PL170040B1

PL170040B1 - Kompozycja do spawania ceramiki i sposób spawania ceramiki PL PL PL

Info

Publication number: PL170040B1
Application number: PL92294975A
Authority: PL
Inventors: Leslie E J Tucker; Kevin Dunderdale; David K Hurran; Robert G Everitt
Original assignee: Coal Products Ltd
Priority date: 1991-06-20
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1996-10-31
Also published as: JPH05194049A; CA2071675C; TR27168A; DE69207652D1; HU213310B; YU63992A; EP0519730B1; NO922448L; AU1844192A; NO922448D0; ES2082371T3; HUT62542A; KR930000430A; GR3018823T3; DE69207652T2; BR9202318A; AU656382B2; CN1069717A; CZ190992A3; KR100196061B1

Abstract

1. Kompozycja do spawania ceramiki zawierajaca mieszanine trudnotopliwych czastek krzemionki i czastek utleniajacych sie komponentów, znamienna tym, ze jako utleniajacy sie komponent zawiera tylko elementarny sproszkowany krzem, przy czym wskaznik prze- cietnego harmonicznego rozmiaru trudnotopliwych czastek kompozycji wynosi od 300 do 1000 µm, a wskaznik rozrzutu wielkosci trudnotopliwych czastek wynosi od 0,4 do 1,1. 7. Sposób spawania ceramiki w którym kompozycje zawierajaca mieszanine trud- notopliwych czastek krzemionki i czastek utleniajacych sie komponentów rozpyla sie przez lance wraz z zawierajacym tlen gazem na spawana powierzchnie na której utlenia- jace sie czastki reaguja egzotermicznie i lacza sie wzajemnie oraz z innymi czastkami kompozycji, jak równiez z ta powierzchnia tworzac ceramiczna spoine, znamienny tym, ze rozpyla sie kompozycje zawierajaca mieszanine trudnotopliwych czastek krze- mionki i elementarnego sproszkowanego krzemu, której wskaznik przecietnego harmo- nicznego rozmiaru trudnotopliwych czastek wynosi od 300 - 1000 µm, a wskaznik rozrzutu wielkosci trudnotopliwych czastek wynosi od 0,4 - 1,1. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja do spawania ceramiki i sposób spawania ceramiki, a w szczególności poprawienie składu proszku spawalniczego i procesu spawania.

Proces spawania ceramiki jest stosowany do reperacji wewnętrznych, trudnotopliwych ścian baterii koksowniczych, pieców szklarskich i podobnych urządzeń i jest opisany, na przykład w brytyjskich patentach nr 1 330 894 i 2 035 524. W procesie spawania ceramiki cząstki kompozycji przechodzą przez lancę w gazie zawierającym tlen i wychodzą z niej na podłoże, gdzie część mieszaniny kompozycji reaguje egzotermicznie z tlenem powodując przynajmniej częściowe połączenie z inną częścią mieszaniny proszku, wzajemnie połączenie ze sobą i z podłożem formując w ten sposób ceramiczny spaw.

Odpowiednia kompozycja do spawania ceramiki jest typową mieszaniną trudnotopliwych tlenków i metalu i/lub cząstek metaloidu w postaci proszku. Kompozycja i proces formowania trudnotopliwych mas w procesie spawania ceramiki są opisane w brytyjskich patentach nr 2 154 228,2 110 200,2 170 191.

W brytyjskim patencie nr 2 170 191 przedstawiono charakterystykę uzależnioną od rozmiarów trudnotopliwych cząstek i cząstek utleniającego się metalu. Podano różne własności uzależnione od przeciętnych rozmiarów cząstek oraz od rozdziału ich wielkości. Zgodnie z tym patentem przeciętny rozmiar trudnotopliwych cząstek musi być zawsze większy niż przeciętny rozmiar trudnotopliwych i utleniających się cząstek, a rozrzut wielkości trudnotopliwych cząstek powinien utrzymywać się powyżej pewnego minimum.

170 040

Formuła tych dwóch wymagań jest wyraźnie oczywista i znana jest z wcześniejszych patentów z dziedziny spawania ceramiki, na przykład z brytyjskiego patentu nr 1 330 894, który podaje maksymalne przeciętne rozmiary dla trudnotopliwych i utleniających się cząstek jako 500 μm i 50 gm. Szeroki rozdział rozmiarów jest podany w patencie nr 2 170 191. Uważa się go jako korzystny, ponieważ przyczynia się do formowania trwałych spawów, które są mniej porowate i zawierają mniej pęknięć niż spawy utworzone z trudnotopliwych cząstek o bardziej jednorodnym rozdziale rozmiaru.

Mając na uwadze korzyści, które osiąga się z prowadzenia procesu i użycia kompozycji przedstawionej w brytyjskim patencie nr 2 170 191 nieoczekiwanie stwierdzono, że wysokiej jakości odporne, trudnotopliwe masy mogą być utworzone dzięki zastosowaniu trudnotopliwych cząstek o bardziej jednolitym wymiarze niż to jest sugerowane we wcześniejszych patentach. Ponadto usunięcie zgrubnej frakcji trudnotopliwych cząstek wspomaga przepływ kompozycji przez system transportowy, umożliwia wytwarzanie gładszych spawów i obniża ilość przenoszonego materiału, który nie tworzy spawu. Oddzielenie drobnej frakcji trudnotopliwych cząstek jest również korzystne dla przepływu substancji oraz zmniejsza powstawanie kurzu krzemionkowego, który unosi się w powietrzu podczas pracy. Redukcja chmury kurzu w strefie reakcji obniża proporcje przenoszonego materiału, który nie tworzy części spawu i podwyższa egzotermiczne reakcje utleniających się cząstek dzięki nie dławieniu tych reakcji w podobny sposób do kurzu skalnego, który jest używany do gaszenia ognia w podziemnych kopalniach.

Przedmiotem wynalazku jest opracowanie kompozycji do spawania ceramiki i sposobu spawania ceramiki, w którym stosuje się kompozycję według wynalazku.

Według wynalazku kompozycja do spawania ceramiki zawierająca mieszaninę trudnotopliwych cząstek krzemionki i utleniających się komponentów, charakteryzuje się tym, że jako utleniający się komponent zawiera tylko elementarny sproszkowany krzem, przy czym wskaźnik przeciętnego harmonicznego rozmiaru trudnotopliwych cząstek kompozycji wynosi od 300 do 1000 gm, a wskaźnik rozrzutu wielkości trudnotopliwych cząstek wynosi od 0,4 do 1,1. W kompozycji według wynalazku wskaźnik przeciętnego harmonicznego rozmiaru cząstek może wynosić od 400 do 700 gm, a wskaźnik rozrzutu wielkości ziaren - od 0,5 do 1,0. Zawartość elementarnego proszku krzemu w kompozycji wynosi od 10 do 18% wagowych, albo od 12 do 16% wagowych w stosunku do całej masy kompozycji, a wielkość jego maksymalnych cząstek jest mniejsza od 125 gm.

Sposób spawania ceramiki polega na rozpylaniu przez lancę w gazie nośnym zawierającym tlen kompozycji zawierającej mieszaninę trudnotopliwych cząstek krzemionki i cząstek utleniających się komponentów na spawaną powierzchnię na której utleniające się cząstki reagują egzotermicznie i łączą się wzajemnie oraz z innymi cząstkami kompozycji, jak również z tą powierzchnią tworząc ceramiczną spoinę i charakteryzuje się tym, że rozpyla się kompozycję zawierającą mieszaninę trudnotopliwych cząstek krzemionki i elementarnego sproszkowanego krzemu, której wskaźnik przeciętnego harmonicznego rozmiaru trudnotopliwych cząstek wynosi od 300 do 1000 gm, a wskaźnik rozrzutu wielkości trudnotopliwych cząstek wynosi od 0,4 do 1,1.

Wskaźnik przeciętnego, harmonicznego rozmiaru ziaren jest zdefiniowany jako:

ZWj

Σ (W/Si) gdzie Wi oznacza w % wagowych ilość materiału o wielkości cząstek frakcji i, a Si oznacza średnią wielkość cząstek frakcji i.

Wskaźnik rozrzutu wielkości ziaren jest zdefiniowany we wzorze jako:

% (Ggo ~ G2q )

Geo+ G20 w którym G80 oznacza 80% wagowych ziaren trudnotopliwych cząstek przechodzących przez sito nr 80 według Mesh, G20 oznacza 20% wagowy_ch ziaren trudnotopliwych cząstek przechodzących przez sito nr 20 według Mesh.

Procentowy rozmiar ziaren jest używany do oznaczenia procentowego stosunku wagowego ilości ziaren trudnotopliwych cząstek przechodzących przez sita według Mesh nr 20 i nr 80.

170 040

Wskaźnik przeciętnego harmonicznego rozmiaru jest użytecznym terminem stosowanym do opisywania wielkości cząstek. Jest on szeroko znany w procesach spawanie ceramiki, w których reakcje chemiczne przebiegają na powierzchni. Wskaźnik ten jest zdefiniowany jako średnica powierzchni wszystkich cząstek.

Jest powszechnie znane, że cząstki utleniającego się komponentu powinny być chemicznie nie związane i drobne w celu przyspieszenia ich reakc.i z tlenem. W praktyce można stosować handlowo dostępne cząstki krzemu mające maksymalny rozmiar poniżej 125 gm oraz mniejsze submikronowe ziarna.

Kompozycja do spawania ceramiki oraz sposób spawania ceramiki są według wynalazku przedstawione w przykładach wykonania.

Przykład I. Przygotowuje się kompozycję zawierającą mieszaninę składników dodając 84% wagowych rozdrobnionej, trudnotopliwej krzemionki i 16% wagowych sproszkowanego elementarnego krzemu. Średnica trudnotopliwych cząstek wynosiła od 250 gm do 2 mm przy średnim rozdrobnieniu wynoszącym 750 gm. Wskaźnik przeciętnego harmonicznego rozdrobnienia ziaren wynosił 600 gm, a wskaźnik wielkości rozrzutu ziaren wynosił 0,95 gm. Maksymalna wielkość ziaren krzemu wynosiła 125 gm, a średnia wielkość ziaren wynosiła 26 gm.

Mieszanina była rozpylana na krzemionkową trudnotopliwą cegłę w 1000°C przy użyciu urządzeń i metody opisanych w brytyjskim patencie nr 2 173 715.

Kompozycja była rozpylana w ilości 600 kg/godz., przy użyciu utleniającego gazu przepływającego w ilości 550 n. 1/min., przy czym stosunek powietrza do tlenu wynosił jak 1 : 2. Kompozycję rozpylano przez dyszę o średnicy 19 mm umieszczoną w odległości 75 do 150 mm od trudnotopliwego podłoża które spawano. Mieszanina ulegała samozapłonowi i powstawał dobry spaw, który mocno przylegał do podłoża i miał podobną fizyczną i chemiczną charakterystykę do naprawianej powierzchni. Chemiczna analiza spoiny wykazała zawartość aluminium wynoszącą 2,1%, co odpowiada typowej zawartości 1,5 do 2% w masie cegły.

Wykonano badania porównawcze, w których stosowano mieszaninę zawierającą 82,5% wagowych rozdrobnionej, trudnotopliwej krzemionki, 16% wagowych krzemu występującego w elementarnej formie i 1,5% aluminium. Kompozycję przygotowano i rozpylono na trudnotopliwą cegłę w taki sam sposób jak opisano powyżej. Chemiczna analiza spoiny wykazała zawartość aluminium wynoszącą 5,7% co wskazuje na znaczne rozbieżności w stosunku do zawartości 1,5 do 2% w masie cegły. Oznaczenie wolnego elementarnego krzemu w obydwu spoinach wykazało, że w spoinie wykonanej z kompozycji według wynalazku jego zawartość była o połowę mniejsza w stosunku do zawartości w spoinie wykonanej zgodnie z porównawczym testem.

Przykład II. Przygotowano jak w przykładzie I kompozycję zawierającą mieszaninę składników w ilości: 14% wagowych sproszkowanego, elementarnego krzemu i 86% wagowych rozdrobnionej trudnotopliwej krzemionki zachowując wszystkie inne jej własności jak w przykładzie I. Kompozycję rozpylono na trudnotopliwą cegłę jak w przykładzie I. Wykonana analiza zawartości glinu w spoinie i w cegle wykazała podobne wielkości do podanych w przykładzie I. Ponadto zawartość elementarnego krzemu w spoinie utworzonej z kompozycji według wynalazku była wyraźnie mniejsza w stosunku do zawartości w spoinie wykonanej ze znanych kompozycji.

Przykład III. Powtórzono wykonania wynalazku jak w przykładzie I stosując kompozycję zawierającą mieszaninę trudnotopliwych cząstek o wymiarach pomiędzy 250 gm i 1 mm, których wskaźnik przeciętnego harmonicznego rozmiaru ziaren wynosił 400 gm, a wskaźnik rozrzutu wielkości ziaren wynosił 0,6. Proces spawania był również łatwy do zainicjowania i kontroli oraz otrzymano spaw o dobrej gęstości i trwałości.

Przykład IV. Podane w poprzednich przykładach kompozycje spawano w różnych temperaturach, a w szczególności w 800°C, 900°C i 1200°C. Przeprowadzono odpowiednie testy baterii koksowniczych celem sprawdzenia nowych składów kompozycji wykonanych według wynalazku. We wszystkich przypadkach pełne badania własności spoin wykazały korzyści wynikające ze zdolności kompozycji do łatwego zapłonu, łatwego spawania i dobrej jakości spoiny. . ....._..

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Kompozycja do spawania ceramiki zawierająca mieszaninę trudnotopliwych cząstek krzemionki i cząstek utleniających się komponentów, znamienna tym, że jako utleniający się komponent zawiera tylko elementarny sproszkowany krzem, przy czym wskaźnik przeciętnego harmonicznego rozmiaru trudnotopliwych cząstek kompozycji wynosi od 300 do 1000 gm, a wskaźnik rozrzutu wielkości trudnotopliwych cząstek wynosi od 0,4 do 1,1.
2. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że wskaźnik przeciętnego harmonicznego rozmiaru cząstek wynosi od 400 do 700 gm.
3. Kompozycja według zastrz. 1, albo 2, znamienna tym, że wskaźnik rozrzutu wielkości trudnotopliwych cząstek wynosi od 0,5 - 1,0.
4. Kompozycja według zastrz. 1, albo 2, znamienna tym, że zawiera proszek krzemu w ilości 10 - 18% wagowych w stosunku do całej masy kompozycji.
5. Kompozycja według zastrz. 1, albo 2, znamienna tym, że zawiera proszek krzemu w ilości od 12 - 16% wagowych w stosunku do całej masy kompozycji.
6. Kompozycja według zastrz. 1, albo 2, znamienna tym, że rozmiar maksymalnych cząstek krzemu jest mniejszy od 125 gm.
7. Sposób spawania ceramiki w którym kompozycję zawierającą mieszaninę trudnotopliwych cząstek krzemionki i cząstek utleniających się komponentów rozpyla się przez lancę wraz z zawierającym tlen gazem na spawaną powierzchnię na której utleniające się cząstki reagują egzotermicznie i łączą się wzajemnie oraz z innymi cząstkami kompozycji, jak również z tą powierzchnią tworząc ceramiczną spoinę, znamienny tym, że rozpyla się kompozycję zawierającą mieszaninę trudnotopliwych cząstek krzemionki i elementarnego sproszkowanego krzemu, której wskaźnik przeciętnego harmonicznego rozmiaru trudnotopliwych cząstek wynosi od 300 - 1000 gm, a wskaźnik rozrzutu wielkości trudnotopliwych cząstek wynosi od 0,4 -1,1.