PL166191B1 - Sposób spajania ceramicznej masy i lanca do spajania ceramicznej masy PL - Google Patents

Abstract

1 . S p osób spajania ceramicznej masy na bazie ceramicznego proszku spajalnego zawierajacego mie- szanine czastek ogniotrwalych i czastek paliwa utlenia- jacego sie z utworzeniem ogniotrwalego tlenku, który wyrzuca sie w strone powierzchni w stanie uformowa- nym w jeden lub wiele strum ieni z nosnikiem gazowym zawierajacym tlen w ilosci przynajmniej stechiometry- cznie niezbednej do calkowitego utlenienia czastek p a- liw a, z w yzw oleniem ciep la w ystarczajacego do przynajmniej powierzchniowego stopnia wyrzucanych czastek m aterialu ogniotrwalego i utworzenia ceramicz- nej masy spajanej n a powierzchni roboczej z wykorzy- staniem ciepla utleniania czastek paliwa, znam ienny tym, ze wyrzuca sie w kierunku powierzchni roboczej przynajmniej jeden dodatkowy strum ien gazowy stano- wiacy w zasadzie ciagla kurtyne gazowa rozmieszczona wokól strum ienia lub strum ieni nosnika gazowego. 13. Lanca do spajania ceramicznej m asy zawie- rajaca wylotowa dysze do wyrzucania ceramicznego proszku spajalnego w nosniku gazowym po torze w kierunku powierzchni roboczej, znam ienna tym , ze posiada co najmniej jedna druga dysze wylotowa (8) do wyrzucania gazu uksztaltow ana w postaci pierscienia i rozmieszczona z zachowaniem osiowym i promienio- wych odleglosci od wylotu (6) proszku, przy czym pole powierzchni otworu drugiej dyszy wylotowej (8) stanowi dwie trzecie do trzech pól powierzchni otworu wylotu (6) proszku. F ig 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób spajania ceramicznej masy i lanca do spajania ceramicznej masy.

Znany jest proces spajania ceramicznych wyrobów z brytyjskich opisów patentowych nr 1 330 894 i nr 2 170 191.

Spajanie masy ceramicznej wykazuje przydatność zwłaszcza w formowaniu ubytków masy ogniotrwałej na powierzchni ogniotrwałej ściany pieca lub innego urządzenia w stanie gorącym. Szczególnie korzystne jest wykorzystywanie tego rozwiązania, kiedy ściana pieca ma w zasadzie temperaturę roboczą. W szczególności jest przydatna do naprawy lub umacniania ścian albo wykładzin pieców do topnienia szkła, pieców koksowniczych, pieców cementowych lub pieców stosowanych w przemyśle petrochemicznym, bądź wysokotemperaturowych urządzeń stosowanych w metalurgii żelaza i metali nieżelaznych. Poza tym naprawy można niekiedy dokonywać nawet podczas pracy pieca. Przykładowo naprawy czerpaka szklarskiego można dokonać w normalnym cyklu roboczym materiałem ognioodpornym jak również kadzi metalurgicznej, którą można niekiedy naprawiać w czasie pomiędzy odlewaniem i ponownym wypełnianiem. Proces ten jest również użyteczny przy formowaniu elementów ogniotrwałych, a zwłaszcza dla spajania innego podłoża ogniotrwałego.

W czasie zgrzewania masy ceramicznej zazwyczaj mieszaninę cząstek ogniotrwałych i cząstek paliwa /proszek do spajania ceramiki/ ze zbiornika proszku za pośrednictwem linii wprowadza się do lancy, z której jest wyrzucana na obrabianą powierzchnię. Nośnik gazowy opuszczaj ący dyszę lancy wraz z ceramicznym proszkiem /gaz nośny/, którym może być czysty tlen /o czystości technicznej/, może zawierać domieszkę gazu w zasadzie obojętnego, takiego jak azot, lub innego gazu. W każdym przypadku, nośnik gazowy opuszczający dysze lancy z ceramicznym proszkiem masy do spajania zawiera tlen w ilości przynajmniej stechiometrycznie niezbędnej do procesu całkowitego spalania cząstek paliwa. Nie jest przy tym zupełnie istotne, aby strumień gazu, ,do którego wprowadza się ze zbiornika proszek do spajania, był o jednolitym składzie z gazem wylotowym z dyszy lancy. Co najmniej część wymaganego tlenu w nośniku gazowym wprowadza się do linii zasilającej pojedynczo lub do wielu punktów, między punktem wprowadzenia proszku i wylotem z dyszy lancy. Stosowane paliwo w zasadzie składa się z cząstek materiału utleniającego się egzotermicznie z utworzeniem ogniotrwałego produktu tlenkowego. Przykładowo paliwo może stanowić krzem, glin, magnez, cyrkon i chrom. Paliwa metaliczne mogą być stosowane oddzielnie lub w połączeniu. Paliwo spala się i wydziela ciepło służące do stapiania przynajmniej powierzchni cząstek materiału ogniotrwałego, stąd powstaje jednolita spojona ogniotrwała masa o dobrej przyczepności do formowanej powierzchni.

Praktycznie dobiera się skład ceramicznego proszku do spajania tak, aby utworzona żaroodporna masa, z której formowana jest powłoka miała w przybliżeniu ten sam skład chemiczny, co obrabiana powierzchnia ceramiczna. Sprzyja to zmniejszeniu szoku termicznego w miejscu połączenia spajanej masy i naprawianego materiału ogniotrwałego, powodowanego wahaniami temperatury pieca. Taki dobór składu proszku masy ceramicznej zapewnia również odpowiednio wysoką ogniotrwałość spajanej masy w miejscu dokonywania naprawy. Oczywiście znane jest również takie dobieranie składu ceramicznego proszku do utworzenia żaroodpornej masy do spajania, aby otrzymać miejsca naprawy lub powłoki o wyższym stopniu ogniotrwałości niż warstwa rodzima.

Formowanie ceramicznej masy ogniotrwałej w procesie spajania ceramicznego, może wiązać się z pewną porowatością struktury. Stopień tej porowatości zależy częściowo od doświadczenia operatora i od warunków, w których przeprowadzanajest operacja spajania. Taka porowatość mieści się w zakresie dopuszczalnych tolerancji, a nawet w pewnych okolicznościach może być korzystna, gdyż wysoki stopień porowatości sprzyja poprawie izolacji termicznej. Jednak nadmierna porowatość może być niepożądana w takich obszarach piecy, których warstwa ogniotrwała jest poddawana szczególnie silnemu oddziaływaniu erozji, a zwłaszcza erozyjnemu lub korozyjnemu działaniu stopionego materiału zawartego w piecu. Stopień porowatości, który jest dopuszczalny dla danego fragmentu materiału ogniotrwałego zależy od ogniotrwałości własnej tego materiału i od warunków, w których jest stosowany.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu nanoszenia powłok ogniotrwałych lub naprawy części urządzeń, zwłaszcza narażonych na intensywną erozję wynikającą z mechanicznego

166 191 lub termomechanicznego ścierania, bądź z korozji materiału ścian pod działaniem fazy ciekłej lub gazowej, albo może być efektem łącznego działania tych czynników.

Piece szklarskie stanowią urządzenia wymagające dużej odporności na intensywne działanie korozyjne. Wewnętrzna powierzchnia wanien pieców do topienia szkła, w miejscu styku z powierzchnią płynnego szkła, stanowi szczególny obszar powierzchni poddanej bardzo silnemu działaniu korozyjnemu. Erozja powierzchni wanien przebiega bardzo szybko, stąd łatwo i stosunkowo szybko osiąga w tym miejscu głębokość połowy grubości płyt. Erozja znana jest pod techniczną nazwą linią korozji na poziomie masy. Płyty wanny poddane bardzo wysokim temperaturom, takie jak płyty wanny w strefach stapiania i klarowania w piecu, są zazwyczaj wykonywane z materiałów o wysokiej ogniotrwałości, zwłaszcza z materiałów ogniotrwałych z dużą domieszką dwutlenku cyrkonu, dla zapewnienia zmniejszenia skutków korozji, muszą one być stale i energicznie chłodzone.

Innym przykładem użycia materiałów ogniotrwałych narażonych na szczególnie silną erozję są dysze odlewnicze i kadzie stosowane przy wytwarzaniu lub transporcie stopionych metali, na przykład kadzie mieszalnikowe w przemyśle żelaza i stali, piece do wytopu i rafinacji miedzi, konwertory stosowane w stalowniach lub przemyśle metali nieżelaznych. Można tu wymienić również piece cementowe.

Głównym celem rozwiązania według wynalazku jest opracowanie nowego procesu spajania ceramiki, umożliwiającego tworzenie masy spawalniczej o wysokiej ogniotrwałości, wykazującej dobrą odporność na erozję i korozję.

Sposób spajania ceramicznej masy na bazie ceramicznego proszku spajalnego zawierającego mieszaninę cząstek ogniotrwałych i cząstek paliwa utleniającego się z utworzeniem ogniotrwałego tlenku, który wyrzuca się w stronę powierzchni w stanie uformowanym w jeden lub wiele strumieni z nośnikiem gazowym zawierającym tlen w ilości przynajmniej stechiometrycznie niezbędnej do całkowitego utlenienia cząstek paliwa, z wyzwoleniem ciepła wystarczającego do przynajmniej powierzchniowego stopienia wyrzucanych cząstek materiału ogniotrwałego i utworzenie masy ceramicznej spajanej na powierzchni roboczej z wykorzystaniem ciepła utleniania cząstek paliwa. W rozwiązaniu według wynalazku wyrzuca się w kierunku powierzchni roboczej przynajmniej jeden dodatkowy strumień gazowy stanowiący w zasadzie ciągłą kurtynę gazową rozmieszczoną wokół tego strumienia lub strumieni nośnika gazowego. Kurtynę gazową wyrzuca się w postaci strumienia pierścieniowego.

W sposobie według wynalazku utrzymuje się stosunek objętościowy wydatku kurtyny gazowej w zakresie co najmniej połowy wydatku objętościowego nośnika gazowego i prędkość wypływu /obliczoną dla ciśnienia normalnego/ kurtyny gazowej w zakresie większym od jednej piątej prędkości wypływu nośnika gazowego.

W sposobie według wynalazku, korzystnie utrzymuje się prędkość wypływu /obliczoną dla ciśnienia normalnego/ kurtyny gazowej w zakresie od jednej piątej do trzech piątych prędkości wypływu nośnika gazowego, zaś strumienie gazów wyprowadza się z lancy chłodzącej przepływającym przez nią płynem.

Korzystnie w sposobie według wynalazku utrzymuje się kurtynę gazową na bazie tlenu. Korzystnie cząstki wyrzucane w strumieniu nośnika gazowego zawierają cząstki materiału utlenialnego, które bez zmiany wchodzą w skład masy spajanej, zaś strumień kurtyny utrzymuje się wolny od czynnego tlenu.

W sposobie według wynalazku stosuje się materiał paliwowy zawierający co najmniej jeden materiał z grupy obejmującej glin, krzem, magnez, cyrkon i chrom, natomiast przynajmniej 50% wagowych cząstek paliwowych ma ziarna o wielkości poniżej 50 gm. Korzystnie większa wagowo część wyrzucanych cząstek materiału ogniotrwałego składa się z tlenku glinu i/lub tlenku cyrkonu albo tlenku magnezu i/lub tlenku glinu, zaś ceramiczną masę formuje się z wyrzucanych na powierzchnię roboczą cząstek.

Lanca do spajania ceramicznej masy zawierająca wylotową dyszę do wyrzucania ceramicznego proszku spajalnego w nośniku gazowym po torze w kierunku powierzchni roboczej w rozwiązaniu według wynalazku posiada co najmniej drugą dyszę wylotową do wyrzucania gazu, ukształtowaną w postaci pierścienia i rozmieszczoną z zachowaniem osiowych i promieniowych

166 191 odległości od wylotu proszku, przy czym pole powierzchni otworu drugiej dyszy wylotowej (8) stanowi dwie trzecie do trzech pól powierzchni otworu wylotu proszku.

Lanca według wynalazku posiada płaszcz dostosowany do obiegu czynnika chłodzącego.

Pozytywnym efektemjest izolowanie przez kurtynę gazową strefy reakcyjnej przy spajaniu ceramiki w otaczającej atmosferze pieca. Zabezpieczenie przed szkodliwym wpływem atmosfery na zachodzące reakcje procesu zapewniają jednorodne warunki robocze w strefie reakcyjnej. Inną możliwością jest powodowanie przez kurtynę gazową efektu hartowania przy obniżeniu temperatury jeszcze miękkiej uformowanej warstwy materiału ogniotrwałego, co może wpłynąć korzystnie na proces chłodzenia i krystalizację spajanego materiału. Krystalizacja z kolei może powodować zmniejszenie ilości gazu, który może się wydzielać w wyjściowej spajanej masie ceramicznej, jeśli jest ona przynajmniej częściowo ciekła, a po zastygnięciu ma strukturę porowatą. Wszystkie tworzące się w uformowanej masie pory mają mniejsze wymiary i są mniej kłopotliwe. Jednakowoż ta teoria przeczy obecnemu stanowi wiedzy, zgodnie z którym nie stosuje się szybkiego chłodzenia, w celu uniknięcia problemów spowodowanych niejednorodnościami na granicach warstw osadzanych przy kolejnym przesuwaniu się lancy po obrabianej powierzchni.

Rozpylanie kurtyny gazowej wokół strumienia nośnika gazowego i tym samym wokół obszaru, w którym zachodzą reakcje spajania ceramiki i formowania spajanej masy ceramicznej będzie zakłócane reakcją egzotermiczną procesu spajania.

Odwrotnie, w praktyce zaobserwowano, że stosowanie kurtyny gazowej stanowi dodatkowy parametr do sterowania różnymi zakresami reakcji, w celu formowania masy ogniotrwałej podczas stosowania sposobu według wynalazku. Ten dodatkowy parametr sterujący, oddziaływuje na przebieg reakcji egzotermicznej, umożliwiając tym samym lepsze sterowanie formowaniem ogniotrwałej masy spajanej.

Kurtyna gazowa umożliwia zmniejszenie wpływu środowiska zewnętrznego na obszar reakcji. Obszar reakcji w związku z tym jest lepiej zabezpieczony przed zaburzeniami mogącymi występować o otaczającej atmosferze. W często spotykanym przypadku stosowany sposób podczas pracy pieca posiada obszar reakcji bardziej niezależny od zakłóceń powodowanych na przykład wskutek włączania palnika znajdującego się w pobliżu miejsca przeprowadzanej operacji. Kurtyna gazowa ułatwia również ścieśnianie mieszaniny cząstek w obszarze reakcji w celu skoncentrowania i intensyfikacji reakcji spajania ceramiki i tym samym prowadzi do tworzenia masy ogniotrwałej wysokiej jakości. Kurtyna gazowa pomaga w skupieniu wyrzucanego materiału ogniotrwałego i produktów spalania paliwa w obszarze reak<^_ji, dzięki czemu łatwo się łączą z formowaną masą spajaną. Wprowadzanie takich składników spalania do tworzonej masy ogniotrwałej nie stanowi niedogodności procesu spajania ceramiki, ponieważ produkty jako tlenki same charakteryzują się ogniotrwałymi właściwościami.

Kurtynę gazową formuje się z wylotów zestawu dysz. rozmieszczonych w pierścieniu wokół dyszy wyrzutowej proszku. Rozmieszczenie dysz musi być usytuowana w obszarze jedna blisko drugiej, zapewniając utworzenie kurtyny w postaci w zasadzie ciągłej. Najkorzystniejsze jest jednak tworzenie kurtyny gazowej z zastosowaniem dyszy pierścieniowej. Zastosowanie ciągłej dyszy pierścieniowej do wyrzucania strumienia kurtyny w postaci pierścieniowej zwiększa jej efektywność i może również, umożliwić uproszczenie konstrukcji urządzenia do stosowania sposobu według wynalazku. Wokół strumienia nośnika gazowego powstaje osłona zabezpieczająca materiał, zwłaszcza gazy, przed przenikaniem z otaczającej atmosfery gazów do strumienia nośnika stanowiącego gaz utleniający i mieszaninę cząstek. Obszar reakcji egzotermicznej i rozpylania mieszaniny w utleniającym nośniku gazowym jest tym samym izolowany od otaczającego środowiska, zapobiegając przenikaniu do niego jakichkolwiek obcych czynników i zakłóceń reakcji egzotermicznej, oraz umożliwia korzystne sterowanie tą reakcją.

Najefektywniejsze kształtowanie kurtyny gazowej w obszarze wokół nośnika z zawartymi w nim cząstkami, zapewnia jej formowanie za pośrednictwem jednej, lub więcej, dysz rozmieszczonych w określonym dystansie od wylotu dyszy nośnika gazowego. Jednak dysze nie powinny być rozmieszczone w znacznej odległości jedna od drugiej, a optymalna ich podziałka zależy w dużym stopniu od wielkości dyszy nośnika gazowego.

166 191

Zastosowanie tej czy innej odległości pomiędzy dyszami nośnika gazowego i kurtyny gazowej sprzyja tworzeniu prostej i wyraźnej bariery między obszarem reakcji spajania ceramiki w atmosferze umożliwiającej wyeliminowanie w zasadzie wszelkiego oddziaływania między różnymi strumieniami gazów przy zachowaniu ich odmiennego obszaru aż do odchylenia ich przez obrabianą powierzchnię. Korzystnie objętościowy wydatek kurtyny gazowej wynosi co najmniej połowę wydatku objętościowego nośnika gazowego. Zastosowanie takich parametrów zapewnia określony obszar efektywnej kurtyny. Wydatek gazu kurtyny powinien wynosić co najmniej dwie trzecie wydatku nośnika gazowego lub może być nawet większy od niego.

Zalecana prędkość wypływu /obliczona dla ciśnienia normalnego/ kurtyny gazowej jest większa od jednej piątej prędkości wypływu nośnika gazowego. Wydatek objętościowy gazu mierzymy w normalnych metrach sześciennych na godzinę, a prędkości wypływu gazów są wyliczane z tego wydatku objętościowego i przekroju dyszy, przez którą gaz wypływa przy założeniu, że ciśnienie gazu w strumieniu jest równe normalnemu w momencie opuszczania przez gaz dyszy. Stosowanie tych proporcji umożliwia utworzenie efektywnej kurtyny gazowej. Uzyskanie korzystnych prędkości wypływu kurtyny gazowej stanowi jedną piątą do trzech piątych prędkości wypływu nośnika gazowego. Zastosowanie tej proporcji zapewnia małe zaburzenia przepływu w strumieniu nośnika gazowego i w obszarze reakcji spajania ceramiki. Proporcja ta również zapewnia mniejszy gradient prędkości gazu międzywnętrzem strumienia i otaczającą atmosferą niż w innych przypadkach,stądsprzyja poprawieniu jakości spajania, które może wskutek tego zmniejszać rozcieńczenia nośnika gazowego i transportowanych w nim cząstek.

W niektórych korzystnych ukształtowaniach rozwiązania wynalazku, strumienie gazów wypływają z lancy chłodzącej przepływającym przez nią płynem. Tego rodzaju chłodzenie można łatwo osiągnąć zaopatrując lancę w płaszcz wodny. Taki płaszcz wodny może być rozmieszczony wokół centralnej rury, bądź rur, służących do doprowadzania nośnika gazowego i ceramicznego proszku spajalnego rozmieszczone są jednocześnie wewnątrz pierścieniowego kanału do przenoszenia gazu formującego kurtynę. Grubość płaszcza wodnego dobiera się tak, aby zapewniała wymagany odstęp między otworem z dyszy wylotowej nośnika gazowego i gazu formującego kurtynę. Korzystnie stosuje się płaszcz wodny rozmieszczony wokół wszystkich wylotowych rur rozmieszczonych w lancy. W obu przypadkach temperatura wypływającego gazu formującego kurtynę będzie zazwyczaj posiadała przy naprawie pieców jego temperaturę roboczą, znacznie niższą od temperatury wnętrza pieca, która może być zbliżoną do temperatury nośnika gazowego.

Jednym ze stałych problemów występujących w procesie spajania ceramiki jest zapobieganie obniżeniu się temperatury w obszarze styku z powierzchnią roboczą podczas formowania się masy ogniotrwałej, na przykład w wyniku nieodpowiedniego sterowania różnymi parametrami reakcji egzotermicznej. Zbytnie wychłodzenie obszaru styku może na przykład powodować chwilowe przerwy w reakcji egzotermicznej. W szczególności wiadomo, że zbytnie obniżenie tej temperatury prowadzi do tworzenia się nieregularnej i niekontrolowanej porowatości w napawanej masie ogniotrwałej, która zwykle uzyskuje wskutek tego bardziej porowatą strukturę i charakteryzuje się małą odpornością na ścieranie i korozję. Porowatość ta jest widoczna zwłaszcza wtedy, kiedy masę ogniotrwałą formuje się w kilku przejściach lancy napylającej.

Jeżeli obszar styku przemieszcza się po obrabianej powierzchni, to przynajmniej część tego miotanego stosunkowo chłodnego gazu, w ilości wystarczającej do utworzenia skutecznego ekranu wokół obszaru styku, wywołuje ochłodzenie obrabianej powierzchni bezpośrednio przed zetknięciem się jej ze spajanym materiałem. Jest to całkowicie przeciwskazane w większości technik spajania, jeśli chce się osiągnąć zadowalające wyniki. Fakt, że korzystne jest prowadzenie procesu według wynalazku, w którym doprowadza się ochłodzoną kurtynę gazową do obrabianej powierzchni wokół obszaru styku, jest bardzo nieoczekiwany. Taki strumień gazu wywołuje efekt silnego chłodzenia w obszarze styku i dlatego należałoby się spodziewać, że to chłodzenie wpłynie na tworzenie porowatej masy o małej odporności na erozję.

Stwierdzono eksperymentalnie że przeciwnie, dodatkowy parametr regulacyjny dla reakcji egzotermicznej w postaci strumienia gazowego uzyskany dzięki zastosowaniu sposobu według

166 191 wynalazku umożliwia otrzymanie zwartych, mniej porowatych mas ognioodpornych, charakteryzujących się większą odpornością na erozję niż odporność mas ceramicznych uzyskanych w znanych procesach spajania ceramiki, zwłaszcza z wykorzystaniem chłodzonej lancy.

Porowata struktura powstająca w uformowanej masie ogniotrwałej jest jednym z podstawowych czynników określających poziom odporności na erozję. Porowatość osłabia wewnętrznie strukturę ceramicznej masy ogniotrwałej, w której pory stanowią kanaliki dla penetracji czynnika erozyjnego wpływającego na właściwości uzyskanego materiału ogniotrwałego o mniejszej odporności na erozję, stąd czynnik erozyjny może działać wewnątrz masy.

Jest to jeszcze jeden aspekt, który należy brać pod uwagę. Prościej mówiąc, wyrzucane cząstki materiału ogniotrwałego powinny być rozgrzewane przynajmniej do stopnia ich powierzchni w celu utworzenia jednorodnej masy spajanej i silnie rozgrzana musi być również obrabiana powierzchnia dla umożliwienia dobrego połączenia pomiędzy nią i osadzonym materiałem. Jednak, jeżeli temperatura obrabianego obszaru jest zbyt wysoka, to powstaje niebezpieczeństwo, że materiał osadzany będzie zbyt ciekły, aby pozostać na miejscu. Niebezpieczeństwo to jest oczywiście większe przy obrabianiu powierzchni pionowych lub przewieszonych. Większe jest również niebezpieczeństwo gwałtowniejszego przebiegu reakcji przy spajaniu zachodzących w miejscu operacji. Takie gwałtowne reakcje mogąjednak być niezbędne dla podtrzymania reakcji spajania ceramiki, lub dla nagrzania obrabianej powierzchni dostatecznego do dobrego połączenia między spajaną masą ceramiczną i powierzchnią, zwłaszcza jeśli temperatura obrabianej powierzchni nie jest bardzo wysoka. Mamy tu na uwadze temperaturę poniżej na przykład 700°C. Takie temperatury mogą występować w piecach przeznaczonych do pracy z umiarkowanie wysokimi temperaturami, takich jak piece do wypalania klinkieru cementowego lub chemiczne naczynia reakcyjne. W praktyce zaobserwowano, że formowanie stosunkowo zimnej kurtyny gazowej udostępnia środki sterowania temperaturą obszaru styku. Dzięki temu łatwiejsze jest zapobieżenie płynięciu tworzonej masy ogniotrwałej w wyniku działania wysokiej temperatury w strefie styku. Jest przy tym możliwość dobrania różnych parametrów stąd reakcja egzotermiczna przebiegała intensywnie zapewniając niezawodne prowadzenie procesu i powstawanie dobrego połączenia pomiędzy osadzanym materiałem i obrabianą powierzchnią nawet, wtedy kiedy powierzchnia ma niezbyt wysoką temperaturę, podczas gdy chłodzenie obszaru styku zapobiega płynięciu tworzonej masy. Umożliwia to otrzymanie spajanej masy o dużej jednorodności.

Efekt chłodzący strumienia kurtyny może mieć wpływ na rodzaj krystalizacji, zachodzącej przy krzepnięciu masy spajanej, co może powodować określone korzyści. Dla przykładu, stopiona mieszanina krzemionki i tlenku glinowego przy powolnym stygnięciu wykazuje tendencję do tworzenia mulitu, jeżeli jednak zachodzi szybkie ochładzanie, to tlenek glinu wykrystalizowuje jako korund zatrzymany z fazie krzemionkowej bez wytworzenia mulitu. To również może zwiększać odporność wytworzonej masy na erozję.

Do formowania kurtyny gazowej nadaje się wiele gazów, a optymalny ich dobór zależy od okoliczności. Niezależnie od tego, że bardzo dobre efekty uzyskuje się stosowaniem wytwarzania gazowej kurtyny na bazie dwutlenku węgla lub azotu, to jednak w niektórych korzystnych uksztaltowaniach rozwiązania według wynalazku przewiduje się stosowanie kurtyny z gazem zawierającym tlen. Na przykład, możliwe jest użycie powietrza ze względu na jego mały koszt i powszechną dostępność. Jednak zalecane jest użycie tlenu o czystości technicznej: tlen korzystnie wprowadzany do spajania masy ceramicznej wykazuje większą skuteczność w omawianym zastosowaniu. Jeżeli kurtyna gazowa zawiera tlen, to może ona stanowić dodatkowy zapas tlenu w bezpośrednim sąsiedztwie obszaru reakcyjnego spajania ceramiki, z równoczesnym zapewnieniem całkowitego spalania cząstek stosowanego paliwa. Sprzyja to jednorodności wewnątrz spajanej masy ceramicznej i jednocześnie pazwala na pewne zmniejszenie zawartości paliwa w mieszaninie proszków do spajania. Jednak należy pamiętać, o tym, że sam nośnik gazowy zawiera ilość tlenu przynajmniej stechiometrycznie niezbędną do całkowitego spalania paliwa, stąd zastosowanie gazu stanowiącego dwutlenek węgla lub azot, w zasadzie pozbawionego wolnego tlenu daje zadowalające wyniki.

Rzeczywiście w pewnych okolicznościach stosowanie takiego gazu może być optymalne. Do pewnego rodzaju materiałów ogniotrwałych wprowadza się cząstki materiału, który się

166 191 utlenia, przykładowo węgiel lub krzem, ze względu lub krzem, ze względu na przeciwdziałanie dyfuzji tlenu przez materiał ogniotrwały, lub też z innych względów, na przykład w stalownictwie przy niektórych konwertorach stosuje się zasadowe magnezowe materiały ogniotrwałe zawierające do 10% wagowych cząstek węgla. Jeżeli zachodzi potrzeba naprawy takiego materiału ogniotrwałego, to pożądane jest uzyskanie pewności, że w miejscu naprawy zawartość materiału utleniającego się będzie podobna. Przy stosowaniu spajania ceramiki taka naprawa jest możliwa według procesu znanego z brytyjskiego opisu patentowego nr 2 190 671.

W korzystnych przykładach wykonania rozwiązania według wynalazku, w strumieniu nośnika gazowego przemieszczane są cząstki materiału o właściwościach utleniających się, które bez zmiany wnikają w skład spajanej masy a strumień kurtyny jest w zasadzie pozbawiony wolnego tlenu. Wykorzystanie tej cechy daje w efekcie prawie pewne zapobieżenie przenikania dodatkowego tlenu, zarówno z kurtyny gazowej, jak i otaczającej atmosfery, do formowanej w obszarze reakcji spajanej masy i może to powstrzymać spalaniem materiału utleniaj ącego się, stąd wzrośnie ilość tego materiału pozostająca w spajanej masie ceramicznej.

Korzystne jest, jeśli materiał paliwowy zawiera jeden lub więcej, materiał z grupy, obejmującej glin, krzem, magnez, cyrkon i chrom. Takie materiały są w stanie oddać duże ilości ciepła i tworzą ogniotrwałe tlenki. Pierwiastki te mogą być stosowane pojedynczo lub w postaci domieszek. Poza tym można stosować stopy tych materiałów. Stapianie pierwiastka, który jest bardzo łatwo zapalny i spala się gwałtownie,·' z innym, bardziej biernym, dając dokładną mieszaninę tych pierwiastków pozwala, przy starannym doborze składników stopu, na osiągnięcie bardziej stabilnego przebiegu reakcji, zachodzącej z pożądaną prędkością. Korzystne jest, jeżeli przynajmniej 50% wagowo cząstek paliwowych ma wielkość ziaren mniejszą niż 50 pm, ajest szczególnie korzystne, aby przynajmniej 90% wagowo cząstek paliwowych miało wielkość ziaren mniejszą niż 90 pm. Przeciętna· wielkość ziaren może być mniejsza niż 15 pm, wielkość maksymalna mniejsza niż 100 pm, a korzystna jest wielkość poniżej 50 pm. Cząstki paliwa dzięki temu utleniają się łatwo umożliwiając intensywne wytwarzanie energii cieplnej w małym obszarze i osiągnięcie dobrego spajania cząstek materiału ogniotrwałego. Małe wymiary cząstek paliwa sprzyjają również ich całkowitemu spajaniu, i w wyniku tego, jednorodności utworzonej masy.

Największe znaczenie przywiązuje się do tworzenia spajanych mas ceramicznych o szczególnie wysokiej ognioodporności, stąd przynajmniej większa wagowo część wyrzucanych cząstek materiału ogniotrwałego składa się z tlenku glinu i/lub tlenku cyrkonu albo tlenku magnezu i/lub tlenku glinu.

Rozwiązanie według wynalazku zapewnia formowanie ceramicznej masy spajanej za pośrednictwem urządzenia specjalnie przystosowanego do prowadzenia tego procesu. Rozwiązanie według wynalazku ma postać lancy zaopatrzonej w dyszę wylotową do wyrzucania spajalnego proszku ceramicznego przemieszczanego w nośniku gazowym po torze rozmieszczonym w stronę powierzchni roboczej dla prowadzenia procesu spajania masy ceramicznej. Lanca charakteryzuje się wyposażeniem jej w drugą dyszę wylotową lub zespół drugich dysz wylotowych do wyrzucania gazu, przy czym posiadają one konstrukcję i ukształtowanie oraz określone rozmieszczenie w kierunku osiowym i promieniowym z zachowaniem właściwych odległości od wylotu. Druga dysza wylotowa, lub kilka dysz wylotowych może formować wyrzucany gaz w ciągłą kurtynę otaczającą tor wyrzucania proszku i równoległą do niego.

^; Lanca według wynalazku posiada konstrukcję ułatwiającą tworzenie kurtyny gazowej wokół obszaru styku strumienia nośnika gazowego z proszkiem wyrzuconym z dyszy wylotowej proszku. Lanca według wynalazku stanowi narzędzie charakteryzujące się dodatkowym parametrem regulacyjnym, umożliwiającym obsłudze prowadzenie procesu spajania ceramicznego o wysokiej jakości.

Kurtyna gazowa formowana jest przez gaz wylotowy z wielu dysz rozpylających rozmieszczonych wokół wylotu proszku, korzystnie z zachowaniem drugiego wylotu do wyrzucania gazu tworzącego kurtynę uformowaną w kształcie ciągłego pierścienia.

Formowanie kurtyny gazowej utrzymane jest wokół nośnika gazowego, w którym przemieszczane są 'cząstki wyrzucane z jednego, lub wielu wylotów dyszowych z zachowaniem określonego dystansu od wylotu nośnika gazowego, zaś poszczególne wyloty jednak nie

166 191 powinny być zbytnio rozsunięte. Optymalne odległości zależą w dużym stopniu od skali operacji, w której lanca ma być użyta.

Niektóre rozwiązania lancy według wynalazku są wstępnie przeznaczone do napraw, zwłaszcza w małej i średniej skali, lub do napraw wykonywanych, wtedy, kiedy czas nie stanowi czynnika krytycznego. Wylot gazu z dyszy zamontowanej w lancy ma średnicą w zakresie 8 do 25 mm, lub wiele wylotów dyszowych o porównywalnym przekroju wylotów. Łączna powierzchnia przekroju tych wylotów dyszowych wynosi od 50 do 500 mm². Lance te przeznaczone są do wyrzucania spajalnego ceramicznego proszku w ilości 30 do 300 kg/h. W niektórych korzystnych przykładach wykonania wynalazku, w których wylot dyszowy proszku ma łączny przekrój w zakresie 50 do 500 mm2 drugie wyloty dyszowe są oddalone od otworu wylotowego proszku w zakresie 5 do 20 mm.

Inne postacie wykonania rozwiązania według wynalazku są wstępnie przeznaczone do napraw o dużej skali i posiadają pojedyncze wyloty dyszowe lub grupę wylotów dyszowych o powierzchni w zakresie 300 do 2300 mm2. Lance takie korzystnie stosowane są do wyrzucania ceramicznego proszku do spajania w ilości do 1 000 kg/h, a nawet większej w niektórych korzystnych przykładach wykonania, w których wylot dyszowy proszku ma łączny przekrój w zakresie 300 do 2 300 mm2, a każdy z tych drugich wylotów dyszowych oddalony jest od otworu wylotowego proszku w zakresie 10 do 30 mm,

Przyjęcie jednego lub drugiego zakresu odległości między dyszami wylotowymi nośnika gazowego i kurtyną gazową sprzyja utworzeniu wyraźnej bariery pomiędzy obszarem, w którym następuje reakcja procesu spajania ceramiki a otaczającą atmosferą eliminując oddziaływanie między różnymi strumieniami gazu.

W niektórych korzystnych przykładach wykonania wynalazku lanca ukształtowana jest z płaszczem dostosowanym do przepływu czynnika chłodzącego. Dobrym czynnikiem chłodzącym jest woda ze względu na jej dużą pojemność cieplną i dostępność. Płaszcz wodny może być rozmieszczony w położeniu otaczającym centralną rurę, lub rury podawania nośnika gazowego z ceramicznym proszkiem spajanym usytuowanym wewnątrz pierścieniowego kanału podającego gaz do formowania kurtyny. Płaszcz wodny stanowi konstrukcję o takiej grubości, która zapewnia zachowanie wymaganej odległości między wylotami dyszowymi nośnika gazowego i kurtyny gazowej. Płaszcz wodny może posiadać konstrukcję obejmującą wszystkie rury z wylotowymi dyszami gazu rozmieszczono w lancy. W obu przypadkach temperatura kurtyny gazowej będzie zwykle niższa, a w przypadku prowadzenia naprawy w roboczej temperaturze pieca, od temperatury wnętrza pieca, stąd może być zbliżona do temperatury nośnika gazowego.

Zastosowanie płaszcza chłodzącego lancy stanowi w pewnym sensie jego izolację dla warunków pracy w wysokiej temperaturze, na przykład wewnątrz pieca, lub innego urządzenia wysokotemperaturowego, w ciągu wymaganego okresu czasu, bez obawy przegrzania. Jest to korzystne z powodu operacyjnych, i pomaga również przedłużyć żywotność lancy.

Korzystne jest, aby pole powierzchni otworu drugiej dyszy wylotowej lub otworów dysz wylotowych wynosiło dwie trzecie do trzech pól powierzchni otworu wylotowego dla proszku. Taki drugi wylot /grupa wylotów/jest korzystny w formowaniu strumienia kurtyny gazowej przy optymalnej prędkości strumienia kurtyny gazowej, o objętości wystarczającej do wytworzenia skutecznej kurtyny gazowej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie obszar rozpylania na powierzchni podłoża, fig 2 - schematycznie lancę w częściowym przekroju, a fig. 3 - schemat testu erozyjnego stosowanego przy sprawdzaniu mas ogniotrwałych.

Na figurze 1 roboczą część powierzchni 1 podłoża, na której następuje formowanie spajanej ceramicznej ogniotrwałej masy za pośrednictwem wprowadzenia na tę powierzchnię rozpylonej w nośniku gazowym, stanowiącym środowisko utleniające mieszaniny cząstek materiału ogniotrwałego i paliwa. Strumień nośnika gazowego uderza na powierzchnię i w obszarze styku 2. W rozwiązaniu według wynalazku, powierzchnia 1 jest równocześnie omywana gazem z jednej lub wielu obwodowych dysz rozmieszczonych wokół obszaru styku 2 w celu wytwarzania kurtyny gazowej wokół tego obszaru, Przedstawiono schematycznie na fig. 1 miejsce przecięcia kurtyny gazowej z powierzchnią 1 w pierścieniowym obszarze 3 otaczającym

16(5191 sąsiedztwo obszaru styku 2. Pierścieniowy obszar 3 w pra^^t^t^re może być nieco odsunięty od obszaru styku 2 lub przeciwnie, pierścieniowy obszar 3 i obszar styku 2 mogą częściowo zachodzić na siebie.

Na figurze 2, głowica rozpylająca 4 lancy 5 zaopatrzona jest w centralny dyszowy wylot 6 do wyrzucania strumienia nośnika gazowego 7 zawieraj ącego mieszaninę cząstek rozproszonych w gazie utleniającym. Zamiast pojedynczego centralnego dyszowego otworu wylotu 6 lanca może mieć wiele dyszowych otworów wylotowych do wyrzucania strumienia nośnika gazowego 7. Lanca rozpylająca zaopatrzona w wiele dyszowych otworów wylotowych znana jest z brytyjskiego opisu patentowego. Głowica lancy 4 w rozwiązaniu według wynalazku zawiera środki do formowania kurtyny gazowej. W przykładzie wykonania z fig. 2 środki do formowania kurtyny gazowej zawierają pierścieniową dyszę wylotową 8 usytuowaną wokół, i w pewnej odległości od centralnego dyszowego otworu wylotu 6 w celu wyrzucania w zasadzie ciągłego pierścieniowego strumienia gazu 9, tworzącego kurtynę 3’, która dochodzi do powierzchni 1 w pierścieniowym obszarze 3. W specyficznym przypadku, przekrój pierścieniowy dyszy wylotowej 8 jest nieco większy od podwojonego przekroju centralnego wylotu 6. Mieszanina cząstek rozpylonych w utleniającym gazie jest wprowadzana prze rurę zasilającą 10, a gaz do kurtyny gazowej przez kanał 11. Lanca 5 zaopatrzona j.est w zewnętrzny pierścień chłodzący 12, z dopływem i odpływem wody chłodzącej. Na fig. 2 uwidoczniony jest również pierścień chłodzący 13 z dopływem i odpływem wody chłodzącej, który oddziela pierścieniową dyszę wylotową 8 od centralnego wylotu 6. Pierścień chłodzący jednak można pominąć, jeżeli nie jest to konieczne i wtedy trzeba zastąpić go przez pojedynczą małą wkładkę utrzymującą pierścieniową dyszę wylotową 8 w pewnej odległości, na przykład 7 mm od centralnego wylotu 6.

Na figurze 3 uwidoczniono schematycznie test erozyjny spajanej masy ceramicznej. Pryzmatyczna sztabka 14 odcięta od testowanej masy ogniotrwałej jest częściowo zanurzona w stopionej kąpieli szklanej 15 o temperaturze 1550°C w tyglu /nie pokazanym/. Ta temperatura jest wyższa od najwyższej temperatury zwykle stosowanej przy topieniu szkła sodowo-wapniowego /zwykłego szkła okiennego/ w piecu szklarskim. Sztabka jest utrzymana w zanurzeniu, a stopień jej zużycia sprawdzany jest po upływie 16 godzin.

Przykład I. Należy dokonać naprawy płyt kadzi części topliwej pieca szklarskiego bez jego wygaszania. Płyty są silnie skorodowane, głównie w miejscu styku z powierzchnią stopionego szkła, gdzie zachodzi linia korozji na poziomie masy. Płyty ogniotrwałe stanowią stapiane w piecu elektrycznym cegły wykonane z wysokoogniotrwałego materiału na bazie tlenku glinu i dwutlenku, zawierającego, wagowo 50-551% tlenku glinu, 32 - 33% dwutlenku cyrkonu, 15 - 16% krzemionki i około 1% tlenku sodowego i mającego gęstość względną 3,84. W celu umożliwienia dostępu do tej powierzchni dla dokonania naprawy obniżono poziom stopionego szkła o około dwadzieścia centymetrów. Dla wykonania naprawy na gorące, płyty kadzi kierowany jest strumień nośnika gazowego zawieraj ącego gaz utleniający i mieszaninę cząstek materiału ogniotrwałego i paliwa. Mieszanina cząstek zawiera wagowo 40 - 50% ZrO2, 38 - 44% AI2O3, wraz z 12% paliwa sporządzonego z 8 - 4% Al i 4 - 8% Si. Cząstki krzemu są ziarnami o przeciętnej wielkości 6 pm i powierzchni właściwej 5 000 cm²/g. Cząstki glinu są ziarnami o przeciętnej wielkości 5 pm i powierzchni właściwej 4 700 cm²/g. Maksymalna wielkość ziaren cząstek glinu i krzemu nie przekracza 50 pm. Cząstki krzemu i glinu spalają się z wytworzeniem ciepła w ilości wystarczającej do stopienia cząstek materiału ogniotrwałego, przynajmniej częściowo, tak że stapiają się one razem. Cząstki dwytlenku cyrkonu mają przeciętną wielkość ziaren 150 pm, a cząstki tlenku glinu - 100 pm.

W celu sprawdzenia odporności na spowodowaną działaniem szkła korozję masy ogniotrwałej na powierzchni płyt kadzi pieca, masa ogniotrwała początkowo była wytwarzana na powierzchni płyty zapasowej rozgrzanej do temperatury 1 500°C w piecu testowym, w którym prowadzi się proces według wynalazku. Do tego testu stosowano mieszaninę 8% wagowych Si i 4% wagowych Al.

Mieszanina cząstek rozpylonych w gazie utleniającym była wyrzucana za pomocą lancy przedstawionej na fig. 2. Mieszaninę wprowadzano przez rurę zasilającą 10. Centralny wylot proszku był kołowy i miał przekrój 113 mm2. Mieszanina była wyrzucana z wypływem 30 kg/h z tlenem jako gazem utleniającym wyrzucanym z wydatkiem 25 norm m³/h. Strumień

191 nośnika gazowego 7 zawierający mieszaninę cząstek i gaz utleniający uderza w powierzchnię 1 w celu obróbki obszaru styku 2. Według wynalazku ta powierzchnia 1 była więc opływana również przez gaz wyrzucany z dyszy tworzącej kurtynę gazową 3’ wokół obszaru styku 2.' W tym przykładzie strumień kurtyny gazowej był utworzony przez czysty tlen wyrzucany przez pierścieniową dyszę wylotową 8 z wydatkiem 40 norm. m³/h w postaci pierścieniowego strumienia gazowego 9, otaczającego strumień nośnika gazowego 7 wzdłuż jego toru od głowicy 4 lancy 5 do obszaru styku 2. Pierścieniowy wylot miał w przekroju pierścień o powierzchni 310 mm². Pierścieniowa dysza wylotowa 8 była odległa od wylotu 6 proszku o 13 mm.

Podczas stosowania tego sposobu kurtyna gazowa 3’ wytwarzana była za pomocą dodatkowych środków oddziaływania na przebieg reakcji procesu spajania ceramiki i tworzenia masy ogniotrwałej. Reakcja spajania ceramiki była stabilna i stosunkowo dobrze określona. Rzeczywista porowatość powstającej masy wynosiła 9% a jej porowatość pozorna 1,5%. Używane w niniejszym opisie wyrażenie ^o^r^’^^itość pozorna określa porowatość mierzoną metodą zanurzeniową i w związku z tym uwzględnia ona liczbę otwartych porów w materiale ogniotrwałym, porowatość rzeczywista uwzględnia również wszelkie zamknięte pory w materiale ogniotrwałym. Pozorna gęstość względna powstającej masy ogniotrwałej, to znaczy gęstość względna masy z porami wynosiła 3,5. Gęstość względna rzeczywista tej masy, to znaczy gęstość samego materiału mierzona na próbce dokładnie rozdrobnionej, dla uniknięcia wpływu porów, w stosunku do gęstości wody wynosiła 3,85.

Z tej ceramicznej spajanej masy została wycięta sztabka w kształcie graniastosłupa 14 /fig. 3/ o wymiarach 20 x 20 x 120 mm. Testowa sztabka została częściowo zanurzona w kąpieli stopionego szkła 15 o temperaturze 1 550°C w tyglu /nie pokazanym/. Sprawdzono stopień zużycia po 12 godzinach.

Dla porównania przygotowano próbkę kontrolną o tych samych wymiarach i częściowo ją zanurzono w tej samej kąpieli stopionego szkła o tej samej temperaturze. W celu ułatwienia porównania na fig. 3 zostały nałożone na siebie rysunki próbki kontrolnej i sztabki testowej. Próbka kontrolna była pryzmatyczną sztabką w kształcie graniastosłupa odciętą od masy ogniotrwałej wytworzonej w ten sam sposób, w jaki formowana jest masa ogniotrwała w przykładzie I z wyjątkiem tego, że pominięto kurtynę gazową, to znaczy masę wytworzoną bez wykorzystania sposobu według wynalazku. Powstała w tym procesie masa ogniotrwała ma porowatość rzeczywistą 19,7%, a porowatość pozorną 3,5%. Jej pozorna gęstość względna natomiast wynosi 3,03, a gęstość względna 3,77.

Po upływie 16 godzin sztabka 14 próbki kontrolnej przybrała kształt schematycznie przedstawiony linią przerywaną 16. Zanurzona część 17 sztabki 14 uległa znacznej korozji w wyniku zanurzenia w kąpieli szklanej. Krawędzie pryzmy zaokrągliły się. Powierzchnia 18 stopionej kąpieli szklanej 15 silnie skorodowała próbkę dając w efekcie typowy dla linii korozji na poziomie masy, w obszarze 19. Średnica sztabki w środku występowania linii korozji na poziomie masy zmniejszyła się do około jednej trzeciej jej wartości nominalnej.

Sztabka 14 odcięta od masy ogniotrwałej powstałej przy stosowaniu procesu według wynalazku przybrała po upływie 16 godzin kształt przedstawiony linią przerywaną 20. Erozja części zanurzonej była wyraźnie mniejsza. Krawędzie pryzmy nie zaokrągliły się w widocznym stopniu. W obszarze 19 była dużo słabiej wyrażona niż w próbce kontrolnej. Średnica sztabki w środku linii korozji na poziomie masy zmniejszyła się tylko do dwóch trzecich wartości nominalnej. W procesie według wynalazku wytwarza się masę ogniotrwałą o większej odporności na erozję. Badaniem mikroskopowym przekroju sztabki można wykazać wyeliminowanie faz metalicznych za pośrednictwem utleniania cząstek metalu praktycznie w zakresie całkowitym. Ten czynnik jest bardzo korzystny dla masy ogniotrwałej wchodzącej w kontakt z ciekłym szkłem, ponieważ styk fazy metalicznej z ciekłym szkłem powoduje powstawanie pęcherzy.

Przykład II. W odmianie rozwiązania przedstawionego na fig. 1, wytwarza się spajaną ogniotrwałą masę ceramiczną z zachowaniem wydatku tlenu w nośniku gazowym 7 wynoszącego 30 norm. m3/h, a wydatku tlenu - w strumieniu kurtyny gazowej 9 wynoszącego 20 norm. m/h. Powstała ogniotrwała masa spajana ceramicznie o porowatości pozornej 2%, a porowatości rzeczywistej 8,3% oraz pozornej gęstości względnej 3,56 i gęstości względnej 3,88.

166 191

Z wytworzonej spajanej masy ceramicznej odcięto pryzmatyczną sztabkę 14 i częściowo zanurzono w kąpieli ciekłego szkła 15 zawartej w tyglu. Po upływie 16 godzin test erozyjny wykazał erozję podobną do erozji masy z przykładu I. Sztabka przybrała kształt zaznaczony linią przerywaną 20. Badanie mikroskopowe przekroju tej sztabki równie wykazało czystość nie zanieczyszczoną pozostałościami fazy metalicznej.

Przykład III. Otrzymano ogniotrwałą spajaną ceramiczną masę w procesie z przykładu I, w którym strumień kurtyny gazowej uformowanej był przez dwutlenek węgla wyrzucany z wydatkiem 20 norm. m³/h, a tlen strumienia nośnika gazowego 7 był wyrzucany z wydatkiem 30 norm. m³/h. Reakcja spajania ceramiki przebiegała stabilnie i była stosunkowo dobrze określona. Utworzona spajana ogniotrwała ceramiczna masa miała porowatość pozorną 1,5% porowatość rzeczywistą 4,6%, pozorną gęstość względną 3,5 a gęstość względną 3,67.

Z ceramicznej masy stopu została wycięta i zanurzona w płynnym szkle 15 pryzmatyczna sztabka 14.

Przeprowadzony po 16 godzinach test erozyjny wykazał podobny zakres erozji do masy z przykładu I. Sztabka przybrała w zasadzie kształt zaznaczony linią 20.

Przykład IV. Wytworzona spajana masa ogniotrwała w procesie z przykładu I w którym kurtyna gazowa 9 była uformowana z azotu wyrzucanego z wydatkiem 16 norm. mr/h, a strumień nośnika gazowego 7 wyrzucany był z wydatkiem 30 norm. m3/h. Zaobserwowano, że reakcja spajania ceramicznego była stabilna i stosunkowo dobrze określona. Powstająca spajana ogniotrwała masa ceramiczna miała porowatość pozorną 2,5%, pozorną gęstość względną 3,5 i gęstość względną 3,69. Z ceramicznej masy stopu została wycięta i częściowo zanurzona w znajdującym się w tyglu płynnym szkle 15 pryzmatyczna sztabka 14.

Przeprowadzony po 16 godzinach test erozyjny wykazał erozję podobną do erozji masy z przykładu I. Sztabka przybrała w zasadzie kształt zaznaczony linią 20.

Przykład V. Do naprawy zbudowanej z cegieł krzemionkowych wymurówki sklepienia pieca pracującego w temperaturze około 1 500°C użyto mieszaniny o następującym składzie wagowym: 87% cząstek dwutlenku krzemu, 12% ulegających utlenieniu cząstek krzemu i 1% cząstek glinu. Zarówno cząstki krzemu, jak i glinu miałv średnią wielkość ziaren poniżej 10 pm, a powierzchnia właściwa krzemu wynosiła 4 000 cm²/g, zaś glinu 6 000 cm²/g. Maksymalna wielkość ziaren cząstek krzemu i glinu przekraczała 50 pm.

Mieszanina ta była nanoszona w procesie według wynalazku. Cząstki tej mieszaniny były wprowadzane wraz z czystym tlenem przez rurę zasilającą 19 ilości 35 kg/h materiału przy wydatku tlenu 25 norm. m3/h na utworzenie strumienia nośnika gazowego 7. Obrabiana powierzchnia w tym procesie była również omywana strugą kurtyny gazowej tworzącej kurtynę 3’ wokół obszaru styku 2. W tym przykładzie struga kurtyny gazowej utworzona była przez czysty tlen wyrzucany z wydatkiem 30 norm. m3/h w postaci strugi kurtyny gazowej 9 otaczającej strumień nośnika gazowego 7 wzdłuż toru od głowicy 4 lancy 5 do obszaru styku 2. Praktycznie nie stwierdzono występowania niespalonego metalu w spajanej masie ceramicznej.

Dla porównania wytworzono ogniotrwałą spajaną masę ceramiczną stosując tę samą mieszaninę jak w poprzedniej ilości 30 kg/h z wydatkiem tlenu 25 norm. m3/h. Jednak przy tym porównaniu wyłączona była kurtyna tlenowa.

W procesie według wynalazku zaobserwowano, że kurtyna gazowa 3’ stanowi środek dodatkowy oddziaływania na powstawanie ogniotrwałej spajanej ceramicznej masy, która nie była zidentyfikowana w przypadku testu porównawczego. Ponadto kurtyna gazowa 3 ’ oddzielała obszar styku 2, stąd zaburzenia atmosfery spowodowane pracą pieca podczas napraw nie miały praktycznie wpływu na powstawanie ogniotrwałej spajanej masy ceramicznej. Reakcja spajania ceramicznego była bardziej stabilna i lepiej ograniczona oraz nieprzerwana.

Przykład VI. Należało naprawić konwertor miedziowy stosowany w przemyśle metali nieżelaznych. Użyto procesu z przykładu V i mieszaninę o składzie w % wagowych 40% cząstek tlenku chromu, 48% cząstek tlenku magnezu i 12% cząstek -glinu. Cząstki glinu miały nominalnie wielkość ziaren 45 pm i powierzchnię właściwą powyżej 3 000 cm²/g.

Cząstki materiału ogniotrwałego miały maksymalną wielkość poniżej 2 mm. Ten przykład równie wykazał, że w procesie według wynalazku kurtyna gazowa stanowi środek dodatkowego

191 oddziaływania na powstawanie ogniotrwałej spajanej masy ceramicznej. Reakcja spajania ceramicznego była stabilna i dobrze ograniczona.

W jednym z wariantów pierścieniowa dysza wylotowa 8 głowicy została zastąpiona przez szereg injektorów wyrzucających strugi zbiegające się, z tworzeniem kurtyny gazowej 3'. Przy użyciu tej lancy rozpylającej również osiągnięto dobre wyniki.

Przykład VII. Wskazane było utworzenie ogniotrwałej spajanej masy ceramicznej o składzie możliwie zbliżonym do składu zasadowego materiału ogniotrwałego na ścianach wymurówki konwertora stalowniczego zbudowanego z cegieł magnezowo-węglowych zawierających wagowo 90% tlenku magnezu i 10% węgla. Ściany miały temperaturę 900°C.

Cegły były napylane mieszaniną cząstek zawierającą cząstki węgla. Mieszanina była rozpylana w ilości 500 kg/h w strumieniu utleniającego nośnika gazowego zawierającego objętościowo 70% tlenu. Mieszanina miała następujący skład wagowy.

MgO - 82%

Si - 4%

Al · 4%

C · 10%

Cząstki krzemu miały przeciętną średnicę 10 pm i powierzchnię właściwą 5 000 cm²/g. Cząstki glinu miały przeciętną średnicę 10 pm i powierzchnię właściwą 8 000 cm²/g. Cząstki węgla były utworzone przez zmielenie koksu, a ich przeciętna średnica wynosiła 1,25 mm. Cząstki tlenu magnezu miały przeciętną średnicę 1 mm. Wokół obszaru styku strumienia nośnego, zawieraj ącego cząstki rozproszone w gazie utleniającym, a ścianę konwertora stosowaną kurtynę gazową według wynalazku utworzoną przez wyrzucanie dwutlenku węgla z wydatkiem o 50% większym od wydatku gazu utleniającego. Przy stosowaniu sposobu według wynalazku zaobserwowano, że reakcja spajania ceramicznego była stabilna i dobrze ograniczona. Rozpylane cząstki węgla nie utleniały się całkowicie, zaś powstająca spajana masa ceramiczna zawierała około 5% węgla. Bez zastosowania kurtyny gazowej utworzonej przez strumień dwutlenku węgla powstająca spajana masa ceramiczna zawierała tylko 3% węgla.

W innym ukształtowaniu lanca wyrzucała specjalny proszek w ilości 900 do 1 000 kg/h przez centralny dyszowy otwór wylotowy o średnicy 53 mm, a zatem o przekroju 2 206 mm². Lanca posiadała ciągły pierścieniowy dyszowy otwór wylotowy do tworzenia kurtyny gazowej mający w przekroju 1979 mm2, odsunięty od otworu wylotowego proszku o 13 mm, na przykład za pomocą tulei dopasowanej do końca centralnej rury, lub za pomocą pierścienia chłodzącego

13. Lanca zawiera również zewnętrzny pierścień chłodzący 12.

166 191

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.

Claims (14)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób spajania ceramicznej masy na bazie ceramicznego proszku spajalnego zawierającego mieszaninę cząstek ogniotrwałych i cząstek paliwa utleniającego się z utworzeniem ogniotrwałego tlenku, który wyrzuca się w stronę powierzchni w stanie uformowanym w jeden lub wiele strumieni z nośnikiem gazowym zawierającym tlen w ilości przynajmniej stechiometrycznie niezbędnej do całkowitego utlenienia cząstek paliwa, z wyzwoleniem ciepła wystarczającego do przynajmniej powierzchniowego stopnia wyrzucanych cząstek materiału ogniotrwałego i utworzenia ceramicznej masy spajanej na powierzchni roboczej z wykorzystaniem ciepła utleniania cząstek paliwa, znamienny tym, że wyrzuca się w kierunku powierzchni roboczej przynajmniej jeden dodatkowy strumień gazowy stanowiący w zasadzie ciągłą kurtynę gazową rozmieszczoną wokół strumienia lub strumieni nośnika gazowego.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kurtynę gazową wyrzuca się w postaci strumienia pierścieniowego.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utrzymuje się stosunek objętościowy wydatku kurtyny gazowej w zakresie co najmniej połowy wydatku objętościowego nośnika gazowego.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utrzymuje się prędkość wypływu, obliczoną dla ciśnienia normalnego, kurtyny gazowej w zakresie większym od jednej piątej prędkości wypływu nośnika gazowego.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że utrzymuje się prędkość wypływu, obliczoną dla ciśnienia normalnego, kurtyny gazowej w zakresie od jednej piątej do trzech piątych prędkości wypływu nośnika gazowego.
6. 6. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że strumienie gazów wyprowadza się z lancy chłodzonej przepływającym przez nią płynem.
7. 7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że utrzymuje się kurtynę gazową na bazie tlenu.
8. 8. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że cząstki wyrzucane w strumieniu nośnika gazowego zawierają cząstki materiału utlenialnego, które bez zmiany wchodzą w skład masy spajanej, zaś strumień kurtyny utrzymuje się wolny od czynnego tlenu.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się materiał paliwowy zawierający co najmniej jeden materiał z grupy, obejmującej glin, krzem, magnez, cyrkon i chrom.
10. 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przynajmniej 50% wagowych cząstek paliwowych ma ziarna o wielkości poniżej 50 pm.
11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przynajmniej większa wagowo część wyrzucanych cząstek materiału ogniotrwałego składa się z tlenku glinu i/lub tlenku cyrkonu albo z tlenku magnezu i/lub tlenku glinu.
12. 12. Sposób według zastrz.l 1, znamienny tym, że ceramiczną masę formuje się z wyrzucanych na powierzchnię roboczą cząstek.
13. 13. Lanca do spajania ceramicznej masy zawierająca wylotową dyszę do wyrzucania ceramicznego proszku spajalnego w nośniku gazowym po torze w kierunku powierzchni roboczej, znamienna tym, że posiada co najmniej jedną drugą dyszę wylotową (8) do wyrzucania gazu ukształtowaną w postaci pierścienia i rozmieszczoną z zachowaniem osiowym i promieniowych odległości od wylotu (6) proszku, przy czym pole powierzchni otworu drugiej dyszy wylotowej (8) stanowi dwie trzecie do trzech pól powierzchni otworu wylotu (6) proszku.
14. 14. Lanca według zastrz. 13, znamienna tym, że posiada płaszcz (12,13) dostosowany do obiegu czynnika chłodzącego.

    * * *