JPH0156831B2 - - Google Patents

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JPH0156831B2
JPH0156831B2 JP57138664A JP13866482A JPH0156831B2 JP H0156831 B2 JPH0156831 B2 JP H0156831B2 JP 57138664 A JP57138664 A JP 57138664A JP 13866482 A JP13866482 A JP 13866482A JP H0156831 B2 JPH0156831 B2 JP H0156831B2
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JP
Japan
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refractory material
carrier gas
lance
mixture
oxygen
Prior art date
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Application number
JP57138664A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5836669A (en
Inventor
Toomasu Furiiman Deibido
Kashitsuku Toomasu
Kadoman Jatsuku
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koor Industries Ltd
Original Assignee
Koor Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Koor Industries Ltd filed Critical Koor Industries Ltd
Publication of JPS5836669A publication Critical patent/JPS5836669A/en
Publication of JPH0156831B2 publication Critical patent/JPH0156831B2/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/14Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas designed for spraying particulate materials
    • B05B7/1404Arrangements for supplying particulate material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/129Flame spraying
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23KFEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K3/00Feeding or distributing of lump or pulverulent fuel to combustion apparatus
    • F23K3/02Pneumatic feeding arrangements, i.e. by air blast

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
  • Nozzles (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は耐火ブロツク及び例えば溶鉱炉や焼
成炉または加熱炉に使用する他の基材を補修する
方法及び装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention relates to a method and apparatus for repairing refractory blocks and other substrates used, for example, in blast furnaces, kilns or heating furnaces.

耐火ライニング、例えば炭化炉、特にコークス
炉または金属処理炉、取鍋、キルン、ソーキング
ピツト及び燃焼室における煉瓦積み、または被覆
は非常な高温度で課せられる磨耗、荷重及び応力
により腐食または亀裂を生ずる。このような炉を
その場で補修することが望ましいことは長年にわ
たつて知られてきた。炉は作動温度よりはるかに
低い温度に放冷させないことが多くの場合に重要
である。さもなければ重大な損傷が生じてしばし
ば炉の完全な損失を生ずる。この問題を解決する
ために溶射法として知られる技術が確立され、こ
の技術はランスから溶融または焼結した耐火材料
粒子を炉中の補修を必要とする壁区域へ吹付け、
前記粒子をそれらの補修個所へ蓄積させることか
らなる。英国におけるこの技術の最初の方式は酸
素中でシリカの粉末を運び、ランスの先端で燃料
としてのアセチレンを供給することからなる方式
であると信じられる。この方式は補修が極めて遅
く、有意量の耐火性材料が蓄積するのには長時間
を要し、かなりの危害があることが理解されよ
う。これらの危害については以下に一層詳細に述
べる。
Refractory linings, such as brickwork or coatings in carbonization ovens, especially coke ovens or metal processing ovens, ladles, kilns, soaking pits and combustion chambers, corrode or crack due to the wear, loads and stresses imposed at very high temperatures. It has been known for many years that it is desirable to repair such furnaces in situ. It is often important that the furnace not be allowed to cool much below its operating temperature. Otherwise, severe damage will occur, often resulting in complete loss of the furnace. To solve this problem, a technique known as thermal spraying was established, which involves spraying particles of molten or sintered refractory material from a lance onto the wall area in need of repair in a furnace.
It consists of accumulating said particles at their repair points. The first version of this technology in the UK is believed to have consisted of transporting silica powder in oxygen and supplying acetylene as fuel at the tip of a lance. It will be appreciated that this approach is extremely slow to repair, takes a long time to accumulate significant amounts of refractory material, and poses considerable hazards. These hazards are discussed in more detail below.

特許文献により多くの提案がされているが、工
業的状態または稼動状態にさえ到達したものは、
あつたとしてもそれらのうちの幾つかにすぎな
い。英国特許第1151423号は燃料ガス流中に耐火
粉末を同伴させ、次にこの燃料ガスを酸化性ガス
により燃焼するためにバーナーに送ることからな
る先行技術の提案を説明している。そしてこの英
国特許第1151423号は耐火粉末を輸送するために
圧縮ガスを使用する代りに粉末を液体燃料、好適
には軽質燃料油中で輸送している。主として装置
に関するものであるが、他の提案は英国特許第
991046号においてされ、この特許は耐火粉末材料
を酸素中で輸送し、燃料ガスとしてプロパンをこ
れに供給することを提案している。
Although many proposals have been made in the patent literature, none have reached industrial or even operational status.
Even if there is, it is only a few of them. GB 1151423 describes a prior art proposal consisting of entraining a refractory powder in the fuel gas stream and then sending this fuel gas to a burner for combustion with an oxidizing gas. And instead of using compressed gas to transport the refractory powder, GB 1151423 transports the powder in a liquid fuel, preferably a light fuel oil. Although primarily related to the device, other proposals include UK patent no.
No. 991,046, this patent proposes transporting a refractory powder material in oxygen and supplying it with propane as a fuel gas.

先行技術における提案のうちで僅かに異つた試
みは容易に酸化される金属元素を使つて耐火粉末
を融解するのに必要な熱の全部または一部を供給
することである。米国特許第2741922号はマグネ
シウム、アルミニウムまたはケイ素のような元素
とMgO、Al2O3またはSiO2のような不活性耐火
充填材との混合物を酸化することによつて耐火材
料の造形体の形成に関するものである。便宜に
は、このような元素の酸化反応生成物はそれら自
体が耐火酸化物であることである。更に最近にな
つて、英国特許第1330894号及び第1330895号は溶
射装置及び非常に小平均粒径(50μm以下)の容
易に酸化される元素と少くとも1種の他の物質と
を使用する方法に関するものである。粉末混合物
は好ましくは酸素富化空気中を、更に好ましくは
酸素中をランスに運ばれ、ランスから噴射後に粉
末混合物は着火される。非常に多くの実験研究の
後で酸化性元素は平均粒子径が30μm以下、好ま
しくは10μm以下でなければならないことが知見
されたと云われる。このような小粒子径、従つて
付随する大比表面積は迅速な酸化及び前記他の物
質の融解または表面部の融解のための熱の放出を
促進する。この方法及び装置には偶発事故の危険
があると云われ、従つて、もし逆火の危険がある
なら安全状態を確立するための自動安全装置付き
装置を使用するのが好ましい。さて今やこの種の
危険が極めて現実的なものであることが判明し
た。酸素中でのこの種の混合物の火焔伝播速度は
普通のガス速度よりかなり大きいから、逆火は常
に存在する危険である。更に、酸化性元素の粒子
径が非常に小さいことは、非常に広比表面積であ
るために逆火の危険が増大するのに加えて、ラン
スの先端から粒子が放出されるのに比して非常に
早期に着火されるという結果を生ずる。この早期
の着火はランスの先端上または先端内で耐火材を
生成させ、ガスの流れを閉塞するに至る。この方
法及び装置は工業的使用を可能にするものである
が、専問家の、経験あるチームのオペレータを使
用しているにも拘らず補修作業がしばしば逆火状
態の生成により、またランスの閉塞により中断さ
れることが判明した。
A slightly different approach among the proposals in the prior art is to use an easily oxidized metallic element to provide all or part of the heat required to melt the refractory powder. US Pat. No. 2,741,922 describes the formation of shaped bodies of refractory material by oxidizing mixtures of elements such as magnesium, aluminum or silicon and inert refractory fillers such as MgO, Al 2 O 3 or SiO 2 It is related to. Conveniently, the oxidation reaction products of such elements are themselves refractory oxides. More recently, British Patents Nos. 1330894 and 1330895 describe a thermal spraying apparatus and method using an easily oxidized element of very small average particle size (less than 50 μm) and at least one other substance. It is related to. The powder mixture is preferably conveyed in oxygen-enriched air, more preferably in oxygen, to the lance and, after being injected from the lance, the powder mixture is ignited. It is said that after numerous experimental studies it has been found that the oxidizing element must have an average particle size of less than 30 μm, preferably less than 10 μm. Such a small particle size, and therefore a concomitant large specific surface area, facilitates rapid oxidation and release of heat for melting of the other material or melting of the surface area. It is said that there is a risk of accidental accidents with this method and apparatus, and therefore it is preferred to use an automatic safety device to establish a safe condition if there is a risk of backfire. Now it turns out that this kind of danger is very real. Since the flame propagation velocity of such mixtures in oxygen is considerably greater than the velocity of ordinary gases, flashback is an ever-present danger. Furthermore, the very small particle size of the oxidizing element increases the risk of flashback due to the very large specific surface area, as well as the fact that the particle is ejected from the tip of the lance. This results in very early ignition. This premature ignition leads to the formation of refractory material on or within the tip of the lance, blocking gas flow. Although this method and apparatus allow for industrial use, repair operations are often hampered by the creation of flashback conditions and by the use of a specialist and experienced team of operators. It turned out to be interrupted due to occlusion.

この発明は上述の欠点を解決した方法及び装置
を提供するものである。従つて、この発明は細か
く分割した耐火酸化物と、燃焼して容易に耐火酸
化物を生ずる一種またはそれ以上の細かく分割し
た金属または半金属元素との混合物を比較的不活
性ガスによつて部分または完全流動状態において
貯槽中に保持し、前記混合物を比較的不活性なキ
ヤリヤガスのジエツト流中同伴させることによつ
て前記混合物を前記キヤリヤガス流中に計量導入
し、キヤリヤガス中に分散した混合物をランスに
供給し、前記混合物の出口の近くでランスに充分
な酸素を供給して混合物中の元素を燃焼させるこ
とからなる、耐火材料の溶射法を提供するもので
ある。
The present invention provides a method and apparatus that overcomes the above-mentioned drawbacks. Accordingly, the present invention provides a method for partially preparing a mixture of a finely divided refractory oxide and one or more finely divided metal or metalloid elements that readily combusts to form a refractory oxide with a relatively inert gas. or metering said mixture into said carrier gas stream by maintaining said mixture in a reservoir in a fully fluidized state and entraining said mixture in said jet stream of relatively inert carrier gas, said mixture being dispersed in said carrier gas in a lance; The present invention provides a process for thermal spraying refractory materials comprising supplying a lance with sufficient oxygen near the outlet of the mixture to combust the elements in the mixture.

この発明はまた、耐火材料の貯槽、前記材料を
前記貯槽中で部分または完全流動状態となすため
の手段、前記材料を比較的不活性なキヤリヤガス
のジエツト流中に同伴させることによつて前記貯
槽から前記材料を計量供給するための手段、混合
物をランスに運ぶための手段、及びキヤリヤガス
中の前記材料の出口近くでランスに酸素を供給す
るための手段を備えてなる、耐火材料の溶射装置
をも提供するものである。
The invention also provides a storage tank for refractory material, a means for bringing said material into a partially or fully fluidized state in said storage tank, and a means for bringing said material into a partially or fully fluidized state in said storage tank by entraining said material in a jet stream of a relatively inert carrier gas. an apparatus for thermal spraying of refractory materials, comprising means for metering said material from a carrier gas, means for conveying a mixture to a lance, and means for supplying oxygen to said lance near the outlet of said material in a carrier gas. It also provides.

キヤリヤガスのジエツト流は材料貯槽に設けら
れた軸方向が心合わせされた導入配管及び排出配
管の間に放出され、これらの配管は好ましくは貯
槽の底部の上部に取付けられ、好ましくは実質上
貯槽の中心に設けられる。装置のオペレータの要
求によつてキヤリヤガス中への材料の同伴導入量
(取入量)を変化させるために導入配管と排出配
管との間の間隙を調節できることが特に好まし
い。しかし、ジエツト流を供給するための他の配
列も使用でき、これらのうちには、特に、ジエツ
ト流に直角に1個所またはそれ以上の個所で耐火
材料を供給するベンチユリー装置が含まれる。こ
のようなベンチユリ装置は貯槽の外部に取付けら
れる。
A jet stream of carrier gas is discharged between axially aligned inlet and outlet piping provided in the material storage tank, these pipes preferably being mounted above the bottom of the storage tank and preferably extending substantially above the bottom of the storage tank. Located in the center. It is particularly advantageous if the gap between the inlet pipe and the discharge pipe can be adjusted in order to vary the entrainment of material into the carrier gas according to the requirements of the operator of the device. However, other arrangements for supplying the jet stream may be used, including, inter alia, a ventilary device supplying the refractory material at one or more points perpendicular to the jet stream. Such a bench lily device is attached to the exterior of the reservoir.

比較的不活性なキヤリヤガス中に運ばれた材料
はランスに直接供給してもよいが、それをランス
に供給する前に材料/ガス混合物を比較的不活性
なガスの第2の供給ガスと混合するのが好まし
い。
The material carried in a relatively inert carrier gas may be fed directly to the lance, but before feeding it to the lance the material/gas mixture is mixed with a second feed gas of relatively inert gas. It is preferable to do so.

耐火酸化物と金属または半金属元素との混合物
は酸化後の化学組成が煉瓦、炉ライニング、耐火
ブロツクなどの補修されるものの化学組成と実質
上同じ化学組成であるものが好ましい。耐火材料
の用途によつて、酸性の煉瓦、ブロツクまたは塗
装から塩基性の煉瓦、ブロツクまたは塗装にわた
つて変化する、かなりの範囲の耐火酸化物が使用
されることが判明した。通常使用される耐火材料
は、ZrSiO4及びZrO2のような他の耐火酸化物ま
たはスピネルのような錯体酸化物のそれぞれ少量
と共に、主としてシリカ、アルミナまたはマグネ
サイトからなる。補修される方の材料の材質を分
析すること、及び簡単な試行錯誤法によつて満足
な溶射材料を生ずるのに必要な酸化性元素の割合
を確立して同じ最終組成を生じさせることは比較
的簡単な事柄である。混合物は個々の目的のため
に所望により少量の他の成分を含んでいてもよ
く、例えば摩耗に対して高抵抗性の材料及び/ま
たはより熱伝導度のよい材料を与える粒子を含ん
でいてもよい。しかし、他方、補修部はそれが結
合する煉瓦等と同じ化学組成のものであるが、親
の耐火材料とは異なる物理的特性のもので、通常
親の耐火材料より一層耐摩耗性が大きく、一般に
丈夫であることが事実判明した。
Preferably, the mixture of refractory oxide and metal or metalloid element has a chemical composition after oxidation that is substantially the same as that of the object to be repaired, such as bricks, furnace linings, refractory blocks, etc. It has been found that, depending on the application of the refractory material, a considerable range of refractory oxides are used, varying from acidic bricks, blocks or coatings to basic bricks, blocks or coatings. Commonly used refractory materials consist primarily of silica, alumina or magnesite, with respective minor amounts of other refractory oxides such as ZrSiO 4 and ZrO 2 or complex oxides such as spinel. Analyzing the material properties of the material being repaired and establishing by simple trial and error the proportions of oxidizing elements necessary to produce a satisfactory sprayed material to yield the same final composition is a comparative It's a simple matter. The mixture may optionally contain small amounts of other components for particular purposes, for example particles providing a material with high resistance to abrasion and/or a material with better thermal conductivity. good. However, on the other hand, the repaired part is of the same chemical composition as the brick etc. to which it is bonded, but has different physical properties than the parent refractory material, and is usually more wear resistant than the parent refractory material. It has been found to be generally durable.

耐火酸化物の便宜な給源は粉砕した煉瓦または
補修しようとする耐火材と同じ組成の耐火材であ
る。例えば炭化炉ではいわゆるセミ−シリカまた
はシリカ煉瓦が使用される。このような材料は一
般に補修が所望される場所または工場で入手でき
る。粉末ケイ素、アルミニウム及びマグネシウム
は種々の公称粒径のものが商業的に入手できる。
一般に、混合物の粒径は厳密な制限はないが、コ
ストが安いだけでなく大きな粒子から熱をより緩
除に放出する方がランス先端の閉塞の問題を回避
するのに寄与すると信じられるから152μmまで
の粒径範囲の酸化性元素を使用するのが好適であ
る。粉末ケイ素及びアルミニウムを使用する時の
適当な粒径は−100BSメツシユで、耐火酸化物は
前記元素粒子寸法より大きな粒径、例えば−0.8
mmのものが便宜である。しかし、特にもしより大
きな粒子径が亀裂の寸法に一層よく合つていた
り、補修すべき耐火材の物理的性質に合致した時
にはより大きな粒子径のものも使用できる。
A convenient source of refractory oxide is crushed brick or a refractory material of the same composition as the refractory material to be repaired. For example, so-called semi-silica or silica bricks are used in carbonization furnaces. Such materials are generally available at the location or factory where repair is desired. Powdered silicon, aluminum and magnesium are commercially available in a variety of nominal particle sizes.
In general, there is no strict limit on the particle size of the mixture, but it is 152 μm, not only because it is cheaper but also because it is believed that releasing heat more slowly from large particles will help avoid the problem of clogging the lance tip. It is preferred to use oxidizing elements with a particle size range of up to . A suitable particle size when using powdered silicon and aluminum is -100BS mesh, and the refractory oxide has a particle size larger than the above elemental particle size, e.g. -0.8
mm is convenient. However, larger particle sizes may also be used, particularly if the larger particle size better matches the crack dimensions or the physical properties of the refractory material to be repaired.

発明者らの実験結果によれば耐火材と酸化性元
素との混合物は空気中では燃焼しないが、材料を
輸送するためにこの発明によればより不活性なガ
スを使用することによつて一層大きな安全性と信
頼性とが得られることがわかつた。適当な比較的
不活性なガスには窒素、ヘリウム、二酸化炭素、
酸素減少空気、それらと空気との混合物が含まれ
る。もしこのような比較的不活性なガスを貯槽中
で材料の部分または完全流動化に使用すれば金属
または半金属粒子の反応性にも拘らず粉塵爆発型
の危険はほとんどなくなる。材料の移動を容易に
するには充分なガス材料中を通れば材料の改善さ
れた供給及び計量の利益を達成するために完全な
流動は必要ではない。
According to the inventors' experimental results, the mixture of refractory material and oxidizing elements does not burn in air, but the use of a more inert gas according to the invention to transport the material makes it even more combustible. It has been found that great safety and reliability can be obtained. Suitable relatively inert gases include nitrogen, helium, carbon dioxide,
Oxygen-depleted air and mixtures of them with air are included. If such a relatively inert gas is used for partial or complete fluidization of the material in the storage tank, the dust explosion type hazard is virtually eliminated despite the reactivity of the metal or metalloid particles. Complete flow is not necessary to achieve the benefits of improved dispensing and metering of material as long as sufficient gas is passed through the material to facilitate material movement.

材料を計量するために比較的不活性なガスの第
1供給を使用し、更に材料を分散しそれをランス
へ輸送するために比較的不活性ガスの第2供給を
使用することによつてこの発明の方法による操作
にすぐれた制御性と融通性とが与えられる。特
に、これは低流速の材料を使用してランスで燃焼
焔に着火するのを容易にし、この材料の流速は次
に基体の補修用に適した流速に増大することがで
きる。また、これは比較的粒大な粒子の輸送をも
容易にする。
This is accomplished by using a first supply of relatively inert gas to meter the material and a second supply of relatively inert gas to further disperse the material and transport it to the lance. The method of the invention provides greater control and flexibility in operation. In particular, this facilitates igniting the flame at the lance using a low flow rate of material, which flow rate can then be increased to a flow rate suitable for repairing the substrate. It also facilitates the transport of relatively large particles.

比較的不活性なガス中で運ばれる混合物の量は
代表的には操作圧力下のガス50中0.1Kg程度で
あり、1分当り約0.1Kgの流速が代表的な値で、
これは例えば炭化炉の補修に便宜な値であるが、
より大きい流速も使用できるが混合物の装入量を
オペレータが制御するのに不利な効果を及ぼす。
The amount of the mixture carried in the relatively inert gas is typically on the order of 0.1 Kg in gas 50 at operating pressure, with a typical flow rate of about 0.1 Kg per minute.
This is a convenient value for repairing carbonization furnaces, for example, but
Higher flow rates can be used, but have a detrimental effect on operator control of the mixture charge.

使用するガスはボンベまたはタンクから、或は
配管により供給できる。例えば空気が充分に乾燥
していて材料貯槽中で或は装置中の他の場所で材
料がケーキ化する問題を回避できるなら圧縮空気
の配管を使用できる。
The gas used can be supplied from cylinders or tanks, or via piping. For example, compressed air piping may be used if the air is sufficiently dry to avoid problems with material caking in the material storage tank or elsewhere in the equipment.

ガス中の上述の好適な量の混合物に供給される
酸素の量は補修区域の温度に依存するが約2:1
の酸素:全キヤリヤガスの体積中の量である。元
素の連続的燃焼を支持するのに充分な酸素が供給
されるならば純酸素を使用する必要はない。
The amount of oxygen supplied to the above-mentioned preferred amount mixture in the gas depends on the temperature of the repair area, but is about 2:1.
Oxygen: the amount in the volume of the total carrier gas. There is no need to use pure oxygen if sufficient oxygen is provided to support continuous combustion of the elements.

酸素供給管は、第1ガス供給流中に分散された
材料がランスから出る時に酸素の「皮」で覆われ
ているように、第1供給管の周りに取付けた管状
マニホルドに接続するのが好ましい。しかし、他
のガス流構造を使用でき、渦巻流のパターンを誘
発させるのが有利である。
The oxygen supply tube is connected to a tubular manifold mounted around the first supply tube so that the material dispersed in the first gas supply stream is coated with a "skin" of oxygen as it exits the lance. preferable. However, other gas flow configurations can be used and advantageously induce swirling flow patterns.

酸素を取扱う時には安全のために、酸素または
酸素富化ガスと接触する全金属管継手は軟鋼製の
ものではなく、ヒ素不含銅、不銹鋼または黄銅製
のものを使用するのが好ましい。
For safety reasons when handling oxygen, it is preferable to use arsenic-free copper, stainless steel, or brass, rather than mild steel, for all-metal fittings that come into contact with oxygen or oxygen-enriched gases.

適当な混合物の組成と、キヤリヤガス流速と、
酸素流速とが得られればランスから放出されるジ
エツト流すなわち噴霧流は炉の熱い壁と接触し
て、或は火焔と接触して容易に着火する。ジエツ
ト流すなわち噴霧流は直ちに耐火材料の火焔噴霧
化し、炉中の磨食区域または亀裂区域上に火焔噴
霧が接触すると該区域に衝突する耐火材料を溶融
させ、溶融または焼結した粒子を該区域上に被覆
蓄積させ、炉壁と耐火被覆蓄積物との間に非常に
強固な結合が生ずる。過度に局部的に集中した耐
火材料の被覆のために被覆が剥離脱落するのを避
けるために火焔噴霧を補修区域を徐々に横切つて
移動させるのが好ましい。
suitable mixture composition and carrier gas flow rate;
The jet or spray stream discharged from the lance is readily ignited by contact with the hot walls of the furnace or by contact with the flame provided the oxygen flow rate is achieved. The jet stream or spray stream immediately atomizes the refractory material, and when the flame spray contacts an abrasive or cracked area in the furnace, it melts the refractory material that impinges on that area, dislodging the molten or sintered particles into the area. A very strong bond is created between the furnace wall and the refractory coating build-up. It is preferred to move the flame spray gradually across the repair area to avoid flaking off of the coating due to excessively localized coverage of the refractory material.

混合物の燃焼は、酸素と混合物の充分な混合が
達成される距離であるランスの先端から若干の距
離の間は起らないことが判明した。これは耐火材
料の蓄積によつてランスの先端が著しくふさがれ
ることを防止し、連続操作を容易に行うことを可
能となす。
It has been found that combustion of the mixture does not occur for some distance from the tip of the lance, which is the distance at which sufficient mixing of the oxygen and mixture is achieved. This prevents the tip of the lance from being significantly blocked by build-up of refractory material and allows for easier continuous operation.

高温環境中、例えば炭化炉中での深部で長時間
ランスを使用するなら、ランスを冷却するのが有
利であることを理解されたい。これは供給管と熱
的に接触した管またはコイルを通して水を循環さ
せるか、或は強制空気冷却または強制ガス冷却に
よつて達成できる。
It will be appreciated that if the lance is used for extended periods of time in a high temperature environment, such as at depth in a carbonization furnace, it is advantageous to cool the lance. This can be accomplished by circulating water through tubes or coils in thermal contact with the supply tubes, or by forced air or forced gas cooling.

以下に示例のためのこの発明による装置を示す
図を参照してこの発明を説明する。
The invention will be explained below with reference to the figures which show, by way of example, a device according to the invention.

溶接粉末1の装入原料を材料貯槽2に保持させ
る。この貯槽2は溶接粉末装入原料を再装入する
ために容易に開くことができる。貯槽の底から近
いところに、しかし底から離れて圧縮窒素の導入
配管3及び圧縮窒素排出配管4を備え、これらの
配管は軸心が心合わせされていて、それらの端部
間に間隙5を区画する。間隙5はその長さを排出
配管中でガス中に懸濁(分散)された溶接粉末の
供給速度をオペレーターが調節できるように貯槽
の外側に取付けられた簡単な機械的配列によつ
て、調節できる。圧縮窒素6のボンベ及び圧縮酸
素7のボンベ(これらは運搬可能な支持体上に置
くのが便宜であり、これらは耐火材料貯槽での該
材料保持のために使用してもよいし、使用しなく
てもよい)から弁8、流量指示器例えばロータメ
ータ9、窒素配管10及び酸素配管11を通つて
窒素及び酸素を供給する。両配管は共に、ランス
のオペレーターがガス供給流速について実質上完
全な制御ができるように、一般に14で示される
ランスの近くの弁12及び13により制御され
る。酸素配管は手握りの混合室15(これはラン
スの一部である)中に酸素を直接供給する。窒素
の一部は貯槽2の下の室16へ供給され、底部に
設けられた多数の孔を通つて溶接粉末1(装入原
料1)を部分的に流動化する。窒素のジエツト流
は制御された量の溶接粉末を取込んで排出配管4
を通つて分散状態で混合室15へ運ぶ。混合室へ
取外し可能にランス17が嵌合され、これは炉、
キルン、取鍋などの補修しようとする個所へ届く
ように、また要求される能力によつて選定するこ
とができる。
A charging material for welding powder 1 is held in a material storage tank 2. This reservoir 2 can be easily opened for recharging with welding powder charge material. A compressed nitrogen inlet pipe 3 and a compressed nitrogen discharge pipe 4 are provided close to the bottom of the storage tank but away from the bottom, and these pipes have their axes aligned with each other and have a gap 5 between their ends. compartmentalize. The gap 5 can be adjusted in length by a simple mechanical arrangement mounted on the outside of the reservoir to allow the operator to adjust the feed rate of the welding powder suspended (dispersed) in the gas in the discharge piping. can. cylinders of compressed nitrogen 6 and cylinders of compressed oxygen 7, which are conveniently placed on transportable supports, which may or may not be used for the retention of said materials in refractory material storage tanks; Nitrogen and oxygen are supplied through a valve 8, a flow rate indicator such as a rotameter 9, a nitrogen pipe 10 and an oxygen pipe 11 (which may be omitted). Both lines are controlled by valves 12 and 13 near the lance, generally indicated at 14, to give the lance operator virtually complete control over the gas supply flow rate. The oxygen line supplies oxygen directly into the handheld mixing chamber 15 (which is part of the lance). A portion of the nitrogen is fed into the chamber 16 below the reservoir 2 and partially fluidizes the welding powder 1 (charge 1) through a number of holes provided in the bottom. The nitrogen jet stream takes in a controlled amount of welding powder and exits the exhaust line 4.
through which it is conveyed in a dispersed state to the mixing chamber 15. A lance 17 is removably fitted into the mixing chamber, which is connected to the furnace,
It can be selected depending on the ability to reach the area to be repaired, such as a kiln or ladle, and the required ability.

高温度及び低温度(約600℃)基体を補修する
実際の試験でオペレーターは数分間訓練しただけ
で補修を効果的に実施できることが判明した。減
圧弁8を導通状態とした後で窒素配管中の弁12
を調節して混合室15への溶接粉末輸送速度を変
える。酸素配管中の弁13の開度を次に調節する
ことによつてオペレーターは火焔噴霧操作中の溶
接粉末の燃焼状態を最適なものとなすことができ
る。ロータメータ9はオペレーターが溶射操作を
監視できるように窒素及び酸素の流速を指示する
のに役立つ。ロータメータはもちろん一般に適当
であることが判つた窒素及び酸素の流速を中央の
区域に明瞭に示すように選ばれるが、窒素及び酸
素の流速は同じでなくてよいことは明らかであ
る。
Practical tests repairing both high and low temperature (approximately 600°C) substrates have shown that operators can perform repairs effectively with just a few minutes of training. After the pressure reducing valve 8 is brought into conduction, the valve 12 in the nitrogen piping is opened.
is adjusted to change the welding powder transport speed to the mixing chamber 15. By then adjusting the opening of the valve 13 in the oxygen line, the operator can optimize the combustion of the welding powder during the flame atomization operation. Rotameters 9 serve to direct the nitrogen and oxygen flow rates so that the operator can monitor the spray operation. The rotameter is of course chosen to clearly indicate in the central area the nitrogen and oxygen flow rates which have generally been found to be suitable, but it is clear that the nitrogen and oxygen flow rates need not be the same.

これらの弁の機能及び位置に関連した重要な要
件は緊急事態または緊急事態が予測された場合に
オペレーターが瞬間的に溶射操作を停止できるこ
とである。
An important requirement related to the function and location of these valves is the ability of the operator to momentarily stop the thermal spray operation in the event of an emergency or anticipated emergency.

亀裂が入つた、或は摩食したセミ−シリカ耐火
煉瓦壁に対する代表的補修材の組成は アルミニウム 9重量% ケイ素 31重量%、及び 粉砕したセミシリカ耐火煉瓦 60重量% である。金属元素は10%が−100BBSに粉砕し、
上記煉瓦は0.8mm以下に粉砕する。溶接粉末の反
応性は混合物中のセミ−シリカの割合を変えるこ
とによつて変えることができる。他の適当な溶接
粉末はケイ素12%、アルミニウム4%及びシリカ
84%からなる。
A typical repair material composition for cracked or worn semi-silica refractory walls is 9% by weight aluminum, 31% by weight silicon, and 60% by weight crushed semi-silica refractory brick. Metal elements are 10% crushed to -100BBS,
The above bricks are crushed to 0.8mm or less. The reactivity of the welding powder can be varied by varying the proportion of semi-silica in the mixture. Other suitable welding powders are 12% silicon, 4% aluminum and silica.
Consisting of 84%.

この発明の一実施例では導入配管及び排出配管
間の間隙は6.4mm(1/4インチ)に設定され、供給
制御弁は1.035バール〔1.05Kg/cm2(15Psi)〕の導
入ゲージ圧で窒素流速が約50/分になるように
調節される。次いで酸素の供給を1.104バール
〔1.12Kg/cm2(16Psi)〕のゲージ圧すなわち窒素
の圧力より僅かに加圧した圧力で100/分輸送
するように設定する。これらの条件下で粉末の輸
送速度は100〜120g/分程度であり、これはホツ
パ(貯槽)の容量が5Kgとすれば1時間の実溶接
(溶射)操作時間を与える。ランスから放出され
た粉末噴霧は熱(800℃)炭化炉壁と接触するこ
とによつて着火し、火焔噴霧となり、これは補修
個所に向けられるとそこにガラス様の固体を析出
してその表面に化学的に結合する。
In one embodiment of the invention, the gap between the inlet and outlet piping is set to 6.4 mm (1/4 inch), and the supply control valve is configured to supply nitrogen at an inlet gauge pressure of 1.035 bar ( 15 Psi). The flow rate is adjusted to be approximately 50/min. The oxygen supply is then set to deliver 100/ min at a gauge pressure of 1.104 bar (16 Psi), ie slightly more pressurized than the nitrogen pressure. Under these conditions, the powder transport rate is on the order of 100-120 g/min, which gives an actual welding (spraying) operation time of 1 hour, assuming a hopper capacity of 5 kg. The powder spray emitted from the lance is ignited by contact with the heated (800°C) carbonization furnace wall and becomes a flame spray, which, when directed towards the repaired area, deposits a glass-like solid there and burns the surface. chemically bond to.

この発明の装置は比較的簡単で信頼性が高く、
熟練したオペレーター及び熟練した日常のメンテ
ナンスを必要とせず、特に操作が安全であると信
じられる。非常に携帯しやすい装置が低価格で造
ることができ、従つて欠陥個所が更に傷む前にそ
れを補修するための装置を個々の現場ごとに備え
ることを可能となす。これは大部分の従来の工業
的溶射法と著るしく異なる点であり、従来の溶射
法は熟練したオペレーターのチームを必要とする
のである。この既知の方法は溶接粉末(溶射粉
末)が酸素中で輸送されていたから細心な注意と
多くの安全上の注意とを必要としたのである。更
に従来技術はコストの点から、必要な補修をする
までに多くの欠陥個々をためておくのが普通行わ
れていたことである。
The device of this invention is relatively simple and reliable;
It does not require a skilled operator or skilled routine maintenance and is believed to be particularly safe to operate. A highly portable device can be produced at low cost, thus making it possible to equip each site with equipment to repair defects before they become further damaged. This is a significant difference from most conventional industrial thermal spray processes, which require a team of skilled operators. This known method required great care and many safety precautions since the welding powder (spray powder) was transported in oxygen. Additionally, in the prior art, due to cost considerations, it was common practice to accumulate many individual defects before making necessary repairs.

既知の装置に比較してこの発明の装置は供給粒
子の分離沈降すなわち粒径による分離を生ずるこ
となくランスへの信頼性ある粒子の供給を行う機
械的に簡単な装置を提供するものである。さらに
一人のオペレーターが上首尾結果が得られる補修
作業を行うのに必要なすべてのパラメータを制御
できる。このことは一人のオペレーターが安全操
業に必要なすべてのパラメータを容易に制御で
き、他のオペレーターとの連絡に頼らなくてもよ
いことを意味する。例えば別の火焔で耐火材料の
噴霧に着火すれば冷温基体上にこの発明の方法及
び装置を使用して補修を行うこともできる。
Compared to known devices, the device of the present invention provides a mechanically simple device for reliable particle feeding to the lance without separate sedimentation or size separation of the feed particles. Additionally, a single operator can control all the parameters necessary to perform repair operations with successful results. This means that one operator can easily control all the parameters necessary for safe operation and does not have to rely on communication with other operators. Repairs can also be made using the method and apparatus of the present invention on cold substrates, for example, by igniting a spray of refractory material with a separate flame.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図はこの発明による装置の概略説明図である。 図中:1……溶接粉末、2……材料貯槽(貯
槽)、3……圧縮窒素導入配管、4……圧縮窒素
排出配管、5……間隙、6……圧縮窒素ボンベ、
7……圧縮酸素ボンベ、8……弁、9……ロータ
メータ、10……窒素配管、11……酸素配管、
12……弁(窒素用)、13……弁(酸素用)、1
4……ランス、15……混合室、16……室。
The figure is a schematic explanatory diagram of an apparatus according to the present invention. In the diagram: 1... Welding powder, 2... Material storage tank (storage tank), 3... Compressed nitrogen introduction pipe, 4... Compressed nitrogen discharge pipe, 5... Gap, 6... Compressed nitrogen cylinder,
7... Compressed oxygen cylinder, 8... Valve, 9... Rotameter, 10... Nitrogen piping, 11... Oxygen piping,
12... Valve (for nitrogen), 13... Valve (for oxygen), 1
4... Lance, 15... Mixing room, 16... Room.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 細かく分割した耐火酸化物と混合した細かく
分割した金属元素または半金属元素を燃焼するこ
とによつて耐火材料を溶射する方法であつて、前
記混合物を耐火材料貯槽中で比較的不活性なガス
によつて完全流動状態または部分流動状態に保
ち、混合物を比較的不活性なキヤリヤガスのジエ
ツト流中に同伴させることによつて前記キヤリヤ
ガス中に計量導入し、同伴された混合物をランス
に供給し、ランスからの混合物の出口に近いとこ
ろでランスに充分な酸素を供給して前記元素を燃
焼させることを特徴とする、耐火材料の溶射方
法。 2 キヤリヤガスのジエツト流を耐火材料貯槽中
に設けられた軸心が心合わせされた導入配管及び
排出配管間に放出する特許請求の範囲第1項記載
の方法。 3 混合物のキヤリヤガス流中への取込量を導入
配管及び排出配管の間の間隙を調節することによ
つて行う特許請求の範囲第2項記載の方法。 4 キヤリヤガスに同伴される混合物の量がキヤ
リヤガス50中約0.1Kgである特許請求の範囲第
1項または第2項または第3項記載の方法。 5 混合物の流速が約0.1Kg/分である特許請求
の範囲第1項ないし第4項のいずれかに記載の方
法。 6 キヤリヤガスが窒素、ヘリウム、二酸化炭
素、酸素減少空気、それらと空気との混合物から
選ばれる特許請求の範囲第1項ないし第5項のい
ずれかに記載の方法。 7 キヤリヤガスが空気で、約2:1の酸素:空
気の体積比の酸素を燃焼支持のために供給する特
許請求の範囲第6項記載の方法。 8 ランスを通つて耐火材料を溶射するための装
置において、該装置が耐火材料貯槽、貯槽中で耐
火材料を完全または部分流動化するための手段、
比較的不活性なガスのジエツト流中に耐火材料を
同伴することによつて貯槽から耐火材料を計量す
るための手段、同伴した耐火材料をランスへ輸送
するための手段、及びランスの出口の近くに酸素
を供給するための手段を備えることを特徴とす
る、耐火材料溶射装置。 9 キヤリヤガスのジエツト流が材料貯槽内で軸
心が心合わせされたキヤリヤガス導入配管及び排
出配管の間に放出されるように配列されてなる特
許請求の範囲第8項記載の装置。 10 導入配管と排出配管との間の間隙が、キヤ
リヤガス中への耐火材料の取込み量を変えるよう
に、調節できる特許請求の範囲第9項記載の装
置。 11 耐火材料を流動させるガスの供給量と、キ
ヤリヤガス中に耐火材料を同伴させるためのガス
の供給量とが別々に制御可能である特許請求の範
囲第8項ないし第10項のいずれかに記載の装
置。
[Scope of Claims] 1. A method of thermally spraying a refractory material by burning a finely divided metallic element or metalloid element mixed with a finely divided refractory oxide, the mixture being placed in a refractory material storage tank. metering the entrained mixture into a relatively inert carrier gas by keeping it in a fully or partially fluidized state with a relatively inert gas and entraining the mixture into a jet stream of the relatively inert carrier gas; A method for thermal spraying a refractory material, characterized in that the elements are supplied to a lance near the exit of the mixture from the lance, and sufficient oxygen is supplied to the lance near the exit of the mixture from the lance to combust the said element. 2. The method according to claim 1, wherein a jet stream of carrier gas is discharged between an inlet pipe and an outlet pipe whose axes are aligned and are provided in a refractory material storage tank. 3. A method according to claim 2, in which the amount of the mixture taken into the carrier gas stream is adjusted by adjusting the gap between the inlet pipe and the discharge pipe. 4. A method according to claim 1 or 2 or 3, wherein the amount of the mixture entrained in the carrier gas is approximately 0.1 kg per 50 kg of carrier gas. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the flow rate of the mixture is about 0.1 Kg/min. 6. A method according to any one of claims 1 to 5, wherein the carrier gas is selected from nitrogen, helium, carbon dioxide, oxygen-depleted air, and mixtures thereof with air. 7. The method of claim 6, wherein the carrier gas is air and provides oxygen for combustion support at a volume ratio of about 2:1 oxygen:air. 8. An apparatus for spraying refractory material through a lance, the apparatus comprising a refractory material reservoir, means for fully or partially fluidizing the refractory material in the reservoir;
means for metering the refractory material from the reservoir by entraining the refractory material in a jet stream of relatively inert gas, means for transporting the entrained refractory material to the lance, and proximate the outlet of the lance; A refractory material thermal spraying apparatus, characterized in that it is provided with means for supplying oxygen to the apparatus. 9. The apparatus of claim 8, wherein the jet stream of carrier gas is arranged to be discharged between the carrier gas inlet and outlet piping which are aligned in the material storage tank. 10. The apparatus of claim 9, wherein the gap between the inlet pipe and the discharge pipe can be adjusted to vary the amount of refractory material taken into the carrier gas. 11. According to any one of claims 8 to 10, wherein the amount of gas supplied to flow the refractory material and the amount of gas supplied to entrain the refractory material into the carrier gas can be controlled separately. equipment.
JP57138664A 1981-08-11 1982-08-11 Method and device for flame-spraying refractory material Granted JPS5836669A (en)

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GB8124440 1981-08-11
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BE894075A (en) 1982-12-01
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