IT9067712A1 - Procedimento di saldatura ceramica e lancia da usare in un tale procedimento. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
dell'Invenzione industriale avente per titolo:
PROCEDIMENTO DI SALDATURA CERAMICA E LANCIA DA USARE IN TALE PROCEDIMENTO"
R I A S S U N T O
In un procedimento di saldatura ceramica, una polere di saldatura ceramica comprendente-una miscela di particelle refrattarie e particelle di un materiale combustibile che può essere ossidato per formare un ossido refrattario, viene proiettata contro una superficie in uno o più getti di gas di trasporto che contiene ossigeno almeno sufficiente per l'ossidazione sostanziaimente completa delle particelle di combustibile, con rilascio di calore sufficiente per fondere almeno la superficie delle particelle refrattarie proiettate e
formazione di una massa di saldatura ceramica contro tale superficie per effetto del calore di ossidazione delle particel e combustibili. Contro la superficie si proietta anche almeno un getto addizionale di gas per formare una cortina sostanzialmente continua. che circonda i getti di gas di trasporto. Si fornisce anche una lan eia utilizzabile nel procedimento.
Questa invenzione si riferisce a un procedimento; di saldatura ceramica e a una lancia adatta all'impie go in tale procedimento.
Procedimenti precedenti di saldatura ceramica so no stati descritti nei Brevetti britannici N.1.330.89Ί4! e 2.170.191 della Glaverbel.
La saldatura ceramica è particolarmente adatta per la forinazione in loco di una massa refrattaria su una parete refratta .ria di forni o altre apparecchiature refrattarie per la riparazione a caldo della parete. Essa è realizzata preferibilmente ; quando la parete è sostanzialmente alla sua temperatura normale di lavoro. Essa è particolarmente utile per riparare o rinforzare le pareti o i rivestimenti di pareti di forni i di fusione del vetro, forni a coke, forni per cemento o forni usati nell'industria petrolchimica, o apparec chiature refrattarie usate nella metallurgia dei metalli ferrosi o non ferrosi. Inoltre, la riparazione può essere talvolta effettuata durante il funzionameli to del forno, per esempio per la riparazione di una . sovrastruttura di forno di fusione del vetro,o durante il normale ciclo di lavoro dell'articolo refrattario; p.es. una siviera di colata dell’acciaio può talvolta essere riparata durante il normale intervallo tra ver samento e ricarica. Il procedimento è anche utile per la formazione di componenti refrattari, p. es. per il trattamento superficiale di altri substrati refrattari.
Nel procedimento di saldatura ceramica come messo in pratica, una miscela di particelle refrattarie e di particelle di combustibile (la "polvere di saldatura ceramica") viene trasportata da un deposito delle polveri lungo un condotto di alimentazione a una lancia da cui viene proiettata contro una superficie bersaglio. Il gas di trasporto che lascia l'uscita della lancia con la polvere di saldatura ceramica (il "gas di trasporto") può essere ossigeno puro (di qualità commerciale), o può comprendere una percentuale di gas sostanzialmente inerte come azoto, o qualche altro gas. In ogni caso, il gas di trasporto che lascia l'Uscita della lancia con la polvere di saldatura ceramica contiene ossigeno almeno sufficiente per la combustione sostanziaimente completa delle particelle combustibili. Non è assolutamente essenziale che la corrente di gas in cui · la polvere di saldatura è introdotta uscendo dal deposito abbia la stessa composizione del gas di trasporto che lascia l'uscita della lancia. Parte dell'ossigeno necessario nel gas di trasporto, o anche tutto, può essere introdotto nel condotto di alimentazione in una o più posizioni tra il punto di introduzione della polvere e l'uscita della lancia. Il combustibile usato consiste essenzialmente di particelle di un materiale che è in grado di venir ossidato esotermicamente per formare un prodotto a base di ossido refrattario. Esempi di combustibili adatti sono silicio, alluminio, magnesio, zirconio e cromo. Tali combustibili metallici possono essere usati da soli o in combinazione. Il combustibile brucia e per effetto della sua combustione si libera calore per fondere almeno la superficie delle particelle refrattarie cosicché si forma una massa di saldatura refrattaria fortemente coerente che aderisce bene alla superficie bersaglio.
E' pratica comune scegliere la polvere di saldatura ceramica in modo tale che il deposito di saldatura formato abbia una composizione chimica che è approssimativamente la stessa di quella della superficie bersaglio. Ciò aiuta a ridurre l'urto termico all'interfaccia tra una saldatura di riparazione e il refrattario riparato dovuto alla variazione ciclica di temperatura del forno. Tale scelta della polvere di saldatura aiuta anche ad assicurare che la qualità refrattaria della massa di saldatura sia sufficientemente elevata per la posizione in cui si esegue quella riparazione. Naturalmen-.te, è anche noto scegliere la polvere di saldatura cemento di grado superiore a quello del refrattario su cui si forma la saldatura.
Quando si forma una massa refrattaria per sàldaturra ceramica, nella massa di saldatura si può incorporare un certo grado di porosità. La misura di questa, porosità dipende in parte dall'abilità dell'addetto alila saldatura e dalle condizioni in cui si esegue 1'Operazione di saldatura. Tale porosità può essere tollerabile, e invero in certe circostanze addirittura vantaggiosa, poiché un elevato grado di porosità favorisce l'isolamento termico. Tuttavia, un grado eccessivo di porosità può essere indesiderabile in posizioni del forno dove il refrattario è esposto ad azione corrosiva particolarmente severa, e specialmente all'azione corrosiva o erosiva di materiale fuso contenuto nel forno. Il grado di porosità accettabile in un dato pez-;zo di materiale refrattario dipende dalla refrattarietà intrinseca del materiale e dalle condizioni a cui esso sarà sottoposto nell'uso.
La presente invenzione deriva da ricerche sulla formazione di un rivestimento o riparazione refrattari su parti di apparecchiature che è particolarmente probabile siano soggette ad erosione intensa. Questa erosione può essere dovuta in particolare ad abrasione meccanica o termomeccanica, o a corrosione in fase liquida o gassosa del materiale che forma le pareti, o
a una combinazione di questi due effetti.
Un esempio di tale esigenza di buona resistenza a
una tendenza a un'intensa erosione è nel campo dei forni di fusione del vetro. La superficie interna dei blocchi della vasca di un forno di fusione del vetro nella posizione della superficie del bagno di vetro fuso fornisce un esempio particolare di superficie refrattaria
soggetta ad azione corrosiva molto intensa. La superficie dei blocchi della vasca viene erosa molto rapidamente in misura tale che metà dello spessore dei blocchi può essere facilmente e in modo comparativamente ·
rapido "mangiata" in questa posizione. Questa erosione
è nota con il termine tecnico di "corrosione orizzontale
al primo filo" · Blocchi di vasca sottoposti a temperature molto elevate, come i blocchi di .vasca delle
zone di fusione e raffinazione del forno, sono formati convenzionalmente di materiali altamente refrattari,
n.es.materiali refrattari contenenti un'elevata percentuale di ossido di zirconio. Nonostante ciò, essi devono essere raffreddati vigorosamente e continuamente per diminuire l'erosione.
Altri esempi di refrattari che sono sottoposti a
rischi di erosione particolarmente severa sono aperture di colata o siviere usate nella fabbricazione o
trasporto di metalli fusi, per esempio siviere a silu
ro, come quelle usate per esempio nell'industria del ferro e dell'acciaio, forni di fusione e raffinazione del rame, convertitori come quelli usati nella fabbricazione dell'acciaio e nell'industria dei metalli non ferrosi. Si possono citare qui anche i forni per cemento.
Uno scopo principale di questa invenzione è quello di fornire un nuovo procedimento di saldatura ceramica che facilita la formazione di masse di saldatura refrattarie di qualità elevata, che presentano una buona resistenza all'erosione e alla corrosione.
Secondo questa invenzione, si fornisce un procedimento di saldatura ceramica in cui una polvere di saldatura ceramica, comprendente una miscela di particelle refrattarie e particelle di un materiale combustibile che può essere ossidato per formare un ossido refrattario, viene proiettata contro una superficie in uno o più getti di gas di trasporto che contiene ossigeno almeno sufficiente per l'ossidazione sostanzialmente completa delle particelle di combustibile, in modo che venga sviluppato calore sufficiente per fondere almeno la superficie delle particelle refrattarie proiettate e si formi una massa di saldatura ceramica contro tale superficie per effetto del calore di ossidazione delle particelle di combustibile, caratterizzato dal fatto che contro detta superficie si proietta almeno un getto addizionale di gas per formare una cortina di gas sostanzialmente continua che circonda detto getto o detti getti di gas di trasporto.
E' piuttosto sorprendente che soffiare gas aggiuntivo in questo modo abbia l'effetto benefico che ha, e cioè quello di permettere la formazione di saldature ceramiche di qualità elevata con buona resistenza· all'erosione e alla corrosione, con maggiore facilità e uniformità di prima. L'ottenimento di una saldatura di qualità elevata con un metodo secondo l'invenzione è meno legato all'abilità del singolo addetto di quando si forma una saldatura con un procedimento in cui si omette la cortina di gas ma che è per il resto simile. Noi attribuiamo questo risultato al fatto che le saldature fatte con un procedimento secondo l'invenzione tendono ad avere una porosità minore di quelle fatte con un procedimento in cui si omette la cortina di gas ma che per il resto è simile.
Le ragioni per cui si debba ottenere questo effetto benefico non sono chiare. Una possibilità è che la cortina di gas isolj la zona della reazione di saldatura ceramica dall'atmosfera ambiente del forno, impedendo a questa di avere effetti negativi su tali reazioni, e mantenendo condizioni di lavoro uniformi nella zona di reazione. Un'altra possibilità è che la cortina di gas possa avere uneffetto smorzante nei ridurre‘la temperatura del deposito refrattario appena formato e ancora molle, che può favorire un raffreddamento e una cristallizzazione favorevoli del materiale di saldaturo. Ciò può a sua volta agire per ridurre la tendenza a formare pori da parte di gas che può sciogliersi nella massa di saldatura ceramica incipiente mentre essa è ancora almeno parzialmente fusa, cosicché i pori che eventualmente si formano nella saldatura sono di dimensioni minori e quindi meno obiettabili. Tuttavia questa teoria va contro le conoscenze correntemente accettate nel settore, secondo le quali non è desiderabile che avvenga un raffreddamento rapido per evitare problemi di stratificazione dovuti a inomogeneità agli strati di confine di materiale depositato in passaggi successivi della lancia di saldatura sopra la superficie bersaglio .
Il metodo dell'invenzione è anche sorprendente per il fatto che ci si sarebbe aspettato, tenendo conto della difficoltà di controllare le condizioni di lavoro, che lo spruzzare una cortina di gas attorno al getto di gas di trasporto, e quindi attorno alla zona dove avvengono le reazioni di saldatura ceramica e dove si forma il deposito di saldatura ceramica, interferisse con la reazione esotermica che porta alla formazione della saldatura.
Al contrario, si è osservato in pratica che la proiezione di una cortina di gas fornisce un parametro supplementare per controllare i diversi elementi che entrano in gioco nella zona di reazione per formare la massa refrattaria durante l’esecuzione del metodo dell'invenzione. Di conseguenza ciò fornisce un parametro di controllo supplementare che agisce sull'evoluzione della reazione esotermica, permettendo così un controllo perfezionato della formazione della massa refrattaria di saldatura.
-- Si è anche osservato che la cortina di gas permette di ridurre l'influenza dell'ambiente circostante sulla zona di reazione. Di conseguenza questa è meglio protetta da eventuali turbolenze esistenti nell'atmosfera circostante. Così per esempio, in un caso comune in cui il procedimento è usato durante il funziona mento del forno, la zona di reazione è resa più indi;-pendente da interferenze derivanti per esempio dall' accensione o spegnimento di un bruciatore in prossimi· tà della posizione in cui si opera.
La cortina di gas permette anche di confinare più facilmente la miscela di particelle nella zona di reazione in modo da concentrare e intensificare la reazione di saldatura ceramica e portare così alla
formazione di una massa refrattaria di qualità elevata. La cortina di gas aiuta a confinare il materiale refrattario proiettato e i prodotti della combustione del combustibile nella zona di reazione, cosicché essi vengono facilmente incorporati nella massa di saldatura formata. L'incorporazione di tali prodotti di combustione nella massa refrattaria formata non è uno svantaggio in un procedimento di saldatura ceramica poiché questi prodotti sono anch'essi ossidi refrattari.
La cortina di gas può essere proiettata da una molteplicità di uscite disposte ad anello attorno all'uscita (alle uscite) di scarico della polvere. Naturaimente tali uscite dovranno essere vicine fra loro per produrre una cortina sostanzialmente continua. Preferibilmente però la cortina di gas è proiettata come ; getto anulare. L'uso di un'uscita anulare continua per proiettare un getto di cortina anulare favorisce l'efficienza della cortina e può anche permettere una costruì zione più semplice dell'apparecchiatura per realizzare il procedimento dell'invenzione. Attorno alla corrente di gas di trasporto si forma così una guaina protet.tiva, cossiché si può impedire l'aspirazione di materiale, in particolare gas, dall'atmosfera circostante nella corrente di trasporto che contiene il gas ostinante e la miscela di particelle. Si possano così isolare dall'ambiente circostante l'intera regione della reazione esotermica e dello spruzzo della miscela nel suo gas di trasporto ossidante, in modo da impedire l'introduzione di qualsiasi elemento estraneo alla reazione esotermica e che interferisce con essa, e di conseguenza la reazione può esser meglio controllata.
Per formare la cortina di gas più efficiente attorno al gas di trasporto e alle particelle trascinate il gas della cortina dovrà essere emesso da una o più uscite distanziate dall'uscita o dalle uscite dèi gasdi trasporto, ma le diverse uscite non dovranno essere troppo distanziate. La distanza ottima dipende in larga misura dalle dimensioni dell'uscita o delle uscite del gas di trasporto.
Certe realizzazioni preferite dell'invenzione sono destinate principalmente a riparazioni su scala da piccola a modesta, o a situazioni in cui sono necessarie riparazioni maggiori ma il tempo disponibile per la riparazione non è critico, e le particelle sono proiettate da una lancia che presenta un'unica uscita per il gas di trasporto, con diametro fra 8 e 25 mm. L:.'..al rea in sezione di queste uscite sarà quindi fra 50 e.
500 mm . Tali lance sono adatte per proiettare polvere .di saldatura ceramica con portate da 30 a 300 Kg/h. In alcune di tali forme preferite di realizzazione, in .
cui il gas di trasporto è emesso da un'uscita con un' area fra 50 e 500 mm<2 >, la cortina di gas è emessa da una o più uscite poste a una distanza tra 5 e 20 mm dall'uscita del gas di trasporto.
Altre forme preferite di realizzazione dell'invenzione sono destinate principalmente a riparazioni su larga scala che devono essere effettuate in breve tempo, e le particelle sono proiettate da una lancia avente un'uscita del gas di trasporto la cui sezione ha un'area fra 300 e 2300 mm<2 >. Tali lance sono adatte per proièttare polvere di saldatura ceramica con portate fino a 1000 Kg/h o anche più. In alcune di tali realizzazioni preferite in cui il gas di trasporto è emesso da un'uscita avente un'area tra 300 e 2300 mm<2 >, la cortina di gas è emessa da una o più uscite poste a una distanza tra 10 e 30 mm dall'uscita del gas di trasporto.
L'adozione dell 'una o dell'altra di queste gammedi distanza tra le uscite del gas di trasporto e del gas della cortina favorisce la formazione di una barriera chiara e definita tra la zona della reazione di saldatura ceramica e l'atmosfera ambiente,consentendo nel contempo di evitare sostanzialmente interferenze tra i diversi getti di gas, assicurando che essi rimangano sjostanzialmente separati finché non sono deflessi sulla superficie bersaglio.
Vantaggiosamente, la portata di'scarica dellgas ; della cortina è almeno metà della portata di scarica· del gas di trasporto. L'adozione di questa caratteristica facilità la formazione di una cortina spessa ed efficace. La portata di scarica del gas della cortina può essere per esempio almeno 2/3 di quella del gas di trasporto, o può anche essere superiore a questa.
- Preferibilmente, la velocità di scarica (calcolata a pressione normale) del gas della cortina è supe*· riore a 1/5 della velocità di scarica del gas di tra-. sporto. Noi misuriamo le portate di scarica dei gas. in metri cubi normali all'ora, e le velocità di scarica dei gas sono calcolate a partire da questa portata di scarica e dall'area,dell 'uscita o delle uscite da cui viene scaricato il gas, nell'ipotesi che la presrsione del gas nel getto sia normale al momento in cui esso lascia la sua uscita. L'adozione di questa caratteristica favorisce la formazione di una cortina di gas efficace. Per i migliori risultati, abbiamo trovato ; preferibile che la velooità di scarica (calcolata a ; pressione normale) del gas della cortina sia compresa fra 1/5 e 3/5 della-velocità di scarica del gas di trasporto. L'adozione di questa caratteristica permette un basso disturbo della distribuzione di flusso della corrente di gas di trasporto e del materiale nella zona della reazione di saldatura ceramica. L'adozione di questa caratteristica fa sì che vi sia un gradiente meno brusco di velocità del gas dal getto o dai getti di gas di trasporto all'atmosfera ambiente di quanto non succederebbe altrimenti, e si è trovato che ciò favorisce la qualità della saldatura, forse perché vi è meno diluizione del getto di gas di trasporto e delle particelle che trascina.
In alcune realizzazioni preferite dell'invenzione, i getti di gas sono scaricati da una lancia che è raffreddata da fluido che circola attraverso essa. Tale · raffreddamento può essere facilmente ottenuto munendo la lancia di una camicia d'acqua. Questa può essere disposta in modo da circondare un tubo centrale o tubi centrali per 1'alimeirtazione di gas di trasporto e polvere di saldatura ceramica,essendo a sua volta circondata da un passaggio anulare per il trasporto del gas della cortina. La camicia d'acqua può essere facilmente costruita con uno spessore tale da assicurare qualsiasi distanza desiderata fra l'uscita o le uscite del gas di rasporto e l'uscita del gas della cortina. In alterna-•tiva o in aggiunta, vi può essere una camicia d'acqua che circonda tutti i tubi di scarica dei gas della lancia. In entrambi i casi, la temperatura del gas della cortina scaricato sarà, in generale e considerando la riparazione di forni sostanzialmente alla loro temperatura di lavoro, notevolmente inferiore alla temperatura ambiente nel forno, e potrà essere abbastanza simile a quella del gas di trasporto.
Fare ciò va completamente contro la pratica convenzionale nella tecnica della saldatura ceramica. Una delle preoccupazioni permanenti quando si effettua la saidatura ceramica è quella di impedire alla temperatura della zona di impatto sulla superficie bersaglio di essere troppo bassa durante la formazione della massa refrattaria, p. es. come risultato di un controllo inadeguato dei vari parametri della reazione esotermica. U-na zona d'impatto troppo fredda può portare p. es. a interruzioni momentanee della reazione esotermica. In particolare è noto che questa temperatura porta, se è troppo bassa, alla formazione di una porosità irregolare e incontrollata nella massa di saldatura refrattaria formata, cosicché questa è alquanto porosa e presenta scarsa resistenza all'abrasione o corrosione. Questa porosità è particolarmente evidente se la massa refrattaria è formata con nurerosi passaggi della lancia di spruzzo.
Quando la zona d'impatto si sposta sulla superfi-.cle da trattare, almeno parte di questo gas relativamente fresso, in quanti tà sufficiente a formare allo scudo efficace attorno alla zona d'impatto, tende a raffreddare la superficie trattata proprio prima dell'impatto del materiale di saldatura. Ciò non è assolutamente raccomandato nella maggior parte delle tecniche di saldatura se si deve ottenere un risultato accettabile. Il fatto che vi sia un vantaggio nello spruzzare, secondo questa caratteristica preferita dell'invenzione, una cortina di gas raffreddato contro la superficie del substrato attorno alla zona di impatto è completamente sorprendente. Tale spruzzo di gas tenderà ad avere un forte effetto di raffreddamento sulla zona di impatto e.ci si sarebbe aspettato · quindi che questo raffreddamento portasse alla formazione di una massa porosa con scarsa ! resistenza all'erosione.
Nonostante ciò, tuttavia, abbiamo osservato speri;-mentalmente che, in modo completamente inaspettato, il parametro di controllo supplementare fornito dall'adozione dell'invenzione permette la formazione di masse refrattarie dense più resistenti all'erosione delle masse formate in passato con metodi di saldatura ceramica, e in particolare lo fa quando si usa una lancia raffreddata. Questo risultato è molto sorprendente poiché va! contro l'opinione che gli esperti del ramo hanno avuto per molti anni su questo aspetto.
La porosità della massa refrattaria formata è uno dei fattori essenziali nel determinarne il livello di resistenza all'erosione. La porosità indebolisce intrinsecamente la struttura della massa refrattaria. Inoltre i pori forniscono vie di accesso per il mezzo erosivo rendendo il materiale refrattario più sensibile all 'erosione , poiché il mezzo erosivo può agire all'· interno della massa.
Vi è anche un'altra considerazione di cui tener : conto. Chiaramente, le particelle' refrattarie proiettate devono essere scaldate per fonderne almeno la superficie per formare una massa di saldatura omogenea, e la superficie bersaglio deve anch'essa essere fortemente scaldata per consentire il miglior legame tra il deposito e la superficie. Tuttavia, se la temperatura nella regione del bersaglio è troppo elevata, vi è il rischio che il deposito sia troppo fluido per rimanere in posizione. Questo rischio è naturalmente più forte su superfici-di bersaglio verticali o aggettanti. Il rischio è anche tanto maggiore quanto più vigorosa è la reazione di saldatura ceramica che ha luogo nel posto di lavoro. Tale vigorosa reazione può però essere essenziale per sostenere le reazioni di saldatura ceramica o per scaldare la superficie bersaglio in misura sufficiente perché si formi una buona unione tra il deposito di saldatura ceramica e quella superfiele, specialmente se la temperatura della superficie bersaglio non è molto alta. Noi pensiamo
qui a temperature inferiori per esempio a 700°C. Tali temperature possono presentarsi in forni per procedimenti realizzati a temperature solo moderatamente alte, come forni per cemento o recipienti per reazioni chimiche. Si è osservato in pratica che la proiezione di una cortina di gas relativamente fredda fornisce un mezzo per controllare la temperatura della zona di impatto. Così è più facile impedire che la massa re-, frattaria che viene formata scorra còme risultato dii una temperatura elevata nella zona di impatto. E' allora possibile regolare i vari parametri in modo da creare una reazione esotermica molto vigorosa per dare un funzionamento affidabile del procedimento e la formazione di una buona unione tra il deposito e la superficie bersaglio, anche quando questa non è a temperatura molto alta, e raffreddare nel contempo la zona di impatto per iiipedire alla massa che viene formata di scorrere. Ciò facilita l'ottenimento di una saldatura omogenea.
L'effetto di raffreddamento del getto di cortina. può anche avere un altro importante effetto nell'influenzare la forma cristallina assunta dalla massa di saldatura solidificando, e ciò può dare benefici considerevoli. A titolo di esempio, le miscela fu3⁄4 di silice e allumina tendono a formare muìlite quando sono lasciate solidificare lentamente; se invece avviene un raffreddamento rapido, l'allumina cristallizza come corundum che può essere mantenuto in una fase di silice senza la formazione di mullite. Anche questo può favorire la resistenza all'erosione della massa di saldatura formata.
Vi sono molti gas che si possono proiettare per formare la cortina di gas richiesta, e la scelta ottima del gas dipenderà dalle circostanze. Anche se si possono ottenere risultati molto buoni usando anidride carbonica o azoto per formare la cortina di gas, certe forme preferite di realizzazione dell'invenzione prevedono che il gas della cortina comprenda ossigeno.
Per esempio, si può usare aria che è poco costosa e largamente disponibile. Tuttavia, può essere preferito l'uso di ossigeno di qualità commerciale: questo ossigeno sarà normalmente presente in ogni caso per la realizzazione dell'operazione di saldatura ceramica, ed è più efficiente per lo scopo previsto. Se la cortina di gas comprende ossigeno, può costituire un ulteriore serbatoio di ossigeno nelle immediate vicinanze della zona della reazione di saldatura ceramica, e ciò facilita la combustione completa delle particelle di combustibile usate. Ciò favorisce l'omogeneità nella massa ; di saldatura ceramica e occasionalmente permette di ridurre leggermente la percentuale del combustibile nella miscela di polveri di saldatura ceramica. Tuttavia va tenuto presente che lo stesso gas di trasporto contiene ossigeno almeno sufficiente per la combustione sostanzialmente completa del combustìbile e di conseguenza, come si è detto, l'uso di un gas come anidride carbonica o azoto, che è sostanzialmente privo di ossigeno disponibile, dà risultati benefici.
Invero in certe circostanze specialil!'uso di tale gas può essere ottimale. Certe classi di materiale refrattario contengono particelle di un matèriale ossidabile cóme carbonio o silicio con lo scopo di contrastare la diffusione di ossigeno attraverso il refrattario, o per altri scopi; per esempio, nell'industria siderurgica. per certi convertitori si usano refrattari basici di ossido di magnesio contenenti fino al 10% in peso di. particelle di carbonio. Se diventa necessario riparare tale refrattario, è desiderabile assicurare che anche la riparazione contenga una certa percentuale di materiale ossidabile. Tale riparazione può essere effettuata con una tecnica di saldatura ceramica, che costituisce l'oggetto del brevetto britannico N. 2.190.671 della Glaverbel.
Così, in certe forme preferite di realizzazione dell'invenzione, le particelle scaricate nella corrente di gas di trasporto comprendono particelle di un materiale ossidabile che deve essere incorporato come tale nella massa di saldatura, e il getto di cortina è sostanzialmente libero da ossigeno disponibile. L'adozione di questa caratteristica ha l'effetto di impedire sostanzialmente il trascinamento di ossigeno addizionale dalla cortina di gas o dall'atmosfera ambiente nella massa di saldatura incipiente nella zona di reazione, e ciò può impedire la combustione di tale materiale ossidabile cosicché si aumenta la resa di materiale ossidabile lasciato come tale nella massa di saldatura depositata.
Vantaggiosamente, il materiale combustibile comprende uno o più materiali del gruppo formato da: alluminio, silicio, magnesio, zirconio e cromo. Tutti questi materiali sono atti a Venir bruciati per sviluppare calore intenso e formare ossidi refrattari. Tali elementi possono essere usati da soli o in miscela come richiesto'; Unendo in una lega un elemento che brucia molto facilmente e rapidamente e uno che è più riluttante a bruciare, si assicura una miscela intima di questi elementi, e con una scelta opportuna dei costituenti della lega si può ottenere una reazione più stabile che procede a una velocità di reazione più desiderabile.
Vantaggiosamente, almeno il 50% in peso delle particelle di combustibile ha dimensioni dei grani infeiriori a 50 e preferibilmente almeno il 90% in peso delle particelle di combustibile ha dimensioni dei grani inferiori a 50 pm. Per esempio, la dimensione · media dei grani può essere inferiore a 15 μm , e la loro dimensione massima inferiore a 100 μm e preferibilmente inferiore a 50 pm. Così le particelle di combuj= stibile si ossidano facilmente facilitando così..lo sviluppo di energia termica intensa in poco spazio e l'· ottenimento di una buona saldatura tra le particelle; di materiale refrattario. Le piccole dimensioni di queste particelle di combustibile favoriscono anche la loro combustione completa e quindi l'omogeneità della · massa formata.
Si dà la preferenza alla formazione di masse di saldatura ceramica di qualità refrattaria particolarmente elevata, e a questo scopo si preferisce che almeno la maggior parte in peso delle particelle refrattarie proiettate consista di allumina e/o ossido di zirconio, o di magnesia e/o allumina.
L'invenzione si estende a una massa di saldatura ceramica formata con un procedimento secondo l'invenzione, e comprende anche un'apparecchiatura adatta in modo speciale alla'realizzazione del procedimento.
Di conseguenza, la presente invenzione riguarda anche una lancia comprendente un'uscita per scaricare una polvere di saldatura ceramica in un gas di trasporto lungo un percorso di scarica verso una superficie per l'esecuzione di un procedimento di saldatura ceramica, caratterizzata dal fatto che tale lancia comprende una seconda uscita o un gruppo di seconde uscite per l'emissione di gas, tale seconda uscita o gruppo di seconde uscite essendo sagomato e disposto in modo tale, e· posto a distanza tale sia radialmente che assialmente rispetto all'uscita della,polvere, che da detta seconda uscita o gruppo di seconde uscite si può scaricare gas in modo da formare una cortina sostanzialmente continua che circonda il . percorso di scarica della poivere ed è complessivamente parallela ad esso.
La lancia dell'invenzione è semplice e rende possibile formare facilmente una cortina di gas attorno alla zona di impatto del getto di gas di trasporto e della polvere trascinata in questo^ scaricati dall'uscita della polvere. Questa lancia secondo l'invenzione fornisce all'addetto alla saldatura un parametro di controllo supplementare che gli permette di ottenere una saldatura ceramica di qualità elevata.
Il gas della cortina può essere scaricato da un · gruppo di aperture di spruzzo disposte attorno all'uscita per la polvere, ma preferibilmente la seconda uscita per la scarica del gas della cortina'è un'uscita anulare continua. Questo è un modo semplice, facile ed efficace di mantenere una cortina di gas attorno alla corrente di trasporto che comprende il gas ossidante e la miscela di particelle. Non è necessario che tale uscita anulare sia rigorosamente circolare. Invero, essa può avere forma rèttangolare, se si desidera.
Per formare la più efficiente cortina di gas attorno al gas di trasporto e alle particelle trascinate,;il gas della cortina dovrà essere emesso da una o più aperture distanziate dall'uscita o dalle uscite per il gas di trasporto, ma le varie uscite non dovranno essere troppo distanziate. La distanza ottima dipende in larga misura dalla scala di operazioni in cui si intende usare la lancia.
Certe lance secondo l'invenzione sono destinate principalmente a riparazioni su scala da piccola a modesta, o dove il tempo non è un fattore critico, e là lancia ha un'uscita per il gas di trasporto con diametro da 8 a 25 mm, o un gruppo di uscite aventi un'area di uscita complessiva paragonabile. L'area (complessiva) della sezione di tali uscite sarà così fra 50 e 500 mm<2 >. Tali lance sono adatte per proiettare polvere di sàldatura ceramica con portate da 30 a 300 Kg/h. In alcune di tali realizzazioni preferite in cui l'uscita per la polvere ha un'area complessiva tra 50 e 500 mm<2 >, la seconda uscita o ogni seconda uscita è posta a una distanza fra 5 e 20 mm dall'uscita della polvere.
Altre lance secondo l'invenzione sono principalmente destinate a riparazioni su larga scala o veloci, e la lancia ha un'unica uscita per il gas di trasporto, o un gruppo di uscite per il gas di trasporto, con un' area di sezione fra 300 e 2300 mm<2 >. Tali lance sono adatte per proiettare polverè di saldatura ceramica ai portate fino a 1000 Kg/h o più. In alcune di tali realizzazioni preferite in cui tale uscita per la polvere ha un'area complessiva fra 300 e 2300 mm<2 >, la seconda uscita o ogni seconda uscita è posta a una distanza tra 10 e 30 mm dall'uscita per la polvere.
L'adozione dell'una o dell'altra di queste gamme, di distanza tra le uscite per il gas di trasporto e il gas della cortina favorisce la formazione di una barriera chiara e definita tra la zona della reazioni di saldatura ceramica e l'atmosfera ambiente, consentendo nel contempo di evitare sostanzialmente qualsiasi interferenza tra i diversi getti di gas.
In certe forme preferite di realizzazione dell'invenzione, tale lancia incorpora un'intercapedine atta alla circolazione di refrigerante. Il refrigerante preferito è l'acqua, tenuto conto della sua capacità termica e facile disponibilità. Tale intercapedine o cami-Lia d'acqua può essere disposta in modo da circondare un tubo centrale o tubi centrali per l'alimentazione, di gas di trasporto e polvere di saldatura ceramica, essendo a sua volta circondata da un passaggio anulare per il trasporto del gas della cortina. La camicia d' acqua può facilmente essere costruita con uno spessore baie da assicurare qualsiasi distanza desiderata tra l'uscita, o le uscite per il gas di trasporto e l'uscifa del gas della cortina. In alternativa o in aggiunta Vi può essere una camicia d'acqua che circonda tutti, i tubi di scarica di gas nella lancia. In entrambi i casi, la temperatura del gas della cortina scaricato sarà, in generale e considerando la riparazione dei forni sostanzialmente alla loro temperatura di lavoro, notevolmente inferiore alla temperatura ambiente nel forno, e potrà essere abbastanza simile a quella del gas di trasporto.
L'effetto vantaggioso che ciò ha sulla formazione di una massa di saldatura ceramica è già stato spiegato.Oltre a ciò,la Dresenza di un'intercapedine di raffreddamento si· gnifica che la lancia può rimanere in un ambiente ad alta temperatura, come quello all'interno di un forno o altra struttura refrattaria alla sua temperatura di lavoro, per periodi di tempo considerevoli senza sur† riscaldarsi. Ciò è vantaggioso per ragioni'operative, e aiuta anche a prolungare la vita utile della lancia.
Preferibilmente, l'area della seconda uscita o gruppo di seconde uscite è compresa fra 2/3 e il triplo dell'area dell'uscita per la polvere. Tale area della seconda uscita o gruppo di uscite è vantaggiosa per scaricare un getto di gas di cortina alla velocità ottima per il getto di gas di cortina, in volume sufficiente per formare una cortina di gas efficace.
Si descriveranno ora forme preferite di realizzazione dell'invenzione a titolo di esempio, con riferimento ai disegni allegati, in cui:
- la fig. 1 è un diagramma della zona di spruzzo su una superficie di substrato durante la realizzazióne del metodo dell'invenzione;
- la fig. 2 è una sezione schematica e parziale ; attraverso una lancia di spruzzo secondo l'invenzione;
- la fig. 3 è un diagramma di una prova di erosione condotta su masse refrattarie.
In fig. 1, il riferimento 1 rappresenta una parte di bersaglio del substrato su cui si desidera formare una massa di saldatura ceramica refrattaria spruzzando questa superficie con un gas di trasporto comprendent ie'· gas ossidante e una miscela di particelle refrattarie e di combustibile. Questa corrente di gas di trasporto urta la superficie 1 nello schema in una zona drimpatto 2. Secondo l'invenzione, la superficie 1 è spruzzata ’ simultaneamente con uno o più getti periferici di gas che circondano la zona d'impatto 2 per formare una cortina di gas attorno ad essa. La fig..1 mostra in forma schematica l'intersezione di questa cortina di gas con la superficie 1 in una zona anulare 3 che circonda da vicino la zona d'impatto 2. E' evidente che la zona anulare 3 può in pratica essere leggermente distanziata dalla zona d'impatto 2 o al contrario, che la zona anulare 3 e la zona d'inpatto ‘ 2 possono parzialmente penetrare l'una nell'altra.
In fig. 2, la testa di spruzzo 4 della lancia 5 comprende un'uscita centrale 6 per spruzzare il getto di gas di trasporto 7 comprendente la miscela di particelle dispersa nel gas ossidante. Al posto di un'apertura centrale unica 6, la lancia può comprendere un gruppo di più uscite per spruzzare il getto di gas di trasporr to 7. Una lancia di spruzzo comprendente un gruppò -di uscite di questo tipo è descritta e rivendicata per esempio nella descrizione di brevetto britannico n.
2.170.122 della Glaverbel. La testa 4 della lancia comprende anche, secondo l'invenzione, mezzi per spruzzare il gas della cortina. Nella realizzazione illustrata in fig. 2, i mezzi di spruzzo del gas della cortina comprendono un'uscita anulare 8 che circonda l'uscita centrale 6 a una certa distanza da questa per spruzzare un getto anulare 9 sostanzialmente continuo di gas. Il getto di gas 9 forma la cortina di gas 3' che urta la superficie 1 in una zona anulare 3. In un esempio specifico, l'area dell'uscita anulare 8 è leggermente superiore al doppio dell'area dell'uscita centrale 6. La miscela di particelle, dispersa nel gas ossidante, è introdotta tramite il tubo di alimentazione 10 e il gas del getto di gas di cortina tramite il condotto 11 La lancia 5 comprende anche un anello di raffreddamento esterno 12 con un ingresso e un'uscita per l'acqua I di raffreddamento. La fig. 2 mostra anche un anello di raffreddamento 13, con un ingresso e un'uscita per l'; acqua di raffreddamento, che mantiene distanziate l'uscita anulare 8 e l'uscita centrale 6. Tuttavia, se si desidera, questo anello di raffreddamento può mancare ed essere sostituito da un unico piccolo inserto che permette di mantenere distanziate, p. es. di 7 mm, l' uscita anulare 8 e l'uscita centrale 6.
La fig. 3 è un diagramma di una prova di erosione ,su una massa di saldatura ceramica refrattaria. Una sbarra prismatica 14, tagliata dalla massa refrattaria da provare, è immersa parzialmente in un: piagno di vetro fuso 15 a 1550°C contenuto in un crogiolo (non rappresentato). Questa temperatura è superiore alla massima temperatura normalmente usata per vetro· calcio-sodico (vetro da finestra ordinario) fuso in un forno di fusione del vetro. La sbarra è tenuta immersa e se ne esamina il grado di usura (topo 16 ore.
Esemplo 1
Si devono riparare i blocchi della vasca dell'estremità di fusione di un forno di fusione del vetro senza raffreddare il forno. Questi blocchi sono fortemente; erosi, essenzialmente in corrispondenza della posizione della superficie del bagno fuso dove è avvenuta la corrosione orizzontale al primo filo".Questi blocchi del- . la vasca sono mattoni elettrofusi altamente refrattari a base di allumina e ossido di zirconio, la cui composizione comprende, in peso, il 50-51% di allumina,; il 32-33% di ossido di zirconio, il 15-16% di silice; e approssimativamente 111% di ossido di sodio, e che: hanno una densità reale di 3,84. Per consentire l'ac--cesso a questa superficie per la riparazione, si abbassò il livello del vetro fuso di una ventina di centir metri. Per eseguire-la riparazione, si spruzzò sui blocchi caldi della vasca un getto di gas di trasporto cpmprendente gas ossidante e una miscela di particelle pefrattarie e di combustibile. La miscela di particelle· comprendeva il 40-50% di Zr02 , il 38^44% di Al203, insieme al 12% di combustibile costituito da 8-4% di Al· e 4-8% di Si, tutti in peso della miscela totale.
Le particelle di silicio erano grani con una dimensione media di 6 pm e un'area di superficie specifica di 5000 cm<2 >/g. Le particelle di alluminio erano grani con una dimensione media di 5 pm e un'area di superficie specifica di 4700 g/cm<2 >. Le dimensioni massime dei grani delle particelle di alluminio e silicio non superavano i-50 -lim. Le particelle di silicio e alluminio bruciarono sviluppando calore sufficiente da fondere le particelle refrattarie almeno parzialmente, cosicché queste si unirono. Le particelle refrattarie di ossido di zirconio: avevano una dimensione media dei grani di 150 pm e quelle di allumina una dimensione media dei grani di , 100 μm.
Per provare la resistenza alla corrosione da parte pel vetro della massa refrattaria formata sui blocchi, della vasca del forno, si formò dapprima, usando il qietodo dell'invenzione , una massa refrattaria sulla superficie di un blocco di vasca di riserva scaldato a .
1500°C in un forno di prova. Per questa prova, si usò.
11896 in peso di Si e il 4% in peso di Al nella miscela Si spruzzò la miscela di particelle dispersa nel
gas ossidante con la lancia 5 di fig. 2. Essa venne introdotta tramite il tubo di alimentazione 10. L'uscita centrale 6 per la polvere era circolare e aveva un'area di 113 mm<2 >. Si spruzzo la miscela a una portata di 30 Kg/h con ossigeno come gas ossidante a una portata di 25 Nm<3 >/h. Il getto 7 di .gas di trasporto comprendente la miscela di particelle e il gas ossidante urtava contro la superficie 1 da trattare in una zona di impatto 2. Secondo l'invenzione si spruzzò questa superficie 1 anche con un getto di gas di cortina che formava una cortina di gas 3' attorno alla zona di impatto 2. In questo esempio, il getto di gas di cortina era formato da ossigeno puro spruzzato attraverso l'uscita anulare 8 a una portata di 40 Nm<3 >/h sotto forma di un getto anulare di gas 9 che circondava il getto 7 di gas di tra-.sporto lungo il suo percorso dalla testa 4 della lancia 5 alla zona di impatto 2. L'uscita anulare 8 aveva una sezione circolare e un'area di 310 mm<2 >. L'uscita anulare 8 era distanziata di 13 mm dall'uscita 6 per la poivere .
Durante la realizzazione del metodo, la cortina di gas 3' forni un mezzo supplementare per agire sull! evoluzione della reazione di saldatura ceramica e sulla formazione della massa refrattaria. La reazione di .saldatura ceramica era stabile e relativamente ben definita. La porosità reale della massa formata era il 9% e la porosità apparente l'1,5%. Come le espressioni sono usate in questa descrizione, la "porosità apparente è misurata con un metodo analogo all'immersione e quindi tiene conto solo di pori aperti nel materiale refrattario; la "porosità reale" tiene anche conto di eventuali pori chiusi nel materiale refrattario. La densità apparente della massa refrattaria formata, cioè la densità della massa con i suoi pori, era 3,5. La : densità reale o assoluta di questa massa, cioè la densità del materiale stesso della matrice refrattaria, misurata su un campione finemente tritato per eliminare l'influenza dei pori, era 3,85.
Da questa massa refrattaria di saldatura ceramica si tagliò una sbarra prismatica 14 (fig. 3) di 20 x 20 x 120 mm. Si tenne questa sbarra di prova parzialmente immersa in un bagno 15 di vetro fuso a 1550°C contenuo in un crocriolo (non rappresentato).Si valutò il grado di usra della sbarra dopo 16 ore.
A titolo di confronto, si preparò un campione di controllo di dimensioni identiche e lo si tenne parzialmente immerso nello stesso bagno di vetro fuso alla stessa temperatura. Per facilitare il confronto, i disegni del campione di controllo e della sbarra di . prova sono stati rappresentati sovrapposti in fig. 3.
Il campione di controllo era una sbarra prismatica tagliata da una massa refrattaria formata allo stesso modo della massa refrattaria della fig. 1 salvo che si era omesso il getto di gas di cortina, cioè una massa di saldatura ceramica refrattaria formata con un metodo che non rientrava nell'ambito della presente invenzione. La massa refrattaria formata in questo modo aveva una porosità reale del 19,7% e una porosità apparente del 3,5%, una densità apparente di 3,03 e una densità assoluta di 3,77.
Dopo 16 ore la sbaferà 14 del campione di controllo assunse una forma rappresentata schematicamente dalla linea a tratti 16. Si può vedere che la parte immersa 17 della sbarra 14 aveva subito una corrosione considerevole come risultato della sua immersione nel bagno , di vetro. Gli orli del prisma erano arrotondati. Si . può vedere che la superficie 18 del bagno di vetro fuso 15 aveva eroso considerevolmente il campione dandogli una forma particolare da "corrosione orizzontale al primo filo" nella zona indicata dal riferimento 19. Il diametro della sbarra al centro della "corrosione orizzontale al primo filo" si era ridotto a circa 1/3 del suo valore nominale.
La sbarra 14 tagliata dalla massa refrattaria formata applicando il metodo dell'invenzione assunse, dopo 16 ore, la forma indicata dalla linea a tratti 20.
L'erosione della parte immersa era ovviamente inferiore. Gli orli del prisma non erano granché arrotondati. La "corrosione orizzontale al or-imo filo" 19 era molto mano pronunciata che nel campione di controllo. 11 diametro della sbarra al centro della "corrosione orizzontale ai.primo filo" era ridotto solo a circa 2/3 del suo valore nominale. L'uso del metodo dell'invenzione permise così la produzione di una massa refrattaria . .molto più resistente all'erosione della massa formata con il metodo anteriore. L'esame al microscopio di una sezione della sbarra mostrò anche che non vi erano in pratica fasi metalliche residue, mostrando che l'ossidazione delle particelle metalliche era in pratica. completa. Questo fattore è molto favorevole per una In* massa refrattaria che deve venire a contatto con vetro fuso poiché è noto che il contatto di fasi metalliche .con il vetro fuso può causare lo sviluppo di bolle nel vetro .
Esempio 2.
Come variante della fig. 1, si produsse una massa refrattaria di saldatura ceramica allo stesso modo dell'Esempio 1, salvo che la portata dell'ossigeno del getto 7 di gas di trasporto era 30 Nm<3 >/h e la portata dell·' ossigeno nel getto J ' di gas di cortina era 20 Nm<3>/h.La massa refratt ria di saldatura ceramica formata aveva una porósità ; apparente del 2%, una porosità reale dell'8,3%, una densità apparente di 3,56 e una densità reale di 3,88. :
Da questa massa di saldatura ceramica si tagliò una sbarra prismatica 14 e la si immerse,parzialmente · nel bagno di vetro fuso 15 contenuto nel crogiolo. Dòpo 16 ore la prova di erosione mostrò un'erosione simile alla massa di saldatura ceramica dell'Esempio 1.· La sbarra assunse la forma rappresentata dalla linea * a tratti 20. L'esame al microscopio di una sezione di questa sbarra mostrò anche che non vi erano in pratica fasi metalliche residue.
Esempio 3.
Si produsse una massa di saldatura ceramica refrattaria allo stesso modo dell'Esempio 1, salvo che
il getto 9 del gas di cortina era formato da anidride carbonica spruzzata a una portata di 20 Nm<3 >/h e che l' ossigeno del getto di gas di trasporto 7 era spruzzato a una portàta di 30 Nm<3 >/h. Si osservò anche qui che la reazione di saldatura ceramica era stabile e relativamente ben definita. La massa refrattaria di saldatura ceramica formata aveva una porosità apparente dell1 ,'5%, una porosità reale del 4,6%, una densità apparente di 3,5 e una densità assoluta di 3,67.
Da questa massa di saldatura ceramica si tagliò una sbarra prismatica 14 e la si immerse parzialmente nel bagno 15 di vetro fuso contenuto nel crogiolo. Dopo 16 ore la prova di erosione mostrò un'erosione simile alla massa di saldatura ceramica dell'Esempio 1. La sbarra assunse sostanzialmente la forma rappresentata dalla linea a tratti 20.
Esempio 4
Si produsse una massa refrattaria di saldatura ceramica allo stesso modo dell'Esempio 1, salvo che la cortina di gas 9 era formata da azoto spruzzato a una portata di 18 Nm<3 >/h e l'ossigeno del getto 7 di gas di trasporto era spruzzato a una portata di 30 Nm<3 >/h. Si osservò anche qui che la reazione di saldatura cerami— ca era stabile e relativamente ben definita. La massa di saldatura ceramica refrattaria formata aveva una p|orosità apparente dèi 2,5%, una densità apparente di 3,5 e una densità reale di 3,69.
Da questa massa di saldatura ceramica si tagliò una sbarra prismatica 14, e la si immerse parzialmente nel bagno di vetro fuso 15 contenuto nel crogiolo. Dopo 16 ore la prova di erosione mostrò un'erosione simile a quella della massa di saldatura ceramica dell'E-sempio 1. La sbarra assunse sostanzialmente la forma indicata dalla linea a tratti 20.
Esempio 5.
Si usò la seguente miscela, in peso, per eseguire una riparazione di consolidamento su una volta di ' forno formata da mattoni di silice a una temperatura di circa 1500°C: 87% di particelle refrattarie di silice, 12%;di particelle combustibili di silicio e 1% diparticen e combustibili di alluminio. £e particelle di silicio e alluminio avevano entrambe una dimensione media dei grani inferiore a 10 μm, l'area della superfi— eie specifica del silicio essendo 4000 cm<2 >/g e quella dell'alluminio 6000 cm<2 >/g. Le dimensioni massime dei · grani delle particelle di alluminio e silicio non superavano 1 50 μm.
Si spruzzò questa miscela usando il metodo dell'invenzione. La miscela di particelle venne introdotta con ossigeno puro tramite il tubo di alimentazione 10 ceriima portata di 35 Kg/h di materiale e 25 Nm<3 >/h di ossigeno per essere spruzzata sotto forma dèi getto di gas di In trasporto 7. Secondo l'invenzione, la superficie bersaglio 1 da trattare venne anche spruzzata con un getto di gas di cortina che formava una cortina di gas 3' attorno alla zona di impatto 2. In questo esempio, il getto di gas di cortina era formato di ossigeno puro spruzzato a una portata di 30 Nm3/,h sotto forma di un getto di gas di cortina 9 che circondava il getto 7 di gas : di trasporto lungo il suo percorso dalla testa 4 della lancia 5 alla zona di impatto 2. Non si trovò in pratica metallo non combusto nella massa di saldatura ceramica formata.
A titolo di confronto, si formò una massa refrattaria di saldatura ceramica spruzzando la stessa miscela di cui sopra a una portata di 30 Kg/h con la stessa portata di ossigeno di 25 Nm<3 >/h. Per questo confronto però si omise il getto di cortina di ossigeno.
Durante la realizzazione del metodo dell'invenzione, si osservò che la cortina di gas 3' forniva un mez-,zo di azione supplementare per controllare la formazione della massa refrattaria di saldatura ceramica, che non esisteva nel caso della prova di confronto. Inoltre, la cortina di gas 3' isolava la zona di impatto, 2 cosicché la turbolenza - atmosferica dovuta al funzionamento del forno durante la riparazione non aveva praticamente effetto sulla formazione della massa refrat-ino taria di saldatura ceramica. La reazione di saldatura ceramica era più stabile e meglio confinata e non av-(veniva a intermittenza.
Esempio 6
Si doveva riparare un convertitore per rame usato nell'industria dei metalli non ferrosi. Si usò lo stesso metodo dell'Esempio 5, salvo che la miscela aveva la seguente composizione in peso: 40% di particelle di dèsido di cromo, 48% di particelle di magnesio e 12% di particelle di alluminio. Le particelle di alluminio avevano una dimensione massima nominale dei grani di· 45 μm e un'area della superficie specifica superiorea 3000 cm<2 >/g. Tutte le particelle refrattarie avevano una dimensione massima inferiore a 2 mm. Anche questo esempio mostrò che, come risultato della realizzazione dell'invenzione, la cortina di gas forniva un mezzo supplementare di azione per controllare l'evoluzione della reazione di saldatura ceramica e la formazionedelia massa refrattaria di saldatura ceramica. La reazione di saldatura ceramica era stabile e ben confinata.
A titolo di variante, si sostituì l'uscita anulare 8 della testa di spruzzo 4 con una serie di iniettori che spruzzavano getti di gas convergenti per formare la cortina di gas 3'. Anche con questa lancia di .spruzzo si ottennero risulatati molto buoni.
Esempio 7
Si desiderava formare una massa refrattaria di , saldatura ceramica avente una composizione per quanto possibile vicina al refrattario basico su una parete di un convertitore per acciaieria formata da mattoni. di magnesio e carbonio comprendenti il 90% in peso di magnesia e il 10% di carbonio. La parete era a una temperatura di 900°C. Si spruzzarono questi mattoni con una miscela di particelle comprendente particelle contenenti carbonio. Si spruzzò la miscela a una portata di 500 kg/h in un getto di gas di trasporto ossidante contenente il 70% in volume di ossigeno. La mi scela aveva la seguente composizione in peso:
Le particelle di silicio avevano un diametro medio di 10 μm e un'area della superficie specifica di 5000 cm<2>/g. Le particelle di alluminio avevano uh diametro medio! di 10 μm e un'area della superficie specifica di 8000 cm<2 >/g. Le particelle di carbonio erano particelle formate tri turando coke e il.loro diametro medio era 1,25mm. Le particela le di magnesia avevano un diametro medio di 1 rrm. Secondo l'invenzione, si formò una cortina di gas attorno alla zona di impatto sulla parete del convertitore del getto di gas di traspor to comprendente le particelle disperse nel gas ossidante, spruz zando anidride carbonica a una portata superiore del 50% alla portata del ga ossidante per ferrare una cortina di gas atterro a questo gatto digpsdi trasporto.Si osserv durante la realizzazine dal metodo che la realzinne di saldat ura ceramica era stabil e ben confinata.
Le particelle di carbonio spruzzate non si ossidarono totalmente, cosicché la massa di saldatura ceramica formata conteneva all1incirca il 5% di carbonio. Senza la cortina di gas formata dal getto di anidride carbonica la massa di saldatura ceram·ica formatia conteneva solo un 3% circa, di carbonio.
In una variante di realizzazione di lancia per li emissione di polvere di saldatura ceramica a una portata fra 900 Kg/h e 1000 Kg/h, vi è un'uscita centrale i 6 di scarica della polvere avente un diametro di 53 mm e quindi un'area di 2.206 mm<2 >; La lancia comprendeva anche-un'apertura anulare continua per la scarica deli gas della cortina avente un'area di 1979 mm<2 >e distanziata di 13 mm dall'uscita per la polvere, per esempio mediante un manicotto montato sull'estremità del tubò centrale o mediante un anello refrigerante 13. La lancia comprendeva anche un anello di raffreddamento e- ... sterno 12.
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1. - Procedimento di saldatura ceramica in cui una polvere di.saldatura ceramica comprendente .una miscela di particelle refrattarie e particelle di un maferiale combustibile che può essere ossidato per formare un ossido refrattario, viene proiettata contro una Superficie in uno o più getti di gas di trasporto che pontiene ossigeno almeno sufficiente per l'ossidazione sostanzialmente completa delle particelle di combustibile, in modo che venga sviluppato calore sufficiente per fondere almeno la superficie delle particelle refrattarie proiettate e si formi una massa di saldatura ceramica contro detta superficie per effetto del calore di ossidazione delle particelle di combustibile, caratterizzato dal fatto che contro detta superficie si proietta almeno un getto addizionale di gas per formare una cortina di gas sostanzialmente continua che circonda detto getto o detti getti di gas di trasporto 2. - Procedimento secondo la riv. 1, in cui la cortina di gas è proiettata come getto anulare. - 3. - Procedimento secondo la riv. 1 o 2,-in-cui· il gas di trasporto è emesso da un'apertura avente un' area fra 50 e 500 mm e la cortina di gas è emessa da una o più uscite poste a una distanza tra 5 e-20-mm dall'uscita per il gas di trasporto. 4. - Procedimento secondo la riv. 1 o 2, in cui il gas di trasporto è emesso da un'apertura avente un area fra 300 e 2300 mm<2 >e la cortina di gas è emessa ! da una o più uscite poste a una distanza tra 10 e 30 mm dall'uscita per il gas di trasporto. 5. - Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la portata di scarica dei gas della cortina è almeno metà della portata di; scarica del gas di trasporto. 6. - Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la velocità di scarica (calcolata a pressione normale) del gas della cortina è superiore a un quinto della velocità di scarica del gas di trasporto. 7. - Procedimento secondo la riv. 6, in cui la ; velocità di scarica (calcolata a pressione normale) del gas della cortina è compresa tra un quinto e tre quinti della velocita di scarica del gas di trasporto. - 8. - Procedimento secondo una qualsiasi delle-rivendicazioni precedenti, in cui i getti di gas sono i scaricati da un lancia che è raffreddata da un fluido che circola attraverso essa, - 9. - Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il gas della cortina comprende ossigeno. 10. - Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui le particelle scaricate nel getto di gas di trasporto comprendono particelle di un materiale ossidabile che deve essere incorporato come tale nella massa di saldatura, e il getto di cortina è sostanzialmente libero da ossigeno disponibilfe. 11. - Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il materiale combustibile comprende uno o più materiali del gruppo formato da: alluminio, silicio, magnesio, zirconio e cromo. 12. - Procedimento secondo una qualsiasi delle, rivendicazioni precedenti, in cui almeno il 50% in peso dalle particelle di combustibile ha dimensioni dei gipani inferiori a 50 μm. .13. - Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui almeno la maggior parte in peso delle particelle refrattarie proiettate consiste di allumina e/o ossido di zirconio o di magnesia e/o allumina. 14. - Massa di saldatura ceramica formata con un procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni_da 1 a 13. 15. - Lancia comprendente un'uscita per scaricare una polvere di saldatura ceramica in un gas di trasporto_lungo un percorso di scarica verso una superficie per l'esecuzione di un procedimento di saldatura ceramica, caratterizzata dal fatto di comprendere una seconda uscita o un gruppo di seconde uscite per l'emissione di gas, tale seconda uscita o gruppo di uscite! essendo sagomato e disposto in modo tale, e posto a distanza tale sia radialmente che assialmente rispetto all'uscita della pólvere che da detta seconda uscita o gruppo di seconde uscite si può scaricare gas in modo da formare una cortina sostanzialmente continua che circonda il percorso di scarica della polvere ed è complessivamente parallela ad esso. 16. - Lancia secondo la riv. 15, in cui tale seconda uscita è un'uscita anulare continua. 17. - Lancia secondo la riv. 15 o 16, in cui tale’ uscita per la polvere ha un'area fra 50 e 500 mm<2 >e la seconda uscita o ognuna dèlie seconde uscite è posta a una distanza fra 5 e 20 mm dall'uscita per la polvere. 18. - Lancia secondo la riv. 15 o 16, in cui tale uscita per la polvere ha un'area fra 300 e 2300 mm<2 >e la seconda uscita o ognuna delle seconde uscite è posta a una distanza tra 10 e 30 mm dall'uscita per la; polvere. 19. - Lancia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 15 a 18, in cui tale lancia incorpora una intercapedine atta alla circolazione di un refrigerante. 20. - Lancia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 15 a 19, in cui l'area della seconda uscita è compresa fra due terzi e il triplo dell'area dell'uscita per la polvere
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