista. Silloin, kun tulenkestävä oksidikappale on magnesiumoksidia sisältävä ··' · kappale, tulenkestävät oksidihiukkaset koostuvat mag- nesiumoksidihiukkasista.

30 Edullisesti pääosa mainitusta jauheseoksesta on muodos-tunut tulenkestävistä oksidihiukkasista, jotka on valittu joukosta, jonka muodostavat magnesiumoksidi ja alumiinioksidi sekä niiden seokset. Nämä ovat ne oksidit, ;;; joiden läsnä ollessa eksoterminen reaktio on kaikkein 35 kiihkein, ja siksi on olemassa suurempi vaara, että reak-: tiosta on tuloksen hyvin huokoinen korjaus- < · 5 109421 massa. Edullisesti tulenkestävillä oksidihiukkasilla on 5 koko, joka on alle 2.5 mm, ja niin, että oleellisesti millään hiukkasista ei ole kokoa, joka suurempi kuin 4 mm.

Polttoainehiukkaset on valittu joukosta, johon kuuluvat 10 magnesium-, alumiini- ja piihiukkaset sekä niiden seokset. Alumiinin ja piin seos on erityisen edullinen. Seoksessa käytetyillä polttoainehiukkasilla on keskimääräinen läpimitta edullisesti pienempi kuin 50 um.

15 Korjaustoimenpide suoritetaan yleensä silloin, kun tulenkestävä kappale on kuuma. Tämä tekee mahdolliseksi korjata tulenkestäviä kappaleita samalla, kun laitteisto pysyy oleellisesti työskentelylämpötilassaan.

20 Korotettu lämpötila voi olla 600©C:n yläpuolella mitattuna korjattavan tulenkestävän esineen pinnalta. Tässä lämpötilassa polttoainehiukkaset hapen läsnä ollessa palavat tuottaen tulenkestävää oksidia ja kehittäen riittävästi lämpöä, joka saa aikaan sen, että oksidihiukkaset yhdessä 25 polttoaineen palamistuotteen kanssa muodostuvat tulenkes-täväksi korjausmassaksi, joka on aineksena korjauksessa.

• ·«: Keksinnön toisen näkökohdan mukaisesti tämä keksintö kos- ; kee jauheseosta oksideja sisältävien tulenkestävien kap- 30 paleiden korjaamiseksi, jolloin mainittu seos käsittää: * 1 1 ·”1: 80 % - 95 % painosta tulenkestäviä hiukkasia, jotka » · ·

1 t I

» 1 • » 109421 6 j koostuvat tulenkestävästä oksidista; ja 5 5 % - 20 % painosta polttoainehiukkasia, jotka reagoivat eksotermisella tavalla hapen kanssa muodostaen tulenkestävää oksidia, 10 tunnettu siitä, että mainitut polttoainehiukkaset on valittu joukosta, johon kuuluvat magnesium, alumiini ja pii sekä niiden seokset, ja että mainittuihin tulenkestäviin hiukkasiin sisältyy 10 %:iin painosta asti laskettuna kokonaisseoksesta piikarbidihiukkasia.

15

Homogeenisen korjausmassan saamiseksi jauheseoksessa pitäisi olla läsnä vähintään 80 %:n määrä painosta tulenkestäviä hiukkasia, joihin sisältyy oksidihiukkaset.

20 Edullisessa suoritusmuodossa seos käsittää: 80 % - 94 % painosta tulenkestäviä oksidihiukkasia, jotka \ on valittu joukosta, johon kuuluvat alumiinioksidi- ja magnesiumoksidihiukkaset sekä niiden seokset; 25 1 % - 5 % painosta piikarbidihiukkasia; ja ·;·; 5 % - 15 % painosta mainittuja polttoainehiukkasia.

* * * s 30 Edullisesti on jauheseoksessa tulenkestävillä hiukkasil-la, niihin luettuna piikarbidihiukkaset, vähintään • '[: 10 um:n koko. Jos käytetään hiukkasia, jotka ovat kool- '.t taan liian pieniä, on olemassa vaara, että ne joutuvat ;;; reaktion aikana hukkaan.

'·;·* 35 \ Käyttökelpoinen menetelmä jauheseoksen tuomiseksi 40 109421 7 korjattavan tulenkestävän kappaleen pinnalle on jau-5 heseoksen ruiskuttaminen yhdessä happea sisältävän kaasun kanssa. Yleensä suositellaan hiukkasten ruikuttamisen suorittamista niin, että läsnä on suuri väkevyys happea, esimerkiksi niin, että käytetään kaupallista laatua olevaa happea kaasukantajana. Tällä tavalla muodostuu hel-10 posti korjausmassaa, joka kiinnittyy siihen kohtaan pintaa, johon hiukkasia on ruiskutettu. Siitä hyvin korkeasta lämpötilasta johtuen, jonka keraaminen hitsausreaktio voi saavuttaa, se voi tunkeutua käsiteltävänä olevan tulenkestävän kappaleen pinnalla mahdollisesti olevan kuo-15 nan läpi, ja se voi pehmittää tai sulattaa pintaa sillä tavoin, että saadaan hyvä liitos käsiteltävän pinnan ja vasta muodostetun tulenkestävän korjausmassan välille.

Tämä menetelmä suoritetaan tarkoituksenmukaisesti käyttä- 20 mällä sopivaa puhallusputkea. Menetelmässä käytettäväksi sopivassa puhallusputkessa on yksi tai useampia poisto- aukkoja jauhevirran ulospurkautumista varten ja valinnai- ·. sesti yksi tai useampia poistoaukkoja lisäkaasua varten.

• # · |tKun korjauksia suoritetaan kuumassa ympäristössä, voidaan . 25 kaasuvirrat suihkuttaa puhallusputkesta, jota jäähdyte- ’··; tään sen läpi kiertävän nesteen avulla. Tällainen jäähdy- : : · tys voidaan saada helposti aikaan varustamalla puhallus- putki vesivaipalla. Tällaiset puhallusputket ovat sopivia ’.· · käytettäväksi ruiskutettaessa jauhetta nopeuksilla 30 3Q - 500 kg/h.

t * » | · Säännöllisen jauhesuihkun muodostumisen helpottamiseksi on edullista, että tulenkestävät hiukkaset eivät olennai- * »t ·;;; sesti sisällä hiukkasia, joiden koko on suurempi kuin , · ;·’ 35 4 mm ja edullisimmin ei suurempi kuin 2.5 mm.

* I

, · 40 109421 δ Tämä keksintö on erityisen käyttökelpoinen korjattaessa 5 ja kunnossapidettäessä sulan teräksen kauhoja, koska se voidaan suorittaa nopeasti, korkeassa lämpötilassa ja kauhan täyttöjen välillä, samalla kun tulenkestäviä kappaleita, jotka muodostavat osan tällaisista kauhoista, erityisesti rasittaa kosketus sulaan metalliin ja kuolo naan. Alue, joka vaatii suurinta korjausta, pyrkii olemaan nestepinnan rajaviiva.

.... ....

Keksintöä kuvataan Iisaa seuraavissa ei-rajoittavissa suoritusesimerkeissä.

15

Esimerkki .1

Tulenkestävä korjausmassa muodostetaan sulan teräksen kauhan magnesiumoksidia sisältävän vuorauksen seinämälle.

20 Tulenkestävien hiukkasten ja polttoainehiukkasten muodostamaa seosta ruiskutetaan näille tiilille. Seinämän lämpötila on noin 850°C. Seosta ruiskutetaan nopeudella ·. 150 kg/h puhdasta happea olevaan virtaukseen. Seoksella on seuraava koostumus: .' 25

MgO 87 % painosta ··’· SiC 5 % ··:’ Si 4 % v : AI · 4 % 30

MgO hiukkasten suurin läpimitta on suunnilleen 2 mm. Pii-·”1: karbidihiukkasten hiukkaskoko on 125 pm, niiden keskimää- \ räisen läpimitan ollessa 57 fim. Piihiukkasilla ja alu- • ;; miinihiukkasilla suurin läpimitta on alle 45 pm.

> t 9 5 109421

Esimerkki IA .(vertaileva)

Vertailua varten suoritettiin sama korjaus samalla tavalla kuin on kuvattu esimerkissä 1, mutta käyttäen jau-heseosta, jolla oli seuraava koostumus: 10 MgO 92 % painosta

Si 4 % AI 4 %

Esimerkeissä 1 ja IA muodostettujen tulenkesstävien kor-15 jausmassojen näennäinen tiheys ja näkyvä huokoisuus (s. o. avoin huokoisuus) mitattiin, ja tulokset olivat seuraavat:

Esimerkki No Tiheys kg/dm Huokoisuus (%) 20 -------------------------------------------------- 1 2.9 noin 8 % IA 2-2.4 noin 20 % * ·

Esimerkin 1 muunnelmassa korjataan alumiinioksidia sisäl- » · * , 25 tävä tulenkestävä kappale samalla tavalla, mutta siinä ·;’ jauhe seoksen magnesiumoksidihiukkaset on korvattu samalla : : määrällä alumiinioksidihiukkasia, joilla on sama hiukkas- koon jakautuma.

* * * ,· » · • « v 30 Esimerkit 2.....- ...4 I ·

Tulenkestäviä korjausmassoja muodostetaan sulan teräksen kauhan magnesiumoksidia sisältävän vuorauksen seinämälle.

* f · ··;; Tulenkestävien hiukkasten ja polttoainehiukkasten seoksia 35 ruiskutetaan näille tiilille. Seinämän lämpötila on noin 850°C. Seokset ruiskutetaan nopeudella 60 kg/h puhtaan hapen virtaukseen. Seoksilla oli seuraavat koostumukset (paino-osina): 10 109421

Esimerkki No; 2_3_4___ 5 Si 4 % 4 % 4 % AI 4 % 4 % 4 %

SiC 2 % 5 % 10 %

MgO 90 % 87 % 82 % 10 MgO hiukkasten suurin läpimitta on likimääräisesti 2 mm. Piikarbidihiukkasten hiukkaskoko on 125 um ja keskimääräinen läpimitta on 57 Jim. Piihiukkasten ja alumiinihiuk-kasten suurin läpimitta on alle 45 pm.

15 Esimerkeissä 2-4 muodostettujen tulenkestävien korjaus-massojen näennäinen tiheys ja näkyvä huokoisuus (s. o. avoin huokoisuus) mitattiin ja tulokset olivat seuraavat: 20 Esimerkki No Tiheys kg/dm Huokoisuus (%) 2 2.6 14 % 3 2.7 10 % * · 4 2.9 8 % i · · t 25 • · ·»

Esimerkki 5 I · · k lii • ••ί Keraamisen hitsaus jauheen koostumus on seuraava ( % pai- A % 4 ; nosta):· 30 : Alumiinioksidia 87 %

Piikarbidia 5 %

Alumiinia 6 %

Magnesiumia 2 % 35 i Käytetty alumiinioksidi oli sähkövalualumiinioksidia.

* ί 109421 li

Alumiinioksidin nimellinen suurin jyvästen koko oli 5 700 jm, piikarbidilla oli sama hiukkaskoon jakautuma kuin edellä esimerkissä 1 on esitetty, alumiinihiukkasilla suurin läpimitta oli alle 45 Jim ja magnesiumhiukkasilla suurin läpimitta oli 75 pm.

10 Yllä kuvattua jauheseosta käytetään tavalla, joka on kuvattu esimerkissä 1, Corhart (tavaramerkki) Zac tulenkes-I tävän harkon korjaamiseen (koostumus: alumiinioksidi/zir- koniumoksidi/zirkoniumsilikaatti) lasin sulatusallas uunissa tyÖskentelypinnan tason alapuolella sulatteessa sen 15 jälkeen, kun allasta oli osittain tyhjennetty, niin että päästään käsiksi korjattavaan kohtaan.

* * · * » , t > v t * » » · , • · 9 J ! * # t

Claims (9)

12 109421

1. Menetelmä oksideja sisältävän tulenkestävän kappaleen korjaamiseksi ruiskuttamalla jauheseosta kyseisen kappaleen 5 pinnalle korotetussa lämpötilassa ja hapen läsnä ollessa, mainitun jauheseoksen käsittäess^tulenkestäviä oksidihiukkasia ja polttoainehiukkasia, jotka reagoivat eksotermisellä tavalla hapen kanssa muodostaen tulenkestävää oksidia, tunnet-t u siitä, että polttoainehiukkaset on valittu joukosta, 10 johon kuuluu magnesium, alumiini ja pii sekä niiden seokset, ja että jauheseos lisäksi sisältää 10 %:iin asti painosta piikarbidihiukkasia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa piikarbidin 15 pitoisuus mainitussa jauheseoksessa on vähintään 1 % painosta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, jossa piikarbidin hiukkaskoko on pienempi kuin 200 jim. • · I · t · · 2Λ:

4. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen ··· menetelmä, jossa mainitut tulenkestävät oksidihiukkaset käsit- l I i · .'Γ. tavat vähintään yhden oksidin, josta tulenkestävä kappale on muodostettu. • · t · · • · · 25’

5. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen : , . v menetelmä, jossa mainittu tulenkestävä oksidikappale on välit- • # · • tu joukosta, johon kuuluu alumiinioksiidia sisältäviä kappa- . leita ja magnesiumoksidia sisältäviä kappaleita. 30,

6. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen ’ ”· menetelmä, jossa mainitun jauheseoksen pääosa on muodostunut tulenkestävistä oksidihiukkasista, jotka on valittu joukosta, johon kuuluu magnesiumoksidi ja alumiinioksidi sekä niiden seokset.

7. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, jossa mainittu korjattava tulenkestävä kappale on osa sulan teräksen kauhaa. 35 13 109421

8. Jauheseos oksideja sisältävien kappaleiden korjaamiseksi, jolloin mainittu seos käsittää: 80 % - 95 % painosta tulenkestäviä hiukkaisa, jotka koostuvat 5 tulenkestävästä oksidista; ja 5 % - 20 % painosta polttoainehiukkasia, jotka reagoivat eksotermisellä tavalla hapen kanssa muodostaen tulenkestävää oksidia, 10 tunnettu siitä, että mainitut polttoainehiukkaset on valittu joukosta, johon kuuluvat magnesium, alumiini ja pii sekä niiden seokset, ja että mainittuihin tulenkestäviin hiukkasiin sisältyy 10 %:iin painosta asti laskettuna koko-15 naisseoksesta piikarbidihiukkasia.

" 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen jauheseos, joka käsittää: • · » :: 80 % - 94 % painosta tulenkestäviä oksidihiukkasia, jotka on 20’: valittu joukosta, jonka muodostavat alumiinioksidi- ja mag- nesiumoksidihiukkaset sekä niiden seokset; 1 % - 5 % painosta piikarbidihiukkasia; ja > · t ψ * 25.' 5 % - 15 % painosta mainittuja polttoainehiukkasia. • J \ u t 109421