NL9002140A - Keramische smeltwerkwijze en lans voor het gebruik in een dergelijke werkwijze. - Google Patents

Description

Keramische smeltwerkwi j ze en lans voor het gebruik in een dergelijke werkwijze.

Deze uitvinding heeft betrekking op een keramische smeltwerkwijze en op een lans die geschikt is voor het gebruik in een dergelijke werkwijze.

Eerdere keramische smeltwerkwijzen zijn beschreven in Glaverbel's Britse octrooischriften nummers 1.330.894 en 2.170.191.

Het keramisch smelten is in het bijzonder geschikt voor de in situ-vorming van een vuurvaste massa op een vuurvaste wand van ovens of andere vuurvaste apparatuur voor de hete reparatie van de wand. Het wordt bij voorkeur ten uitvoer gebracht wanneer de wand in wezen op zijn normale werktempera-tuur is. Het is in het bijzonder bruikbaar voor het repareren of versterken van wanden of wandvoeringen van glassmeltovens, cokesovens, cementovens of ovens die gebruikt worden in de petrochemische industrie, of vuurvaste apparatuur die gebruikt wordt in de ferro- of non-ferrometaal metallurgie.

Bovendien kan de reparatie soms worden uitgevoerd tijdens het in bedrijf zijn van de oven, bijvoorbeeld voor de reparatie van een bovenbouw van een glassmeltoven, of tijdens de normale bedrijfscyclus van het vuurvaste voorwerp; bijvoorbeeld een staal-gietlepel kan soms gerepareerd worden binnen de normale tijdsperiode tussen het gieten en opnieuw vullen.

De werkwijze is eveneens bruikbaar voor de vorming van vuurvaste bestanddelen, bijvoorbeeld voor het bedekken van andere vuurvaste substraten.

In de keramische smeltwerkwijze, zoals uitgevoerd, wordt een mengsel van vuurvaste deeltjes en brandstofdeeltjes (het "keramische smeltpoeder") getransporteerd van een poeder-opslag langs een voedingslijn naar een lans waarvan het tegen een doeloppervlak wordt geprojecteerd. Het dragergas, dat de lansuitlaat verlaat met het keramische smeltpoeder ("het dragergas") kan zuiver zuurstof zijn (in de handel verkrijgbare kwaliteit), of het kan een gedeelte van een in wezen inert gas, zoals stikstof, of in feite enig ander gas, omvatten.

In elk geval bevat het dragergas, dat de lansuitlaat met het keramische smeltpoeder verlaat, tenminste voldoende zuurstof voor de in wezen volledige verbranding van de brandstofdeel-tjes. Het is geenzins essentieel dat de gasstroom, waarin het smeltpoeder wordt ingebracht uit de voedingsopslag, dezelfde samenstelling dient te hebben als het dragergas dat de lans-uitlaat verlaat. Een gedeelte, of in feite het geheel van de vereiste zuurstof in het dragergas, kan in de voedingslijn worden ingebracht bij één of meer locaties tussen het poeder-invoerpunt en de uitlaat van de lans. De gebruikte brandstof bestaat in wezen uit deeltjes van een materiaal, dat geschikt is om exotherm geoxideerd te worden, teneinde een vuurvast oxideprodukt te vormen. Voorbeelden van geschikte brandstoffen zijn silicium, aluminium, magnesium, zirkonium en chroom. Dergelijke metallische brandstoffen kunnen alleen of in combinatie gebruikt worden. De brandstof verbrandt en warmte wordt door zijn verbranding vrijgemaakt, teneinde tenminste de oppervlakken van de vuurvaste deeltjes te doen smelten, zodat een sterke coherente vuurvaste smeltmassa wordt gevormd, dat goed hecht aan het doeloppervlak.

Het is de gewone praktijk om het keramische smeltpoeder op zodanige wijze te selecteren, dat de gevormde smelt-afzetting een chemische samenstelling heeft, welke ongeveer hetzelfde is als dat van het doeloppervlak. Dit helpt in het reduceren van de thermische schok bij het raakvlak tussen een reparatiesmelt en de gerepareerde vuurvaste wand, tengevolge van een temperatuurcyclus van de oven. Een dergelijke keuze van het smeltpoeder helpt eveneens te verzekeren dat de vuur-vast-kwaliteit van de smeltmassa voldoende hoog is voor de locatie, waar die reparatie wordt uitgevoerd. Het is natuurlijk ook bekend om het keramische smeltpoeder te kiezen, teneinde een reparatie of voering te vormen van hogere kwaliteit dan de vuurvaste wand waarop de smelt wordt gevormd.

Wanneer een vuurvaste massa door middel van keramisch smelten wordt gevormd, kan een zekere hoeveelheid porositeit in de smeltmassa worden ingebouwd. De mate van een dergelijke porositeit is gedeeltelijk afhankelijk van het vakmanschap van de smelter en van de omstandigheden waaronder de smeltbewer-king wordt uitgevoerd. Een dergelijke porositeit kan toelaatbaar zijn, en in feite kan het in sommige omstandigheden voordelig zijn, aangezien een hoge mate van porositeit thermische isolatie bevordert. Echter een overmatige mate van porositeit kan ongewenst zijn bij ovenlocaties waar de vuurvaste wand aan in het bijzonder sterke corrosieve werking wordt onderworpen, en in het bijzonder de corrosieve of erosieve werking van gesmolten materiaal, dat zich in de oven bevindt. De mate van porositeit, welke aanvaardbaar is in een gegeven gedeelte van het vuurvaste materiaal, is afhankelijk van de inherente vuurvastheid van dat materiaal en van de omstandigheden waaraan het in gebruik zal worden onderworpen.

De onderhavige uitvinding resulteert uit onderzoek naar de vorming van een vuurvaste bekleding of reparatie aan delen van apparatuur, welke zeer wel mogelijk intensieve erosie kunnen ondergaan. Deze erosie kan in het bijzonder het gevolg zijn van mechanische of thermomechanische slijtage, of van vloeistof- of gasfase-erosie van het materiaal dat de wand vormt, of het gevolg kan zijn van een combinatie van deze effecten.

Een voorbeeld van een dergelijke vereiste voor een goede weerstand tegen een neiging tot intensieve erosie is op het gebied van de glassmeltovens. Het binnenoppervlak van de tankblokken van een glassmeltoven op de plaats van het oppervlak van het gesmolten glasbad, verschaft een bijzonder voorbeeld van een vuurvast oppervlak, dat onderworpen is aan zeer intense erosieve werking. Het tankblokoppervlak erodeert zeer snel tot een zodanige mate, dat de helft van de dikte van de blokken gemakkelijk en verhoudingsgewijs snel kan worden weggegeten op deze plaats. Deze erosie is bekend onder de technische term "flux line-corrosie". Tankblokken, die onderworpen zijn aan zeer hoge temperaturen, zoals de tankblokken van de smelt- en zuiveringszones van de oven, worden gewoonlijk gevormd uit in hoge mate vuurvaste materialen, zoals vuurvaste materialen welke een hoog gehalte aan zirkoniumoxide bevatten. Zelfs dan dienen ze continu en in sterke mate afgekoeld te worden, teneinde de erosie te verminderen.

Andere voorbeelden van vuurvaste materialen, welke onderworpen zijn aan het risico van in het bijzonder sterke erosie, zijn gietopeningen of -lepels, die gebruikt worden bij de vervaardiging of transport van gesmolten metalen, bijvoorbeeld torpedo-lepels, zoals bijvoorbeeld gebruikt in de ijzeren staalindustrie, kopersmelt- en -zuiveringsovens, conver- tors, zoals die gebruikt worden in de staal-makende- of in de non-ferrometaalindustrie. Cementovens kunnen eveneens hier worden genoemd.

Het is een hoofddoel van deze uitvinding om een nieuwe keramische smeltwerkwijze te verschaffen, die de vorming van vuurvaste smeltmassa's van hoge kwaliteit vergemakkelijkt, welke een goede weerstand tegen erosie en corrosie vertonen .

Overeenkomstig deze uitvinding wordt er een keramische smeltwerkwijze verschaft, waarin een keramisch smelt-poeder, dat een mengsel van vuurvaste deeltjes en deeltjes van een brandstofmateriaal omvat, dat in staat is om geoxideerd te worden teneinde een vuurvast oxide te vormen, wordt geprojecteerd tegen een oppervlak in één of meerdere dragergasstromen, welke tenminste voldoende zuurstof bevat voor de in wezen volledige oxidatie van de brandstofdeeltjes, waarbij voldoende warmte wordt vrijgemaakt voor tenminste het aan het oppervlak smelten van de geprojecteerde vuurvaste deeltjes en een keramische smeltmassa wordt gevormd tegen het genoemde oppervlak onder de oxidatiehitte van de brandstofdeeltjes, met het kenmerk, dat tenminste één additionele gasstroom tegen het genoemde oppervlak wordt geprojecteerd, om zo een in wezen continu gasgordijn te vormen, dat de genoemde dragergasstroom of -stromen omringt.

Het is nogal verrassend dat het blazen van additioneel gas op deze wijze het voordelige effect dient te hebben welke het heeft, om gemakkelijker en consistenter dan tevoren de vorming van keramische smelten van hoge kwaliteit met goede weerstand tegen erosie en corrosie mogelijk te maken. Het bereiken van een smelt van hoge kwaliteit door middel van een werkwijze van de uitvinding is minder afhankelijk van het vakmanschap van de individuele smelter dan bij het vormen van een smelt door middel van een werkwijze waarbij het gasgordijn wordt weggelaten, maar welke verder overeenkomstig is. Wij schrijven dit resultaat toe aan het feit dat smelten, die gemaakt worden door middel van een werkwijze overeenkomstig deze uitvinding, een lagere porositeit neigen te hebben dan smelten die gemaakt worden door middel van een werkwijze waarbij het gasgordijn wordt weggelaten, maar welke verder soortgelijk is.

De redenen waarom dit voordelige effect moet worden verkregen zijn niet duidelijk. Eén mogelijkheid is dat het gasgordijn de keramische smeltreactiezone isoleert van de omgevingsovenatmosfeer, en aldus belet dat die atmosfeer enig nadelig effect op die reacties heeft, en uniforme werkomstandigheden bij de reactiezone handhaaft. Een andere mogelijkheid is dat het gasgordijn een omkerend effect kan hebben bij het reduceren van de temperatuur van de zojuist gevormde, nog steeds zachte vuurvaste afzetting, hetgeen een gunstige afkoeling en kristallisatie van het smeltmateriaal kan bevorderen. Dit kan op zijn beurt zo werken om de neiging voor gas te verminderen, dat opgelost kan worden in de beginnende keramische smeltmassa, terwijl het tenminste gedeeltelijk gesmolten is teneinde poriën te vormen, zodat enige poriën, die gevormd worden in de smelt van kleinere grootte zijn en derhalve minder ongewenst. Deze theorie druist echter in tegen momenteel verkregen kennis op het vakgebied, volgens welke het niet wenselijk is dat snelle afkoeling plaatsvindt, teneinde gelaagd-heidsproblemen tengevolge van inhomogeniteiten bij grenslagen van materiaal, dat afgezet is door middel van achtereenvolgende passeringen van de smeltlans over het doeloppervlak, te voorkomen.

De werkwijze van de uitvinding is eveneens verrassend doordat het verwacht zou worden, met het oog op de moeilijkheid van het beheersen van de bewerkingsomstandigheden, dat het sproeien van een gasgordijn rondom de dragergasstroom en derhalve rondom de zone waar de keramische smeltreacties plaatsvinden, en waar de keramische smeltafzetting wordt gevormd, zou interfereren met de exotherme reactie die leidt tot de vorming van de smelt.

Er is in de praktijk daarentegen waargenomen dat de projectie van een gasgordijn een aanvullende parameter verschaft voor het beheersen van de verschillende elementen, die een rol spelen in de reactiezone, teneinde de vuurvaste massa te vormen tijdens de uitvoering van de werkwijze van de uitvinding. Dit verschaft dientengevolge een aanvullende beheer-singsparameter, die werkzaam is op de ontwikkeling van de exotherme reactie, en daarbij een verbeterde beheersing van de vorming van de vuurvaste smeltmassa mogelijk maakt.

Er is eveneens waargenomen dat het gasgordijn het mogelijk maakt om de invloed van de omringende omgeving op de reactiezone te reduceren. De reactiezone wordt dientengevolge beter beschermd tegen iedere turbulentie, welke aanwezig kan zijn in de omringende atmosfeer. Dus bijvoorbeeld wordt in het gewone geval waarbij de werkwijze wordt gebruikt tijdens de werking van de oven, de reactiezone meer onafhankelijk gemaakt van interferentie, die resulteert bijvoorbeeld uit het aan- of uitschakelen van een brander in de omgeving van de bewerkings-plaats.

Het gasgordijn maakt het ook mogelijk om gemakkelijker het deeltjesmengsel in de reactiezone te beperken, om zo de keramische smeltreactie te concentreren en te intensiveren, en derhalve leidt tot de vorming van een vuurvaste massa van hoge kwaliteit. Het gasgordijn assisteert in het beperken van het geprojecteerde vuurvaste materiaal en de brandstofverbran-dingsprodukten tot de reactiezone, zodat ze gemakkelijk worden ingebouwd in de gevormde smeltmassa. De inbouw van dergelijke verbrandingsprodukten in de gevormde vuurvaste massa is geen nadeel in een keramische smeltwerkwijze aangezien die produk-ten zelf vuurvaste oxiden zijn.

Het gasgordijn kan worden geprojecteerd uit een veelvoud van uitlaten, die gerangschikt zijn in een ring rondom de poederuitstromingsuitlaat (-uitlaten). Dergelijke uitlaten zouden natuurlijk vereisen ruimtelijk dicht bij elkaar geplaatst te zijn, teneinde een in wezen continu gordijn te produceren. Het gasgordijn wordt echter bij voorkeur geprojecteerd als een ringvormige stroom. Het gebruik van een continue ringvormige uitlaat, voor het projecteren van een ringvormige gordijnstroom, bevordert de doelmatigheid van het gordijn en kan ook een eenvoudiger constructie van de apparatuur mogelijk maken voor het uitvoeren van de werkwijze van de uitvinding. Een beschermende mantel wordt aldus gevormd rondom de drager-gasstroom, en daarbij het mogelijk maakt om te voorkomen dat materiaal, in het bijzonder gassen, uit de omringende atmosfeer in de dragerstroom worden getrokken, welke het oxiderende gas en het deeltjesmengsel bevat. Het gehele gebied van de exotherme reactie en het sproeien van het mengsel in zijn oxiderende dragergas kan derhalve worden geïsoleerd van de omringende omgeving om zo de invoer van ieder element dat vreemd is voor en interfereert met de exotherme reactie, te voorkomen, en de laatstgenoemde kan derhalve beter worden beheerst.

Teneinde het meest efficiënte gasgordijn te vormen rondom het dragergas en de meegevoerde deeltjes, dient het gordijngas te worden uitgeworpen uit één of meerdere uitlaten, welke ruimtelijk afgelegen is of zijn van de dragergasuitlaat (-uitlaten), maar de verschillende uitlaten dienen niet te ver ruimtelijk afgelegen te zijn. De optimale ruimte hangt in grote mate af van de grootte van de dragergasuitlaat (-uitlaten) .

Enkele voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding zijn in de eerste plaats bedoeld voor reparaties op kleine tot middelmatige schaal, of voor situaties waarbij grote reparaties noodzakelijk zijn, maar de beschikbare tijd voor reparatie niet kritisch is, en de deeltjes uit een lans worden geprojecteerd met een enkele dragergasuitlaat met een diameter van tussen 8 mm en 25 mm. Het dwarsdoorsnede-oppervlak van dergelijke uitlaten zal dus tussen 50 en 500 mm2 zijn. Dergelijke lansen zijn geschikt voor het projecteren van keramisch smeltpoeder bij snelheden van 30 tot 300 kg/h. In enkele van dergelijke voorkeursuitvoeringsvormen, waarin het dragergas uit een uitlaat wordt geworpen, met een oppervlak van tussen 50 en 500 mm' , wordt het gasgordijn uitgeworpen uit één of meerdere uitlaten die ruimtelijk van de dragergasuitlaat zijn verwijderd met een afstand van tussen 5 en 20 mm.

Andere voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding zijn in de eerste plaats bedoeld voor reparaties op grote schaal, welke in een korte tijd moeten worden uitgevoerd, en de deeltjes worden uit een lans geprojecteerd met een dragergasuitlaat met een dwarsdoorsnede-oppervlak van tussen 300 en 2300 mm2. Dergelijke lansen zijn geschikt voor het projecteren van keramisch smeltpoeder bij snelheden van tot en met 1000 kg/h, of zelfs meer. In sommige van dergelijke voorkeursuitvoeringsvormen, waarin het dragergas uit een uitlaat met een oppervlak van tussen 300 en 2300 mm2 wordt uitgeworpen, wordt het gasgordijn uitgeworpen uit één of meerdere uitlaten, die ruimtelijk van de dragergasuitlaat met een afstand van tussen 10 en 30 mm zijn verwijderd.

De aanname van één of andere van deze ruimtelijke af-standsbereiken tussen het dragergas- en de gordijngasuitlaten bevordert de vorming van een heldere en scherp-begrensde barrière tussen de keramische smeltreactiezone en de omgevingstemperatuur, onder het in wezen vermijden van iedere interferentie tussen de verschillende gasstromen door het verzekeren dat ze in wezen gescheiden blijven totdat ze worden afgebogen aan het doeloppervlak.

Met voordeel is de uitstromingsvolumesnelheid van het gordijngas tenminste de helft van de uitstromingsvolumesnelheid van het dragergas. De aanname van dit kenmerk vergemakkelijkt de vorming van een dik en doelmatig gordijn. De uit-stromingssnelheid van het gordijngas kan bijvoorbeeld tenminste 2/3 zijn van de uitstromingssnelheid van het dragergas, of het kan hoger zijn dan de dragergasuitstromingssnelheid.

Bij voorkeur is de specifieke uitstromingssnelheid (berekend bij normale druk) van het gordijngas groter dan 1/5 van de uitstromingssnelheid van het dragergas. We meten gas-volume-uitstromingssnelheden in normale kubieke meters per uur, en specifieke gasuitstromingssnelheden worden berekend uit deze volume-uitstromingssnelheid, en het oppervlak van de uitlaat (uitlaten) waaruit het gas stroomt, onder de aanname dat de gasdruk in de stroom normaal is op het moment waarop het zijn uitlaat verlaat. De aanname van dit kenmerk maakt de vorming mogelijk van een effectief gasgordijn. Voor de beste resultaten hebben wij gevonden dat het wenselijk is dat de specifieke uitstromingssnelheid (berekend bij normale druk) van het gordijngas tussen 1/5 en 3/5 van de specifieke uitstromingssnelheid van het dragergas dient te zijn. De aanname van dit kenmerk maakt een lage verstoring van het stroom-patroon van de dragergasstroom en van materiaal in de keramische smeltreactiezone mogelijk. De aanname van dit kenmerk brengt verder met zich mee, dat er een minder abrupte gas-specifieke snelheidsgradiënt is van de dragergasstroom (-stromen) naar de omgevingsatmosfeer, dan anders het geval zou zijn, en er is gevonden dat dit de smeltkwaliteit bevordert, misschien omdat er minder verdunning van de dragergasstroom en zijn meegevoerde deeltjes is.

In sommige voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding worden de gasstromen ontladen uit een lans, die afgekoeld wordt door middel van een vloeistof, welke er doorheen circuleert. Een dergelijke afkoeling kan gemakkelijk bereikt worden door de lans te voorzien met een watermantel. Een dergelijke watermantel kan zo gelocaliseerd zijn om de centrale buis of buizen voor de voeding van dragergas en keramisch smeltpoeder te omringen, terwijl het op zijn beurt omringd wordt door een cirkelvormige passage voor het transport van gordijngas. De watermantel kan gemakkelijk worden geconstrueerd tot een dikte welke zodanig is om iedere gewenste ruimte tussen de drager-gasuitlaat (-uitlaten) en de gordijngasuitlaat te verzekeren. Alternatief, of daarbuiten, kan er een watermantel zijn welke alle gasuitstromingsbuizen van de lans omringt. In ieder geval zal in het algemeen de temperatuur van het uitgestroomde gordijngas, en wanneer men de reparatie van ovens bij in wezen hun bewerkingstemperatuur beschouwt, aanzienlijk lager zijn dan de omgevingstemperatuur in de oven, en het kan bij een temperatuur zijn, welke ruwweg overeenkomstig is met die van het dragergas.

Om dit te doen gaat volledig in tegen de conventionele praktijk op het vakgebied van keramisch smelten. Eén van de voornaamste zorgen bij het uitvoeren van keramisch smelten is om te voorkomen dat de temperatuur bij de inslagzone op het doeloppervlak te laag wordt tijdens de vorming van de vuurvaste massa, bijvoorbeeld als resultaat van een inadequate beheersing van de verschillende exotherme reactieparameters. Een inslagzone, welke te koud is, kan bijvoorbeeld leiden tot kortstondige onderbrekingen van de exotherme reactie. Het is in het bijzonder bekend dat deze temperatuur leidt, indien het te laag is, tot de vorming van een onregelmatige en onbeheerste porositeit in de gevormde vuurvaste smeltmassa, zodat het nogal poreus is en weinig weerstand biedt tegen afslijting of corrosie. Deze porositeit is in het bijzonder duidelijk indien de vuurvaste massa wordt gevormd door verschillende passeringen van de sproeilans.

Wanneer de inslagzone wordt verplaatst over het te behandelen oppervlak neigt tenminste een gedeelte van dit relatief koele gas er toe, in een hoeveelheid die voldoende is om een efficiënt schild rondom de inslagzone te vormen, om het oppervlak dat behandeld wordt af te koelen juist voorafgaand aan de inslag van het smeltmateriaal. Dit wordt in het geheel niet aanbevolen bij de meeste smelttechnieken, indien een aanvaardbaar resultaat moet worden bereikt. Dat er een voordeel is in het sproeien, overeenkomstig dit voorkeurskenmerk van de uitvinding, van een gekoeld gasgordijn tegen het oppervlak van het substraat rondom de inslagzone, is volledig verrassend.

Een dergelijke gasspray zal de neiging hebben een sterk koelend effect te hebben op de inslagzone en er zou derhalve verwacht worden dat deze afkoeling zou leiden tot de vorming van een poreuze massa met weinig weerstand tegen erosie.

Desondanks hebben wij echter experimenteel waargenomen dat, op een volledig onverwachte manier, de aanvullende beheersingsparameter voor de exotherme reactie, verschaft door de aanname van de uitvinding, de vorming mogelijk maakt van dichte vuurvaste massa's, die meer bestendig zijn tegen erosie dan de massa's, die in het verleden gevormd zijn door de keramische smeltwerkwijzen, en in het bijzonder gaat het zo te werk wanneer gebruik wordt gemaakt van een afgekoelde lans.

Dit resultaat is zeer verrassend, aangezien het ingaat tegen de mening welke vakmensen op dit gebied gedurende vele jaren hebben gehad.

De porositeit van de gevormde vuurvaste massa is één van de essentiële factoren in het bepalen van zijn mate van weerstand tegen erosie. Porositeit maakt de structuur van de vuurvaste massa inherent zwakker. Verder verschaffen de poriën toegangswegen voor het erosieve milieu, en daarmede het vuurvaste materiaal meer gevoelig makend voor erosie, aangezien het erosieve milieu kan werken in het inwendige van de massa.

Er is eveneens een andere overweging, waar rekening mee moet worden gehouden. Het is duidelijk dat de geprojecteerde vuurvaste deeltjes verhit moeten worden om tenminste hun oppervlakken te smelten, teneinde een homogene smeltmassa te vormen, en het doeloppervlak moet ook in sterke mate verhit worden om de beste binding tussen de afzetting en dat oppervlak mogelijk te maken. Echter indien de temperatuur op het doelgebied te hoog is, is er een risico dat de afzetting te vloeibaar zal zijn om in positie te blijven. Dit risico is natuurlijk hoger op verticale of overhangende doeloppervlakken. Het risico is eveneens groter des te heftiger de keramische smeltreactie plaatsvindt op de bewerkingsplaats. Een dergelijke heftige reactie kan echter essentieel zijn teneinde de keramische smeltreacties te onderhouden, of om het doeloppervlak in voldoende mate te verhitten zodat een goede binding wordt gevormd tussen de keramische smeltafzetting en dat oppervlak, in het bijzonder indien de temperatuur van het doeloppervlak niet erg hoog is. Wij hebben hier temperaturen in gedachten beneden bijvoorbeeld ongeveer 700°C. Dergelijke temperaturen kan men aantreffen in ovens of bakovens voor de werkwijzen die uitgevoerd worden bij slechts middelmatig hoge temperaturen, zoals cementbakovens of chemische reactievaten. Er is in de praktijk waargenomen dat de projectie van een relatief koel gasgordijn een hulpmiddel verschaft voor het beheersen van de temperatuur van de inslagzone. Het is dus gemakkelijker om de vuurvaste massa welke gevormd wordt, te beletten om te vloeien, als resultaat van een hoge temperatuur in de inslagzone. Het is dan mogelijk om de verschillende parameters in te stellen, om een zeer heftige exotherme reactie te creëren, teneinde een betrouwbare bewerking van de werkwijze te geven, alsmede de vorming mogelijk te maken van een goede binding tussen de afzetting en het doeloppervlak, zelfs wanneer de laatstgenoemde in het geheel niet een zeer hoge temperatuur heeft, onder het koelen van de inslagzone om de massa welke gevormd wordt te belemmeren te stromen. Dit vergemakkelijkt het bereiken van een homogene smelt.

Het koelende effect van de gordijnstroom kan ook een verder belangrijk effect hebben bij het beïnvloeden van de kristallijne vorm, welke de smeltmassa aanneemt als het vast wordt, en dit kan aanzienlijke voordelen opleveren. Bij wijze van voorbeeld heeft een gesmolten mengsel van siliciumoxide en aluminiumoxide de neiging om mulliet te vormen, wanneer men het langzaam laat afkoelen: Indien aan de andere kant snelle afkoeling plaatsvindt, kristalliseert het aluminiumoxide als korund uit, dat in een siliciumoxidefase gehouden kan worden zonder de vorming van mulliet. Dit kan eveneens de weerstand tegen erosie van de gevormde smeltmassa bevorderen.

Er zijn verschillende gassen, die uitgeworpen kunnen worden teneinde het vereiste gasgordijn te vormen, en de optimale gaskeuze zal afhankelijk zijn van de omstandigheden. Hoewel zeer goede resultaten bereikt kunnen worden door het gebruiken van koolstofdioxide of stikstof voor het vormen van het gasgordijn, voorzien sommige voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding erin, dat het gordijngas zuurstof omvat. Bijvoorbeeld kan lucht gebruikt worden, aangezien het goedkoop en alom beschikbaar is. Echter het gebruik van zuurstof met in ' de handel verkrijgbare kwaliteit kan de voorkeur genieten:

Dergelijke zuurstof zal gewoonlijk hoe dan ook aanwezig zijn voor de uitvoering van de keramische smeltbewerking, en het is meer doelmatig voor het beoogde doel. Indien het gasgordijn zuurstof omvat, kan het een verder zuurstofreservoir verschaffen in de onmiddellijke nabijheid van de keramische smeltreac-tiezone, en dit vergemakkelijkt de volledige verbranding van de gebruikte brandstofdeeltjes. Dit bevordert de homogeniteit binnen de keramische smeltmassa, en bij gelegenheid maakt dit het mogelijk dat het gedeelte van de brandstof in de keramische smeltpoedermassa enigszins verminderd kan worden. Men dient echter in gedachte te houden dat het dragergas zelf tenminste voldoende zuurstof bevat voor de in wezen volledige verbranding van de brandstof en dienovereenkomstig, zoals eerder vermeld, verschaft het gebruik van een gas, zoals koolstofdioxide of stikstof, dat in wezen vrij is van beschikbaar zuurstof, gunstige resultaten.

Inderdaad kan onder bepaalde speciale omstandigheden het gebruik van een dergelijk gas optimaal zijn. Sommige klassen van vuurvast materiaal bevatten deeltjes van een oxideer-baar materiaal, zoals koolstof of silicium, met het oog op het tegengaan van de diffusie van zuurstof door de vuurvaste wand, of voor andere doeleinden; bijvoorbeeld worden basische magne-siumoxide-vuurvaste materialen, die tot en met 10 gewichtspro-cent koolstofdeeltjes bevatten, in de staalindustrie gebruikt voor bepaalde convertors. Indien het noodzakelijk wordt om een dergelijke vuurvaste wand te repareren, is het wenselijk te verzekeren dat de reparatie eveneens een bepaald gedeelte van oxideerbaar materiaal bevat. Een dergelijke reparatie kan worden bewerkstelligd door een keramische smelttechniek. Een dergelijke techniek vormt het onderwerp van Glaverbel's Britse octrooischrift nr. 2.190.671.

Dus in sommige voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding omvatten de in de dragergasstroom uitgestroomde deeltjes, deeltjes van een oxideerbaar materiaal, dat als zodanig in de smeltmassa moet worden ingebouwd en de gordijnstroom is in wezen vrij van beschikbaar zuurstof. De aanname van dit kenmerk heeft het effect van het in wezen voorkomen van de meevoering van additionele zuurstof, óf van het gasgordijn óf van de omgevingsatmosfeer, in de beginnende smeltmassa bij de reactiezone, en dit kan de verbranding van een dergelijk oxideerbaar materiaal remmen, zodat de opbrengst van oxideer-baar materiaal, dat als zodanig in de afgezette smeltmassa blijft, wordt verhoogd.

Met voordeel omvat het brandstofmateriaal één of meerdere van de materialen in de groep bestaande uit: Aluminium, silicium, magnesium, zirkonium en chroom. Dergelijke materialen zijn alle in staat om te worden verbrand onder het opleveren van intense hitte en het vormen van een vuurvast oxide. Dergelijke elementen kunnen alleen of in een mengsel, zoals vereist, worden gebruikt. Verder kunnen legeringen van dergelijke materialen worden gebruikt. De vorming van een legering van een element, dat erg gemakkelijk en snel verbrand met een ander element, dat meer weerstand biedt tegen verbranding, verzekert een innig mengsel van die elementen, en door geschikte selectie van de legeringsbestanddelen kan een meer stabiele reactie, welke met een meer wenselijke reactiesnelheid voortgaat, worden bereikt.

Met voordeel hebben tenminste 50% op gewichtsbasis van de brandstofdeeltjes een korrelgrootte van minder dan 50 /zm, en bij voorkeur tenminste 90% op gewichtsbasis van de brandstofdeeltjes hebben een korrelgrootte van minder dan 50 /zm. De gemiddelde korrelgrootte kan bijvoorbeeld kleiner zijn dan 15 /zm, en hun maximum korrelgrootte minder dan 100 /zm en bij voorkeur minder dan 50 /zm. De brandstofdeeltjes oxideren aldus gemakkelijk en daardoor wordt de ontwikkeling van een intensieve hitte-energie in een kleine ruimte vergemakkelijkt alsmede het bereiken van een goede smelt tussen de deeltjes van het vuurvaste materiaal. De kleine grootte van deze brandstofdeeltjes bevordert ook hun volledige verbranding en derhalve de homogeniteit van de gevormde massa.

De voorkeur wordt gegeven aan de vorming van keramische smeltmassa's van in het bijzonder hoge vuurvast-kwali-teit, en in dat opzicht verdient het de voorkeur dat tenminste het grootste gedeelte, op basis van gewicht, van de geprojecteerde vuurvaste deeltjes uit aluminiumoxide en/of zirkonium-oxide, of uit magnesiumoxide en/of aluminiumoxide bestaat.

De uitvinding strekt zich verder uit naar een keramische smeltmassa, wanneer gevormd door middel van een werkwijze overeenkomstig de uitvinding, en het omvat eveneens apparatuur, die speciaal geschikt is voor de uitvoering van de werkwijze.

Dienovereenkomstig omvat de onderhavige uitvinding een lans, welke een uitlaat omvat voor de uitstroming van een keramisch smeltpoeder in een dragergas, langs een uitstro-mingspad naar een oppervlak voor de uitvoering van een keramische smeltwerkwijze, met het kenmerk, dat een dergelijke lans een tweede uitlaat of groep van tweede uitlaten omvat, voor de uitstroming van gas, en de genoemde tweede uitlaat of uitlaat-groep, welke zo gevormd en gerangschikt is en zodanig zowel axiaal als radiaal met betrekking tot de poederuitlaat ruimtelijk georiënteerd is, dat gas kan worden uitgestroomd uit de genoemde tweede uitlaat of uitlaatgroep om zo een in wezen continu gordijn te vormen dat het poederuitstromingspad omringt en in het algemeen parallel daaraan is.

De lans van de uitvinding is eenvoudig en maakt het gemakkelijk mogelijk om een gasgordijn te vormen rondom de inslagzone van de dragergasstroom en meegevoerd poeder, dat uitgestroomd is uit de poederuitlaat. Deze lans van de uitvinding verschaft de smeltbedieningsvakman een aanvullende beheersingsparameter, die het hem mogelijk maakt om een keramische smelt van hoge kwaliteit te bereiken.

Het gordijngas kan worden uitgestroomd uit een groep van sproeiopeningen, gerangschikt rondom de poederuitlaat, maar bij voorkeur is een dergelijke tweede uitlaat voor de uitstroming van gordijngas een continue ringvormige uitlaat. Dit is een eenvoudige, gemakkelijke en doelmatige wijze voor het handhaven van een gasgordijn rondom de dragerstroom, welke het oxiderende gas en het deeltjesmengsel omvat. Een dergelijke ringvormige uitlaat hoeft niet strikt cirkelvormig te zijn. In feite kan het een rechthoekige vorm hebben, indien gewenst.

Teneinde het meest doelmatige gasgordijn rondom het dragergas en de meegevoerde deeltjes te vormen, dient het dragergas uit één of meerdere uitlaten te worden uitgeworpen, welke ruimtelijk is of zijn verwijderd van de dragergasuitlaat (-uitlaten), maar de verschillende uitlaten dienen niet te ver uit elkaar verwijderd te zijn. De optimale ruimte hangt in grote mate af van de schaal van bewerkingen, waarin de lans bedoeld is om te worden gebruikt.

Sommige lansen overeenkomstig de uitvinding zijn primair bedoeld voor reparaties op kleine tot middelmatige schaal, of waar tijd geen kritische factor is, en de lans een dragergasuitlaat heeft met een diameter van tussen 8 mm en 25 mm, of een uitlaatgroep met een vergelijkbaar samengesteld uitlaatgebied. Het (samengestelde) dwarsdoorsnedegebied van dergelijke uitlaten zal dus tussen 50 en 500 mm2 zijn. Dergelijke lansen zijn geschikt voor het projecteren van keramisch smeltpoeder bij snelheden van 30 tot 300 kg/h. In sommige van dergelijke voorkeursuitvoeringsvormen, waarin een dergelijke poederuitlaat een samengesteld oppervlak heeft van tussen 50 en 500 mm2, is de of iedere genoemde tweede uitlaat ruimtelijk van de poederuitlaat verwijderd met een afstand van tussen 5 en 20 mm.

Andere lansen overeenkomstig de uitvinding zijn primair bedoeld voor reparaties op grote schaal of snelle reparaties, en de lans heeft een enkele dragergasuitlaat of een groep van dragergasuitlaten, met een dwarsdoorsnedegebied van tussen 300 en 2300 mm2. Dergelijke lansen zijn geschikt voor het projecteren van keramisch smeltpoeder bij snelheden van tot en met 1000 kg/h, of zelfs meer. In sommige van dergelijke voorkeursuitvoeringsvormen, waarin een dergelijk poederuitlaat een samengesteld oppervlak heeft van tussen 300 en 2300 mm2, is de of iedere genoemde tweede uitlaat ruimtelijk van de poederuitlaat verwijderd door een afstand van tussen 10 en 30 mm.

De aanname van één of andere van deze ruimtelijke af-standsgebieden tussen het dragergas en de gordijngasuitlaten, bevordert de vorming van een heldere en scherp-begrensde barrière tussen de keramische smeltreactiezone en de omgevings-atmosfeer, onder het mogelijk maken van het in wezen vermijden van iedere interferentie tussen de verschillende gasstromen.

In sommige voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding houdt een dergelijke lans een mantel in, die aangepast is voor de circulatie van koelmiddel. Het voorkeurskoelmiddel is water met betrekking tot zijn thermische capaciteit en goede beschikbaarheid. Een dergelijke watermantel kan zo gelocali-seerd zijn om een centrale buis of buizen voor de voeding van dragergas en keramisch smeltpoeder te omringen, terwijl het zelf omringd wordt door een cirkelvormige passage voor het transport van gordijngas. De watermantel kan gemakkelijk tot een dikte geconstrueerd worden, welke zodanig is om iedere ? gewenste ruimte tussen de dragergasuitlaat (-uitlaten) en de gordijngasuitlaat te verzekeren. Alternatief, of bovendien kan er een watermantel zijn, die alle gasuitstromingsbuizen van de lans omringt. In ieder geval zal in het algemeen de temperatuur van het uitgestroomde gordijngas, en wanneer de reparatie van ovens bij in wezen hun bedrijfstemperatuur beschouwd wordt, aanzienlijk lager zijn dan de omgevingstemperatuur in de oven, en het kan op een temperatuur zijn welke ruwweg overeenkomt met die van het dragergas.

Het voordelige effect dat dit heeft op de vorming van een keramische smeltmassa is reeds verklaard. Daarnaast betekent de voorziening van een koelmantel dat de lans in een omgeving met een hoge temperatuur, zoals die binnen een oven of een andere vuurvaste structuur op zijn bedrijfstemperatuur, gedurende aanzienlijke tijdsperioden kan blijven, zonder oververhit te raken. Dit heeft voordelen vanwege bewerkings-rede-nen, en het helpt ook om de bruikbare levensduur van de lans te verlengen.

Bij voorkeur is het gebied van de tweede uitlaat of uitlaatgroep tussen 2/3 van en drie keer het oppervlak van de poederuitlaat. Een dergelijke tweede uitlaat (-groep) -oppervlak is voordelig voor de uitstroming van een gordijngasstroom bij de optimale gordijngasstroom-specifieke snelheid, in voldoende volume teneinde een doelmatig gasgordijn te verschaffen.

Voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding zullen nu bij wijze van voorbeeld en met verwijzing naar de begeleidende tekeningen worden beschreven, waarin:

Fig. 1 een tekening is van de sproeizone op een sub-straatoppervlak tijdens de uitvoering van de werkwijze van de uitvinding; fig. 2 een schematische en gedeeltelijke doorsnede is door een sproeilans van de uitvinding; fig. 3 een tekening is van een erosieproef, uitgevoerd op vuurvaste massa's.

In fig. 1 vertegenwoordigt aanduiding 1 een doel-gedeelte van het oppervlak van het substraat waarop het gewenst is een vuurvaste keramische smeltmassa te vormen door het besproeien van dit oppervlak met een dragergasstroom, die oxiderend gas en een mengsel van vuurvaste deeltjes en brandstof omvat. De dragergasstroom slaat op het oppervlak 1 in de tekening bij een inslagzone 2. Overeenkomstig de uitvinding wordt het oppervlak 1 gelijktijdig besproeid met één of meerdere perifere gasstralen, die de inslagzone 2 omringen, teneinde een gasgordijn rondom de inslagzone 2 te vormen. Fig. 1 vertoont in schematische vorm de doorsnede van dit gasgordijn met het oppervlak 1 bij een cirkelvormige zone 3, welke nauw de inslagzone 2 omringt. Het is duidelijk dat de ringvormige zone 3 in de praktijk enigszins ruimtelijk verwijderd kan zijn van de inslagzone 2, of in tegenstelling daarmee dat de ringvormige zone 3 en de inslagzone 2 gedeeltelijk elkaar wederzijds kunnen doordringen.

In fig. 2 omvat de sproeikop 4 van de lans 5 een centrale uitlaat 6 voor het sproeien van de dragergasstroom 7, die het mengsel van deeltjes, gedispergeerd in het oxiderende gas, omvat. In plaats van een enkele centrale uitlaat 6 kan de lans een groep van verschillende uitlaten omvatten voor het sproeien van de dragergasstroom 7. Een sproeilans, die een uitlaatgroep van dit type omvat, is beschreven en zijn rechten voor aangevraagd in bijvoorbeeld Glaverbel’s Britse octrooi-schrift nr. 2.170.122. De lanskop 4 omvat ook, in overeenstemming met de uitvinding, gordijngas-sproeihulpmiddelen. In de uitvoeringsvorm, zoals te zien in fig. 2, omvatten de gordijngas-sproeihulpmiddelen een ringvormige uitlaat 8, welke de centrale uitlaat 6 omringt en van deze ruimtelijk is verwijderd, teneinde een in wezen continue ringvormige gasstroom 9 te sproeien. De gasstroom 9 vormt het gasgordijn 3', welke het oppervlak 1 in een ringvormige zone 3 treft. In een specifiek voorbeeld is het oppervlak van de ringvormige uitlaat 8 enigszins meer dan het dubbele van het oppervlak van de centrale uitlaat 6. Het mengsel van deeltjes, gedispergeerd in het oxiderende gas, wordt ingebracht via de voedingsbuis 10 en het gas van de gordijngasstraal via de pijp 11. De lans 5 omvat ook een externe koelring 12 met een koelwaterinlaat en -uitlaat. Fig. 2 toont eveneens een koelring 13, met een koelwaterinlaat en -uitlaat, welke de ringvormige uitlaat 8 ruimtelijk verwijderd houdt van de centrale uitlaat 6. Deze koelring kan echter worden weggelaten, indien zo gewenst, en vervangen worden door een enkel klein inzetstuk, hetgeen het mo- gelijk maakt om de ringvormige uitlaat 8 ruimtelijk verwijderd f te houden van de centrale uitlaat 6, bijvoorbeeld met 7 mm.

Fig. 3 is een schema van een erosieproef op een vuurvaste keramische smeltmassa. Een prismatische staaf 14, gesneden uit de te onderzoeken vuurvaste massa, wordt gedeeltelijk ondergedompeld in een gesmolten glasbad 15 bij 1550eC, bevat in een smeltkroes (niet aangegeven). Deze temperatuur is hoger dan de hoogste temperatuur welke normaal gebruikt wordt voor natronkalkglas (normaal raamglas) in een glassmeltoven. De staaf wordt ondergedompeld gehouden en zijn mate van verwering na 16 uur onderzocht.

Voorbeeld 1

De tankblokken van het smeltende eind van een glassmeltoven moet worden gerepareerd zonder het koelen van de oven. Deze blokken zijn in hoge mate geërodeerd, in wezen op de plaats van het oppervlak van het gesmolten glasbad waar "flux line-corrosie" heeft plaatsgevonden. Deze tankblokken zijn zeer vuurvaste elektro-versmolten stenen, gebaseerd op aluminiumoxide en zirkoniumoxide, waarvan de samenstelling op gewichtsbasis 50-51% aluminiumoxide, 32-33% zirkoniumoxide, 15-16% siliciumoxide en ongeveer 1% natriumoxide omvat, en welke een ware dichtheid van 3,84 hebben. Teneinde toegang tot dit oppervlak voor reparatie te hebben, werd het niveau van het gesmolten glas met ongeveer 20 cm verlaagd. Teneinde de reparatie uit te voeren werd een dragergasstroom, welke oxiderend gas en een mengsel van vuurvaste deeltjes en brandstof omvatte, op het hete tankblok gesproeid. Het mengsel van deeltjes omvatte 40-50% Zr02, 38-44% A1203, te zamen met 12% brandstof, bestaande uit 8-4% Al en 4-8% Si, alle op gewichtsbasis van het totale mengsel. De siliciumdeeltjes waren korrels met een gemiddelde grootte van 6 /m en een specifiek oppervlakte-gebied van 5000 cm2/g. De aluminiumdeeltjes waren korrels met een gemiddelde grootte van 5 μια. en een specifiek oppervlakte-gebied van 4700 cm2/g. De maximale korrelgrootte van de aluminium- en siliciumdeeltjes overschreed de 50 μιη niet. De silicium- en aluminiumdeeltjes verbrandden onder het afgeven van voldoende hitte, teneinde de vuurvaste deeltjes tenminste gedeeltelijk te smelten, zodat ze te zamen werden verbonden.

De vuurvaste deeltjes van zirkoniumoxide hadden een gemiddelde korrelgrootte van 150 μια en de vuurvaste deeltjes van alumini-umoxide hadden een gemiddelde korrelgrootte van 100 μια.

Teneinde de weerstand tegen corrosie door glas op de vuurvaste massa, die gevormd was op het oppervlak van de oven-tankblokken, te onderzoeken, werd eerst een vuurvaste massa gevormd op het oppervlak van een reservetankblok, verhit tot 1500°C in een proefoven, onder het toepassen van de werkwijze van de uitvinding. Voor deze proef werd gebruik gemaakt van 8 gewichtsprocent Si en 4 gewichtsprocent Al in het mengsel.

Het mengsel van deeltjes, gedispergeerd in het oxiderende gas, werd door middel van de lans 5, zoals te zien in fig. 2, gesproeid. Het werd ingevoerd via de voedingsbuis 10. De centrale poederuitlaat 6 was cirkelvormig en had een oppervlak van 113 mm2. Het mengsel werd gesproeid met een stroomsnelheid van 30 kg/h met zuurstof als het oxiderende gas bij een snelheid van 25 Nm3/h. De dragergasstroom 7, welke het deeltjesmengsel en het oxiderende gas omvatte, trof het te behandelen oppervlak 1 bij een inslagzone 2. Overeenkomstig de uitvinding werd dit oppervlak 1 eveneens besproeid met een gordijngasstraal, welke een gasgordijn 3' vormde rondom de inslagzone 2. In dit voorbeeld werd de gordijngasstraal gevormd door zuiver zuurstof, gesproeid door de cirkelvormige uitlaat 8 bij een stroomsnelheid van 40 Nm3/h in de vorm van een cirkelvormige gasstroom 9, die de dragergasstroom 7 omringde langs zijn pad van de kop 4 van de lans 5 naar de inslagzone 2. De cirkelvormige uitlaat 8 had een cirkelvormige dwarsdoorsnede en een oppervlak van 310 mm2. De cirkelvormige uitlaat 8 was 13 mm afgelegen van de poederuitlaat 6.

Tijdens de uitvoering van de werkwijze verschafte het gasgordijn 3' een aanvullend ingrijpingshulpmiddel op de ontwikkeling van de keramische smeltreactie en de vorming van de vuurvaste massa. De keramische smeltreactie was stabiel en relatief goed begrensd. De ware porositeit van de gevormde massa was 9% en zijn schijnbare porositeit 1,5%. Zoals de uitdrukkingen in deze beschrijving worden gebruikt, wordt "schijnbare porositeit" gemeten door middel van een werkwijze die analoog is aan onderdompeling en dus slechts rekening houdt met open poriën in het vuurvaste materiaal: "ware porositeit" houdt ook rekening met alle gesloten poriën in het vuurvaste materiaal. De schijnbare dichtheid van de gevormde vuurvaste massa, dat wil zeggen de dichtheid van de massa met zijn poriën, was 3,5. De ware of absolute dichtheid van deze massa, dat wil zeggen de dichtheid van het vuurvaste matrixmateriaal zelf, gemeten op een monster dat fijn vergruisd was, teneinde de invloed van de poriën te elimineren, was 3,85.

Een prismatische staaf 14 (fig. 3) van 20 x 20 x 120 mm werd uit deze vuurvaste keramische smeltmassa gesneden.

Deze proefstaat werd gedeeltelijk ondergedompeld gehouden in een bad 15 van gesmolten glas bij 1550°C, bevat in een smeltkroes (niet aangegeven). De mate van verwering van de staaf na 16 uur werd aangetekend.

Bij wijze van vergelijking werd een controlemonster van ieder type grootte bereid en werd gedeeltelijk ondergedompeld gehouden in hetzelfde gesmolten glasbad bij dezelfde temperatuur . Teneinde de vergelij king te vergemakkelij ken, zijn de tekeningen van het controlemonster en de proefstaaf boven elkaar weergegeven in fig. 3. Het controlemonster was een prismatische staaf, welke uitgesneden was uit een vuurvaste massa, die op dezelfde wijze gevormd was als de vuurvaste massa van voorbeeld 1, behalve dat de gordijngasstraal werd weggelaten, dat wil zeggen een vuurvaste keramische smeltmassa, gevormd door een methode die buiten het bereik van de uitvinding valt. De op deze wijze gevormde vuurvaste massa had een ware porositeit van 19,7% en een schijnbare porositeit van 3,5%. Het had een schijnbare dichtheid van 3,03 en een absolute dichtheid van 3,77.

Na 16 uur had de staaf 14 van het controlemonster een vorm aangenomen die door middel van de onderbroken lijn 16 schematisch is weergegeven. Er valt uit te zien, dat het ondergedompelde gedeelte 17 van de staaf 14 aanzienlijke corrosie had ondergaan, als resultaat van zijn onderdompeling in het glasbad. De randen van het prisma waren afgerond. Er valt te zien, dat het oppervlak 18 van het gesmolten glasbad 15 het monster aanzienlijk had geërodeerd, en het een bijzondere "flux line-corrosie" -vorm gegeven op de zone die aangegeven is door het verwijzingsnummer 19. De diameter van de staaf bij het centrum van de "flux line-corrosie" was gereduceerd tot ongeveer 1/3 van zijn normale waarde.

De staaf 14, gesneden uit de gevormde vuurvaste massa door middel van de uitvoering van de werkwijze volgens de uit- vinding, had na 16 uur de vorm aangenomen zoals weergegeven is door de onderbroken lijn 20. De erosie van het ondergedompelde gedeelte was klaarblijkelijk kleiner. De randen van het prisma waren niet afgerond tot een grote mate. De "flux line-corro-sie" 19 was veel minder uitgesproken dan bij het controlemon-ster. De diameter van de staaf bij het centrum van de "flux line-corrosie" was gereduceerd tot slechts ongeveer 2/3 van zijn normale waarde. Het gebruik van de werkwijze van de uitvinding maakt dus de produktie mogelijk van een vuurvaste massa, welke veel meer resistent is tegen erosie dan de massa gevormd door de voorgaande werkwijze. Microscooponderzoek van een sectie van de staaf toonde ook aan dat er ook praktisch geen overgebleven metaalfasen waren, aangevende dat de oxidatie van de metaaldeeltjes praktisch volledig was. Deze factor is zeer gunstig voor een vuurvaste massa, welke in contact moet komen met gesmolten glas, en het is bekend dat het contact van metaalfasen met het gesmolten glas de ontwikkeling van bellen in het glas kan veroorzaken.

Voorbeeld 2

Als een variant van fig. 1 werd een vuurvaste keramische smeltmassa geproduceerd op dezelfde wijze als in voorbeeld 1, behalve dat de zuurstofstroomsnelheid van de drager-gasstroom 7 30 Nm3/h was, en de zuurstof stroomsnelheid van de gordijngasstraal 9 20 Nm3/h was. De gevormde vuurvaste keramische smeltmassa had een schijnbare porositeit van 2%, een ware porositeit van 8,3%, een schijnbare dichtheid van 3,56 en een ware dichtheid van 3,88.

Een prismatische staaf 14 werd gesneden uit deze keramische smeltmassa en gedeeltelijk ondergedompeld in het gesmolten glasbad 15, dat in een smeltkroes zat. Na 16 uur toonde de erosietest aan, dat de erosie soortgelijk was aan die van de keramische smeltmassa van voorbeeld 1. De staaf had de vorm aangenomen zoals te zien is door middel van de onderbroken lijn 20. Microscooponderzoek van een sectie van deze staaf toonde eveneens aan, dat er in de praktijk geen overgebleven metaalfasen waren.

Voorbeeld 3

Een vuurvaste keramische smeltmassa werd geproduceerd op dezelfde wijze als in voorbeeld 1, behalve dat de gordijn-gasstraal 9 gevormd werd door middel van kooldioxide, ge-sproeid met een stroomsnelheid van 20 Nm/h en de zuurstof van de dragergasstroom 7 werd gesproeid bij een stroomsnelheid van 30 Nm3/h. Er werd eveneens aangenomen dat de keramische smelt-reactie stabiel was en relatief goed begrensd. De gevormde vuurvaste keramische smeltmassa had een schijnbare porositeit van 1,5%, een ware porositeit van 4,6%, een schijnbare dichtheid van 3,5 en een absolute dichtheid van 3,67.

Een prismatische staaf 14 werd gesneden uit deze keramische smeltmassa en gedeeltelijk ondergedompeld in het gesmolten glasbad 15, dat in een smeltkroes zat. Na 16 uur toonde de erosietest aan, dat de erosie soortgelijk was aan die voor de keramische smeltmassa van voorbeeld 1. De staaf had in wezen de vorm aangenomen zoals weergegeven door de onderbroken lijn 20.

Voorbeeld 4

Een vuurvaste keramische smeltmassa werd geproduceerd op dezelfde wijze als in voorbeeld 1, behalve dat het gasgordijn 9 gevormd werd door middel van stikstof, gesproeid bij een stroomsnelheid van 18 Nm3/h, en de zuurstof van de dragergasstroom 7 werd gesproeid bij een stroomsnelheid van 30 Nm3/h. Er werd eveneens aangenomen dat de keramische smeltreactie stabiel was en relatief goed begrensd. De gevormde vuurvaste keramische smeltmassa had een schijnbare porositeit van 2,5%, een schijnbare dichtheid van 3,5 en een ware dichtheid van 3,69.

Een prismatische staaf 14 werd uit deze keramische smeltmassa gesneden en gedeeltelijk ondergedompeld in het gesmolten glasbad 15, dat in een smeltkroes zat. Na 16 uur toonde de erosietest aan, dat de erosie soortgelijk was aan die voor de keramische smeltmassa van voorbeeld 1. De staaf had in wezen de vorm aangenomen zoals weergegeven door de onderbroken lijn 20.

Voorbeeld 5

Het volgende mengsel, op gewichtsbasis, werd gebruikt om een verstevigingsreparatie uit te voeren aan een ovengewelf, gevormd door siliciumoxidestenen bij een temperatuur van ongeveer 1500°C: 87% vuurvaste siliciumoxidedeeltjes, 12% brandbare siliciumdeeltjes en 1% brandbare aluminiumdeeltjes. De silicium- en aluminiumdeeltjes hadden ieder een gemiddelde korrelgrootte van minder dan 10 μπι, het specifieke oppervlak-tegebied van het silicium was 4000 cm2/g en dat van het aluminium 6000 cm2/g. De maximum korrelgrootte van de aluminium-en siliciumdeeltjes kwam niet uit boven de 50 μπι.

Dit mengsel werd gesproeid onder het toepassen van de werkwijze van de uitvinding. Het deeltjesmengsel werd ingébracht met zuiver zuurstof via de toevoerbuis 10 bij een snelheid van 35 kg/h materiaal en 25 Nm3/h zuurstof voor het sproeien in de vorm van de dragergasstroom 7. In overeenstemming met de uitvinding werd het te behandelen doeloppervlak 1 ook besproeid met een gordijngasstraal, welke een gasgordijn 3' rondom de inslagzone 2 vormde. In dit voorbeeld werd de gordijngasstraal gevormd door zuiver zuurstof, gesproeid met een stroomsnelheid van 30 Nm3/h in de vorm van een gordijngasstraal 9, die de dragergasstroom 7 omringde langs zijn pad van de kop 4 van de lans 5 naar de inslagzone 2. Geen niet-ver-brand metaal werd in de praktijk gevonden in de gevormde keramische smeltmassa.

Bij wijze van vergelijking werd een vuurvaste keramische smeltmassa gevormd door het besproeien van hetzelfde mengsel als hierboven bij een snelheid van 30 kg/h met een zelfde zuurstofstroomsnelheid van 25 Nm3/h. Voor deze vergelijking werd echter de gordijnstraal van zuurstof weggelaten.

Tijdens de uitvoering van de werkwijze van de uitvinding werd er waargenomen, dat het gasgordijn 3' een aanvullende ingrijpingshulpmiddel verschafte voor het beheersen van de vorming van de vuurvaste keramische smeltmassa, welke niet bestond in het geval van de vergelijkende proef. Bovendien isoleerde het gasgordijn 3· de inslagzone 2 zodanig, dat de atmosferische turbulentie, tengevolge van de werking van de oven tijdens de reparatie, praktisch geen effect had op de vorming van de vuurvaste keramische smeltmassa. De keramische smeltmassa was meer stabiel en beter begrensd, en vond niet met tussenpozen plaats.

Voorbeeld 6

Een koperconvertor, die gebruik wordt in de non-ferro-metaalindustrie, moest worden gerepareerd. Dezelfde werkwijze als in voorbeeld 5 werd gebruikt, behalve dat het mengsel de volgende samenstelling op gewichtsbasis had: 40% chroomoxide-deeltjes, 48% magnesiumdeeltjes en 12% aluminiumdeeltjes. De aluminiumdeeltjes hadden een nominale maximale korrelgrootte van 45 μτα en een specifiek oppervlaktegebied van meer dan 3000 cm2/cj· De vuurvaste deeltjes hadden alle een maximale grootte van minder dan 2 mm. Dit voorbeeld toonde ook aan, dat als resultaat van de uitvoering van de uitvinding, het gasgordijn een aanvullend ingrijpingshulpmiddel voor het beheersen van de ontwikkeling van de keramische smeltreactie en de vorming van de vuurvaste keramische smeltreactie verschafte. De keramische smeltreactie was stabiel en goed begrensd.

Bij wijze van variant werd de cirkelvormige uitlaat 8 van de sproeikop 4 vervangen door een serie injectoren, die gasstromen sproeiden, en samenkomende om het gasgordijn 3' te vormen. Zeer goede resultaten werden ook bereikt met deze sproeilans.

Voorbeeld 7

Het was wenselijk om een vuurvaste keramische smelt-massa te vormen, met een samenstelling die zo dicht mogelijk lag bij die van het basis vuurvaste materiaal van een wand van een convertor in een staalfabriek, gevormd door magnesium-koolstofstenen, die 90 gewichtsprocent magnesiumoxide en 10 gewichtsprocent koolstof omvatten. De wand was op een temperatuur van 900eC. Deze stenen werden besproeid met een deeltjes-mengsel, omvattende deeltjes die koolstof bevatten. Het mengsel werd met een snelheid van 500 kg/uur gesproeid in een oxiderend gas-dragergasstroom, die 70 volumeprocent zuurstof bevatte. Het mengsel had de volgende samenstelling op gewichtsbasis:

MgO 82%

Si 4%

Al 4% C 10%.

De siliciumdeeltjes hadden een gemiddelde diameter van 10 μια en een specifiek oppervlaktegebied van 5000 cm2/g.

De aluminiumdeeltjes hadden een gemiddelde diameter van 10 μια. en een specifiek oppervlaktegebied van 8000 cm2/g. De koolstof-deeltjes waren deeltjes, gevormd door het vergruizen van cokes en hun gemiddelde diameter was 1,25 mm. De magnesiumoxidedeel-tjes hadden een gemiddelde diameter van 1 mm. Overeenkomstig de uitvinding werd een gasgordijn gevormd rondom de inslagzone van de dragergasstroom, omvattende de deeltjes, gedispergeerd in het oxiderende gas op de wand van de convertor door het sproeien van kooldioxide bij een stroomsnelheid die 50% hoger was dan de stroomsnelheid van het oxiderende gas, teneinde een gasgordijn te vormen rondom deze dragergasstroom. Er werd waargenomen dat tijdens de uitvoering van de werkwijze de keramische smeltreactie stabiel was en goed begrensd. De gesproeide koolstofdeeltjes oxideerden niet volledig, zodat de gevormde keramische smeltmassa ongeveer 5% koolstof bevatte. Zonder het gasgordijn, gevormd door de kooldioxidestraal, bevatte de gevormde keramische smeltmassa slechts ongeveer 3% koolstof.

In een variant-uitvoeringsvorm van de lans voor de uitstroming van keramisch smeltpoeder bij een snelheid van tussen 900 kg/h en 1000 kg/h, is er een centrale poederuit-stromingsuitlaat 6 met een diameter van 53 mm en derhalve een oppervlakte van 2206 mm2. De lans omvatte eveneens een continue cirkelvormige gordijngasuitstromingsuitlaat met een oppervlakte van 1979 mm2, op 13 mm afstand gelegen van de poederuit-stromingsuitlaat, bijvoorbeeld door middel van een aangepaste koker op het eind van de centrale buis of door middel van een koelring 13. De lans omvatte ook een externe koelring 12.

Claims (20)

1. Keramisch smeltpoeder, dat een mengsel van vuurvaste deeltjes en deeltjes van een brandstofmateriaal omvat, dat in staat is om geoxideerd te worden, teneinde een vuurvast oxide te vormen, wordt geprojecteerd tegen een oppervlak in één of meerdere dragergasstromen, welke tenminste voldoende zuurstof bevat voor de in wezen volledige oxidatie van de brandstofdeeltjes, waarbij voldoende warmte wordt vrijgemaakt voor tenminste het aan het oppervlak smelten van de geprojecteerde vuurvaste deeltjes en een keramische smeltmassa wordt gevormd tegen het genoemde oppervlak onder de oxidatiehitte van de brandstofdeeltjes, met het kenmerk, dat tenminste één additionele gasstroom tegen het genoemde oppervlak wordt geprojecteerd, om zo een in wezen continu gasgordijn te vormen, dat de genoemde dragergasstroom of -stromen omringt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin het gasgordijn als een ringvormige stroom wordt geprojecteerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin het dragergas uit een uitlaat wordt uitgeworpen met een oppervlakte van tussen 50 en 500 mm2 en het gasgordijn uit één of meerdere uitlaten wordt uitgeworpen, ruimtelijk van de dragergas-uitlaat afgelegen met een afstand van tussen 5 en 20 mm.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin het dragergas uit een uitlaat wordt uitgeworpen met een oppervlakte van tussen 300 en 2300 mm2 en het gasgordijn uit één of meerdere uitlaten wordt uitgeworpen, ruimtelijk afgelegen van de dragergasuitlaat met een afstand van tussen 10 en 30 mm.

5. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarin de volumesnelheid van uitstroming van het gor-dijngas tenminste de helft van de volumesnelheid van uitstroming van het dragergas is.

6. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de specifieke uitstromingssnelheid (berekend bij normale druk) van het gordijngas groter is dan 1/5 van de specifieke uitstromingssnelheid van het dragergas.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarin de specifieke uitstromingssnelheid (berekend bij normale druk) van het dragergas tussen 1/5 en 3/5 van de specifieke uitstromings-snelheid van het gas is.

8. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarin de gasstromen worden uitgestroomd uit een lans, die gekoeld wordt door middel van een vloeistof die er doorheen circuleert.

9. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarin het gordijngas zuurstof omvat.

10. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 8, waarin de in de dragergasstroom uitgestroomde deeltjes, deeltjes omvatten van een oxideerbaar materiaal, dat als zodanig moet worden ingebouwd in de smeltmassa en de gordijnstroom in wezen vrij is van beschikbaar zuurstof.

11. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarin het brandstofmateriaal één of meerdere materialen omvat in de groep bestaande uit: aluminium, silicium, magnesium, zirkonium en chroom.

12. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarin tenminste 50 gewichtsprocent van de brandstof-deeltjes een korrelgrootte hebben van minder dan 50 Mm.

13. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarin tenminste het grootste gewichtsgedeelte van de geprojecteerde vuurvaste deeltjes bestaat uit aluminiumoxide en/of zirkoniumoxide öf uit magnesiumoxide en/of aluminiumoxide.

14. Keramische smeltmassa, gevormd door een werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 13.

15. Uitlaat voor de uitstroming van een keramisch smeltpoeder in een dragergas, langs een uitstromingspad naar een oppervlak voor de uitvoering van een keramische smeltwerk-wijze, met het kenmerk, dat een dergelijke lans een tweede uitlaat of groep van tweede uitlaten omvat, voor de uitstroming van gas, en de genoemde tweede uitlaat of uitlaatgroep, welke zo gevormd en gerangschikt is en zodanig zowel axiaal als radiaal met betrekking tot de poederuitlaat ruimtelijk georiënteerd is, dat gas kan worden uitgestroomd uit de genoemde tweede uitlaat of uitlaatgroep om zo een in wezen continu gordijn vormen dat het poederuitstromingspad omringt en in het algemeen parallel daaraan is. h

16. Lans overeenkomstig conclusie 15, waarin een dergelijke tweede uitlaat een continue cirkelvormige uitlaat is.

17. Lans volgens conclusie 15 of 16, waarin een dergelijke poederuitlaat een oppervlaktegebied heeft van tussen 50 en 500 mm2 en de of iedere genoemde tweede uitlaat van de H poederuitlaat ruimtelijk is verwijderd door een afstand van tussen 5 en 20 mm.

18. Lans volgens conclusie 15 of 16, waarin een dergelijke poederuitlaat een oppervlaktegebied heeft van tussen 300 en 2300 mm2 en de of iedere genoemde tweede uitlaat van de poederuitlaat ruimtelijk is verwijderd door een afstand van tussen 10 en 30 mm.

19. Lans overeenkomstig één van de conclusies 15 tot 18, waarin een dergelijke lans een aangepaste mantel omvat voor de circulatie van een koelmiddel.

20. Lans overeenkomstig één van de conclusies 15 tot 19, waarin het oppervlaktegebied van de tweede uitlaat is tussen 2/3 van en drie keer het oppervlaktegebied van de poederuitlaat.