HU209992B - Ceramic welding process and lance use in such process - Google Patents

Description

A találmány kerámiák hegesztésére irányuló eljárásra és az eljáráshoz használható fúvatólándzsára vonatkozik.

Korábbi kerámiahegesztési eljárások a nevünkre engedélyezett GB 1 330 894 és 1 170 191 számú szabadalmi leírásokban olvashatók.

A kerámiahegesztés különösen alkalmas kemencék vagy más magas hőmérsékleten üzemelő berendezések falának forró állapotban való javítására azáltal, hogy közvetlenül a falon alakítható ki a hőálló massza. Előnyős, hogy lényegében a fal normál üzemi hőmérsékletén hajtható végre az eljárás. Különösen hasznos üvegolvasztó-, kokszoló-, cementégető-, petrokémiai iparban használt kemencék és a vas-, illetve színesfém-kohászatban használt magas hőmérsékleten üzemelő berendezések falának vagy bélésfalának javítására vagy erősítésére. Sőt a javítás végrehajtható néha a kemence üzemelése közben is, például egy üvegolvasztó-kemence felső része javítható így, vagy akár egy hőálló szerszám is javítható egy normál üzemelési ciklus alatt, például egy acélöntő kanál néha kijavítható a csapolás és újratöltés közötti szünet alatt. Az eljárás alkalmas hőálló eszközök készítésére is, például hőálló szubsztrátumok felületének bevonására.

A kerámiahegesztés a gyakorlatban úgy zajlik le, hogy hőálló részecskéket és fűtőanyag részecskéket („kerámia hegesztőpor”) egy portárolóból, betápláló vezetéken át egy fúvatólándzsához vezetnek, és azon át egy hegesztendő felületre lövellnek. A fuvatólándzsa nyílását a kerámia hegesztőporral együtt elhagyó vivőgáz lehet tiszta oxigén (kereskedelmi tisztaságú) vagy lehet részben közömbös gáz, így nitrogén vagy más gáz is. De a kerámia-hegesztőporral együtt kilépő vivőgáznak mindig kell tartalmaznia annyi oxigént, hogy a fűtőanyag részecskék tökéletesen eléghessenek. Annak nincs jelentősége, hogy az a gázáram, amelybe a tároló tartályból a hegesztőport bevezetik, azzal a vivőgázzal, amellyel a fúvatólándzsa nyílását elhagyja azonos összetételű legyen. Az előírt mennyiségű oxigén egy részé, de valójában a gyakorlatban az egész mennyiség a porbeadagolási pont és a fúvatólándzsa nyílása között egy vagy több ponton át ömölhet be a vivőgázáramot betápláló vezetékbe. A fűtőanyag részecskék képesek exoterm reakció lezajlása közben oxidálódni, és hőálló oxidterméket képezni. Megfelelő fűtőanyag például a szilícium, az alumínium, a magnézium, a cirkónium és a króm. Ezek a fémes fűtőanyagok egyenként vagy keverékükben is használhatók. Miközben a fűtőanyag elég, hő keletkezik, amely hő legalább a hőálló szemcsék felületét megolvasztja úgy, hogy erősen koherens hőálló hegesztőmassza képződik, amely a hegesztendő felülethez odatapad.

Gyakorlatilag általában olyan kémiai összetételű kerámia hegesztőport használnak, hogy a lerakódó varrat közelítőleg azonos összetételű legyen a hegesztendő felület összetételével. Ezáltal a javító varrat és a javítandó hőálló anyag közötti érintkezési felületen csökken a kemence üzemi hőmérsékletén fellépő hő okozta feszültség. Az ilyen fajta hegesztőpor segítségével elérhető, hogy a varrat anyagának hőállóképessége a javítás helyén szükséges nagy hőállóképesség iránti igényt kielégítse. Természetesen lehet olyan összetételű kerámia hegesztőport is alkalmazni, hogy a javítás vagy a bélés még hőállóbb legyen, mint az a hőálló anyag, amelyet hegesztettünk.

A hegesztés során képződő kerámia anyag bizonyos mértékig porózus lesz. A porozitás mértékét részben a hegesztő ügyessége, részben a hegesztés körülményei szabják meg. Ez a porozitás elfogadható, sőt valójában bizonyos körülmények között előnyös is lehet, mivel a hőszigetelő képességet növeli. Mégis túl porózus anyag nem használható a kemence azon részeinél, ahol a hőálló anyag erős korrozív hatásnak van kitéve, különösen ahol az olvadt kemencetöltet erodáló, korrodeáló hatásának van kitéve. Egy hőálló anyagból készült eszköz esetében az elfogadható porozitásfok magától a hőálló anyagnak milyenségétől, azaz anyagi tulajdonságából következő hőállóságától, továbbá az eszköz felhasználási körülményeitől függ.

A találmány különösen intenzív eróziónak kitett berendezések egyes részeinek javítására és hőálló kibélelésére vonatkozó kutatómunka eredményeként jött létre. Ez az erózió mechanikai vagy hő- és mechanikai igénybevétel okozta felületi kopás, vagy a falon képződő folyékony vagy gáznemű anyag korrozív hatásának következménye, vagy e kettő együtt jelentkező hatásának következménye.

Az intenzív erózió elleni jó ellenállást elvárják például az üvegolvasztó kemencéktől. Igen intenzív korrozív hatásnak van kitéve például az a hőálló felület, ahol az olvadt üvegfürdő az üvegolvasztó kemence tankblokkjának belső falával érintkezik. A tankblokk fala az érintkezési felületnél igen gyorsan erodálódik, eredeti vastagságának fele viszonylag gyorsan elfogy. Ezt az eróziót az adott műszaki területen „olvadékszintvonal menti (flux line) korrózió”-nak nevezik. A tankblokk igen magas hőmérsékletnek van kitéve, úgyhogy a kemence olvasztó és tisztító zónájának tankblokkját hagyományosan igen hőálló, cirkónium-dioxidot nagy arányban tartalmazó anyagból készítik. Ezeket a részeket még erőteljesen és folyamatosan hűtik is, hogy csökkentsék az eróziót.

Különösen erős eróziós hatásnak vannak kitéve továbbá például az olvadt fémek gyártásánál és szállításánál alkalmazott öntőnyílások vagy öntőkanalak, közelebbről a vas- és acéliparban használt torpedókanalak, vagy a rézolvasztó és finomító kemencék, konverterek, ill. a hasonló, az acélgyártásban és színesfémiparban használt berendezések. Meg kell említeni még a cementklinkert-gyártó kemencéket is.

A találmány elsősorban új kerámiahegesztési eljárásra vonatkozik, amelynek segítségével eróziónak és korróziónak jól ellenálló, jó minőségű hőálló varratanyagot tudunk előállítani.

A találmány szerinti kerámiahegesztési eljárás során legalább a fűtőanyag szemcsék tökéletes eloxidálódásához elegendő mennyiségű oxigént tartalmazó egy vagy több vivőgázárammal hőálló szemcsékből és hőálló oxid képződése közben oxidálódni képes fűtőanyag szemcsékből álló keveréket fúvatunk egy felületre, a felszabaduló hővel legalább a fúvatott hőálló

HU 209 992 Β szemcsék külső felületét megolvasztjuk, és a fűtőanyag oxidációs hőjének segítségével az említett felületen hőálló kerámia varratanyagot képezünk; az eljárásra jellemző, hogy a vivőgázáramo(ka)t gyakorlatilag folytonos gázfüggönnyel körülvevő, további gázáramot is fúvatunk az említett felületre.

Elég meglepő, hogy a további gáz ezen módon való befúvása elősegíti jó minőségű, eróziónak és korróziónak jól ellenálló kerámia varrat eddigieknél könnyebb és megbízhatóbb képzését. A találmány szerinti eljárással jó minőségű varrat létrehozása kevésbbé függ a hegesztő egyén ügyességétől, mint a gázfüggöny elhagyásával, de egyébként hasonló módon végzett hegesztéseknél. Ezt az eredményt mi annak tulajdonítjuk, hogy a találmány szerinti eljárással készült varratok kevésbé pórusosak, mint gázfüggöny elhagyásával, de egyébként hasonló hegesztéssel készült varratok.

Nem teljesen világos, miért jön létre az előnyös hatás. Lehetséges, hogy a gázfüggöny, a kerámia-hegesztés reakciózónáját a környező kemence légkörtől elszigetelve, megakadályozza, hogy a légkör bármely zavaró hatást kifejtsen a reakciózónában, és megőrzi a reakciózónában az egyenletes munkafeltételeket. Lehetséges az is, hogy a gázfüggöny, hűtőhatása következtében az éppen keletkező lágy hőálló lerakódás hőmérsékletét csökkenti, és ezáltal elősegíti a varratanyag kedvező hűlését és kristályosodását. Ez viszont odahathat, hogy a frissen képződő, még legalább részben olvadt varratanyagba beoldódó gáz kevésbé képes pórusokat alkotni, így a varratban mégis kialakult pórusok kisebb méretűek, ezért kevésbé zavaróak. Mégis ez az elmélet szemben áll az adott területen elfogadott műszaki véleménnyel, amely szerint nem előnyös a helyi gyors hűtés, mivel a hegesztendő felületen rendre végighaladó hívatólándzsából lerakódó anyag határrétegeiben inhomogenitás alakul ki, ami rétegeződési jelenséghez vezet, és ez kerülendő.

Az üzemelési körülmények kézben tartásának nehézsége tekintetében is meglepő a találmány szerinti eljárás. Az lenne várható, hogy a - vivőgáz, a kerámiahegesztés reakciói lezajlásának, valamint a képződő kerámia-varrat lerakódásának helye közé záródó - gázfüggöny porlódása zavaija a varrat képződéséhez vezető exoterm reakciókat.

Ezzel szemben a gyakorlatban az figyelhető meg, hogy a találmány szerinti eljárás során a hőálló anyagnak a reakciózónában való létrehozásában szerepet játszó különböző elemek kézben tartására további paramétert jelent a fúvatott gázfüggöny. Ebből következően, az exoterm reakció befolyásolására egy további paramétert kaptunk, ami a hőálló varratanyag képződésének kézben tartására javított lehetőséget ad.

Azt is megfigyeltük, hogy a gázfüggöny képes a reakciózóna környezetének befolyását csökkenteni. Ezért a reakciózóna védettebb a környezeti légkörben esetleg jelen lévő bármely zavaró hatással szemben. így például, ha szokásosan a kemence üzemelése közben hajtjuk végre az eljárást, a reakciózóna függetlenebbé válik azon zavaró hatástól, amely például a beavatkozás helye közelében lévő égő ki- és bekapcsolásából ered.

A gázfüggöny azt is lehetővé teszi, hogy a reakciózónában lévő szemcsekeveréket szűkebb területre szorítsuk, azaz koncentráljuk, és a kerámiahegesztés reakcióit intezívebbé tegyük, ami jó minőségű hőálló anyag képződéséhez vezet. A gázfüggöny elősegíti a fúvatott hőálló anyag és a fűtőanyag elégésével keletkezett termékek reakciózónában való tartását, ezért azok könynyen beépülnek a képződött varratanyagba. Az égési termékeknek a képződött hőálló anyagba való beépülése a kerámiahegesztési eljárás szempontjából nem hátrányos, mivel ezek a termékek maguk is hőálló oxidok.

A függönygázt előnyösen a központi (porkivezető) nyílás(ok) körül gyűrű alakban elrendezett nyílásokon át hívathatjuk. Természetesen ezeknek a nyílásoknak szorosan egymás mellett kell lenniük, hogy folytonos gázfüggöny alakulhasson ki. Előnyös, ha gyűrű alakban áramló gázt hívatunk a gázfüggöny létesítésére. Folytonos gyűrű alakú nyíláson át fúvatott gyűrű alakú gázfüggönyképző áram elősegíti a gázfüggöny hatékonyságát, és egyben ily módon lehetővé válik a találmány szerinti eljárás megvalósítására szolgáló berendezés egyszerűbb szerkezeti kialakítása. A vivőgázáram körül ilyen módon kialakult védőáram megakadályozza, hogy az oxidáló gázt és részecske keveréket tartalmazó vivőgázáram magába szívjon a környező légkörből valamit, főként gázokat. Ily módon elszigetelhető a környezettől és megvédhető minden külső, az exoterm reakciót zavaró elemtől az a teljes terület, ahol az exoterm reakció lezajlik, és amelyet az oxidáló vivőgázban lévő keverékkel fúvatunk, ezáltal az exoterm reakció lefolytatása jobban kézben tartható.

Hogy a vivőgáz és a vele szállított részecskék köré a leghatékonyabb gázfüggönyt húzzuk, a függönygázt a vivőgázt kivezető nyílás(ok)tól térben elhatárolt, de attól vagy azoktól nem túl nagy távolságban lévő, egy vagy több nyíláson át kell hívatni. A távolság nagy mértékben függ a vivőgáz kivezető nyílás(ok) méretétől.

Ha kis vagy mérsékelt nagyságú javításról van szó, vagy bár nagyobb javításról, de a javítási idő nem lényeges tényező, akkor a találmány előnyös kivitele szerint a részecskéket olyan hívatólándzsából hívatjuk, amelynek vivőgázt kivezető egyetlen nyílásának átmérője 8-25 mm közötti. Ezen nyílások keresztmetszete tehát 50-500 mm². Ezeken a fúvatólándzsákon át 30300 kg/óra sebességgel hívatjuk a kerámia hegesztőport. Ezekben az előnyös esetekben, amelyeknél a vivőgázt kivezető nyílás keresztmetszete 50-500 mm² közötti, a függönygázt a vivőgáz kivezető nyílásból

5-20 mm távolságban lévő egy vagy több nyíláson át fúvatjuk.

Nagyobb és rövid idő alatt végrehajtandó javításnál a találmány másik előnyös kivitele szerint a részecskéket olyan fúvatólándzsán át fúvatjuk, amelynek vivőgáz kivezető nyílása 300-2300 mm² keresztmetszetű. Ilyen fúvatólándzsákon át a kerámia hegesztőport egészen 1000 kg/óra sebességgel is hívathatjuk, sőt még nagyobbal is. Ezekben az előnyös esetekben, amelyeknél a vivőgázt 300-2300 mm² kiömlő keresztmetszetű nyílásokon át fúvatjuk, a gázfüggöny képzésére szolgá3

HU 209 992 Β ló függöny gázt a vivó'gáz kivezető nyílás(ok)tól 10-30 mm távolságban lévő egy vagy több nyíláson át fúvatjuk.

A függönygáz és a vivőgáz kivezető nyílások egyik vagy másik ezen térbeli elhelyezésének alkalmazásával tiszta és határozott gát kialakulását segíthetjük elő a hegesztés reakciózónája és a környező légkör között, ugyanakkor a különböző gázáramok közötti kölcsönhatás elkerülhető, és a gázáramok lényegében elválasztva áramolhatnak a hegesztendő felületig, ahol áramlási irányuk megtörik.

A függönygáz kiáramlási térfogataránya előnyösen legalább fele a vivőgáz kiáramlási térfogatarányának. Ezen paraméterek betartásával vastag és hatékony gázfüggöny képezhető. A függönygáz kiáramlási aránya lehet például a vivőgáz kiáramlási arányának kétharmada vagy még meg is haladhatja a vivőgáz kiáramlási arányát.

Előnyösen a függönygáz kiáramlási sebessége (normál nyomáson számolva) a vivőgáz kiáramlási sebességének egyötödénél nagyobb. A kiáramlási térfogatarányokat normál köbméter per óra egységben mérjük, és a gáz kiáramlási sebességeit a kiáramlási térfogatarány és a kivezető nyílás azon keresztmetszetének figyelembevételével számítjuk ki, amelyen át a gáz kiáramlik, miközben feltételezzük, hogy a kivezető nyíláson éppen kilépő gázáramban a gáz normál nyomáson van. Ezen paraméterek betartásával hatékony gázfüggöny képezhető. Úgy tapasztaltuk, hogy a legjobb eredményeket akkor érjük el, ha előnyösen a függönygáz kiáramlási sebessége (normál nyomáson mérve) a vivőgáz kiáramlási sebességének egyötöde és háromötöde közötti érték. Ezeknek a paramétereknek betartásával a kerámiahegesztés reakciózónájában kialakuló vivőgázáram és anyagfolyam áramvonalai kevéssé,lesznek szabálytalanok (kevéssé zavartak). Továbbá ezeknek a paramétereknek betartásával a vivőgázáramtól a környező légkör felé haladva a gázsebesség gradiens, más esetekhez képest, kevésbé élesen csökken, és ez tapasztalatunk szerint a varrat minőségét javítja, talán mert a vivőgázárammal szállított részecskék hígulása kevésbé következik be.

A találmány néhány előnyös kivitele szerint a gázáramokat cirkuláló fluidummal hűtött fúvatólándzsából vezetjük ki. A fúvatólándzsa hűtése annak vízköpenynyel való ellátásával könnyel megvalósítható. A vízköpeny elhelyezhető a vivőgázt és kerámia hegesztőport betápláló központi cső vagy csövek köré, miközben maga körül lehet véve gyűrű alakú vezetékkel a függönygáz részére. A vízköpeny könnyen megszerkeszthető olyan vastagságúra, hogy még a kívánt elegendő hely megmaradjon a vivőgáz és függönygáz kivezető nyílások között. Emellett vagy ezt kiegészítőleg a vízköpeny a fúvatólándzsa valamennyi kiürítő csövét is körülveheti. A függöny gáz hőmérsékletének mindig bármely esetben általában, és akkor is ha a kemence javítása lényegében annak üzemi hőmérsékletén zajlik - jelentősen alacsonyabbnak kell lennie a kemence belsejében uralkodó hőmérsékletnél és igen hasonló lehet a vivőgáz hőmérsékletéhez.

így végrehajtott hegesztés teljesen szemben áll a kerámiahegesztés területén ismert hagyományos gyakorlattal. A kerámiahegeszés végrehajtása során egyik állandóan szem előtt tartott szempont, hogy a hőálló anyagnak a hegesztendő felületen való képződése közben nem lehet az impaktzóna hőmérséklete túl alacsony, ami például az exoterm reakció különböző paramétereinek nem megfelelő kézben tartásából fakadhat. Ha az impaktzóna hőmérséklete túl alacsony, akkor az exoterm reakció megszakításához vezethet. Különösen jól ismert, hogy a túl alacsony hőmérséklet következtében szabálytalan, kézben tarthatatlan porozitású varratanyag képződhet, amely ezért sem a korróziónak, sem az eróziónak nem tud kielégítően ellenállni. Ez a fajta porozitás különösen többvezetékes fúvatólándzsával előállított hőálló anyagnál tapasztalható.

A viszonylag hideg gáz legalább egy része - amely azonban elég ahhoz, hogy hatékony védelmet képezzen az impaktzóna körül - éppen azelőtt hűti le az éppen sorra kerülő kezelendő felületet, mielőtt a hegesztőanyag odacsapódna. Ezt általában a legtöbb hegesztési technológiánál kerülendőnek tartják az elfogadható eredmény elérése érdekében. Teljesen meglepő ezen gázfúvatás előnyös volta a találmány előnyös változatainál, amelyek szerint a felületre az impaktzóna köré, gázfüggönyt fúvatunk. Ez a gázfúvatás az impaktzónában erős hűtőhatást jelent, és az volna várható, hogy a hűtés következtében porózus, eróziónak kevéssé ellenálló anyag képződik. Mindazonáltal nem ellentmondva a fentieknek, kísérleteinkben teljesen váratlanul azt figyeltük meg, hogy a találmány alkalmazásával az exoterm reakció lefolytatásához további kézben tartó paramétert kaptunk, és a találmány segítségével a korábbi hegesztési eljárásokkal előállítható anyagokhoz képest sűrűbb és eróziónak jobban ellenálló hőálló anyagot tudunk készíteni, különösen ha hűtött fúvatólándzsát alkalmazó eljárásokkal vetjük össze eljárásunkat. Ez az eredmény igen meglepő, mivel szemben áll az adott területen jártas szakemberek sok éve ismert véleményével.

A keletkezett hőálló anyag porozitása az egyik lényeges tényező az erózióval szembeni ellenállás szintjének meghatározásához. A porozitás belülről gyöngíti a hőálló anyag szerkezetét. Továbbá a pórusokon át az erozív közeg bejut az anyag belsejébe és ott fejtheti ki hatását, ezáltal a hőálló anyag még érzékenyebb az erózióval szemben.

Van egy másik dolog is, amit számításba kell venni. A fúvatott hőálló szemcséket fel kell hevíteni, hogy legalább felületükön megolvadjanak és homogén varratanyagot képezzenek, és ugyanúgy a hegesztendő felületet is erősen fel kell hevíteni, hogy a felülethez erősen odakötődjön a lerakódás. Mindazonáltal ha a hegesztendő tartomány hőmérséklete túl magas, akkor meg van annak a kockázata is, hogy a lerakódás túl folyékonnyá válik, és nem marad a helyén. Ez a kockázat természetesen nagyobb függőleges vagy tetőfelületeknél. Ez a kockázat annál nagyobb, minél hevesebb a munkapontál a kerámiahegesztés reakcióinak lefolyása. Ilyen heves reakció mégis lényeges lehet a kerámia4

HU 209 992 Β hegesztés reakcióinak fenntartása érdekében vagy hogy a hegesztendő felületet felhevítse, hogy a képződő kerámiavarrat lerakódás és a felület között jó kötés kialakuljon, ez különösen fontos, ha a hegesztendő felület hőmérséklete nem túl magas. Ilyenkor például 700 °C körüli hőmérsékletre gondolunk. Ilyen hőmérsékletekkel kell számolni olyan kemencéknél, amelyekben mérsékelten magas hőmérsékleten lezajló reakciók végrehajtása folyik, például reaktorokra, cementégetőkre. A gyakorlatban megfigyeltük, hogy a viszonylag hideg gázfüggöny létesítése egy eszközt jelent az impaktzóna hőmérsékletének kézben tartására. Ily módon könnyebbé válik az impaktzóna magas hőmérséklete miatt folyékonnyá váló hőálló anyag helyben tartása. A különböző paraméterek beállításával nagyon heves exoterm reakció játszatható le, így az eljárás reálisan végrehajtható, és a lerakódás és a hegesztendő felület közötti jó kötés biztosítható még akkor is, ha a felület hőmérséklete nem túl magas, miközben az impaktzóna hűtésével megakadályozzuk a képződő anyag elfolyását. Ez homogén varrat képződését teszi lehetővé.

A gázfüggöny hűtő hatása további fontos tényezőt jelent a megszilárduló varratanyag kristályszerkezetének kialakítására, és ez komoly előnyt jelenthet. Például a szilícium-dioxid és az alumíniumoxid olvadt keverékéből lassú hűtéskor mullit, míg gyors hűtéskor korund válik ki, amely utóbbit a szilícium-dioxid fázis magában tartja és a mullit képződése elmarad. Ez is elősegítheti a képződött varratanyag erózióállóságát.

A körülmények függvényében többfajta gázból választhatunk a gázfüggöny kialakításához. Miközben igen jó eredmények érhetők el nitrogénnel vagy széndioxiddal, de a találmány néhány előnyös.kivitelében a függönygáz oxigént is tartalmazhat. Például levegő is használható, ami olcsó és könnyen hozzáférhető anyag. Mégis a kereskedelmi oxigén előnyösen használható, ezt az oxigént egyébként is használjuk a kerámiahegesztéshez és a célt tekintve ez az oxigén hatékonyabban alkalmazható. Ha a gázfüggöny oxigént tartalmaz, akkor a kerámiahegesztés reakciózónájának közvetlen közelében ez egyben oxigéntartalékot is jelent, és ez elősegíti a fűtőanyag részecskék tökéletes elégését. Ez elősegíti, hogy a kerámiavarrat anyaga homogén legyen, és adott esetben lehetővé teszi, hogy a kerámia hegesztőporban a fűtőanyag arányát gyengén csökkentsük. Mindazonáltal emlékeznünk kell arra, hogy maga a vivőgáz legalább annyi oxigént kell tartalmazzon, ami a fűtőanyag tökéletes elégetéséhez elegendő, és ezért a lényegében oxigénmentes szén-dioxid vagy nitrogén alkalmazása is jó eredményeket hoz, amint ezt megállapítottuk.

Valóban speciális körülmények között az ilyen gáz alkalmazása optimális lehet. Néhány féle hőálló anyag maga tartalmazhat oxidálódó részecskéket így szenet, karbont vagy szilíciumot, hogy megakadályozzák az oxigénnek a hőálló anyagon át való diffúzióját, vagy más célból is, így például az acéliparban használt bizonyos konverterekhez 10 tömeg% terjedelemig szénrészecskéket (karbon-részecskéket) tartalmazó magnézium-oxid hőálló anyagot alkalmaznak. Ha ilyen hőálló anyagot kell javítani, akkor kívánatos, hogy maga a javítás is tartalmazzon bizonyos arányban oxidálódó anyagot. Ezt a javítást is végrehajthatjuk kerámiahegesztési technológiával. Ilyen technológiára vonatkozik a Glaverbel nevére engedélyezett GB 2 190 671 sz. szabadalmi leírás.

így a találmány néhány előnyös kivitele szerint a vivőgáz által szállított részecskék között (a fűtőanyag részecskéken kívül más) oxidálódó részecskék is vannak, amely más oxidálódó részecskéknek változatlan alakban be kell épülniök a varratanyagba, és akkor a gázfüggöny létrehozására szolgáló gázáramnak lényegében oxigénmentesnek kell lennie. Ilyen kivitel esetén lényegében megakadályozzuk, hogy a gázfüggönyből vagy a környező légkörből oxigén lépjen be a reakciózónában lévő varratanyagba, ezzel az oxidálódó anyag elégését megakadályozzuk, ezért a lerakódó varratanyagban eredeti alakban megmaradó oxidálódó anyag aránya növekszik.

A fűtőanyag előnyösen egyet vagy többet tartalmaz alumíniumból, szilíciumból, magnéziumból, cirkóniumból és krómból álló anyagok közül. Ezek az anyagok intenzív hőtermelés közben hőálló oxiddá képesek elégni. Ezek az elemek kívánság szerint egyenként vagy keverékükben is használhatók. Továbbá ezen elemek ötvözetei is használhatók. Egy könnyen és gyorsan elégő elemet egy nehezen égővel ötvözve egy bensőségesen összekevert elegyet tudunk előállítani. Az ötvöző komponensek megfelelő kiválasztásával stabilabb, kívánatosabb sebességgel lezajló reakciót tudunk végrehajtani.

Előnyösen a fűtőanyag részecskék legalább 50 tömeg%-a, még előnyösebben legalább 90 tömeg%-a kisebb mint 50 μιη szemcseméretű. Az átlagos szemcseméret például 15 μιη lehet, és a legnagyobb szemcseméret 100 μπι-nél kisebb, előnyösen 50 μπι-nél kisebb lehet. A fűtőanyag részecskék így könnyen oxidálódnak, ezáltal kis térben intenzív hőenergia fejlesztést tesznek lehetővé, ezzel a hőálló anyag részecskéi közötti jó hegedőst segítik elő. A fűtőanyag részecskék kis mérete elősegíti tökéletes elégésüket, és ebből következően a képződött anyag homogén voltát.

Előnyös lehet különösen jó hőállóságú kerámia varratanyag képzése, és ennek érdekében előnyös, ha a fúvatott hőállórészecskék tömegének legalább nagyobb része alumínium-oxidból és/vagy cirkóniumdioxidból és/vagy magnézium-oxidból és/vagy alumínium-oxidból áll.

A találmány kiterjed a találmány szerinti eljárás megvalósítására speciálisan kialakított berendezésre is.

Ennek megfelelően a találmány fúvatólándzsára is vonatkozik, amelynek egy hegesztendő felület felé vezető pályára kijuttatandó, vivőgázban lévő kerámiahegesztőpor kiürítésére szolgáló központi kivezető nyílása van; és jellemző rá, hogy az áramlási pályája körül és azzal általában párhuzamosan, folytonos gázfüggöny alkotására egy vagy több, a központi nyíláshoz

HU 209 992 Β viszonyítva térben mind axiálisan, mind radiálisán elhelyezett második nyílása is van.

A találmány szerinti fúvatólándzsa egyszerű, könnyen lehetővé teszi a porkivezető nyílásból kijuttatott gázáram és benne lévő por impaktzónája körüli gázfüggöny kialakítását. A találmány szerinti fúvatólándzsa a hegesztő számára egy további paramétert biztosít a jó minőségű kerámia varrat készítéséhez.

A függönygáz kiáramoltatható a por kivezető nyílás körül elhelyezett második fúvatónyílásokból; előnyösen a függönygáz kiáramoltatására folytonos gyűrű alakú második kivezetőnyílás szolgál. Ez egyszerű, könnyű és hatékony módon teszi lehetővé az oxidálógázt és a részecske keveréket tartalmaz vivőgázáram körül a gázfüggöny fenntartását. A gyűrű alakú nyílásnak nem kell szigorúan kör alakúnak lennie. Valójában lehet négyszögletes is, ha ez szükséges.

A vivőgáz és a magával vitt részecskék körül akkor hozható létre a leghatékonyabb gázfüggöny, ha a függönygázt kiáramoltató egy vagy több nyílás a vivőgáz kiáramoltató nyílás(ok)tól térben elválasztva, de attól vagy azoktól nem túl távol helyezkedik el. Az optimális távolság nagymértékben a hegesztendő felület nagyságától, ill. a felhasználható hegesztési időtől függ, amely hegesztéshez a fúvatólándzsát használjuk.

Ha kis vagy mérsékelt nagyságú javításról van szó, vagy bár nagyobb javításról, de a javítási idő nem lényeges tényező, akkor a találmány szerinti fúvatólándzsa elsősorban vivőgázt kiáramoltató egyetlen nyílással rendelkezik, amelynek átmérője 8-25 mm közötti, vagy többel, melyek összetett kiömlő felülete azonban összehasonlítható nagyságú. Ezen nyílások (összetett) kiömlő felülete 50 és 500 mm² közötti nagyságú. Az ilyen fűvatólándzsákból 30-300 kg/óra sebességgel lehet a kerámiahegesztőport fúvatni. Az ilyen előnyös kivitelű, 50-500 mm² kiömlő felületű porki vezető vei. rendelkező fúvatólándzsákon az egy vagy több második kiáramoltató nyílás a porkivezető nyílástól 5-20 mm távolságra van.

Elsősorban nagyobb és rövid idő alatt végrehajtandó javításhoz használható találmány szerinti fúvatólándzsa másik kivitele 300-2300 mm² kiömlő keresztmetszetű egyetlen vagy több, vivőgázt kiáramoltató nyílást tartalmaz. Az ilyen fúvatólándzsák egészen 1000 kg/óra mennyiségű vagy még ennél is több kerámiahegesztőpor fúvatására alkalmasak. Ezeken az előnyös kivitelű fúvatólándzsákon az egy vagy több második kiáramoltató nyílás 10-30 mm távolságban van a 3002300 mm² összetett kiömlő keresztmetszetű porkivezető központi nyílástól.

A vivőgáz és függönygáz kiáramoltató nyílások egyik vagy másik térbeli elhelyezése tiszta és határozott gát kialakulását segíti elő a hegesztés reakciózónája és a környező légkör között, ugyanakkor a különböző gázáramok között a kölcsönhatás elkerülhető.

A találmány szerinti fúvatólándzsa néhány előnyös kiviteli alakjánál hűtőközeg cirkuláltatására alkalmas köpeny is található a lándzsatesteken. Előnyös hűtőközeg a víz, mivel nagy hőkapacitású és könnyen hozzáférhető. Ez a vízköpeny kerámiahegesztőport és a vivőgázt betápláló központi cső vagy csövek köré helyezhető el, de maga körül lehet véve gyűrű alakú vezetékkel a függönygáz részére. A vízköpeny könnyen olyan vastagságúra szerkeszthető, hogy még a vivőgáz és függönygáz kiáramoltató nyílások között kívánt elegendő hely maradjon. Alternatív vagy kiegészítő módon a vízköpeny a fúvatólándzsa valamennyi kiáramoltató csövét is körülveheti. A függöny gáz hőmérsékletének mindig - bármely esetben általában és akkor is ha a kemence javítása lényegében annak üzemi hőmérsékletén zajlik - jelentősen alacsonyabbnak kell lennie a kemence belsejében uralkodó hőmérsékletnél és igen hasonló lehet a vivőgáz hőmérsékletéhez.

Ennek előnyös hatását a kerámiavarrat képzésre elmagyaráztuk. Ehhez kiegészítőleg megjegyezzük, hogy a hűtőköpeny miatt a fúvatólándzsa túlhevülés nélkül maradhat hosszabb ideig magas hőmérsékletű környezetben, így egy üzemelő kemencében vagy más hőálló szerkezetben. Ez előnyös használati okokból, és egyben növeli a fúvatólándzsa hasznos élettartamát.

Az egy vagy több második nyílás kiömlő felülete előnyösen a porkivezető kiömlő felületének kétharmada és háromszorosa közötti nagyságú. Az egy vagy több második nyílás kiömlő felülete előnyösen olyan kell legyen, hogy rajta a gáz hatékony gázfüggöny kialakításához szükséges sebességgel és térfogatban tudjon átáramolni.

A találmány előnyös kiviteleit bemutatjuk példák segítségével a csatolt rajzokra hivatkozva.

Az 1. ábra egy szubsztrátum felületén a találmány szerinti eljárás során kialakuló szórási rajzot mutatja.

A 2. ábra a találmány szerinti fúvatólándzsa vázlatos képét és részleges metszetét mutatja.

A 3. ábra a hőálló anyagon végzett eróziós vizsgálat, rajzolatát mutatja.

Az 1. ábrán az 1 hegesztendő felületet oxidáló gázt és hőálló, valamint fűtőanyag szemcséket tartalmazó 7 vivőgázárammal hívatjuk a hőálló kerámia varratanyag kialakítása érdekében. Ez a 7 vivőgázáram a rajzon mutatott 2 impaktzónában ütközik az 1 hegesztendő felülettel. A találmány értelmében egyidejűleg az 1 hegesztendő felület a 2 impaktzóna körüli részét egy vagy több perifériás gázsugárral is fúvatjuk, hogy a 2 impaktzóna körül kialakítsuk a 3’ gázfüggönyt. Az 1. ábra vázlatos formában mutatja a 3’ gázfüggöny 1 hegesztendő felülettel való ütközési helyét, amely a 2 impaktzónát szorosan körülfogó 3 gyűrű alakú zóna. Természetesen a gyakorlatban a 3 gyűrű alakú zóna gyengén eltávolodhat a 2 impaktzónától vagy ezzel szemben a 2 gyűrű alakú zóna és a 2 impaktzóna részben egymásba hatolhat.

A 2. ábrán látható 5 fúvatólándzsa 4 fején van egy 6 központi nyílás az oxidálógázban eldiszpergált szemcsekeverékeket tartalmazó 7 vivőgáz áramának fúvatására. Az egyetlen 6 központi nyílás helyett az 5 fúvatólándzsa több kiáramoltató nyílást is tartalmazhat a 7 vivőgáz áramának fúvatására. A Glaverbel nevére engedélyezett GB 2 170 122 sz. szabadalmi leírásban szerepel ilyen típusú, tehát több kiáramoltató nyílású fúvatólándzsa, s a leíráshoz tartozó igénypontokban az

HU 209 992 Β erre vonatkozó igény is rögzítve van. A 4 fej, a találmány értelmében, fiiggönygáz fúvató eszközöket is tartalmaz. A 2. ábrán látható kivitel szerint a függönygáz fúvató eszköz egy gyűrű alakú 8 második nyílás, amely a 6 központi nyílástól térben elválasztva, de azt körülvéve van kialakítva, lényegében folytonos 9 gyűrű alakú gázáram kibocsátására. A gyűrű alakú gázáram képezi a 3’ gázfüggönyt, amely az 1 hegesztendő felülettel a 3 gyűrű alakú zónában ütközik. Egy speciális példában a gyűrű alakú 8 második nyílás kiömlő felülete kicsivel nagyobb, mint a 6 központi nyílás kiömlő felületének kétszerese. Az oxidáló gázban eldiszpergált szemcsekeveréket a 10 betápláló csövön át vezetjük be, míg a függönygázhoz a gázsugarat all cső csonkon át. Az 5 fúvatólándzsa még egy 12 külső hűtőgyűrűvel is bír, amely utóbbihoz nem ábrázolt hűtővíz be- és kivezető nyílás is tartozik. A 2. ábra víz beés kivezető nyílással ellátott 13 hűtőgyűrűt is mutat, amely a 6 központi nyílástól megfelelő távolságban tartja a gyűrű alakú 8 második nyílást. Mindazonáltal, kívánt esetben ez a hűtőgyűrű el is hagyható, és helyettesíthető egyetlen kis betéttel, amely képes a 8 gyűrű alakú nyílást pl. 7 m távolságban tartani a 6 központi nyílástól.

A 3. ábra a hőálló kerámiavarraton végzett eróziós vizsgálat eredményét mutatja vázlatosan. A vizsgálandó hőálló anyagból 14 prizma alakú rudat vágunk ki, és egy nem ábrázolt tégelyben lévő 1550 °C-os 15 olvadt üvegfürdőbe részben bemártjuk. Ez a hőmérséklet meghaladja a normál nátronüveg (általában ablaküveg) gyártó kemence legmagasabb hőmérsékletét is. A 14 prizma alakú rudat 16 órán át bemerítve tartjuk, és azután állapítjuk meg a kopás mértékét.

1. példa

Egy üvegolvasztó kemence olvasztó végénél lévő tankblokkot kellett megjavítani a kemence lehűtése nélkül. Ezek a blokkok lényegében a 15 olvadt üvegfürdő felületével érintkező részen, erősen erodáltak, ahol a „olvadékszintvonal menti (flux line) korrózió” előfordul. Ezek a tankblokkok igen hőálló, elektromosan ömlesztett, alumínium-oxid és cirkónium-dioxid alapú téglák, melyek valódi sűrűsége 3,84 és amelyek 50-51 tömeg% alumínium-oxidból, 32-33 tömeg% cirkónium-dioxidból, 15-16 tömeg% szilícium-dioxidból és közelítőleg 1 tömeg% nátrium-oxidból állnak. Az olvadt üvegfürdő szintjét kb. 20 centiméterrel süllyesztettük, hogy a javítandó felülethez hozzáférjünk. Oxidáló gázt és hőálló, valamint fűtőanyag részecskéket tartalmazó 7 vivőgázt fúvattunk tankblokk fonó 1 hegesztendő felületére, annak javítása érdekében. A részecske keverék a keverék összmennyiségére számítva 40-50 tömeg% ZrO₂-ból, 33-44 tömeg% Al₂O₃-ból és 12 tömeg% fűtőanyagból állt, amely utóbbi 8-4 tömeg% Al és 4-8 tömeg% Si keveréke volt. A szilícium részecskék átlagos szemcsemérete 6 μιη és fajlagos felülete 5000 cm²/g volt. Az alumínium szemcsék átlagos szemcsemérete 5 μιη és fajlagos felülete 4700 cm²/g volt. Az alumínium és a szilícium részecskék legnagyobb mérete sem haladta meg az 50 μπι-t. A szilícium és az alumínium elégve elegendő hőt adott le a hőálló szemcsék felületének legalább részbeni megolvasztására és ezzel egymáshoz kötésére. A hőálló cirkónium-dioxid átlagos szemcsemérete 150 μιη, míg a hőálló alumínium-oxidé 100 μπι volt.

Hogy a kemence tankblokkjának felületén kialakított hőálló anyag az üveg korrozív hatásával szembeni ellenállását megállapíthassuk, először egy vizsgálati kemencében 1500 °C-ra hevített, üzemen kívüli tankblokk felületén alakítottuk ki a találmány szerinti eljárással a hőálló anyagot. Ehhez a vizsgálathoz 8 tömeg% Si-ot és 4 tömeg% Al-ot tartalmazó keveréket használtunk.

Az oxidáló gázban eldiszpergált részecskék keverékét a 2. ábrán látható 5 fúvatólándzsán hívattuk. A 10 betápláló csövön át vezettük be. A 6 központi (porkivezető) nyílás kör keresztmetszetű és 113 mm² kiömlő felületű volt. Oxidáló gázként 25 Nm³/óra sebességgel áramló oxigénben 30 kg/óra sebességgel fúvattuk a keveréket. A részecske keveréket és az oxidálógázt tartalmazó 7 vivőgáz az 1 hegesztendő felülettel a 2 impaktzónában ütközött. A találmány értelmében ezt az 1 hegesztendő felületet függöny gázsugár is érte, mégpedig a 2 impaktzóna körüli 3’ gázfüggöny alakjában. Ebben a példában az 5 fúvatólándzsa 4 fejétől a 2 impaktzónáig tartó pályán áramló 7 vivőgáz körüli 9 gyűrű alakú gázáramlás kialakítására függönygáz sugárként 40 Nm³/óra sebességű tiszta oxigént fúvattunk a 8 gyűrű alakú nyíláson át. A gyűrű alakú 8 második nyílás kör keresztmetszetű, kiömlő felülete 310 mm² nagyságú volt. A gyűrű alakú 8 második nyílás 13 mm távolságban volt a 6 központi (porkivezető) nyílástól.

Az eljárás során a 3’ gázfüggöny további eszközt jelentett a kerámiahegesztési reakció és a hőálló anyag képződésének befolyásolására. A kerámiahegesztési reakció viszonylag stabilan zajlott le, és jól definiált volt. A képződött anyag valódi porozitása 9%, az érzékelhető porozitása 1,5% volt. Ebben a leírásban az „érzékelhető porozitás” kifejezéssel jellemzett tulajdonságot a bemártásos módszerrel analóg módon mértük, és a hőálló anyagban lévő nyitott pórusokat vettük csak számba, míg a „valódi porozitás” kifejezéssel a hőálló anyagban lévő zárt pórusokat is számba vettük. A képződött hőálló anyag érzékelhető sűrűsége, azaz amely a pórusokkal együtt értendő, 3,5 volt. Ezen anyag valódi vagy abszolút sűrűsége, azaz magának a hőálló mátrix anyagnak sűrűsége 3,85 volt, amelyet a finomra aprított hőálló anyagon mértünk, ily módon a pórusok hatását kiküszöböltük.

Ebből a hőálló kerámia varratanyagból 20x20x120 mm nagyságú 14 prizma alakú rudat vágtunk ki (3. ábra). Ezt a vizsgálati minta rudat részben (egy nem ábrázolt) tégelyben lévő 1550 °C-os 15 olvadt üvegfürdőbe merítettük és ott tartottuk. A rúd kopásfokát 16 óra elteltével jegyeztük fel.

Az összehasonlítás kedvéért azonos méretű kontroll mintát is készítettünk, és azt ugyanazon hőfokú ugyanolyan olvadt fürdőben tartottuk részben bementve. Hogy az összehasonlítás eredményét láthatóvá tegyük, a 3. ábrán egymásra helyezve ábrázoltuk a kontroll

HU 209 992 Β minta- és a vizsgálati mintarudat. A kontroll minta is egy 14 prizma alakú rúd volt, és ezt azon hőálló anyagból vágtuk ki, amelyet teljesen az 1. példában leírt módon állítottunk elő, de a függönygáz sugarakat elhagytuk, tehát a hőálló kerámia varratanyag nem a találmány oltalmi körébe eső módon készült. Az ilyen módon készült anyag valódi porozitása 19,7%, míg az érzékelhető porozitása 3,5% volt. A valódi sűrűsége 3,77, míg az érzékelhető sűrűsége 3,03 volt. Kontroll minta 14 prizma alakú rúdjának 16 óra eltelte utáni alakját a 16 szaggatott vonal jelzi vázlatosan. Látható, hogy a 14 prizma alakú rúd 17 bemerített része jelentősen korrodálódott a 15 olvadt üvegfürdőben. A prizma élei legömbölyödtek. Látható, hogy a 15 olvadt üvegfürdő 18 felületénél jelentősen erodálódott a kontroll minta és különösen a „olvadékszintvonal (flux line) menti korrózió” alakját produkálta, amelyet a 19 számmal jeleztünk. A 19 „olvadékszintvonal (flux line) menti korrózió” központjánál a rúd átmérője közelítőleg az eredeti névleges átmérő egyharmadára csökkent.

A találmány szerint előállított hőálló anyagból vágott 14 prizma alakú rúd 16 óra utáni alakját a 20 szaggatott vonal jelzi. A 17 bementett rész eróziója láthatóan kisebb. A prizma élei alig gömbölyödtek le. A 19 „olvadékszintvonal (flux line) menti korrózió” sokkal kevésbé kifejezett, mint a kontroll mintánál. A 19 „olvadékszintvonal (flux line) korrózió” központjánál a 14 prizmaalakú rúd átmérője az eredeti névleges értéknek közelítőleg a kétharmadára csökkent. Tehát a találmány szerinti eljárás segítségével előállított hőálló anyag sokkal jobban ellenáll az eróziónak, mint a korábbi módszerekkel előállítottak. A 14 prizma alakú rúd keresztmetszetének mikroszkópi vizsgálata kimutatta, hogy gyakorlatilag nincs maradék fémes fázis benne, tehát a fémrészecskék gyakorlatilag teljesen eloxidálódtak. Ez igen kívánatos az olvadt üveggel érintkező hőálló anyag esetén, mivel ismert, hogy a fémfázis az olvadt üveggel érintkezve abban buborékképződést okozhat.

2. példa

A hőálló kerámia varratanyagot ugyanúgy állítottuk elő, mint az 1. példában, kivéve a 7 vivőgáz és 9 gyűrű alakú gázáram áramlási sebességét. Az oxigén 7 vivőgáz 30 Nm³/óra és az oxigén 9 gyűrű alakú gázáram sugár 20 Nm³/óra sebességgel áramoltak. A képződött kerámia varratanyag érzékelhető porozitása 2%, valódi porozitása 8,3%, érzékelhető sűrűsége 3,56, valódi sűrűsége 3,88 volt.

Ebből a kerámia varratanyagból vágott 14 prizma alakú rudat egy tégelyben lévő 15 olvadt üvegfürdőbe részben bemerítettük. 16 órás eróziós vizsgálat után az

1. példa szerint előállított kerámia varratanyag eróziójához hasonlót állapítottunk meg itt is. A 20 szaggatott vonal mutatja az alakot. A 14 prizma alakú rúd metszetének mikroszkópi vizsgálata szintén azt mutatta, hogy gyakorlatilag nincs jelen fémes fázis az anyagban.

3. példa

A kerámia varratanyagot az 1. példában leírt módon állítottuk elő, kivéve hogy a szén-dioxid 9 gyűrű alakú gázáram sugarat 20 Nm³/óra, és az oxigén 7 vivőgázt 30 Nm³/óra sebességgel áramoltattuk. Megfigyeltük, hogy a kerámia hegesztési reakció jól definiált módon, stabilan zajlott le. Az előállított hőálló kerámia varratanyag érzékelhető porozitása 1,5%, valódi porozitása 4,6%, érzékelhető sűrűsége 3,5, abszolút sűrűsége 3,67 volt.

Ebből, a kerámia varratanyagból vágott 14 prizma alakú rudat tégelyben lévő 15 olvadt üvegfürdőbe részben bementettük. A 16 óra eróziós vizsgálat után az 1. példa szerint előállított kerámia varratanyag eróziójához hasonlót állapítottunk meg itt is. A 14 prizma alakú rúd lényegében a 20 szaggatott vonal által jelzett alakot vette föl.

4. példa

A hőálló kerámia varratanyagot úgy állítottuk elő, mint ahogy az 1. példában leírtuk, kivéve, hogy nitrogén 9 gyűrű alakú gázáramot 18 Nm³/óra, míg az oxigén 7 vivőgázt 30 Nm³/óra sebességgel áramoltattuk. Ismét azt tapasztaltuk, hogy a kerámiahegesztési reakció jól definiált módon, stabilan zajlott le. Az előállított kerámia varratanyag érzékelhető porozitása 2,5%, érzékelhető sűrűsége 3,5 míg valódi sűrűsége 3,69 volt.

Ebből a kerámia varratanyagból vágott 14 prizma alakú rudat tégelyben lévő 15 olvadt üvegfürdőbe részben bemerítettük. A rúd lényegében a 20 szaggatott vonallal jelzett alakot vette fel.

5. példa

Közelítőleg 1500 °C-os szilícum-dioxid téglákból álló kemence boltozat megerősítő javítására a keverék összmennyiségére számítva 85 tömeg% szilícium-dioxid részecskékből és 12 tömeg% meggyulladó szilícium részecskékből és 1 tömeg% alumínium részecskékből álló keveréket használtunk. Mind a szilícium, mind az alumínium-részecskék átlagos szemcsemérete 10 pm volt, és a szilícium fajlagos felülete 4000 cm²/g míg az alumínium fajlagos felülete 6000 cm²/g volt. Az alumínium és szilícium részecskék legnagyobb szemcséinek mérete sem haladta meg az 50 um-t.

A keveréket a találmány szerint fúvattuk 35 kg/óra sebességgel vezettük a 10 betápláló csövön át a részecske keveréket a tiszta oxigénnel együtt. Az oxigén 7 vivőgáz 25 Nm³/óra sebességgel áramlott. A találmánnyal összhangban a 2 impaktzóna körül formálódott 3’ gázfüggönyt alkotó függöny gáz sugarakat is ütköztettük az 1 hegesztendő felülettel. Ebben a példában az 5 fúvatólándzsa 4 fejétől a 2 impaktzónáig tartó pályán áramló 7 vivőgáz körüli 9 gyűrű alakú gázáram kialakítására 30 Nm³/óra sebességű tiszta oxigént hívattunk. A képződött kerámia varratanyagban elégetlen fémet gyakorlatilag nem találtunk.

Összehasonlításképpen ugyanezen keveréket 30 kg/óra sebességgel ugyanazon oxigén 25 Nm³/óra sebességű áramával használva hőálló kerámia varratanyagot állítottunk elő. Azonban az oxigén függönysugarat elhagytuk az összehasonlító kísérletben.

HU 209 992 Β

A találmány szerinti eljárás megvalósítása során megfigyeltük, hogy 3’ gázfüggöny egy további eszközt jelent a hőálló kerámia varratanyag előállításának kézben tartásához, amely az összehasonlító kísérlet során nem állt rendelkezésre. Sőt mivel a 3’ gázfüggöny elizolálta a 2 impaktzónát a javítás alatt is üzemelő kemence légkörének zavaró hatásától, ezért ez gyakorlatilag nem befolyásolta a hőálló kerámia varratanyag képződését. A kerámia hegesztési reakció lezajlása stabilabb, jobban határolt és spontán nem szakadt meg.

6. példa

A színesfémkohászatban használt egyik részkonvertert kellett megjavítani. Az 5. példa szerint jártunk el, kivéve, hogy a keverék összmennyiségére számítva 40 tömeg% króm-oxid részecskékből 48 tömeg% magnézium-oxid részecskékből és 12 tömeg% alumínium részecskékből álló keveréket, hegesztőport, használtunk. Az alumínium részecskék névleges legnagyobb szemcsemérete 45 μπι volt és fajlagos felülete meghaladta a 3000 cm²/g értéket. A hőálló szemcsék legnagyobb mérete sem érte el a 2 mm értéket. Ez a példa is megmutatta, hogy a találmány szerinti eljárás eredményének betudhatóan a 3’ gázfüggöny további eszközt jelent kerámia hegesztési reakció kialakulásának és a hőálló kerámia varratanyag képződésének befolyásolására. A kerámiahegesztési reakció lezajlása stabilabb, jobban körülhatárolt, mint hagyományos esetben.

Változatképpen a 4 fej gyűrű alakú 8 második nyílását egy sor injektorral helyettesítettük és azon át fuvattuk a 3’ gázfüggönyt alkotó, konvergáló gázsugarakat. Ezzel a fúvatólándzsával is kitűnő eredményeket értünk el.

7. példa

Az volt a feladatunk, hogy 90 tömeg% magnéziumoxidból és 10 tömeg% szénből (karbonból) álló téglákkal bélelt acélgyártó konverter bázikus falát úgy javítsuk meg, hogy a képződő hőálló kerámia varratanyag lehetőleg azonos összetételű legyen az eredeti tégláéval. A fal 900 °C hőmérsékletű volt. Ezeket a téglákat szén(karbon)tartalmú részecske keverékkel ütköztettük. 70 térfogat% oxigént tartalmazó oxidáló 7 vivőgázban 500 kg/óra sebességgel fuvattuk a keveréket. A keverék összetétel:

tömeg% MgO tömeg% Si tömeg% Al

10tömeg% C.

A szilícium szemcsék átlagos szemcsemérete 10 pm és fajlagos felülete 5000 cm²/g volt. Az alumínum részecskék átlagos szemcsemérete 10 pm és fajlagos felülete 8000 cm²/g volt. A szén(karbon)szemcséket koksz elaprításával állítottuk elő és átlagos átmérőjük 1,25 mm volt. A magnézium-oxid átlagos szemcsemérete 1 mm volt. A találmány értelmében az oxidáló gázban eldiszpergált szemcséket tartalmazó 7 vivőgáz konverter falán lévő 2 impaktzónája körül úgy alakítottuk ki a 3’ gázfüggönyt, hogy az oxidáló gáz áramlási sebességénél 50%-kal nagyobb sebességgel áramoltattunk szén-dioxidot a 7 vivőgáz körül. A találmány szerinti eljárás során megfigyeltük, hogy a kerámia hegesztési reakció stabil és jól körülhatárolt volt. A fúvatott szén(karbon)szemcsék nem oxidálódtak el teljesen, úgy hogy a képződő kerámia varratanyag mintegy 5% szenet(karbont) tartalmazott. A szén-dioxid sugarakkal alkotott 3’ gázfüggöny nélkül a képződött kerámia varratanyag mintegy 3% szenet(karbont) tartalmazott csak.

A találmány szerinti 5 fúvatólándzsa olyan kivitelű volt, hogy a 6 központi nyílás porkivezető átmérője 53 mm és kiömlő felülete 2206 mm² volt, és ezen át 900 kg/óra és 1000 kg/óra közötti sebességgel áramoltattuk ki a kerámia hegesztőport. A 5 fúvatólándzsának volt egy a 6 központi (porkivezető) nyílástól a központi csövön elhelyezett hüvellyel vagy 13 hűtőgyűrűvel 13 mm távolságban tartott és 1979 mm² kiömlőfelületű 9 gyűrű alakú gázáramot kiengedő gyűrű alakú 8 második nyílása is. Az 5 fúvatólándzsának 12 külső hűtőgyűrűje is volt.

Claims (18)

1. Eljárás kerámiák hegesztésére, amelynek során legalább a fűtőanyag szemcsék tökéletes eloxidálódásához elegendő mennyiségű oxigént tartalmazó egy vagy több vivőgázárammal hőálló szemcsékből és hőálló oxid képződése közben oxidálódni képes fűtőanyag szemcsékből álló keveréket fúvatunk egy felületre, a felszabaduló hővel a fúvatott hőálló szemcséknek legalább a külső felületét megolvasztjuk, és a fűtőanyag oxidációs hőjének segítségével az említett felületen hőálló kerámia varratanyagot képezünk, azzal jellemezve, hogy a vivőgáz (7) áram(ai)t folytonos gázfüggönnyel (3’) körülvevő további gázáramot (9) is fúvatunk a hegesztendő felületre, és a kiáramoltatott vivőgáz (7) térfogatarányának legalább 1/4-ét kitevő térfogatarányban áramoltatjuk ki a függönygázt.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy gyűrű alakú gázáramban (9) fúvatjuk a gázfüggönyt (3 ’).

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vivőgázt (7) 50-500 mm² közötti kiömlő felületi nyíláson át fúvatjuk, míg a gázfüggönyt (3’) a vivőgáz (7) központi nyílástól (6) 5-20 mm távolságban lévő egy vagy több nyíláson át fúvatjuk.

4. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vivőgázt (7) 300-2300 mm² közötti kiömlő felületi nyíláson fúvatjuk, és a gázfüggönyt (3’) a vivőgáz központi nyílástól (6) 10-30 mm távolságban lévő egy vagy több nyíláson át fúvatjuk.

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vivőgáz (7) kiáramoltatási sebességének egyötödénél nagyobb sebességgel (normál nyomáson számolva) áramoltatjuk ki a függönygázt.

6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vivőgáz (7) kiáramoltatási sebességének egyötöde és háromötöde közötti sebességgel (normál nyomáson számolva) áramoltatjuk ki a függöny gázt.

HU 209 992 Β

7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan fúvatólándzsán (5) át áramoltatjuk ki a gázáramokat, amelyet rajta keresztül cirkuláló fluidummal hűtünk.

8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy oxigént tartalmazó függöny gázt fúvatunk.

9. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vivőgáz (7) áramával oxidálódó anyagból álló és változatlan alakban a varratanyagba beépítendő részecskéket tartalmazó keveréket fúvatunk és hozzáférhet oxigéntől mentes függönygázt hívatunk.

10. Az 1-9. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy fűtőanyagként alumínium, szilícium, magnézium, cirkónium és króm által alkotott csoport féméi közül egyet vagy többet hívatunk,

11. Az 1-10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan fűtőanyag részecskéket fúvatunk, amelyek legalább 50 tömeg%-ának szemcsemérete kisebb mint 50 μιη.

12. Az 1-11. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy legalább nagyobb tömegrészben alumínium-oxidból és/vagy cirkónium-dioxidból és/vagy magnézium-oxidból és/vagy alumíniumoxidból álló hőálló szemcséket fúvatunk.

13. Fúvatólándzsa, az 1. igénypont szerinti kerámia hegesztő eljárás végrehajtására, amely egy hegesztendő felület (1) felé vezető pályára kijuttatandó, vivőgázban (7) lévő kerámia hegesztőpor kiürítésére szolgáló első, központi nyílással (6) rendelkezik, azzal jellemezve, hogy a por áramlási pályája körül és azzal általában párhuzamosan, folytonos gázfüggöny (3’) alkotására egy vagy több, a központi nyíláshoz (6) viszonyítva térben mind axiálisan, mind radiálisán elhelyezett második nyílása (8) is van.

14. A 13. igénypont szerinti fúvatólándzsa, azzal jellemezve, hogy a második nyílás (8) folytonos gyűrű alakú nyílás.

15. A 13. vagy 14. igénypont szerinti fúvatólándzsa, azzal jellemezve, hogy a központi nyílás (6) kiömlő felülete 50 és 500 mm² közötti nagyságú és minden egyes második nyílás (8) 5 és 20 mm közötti távolságban van a központi nyílástól (6).

16. A 13. vagy 14. igénypont szerinti fúvatólándzsa, azzal jellemezve, hogy a központi nyílás (6) kiömlő felülete 300 és 2300 mm² közötti nagyságú és miden egyes második nyílás (8) 10 és 30 mm távolságban van a központi nyílástól (6).

17. A 13-16. igénypontok bármelyike szerinti fúvatólándzsa, azzal jellemezve, hogy hűtőközeg cirkuláltatására való köpeny is részét alkotja.

18. A13-17. igénypontok bármelyike szerinti fuvatólándzsa, azzal jellemezve, hogy a második nyílás (8) kiömlő felülete a központi nyílás (6) kiömlő felületének kétharmada és háromszorosa közötti nagyságú.