SE453467B - Eldfast kompositalster och sett for dess tillverkning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40 453 467 eller koppformad metallfolie, omgivande den första eldfasta delen och en andra, uppbackande eldfast del understödjande den folie- omgivna första eldfasta delen, varvid den första eldfasta delen är tillverkad av ett bättre eldfast material än den andra eldfas- ta delen. Denna skrift visar även ett sätt att tillverka ett så- dant eldfast alster innefattande åtgärderna att (i) forma ett förs- ta formutrymme av en tråg- eller koppformad metallfolie och en till- hörande, permanent formdel, vars form är ett negativ av ytdelen; (ii) att fylla det första formutrymmet med en formbar eldfast be- tong och åtminstone delvis härda betongen; (iii) montera folien och gjuta därpå ett andra formutrymme format av de tillhörande formde- larna; (iv) fylla det andra formutrymmet med en andra eldfast betong, somlfim lägre kvalitet än den första betongen och (v) härda den and- ra betongen och i den utsträckning som den första betongen ej redan fullständigt härdat även härda denna.

Föreliggande uppfinning avser nya och användbara alternativa sätt att tillverka kompositalster, som erbjuder vissa fördelar gentemot vad som hittills varit känt, såsom kommer att beröras i denna be- skrivning.

Enligt föreliggande uppfinning avses ett sätt att tillverka ett eld- fast kompositalster, som uppvisar en flödespassage, genom vilken en smält metallström kan ledas och omfattar en första kropp av eld- fast material, som begränsar en yta i den passagen, där den första kroppen är bunden till en andra kropp av eldfast material, och som utmärkes av åtgärderna att åstadkomma en andra kropp, som begrän- sar en passage med större tvärsektionsdimensioner än flödespassa- gen och som inom denna passage med den större tvärsektionen anord- na den första kroppen av eldfast material för att utforma flödes- passageytan, varvid den första kroppen formas i den större passa- gen genom att bringa dess eldfasta material att direkt vidhäfta och binda till den andra kroppen genom sammansmältning eller del- vis sammansmältning in situ. Q Ett sätt enligt föreliggande uppfinning erbjuder fördelarna att vara tillämpbart såväl på tillverkning av nya eldfasta alster och på rekonditionering eller reparation av använda eldfasta alster.

Ett sätt enligt uppfinningen är även särskilt enkelt och lämpligt att utföra i praktiken, eftersom en yta på den första eldfasta 10 15 20 25 30 35 40 3 ' i 453 467 kroppen, som tillverkats vid tillämpning av ett sådant sätt, kommer att överensstämma och passa till den andra eldfasta kroppen utan att det föreligger behov av några speciel1a.formgivnings- åtgärder. ' Uttrycket "sammansmältning eller delvis sammansmältning av eld- fast material" såsom använt här betecknar en åtgärd, under vilken materialet helt är i flytande fas eller där partiklar av eldfast material väsentligen är helt smälta på åtminstone deras ytor, så att vid kylning de bildar en sammansmält sammanhängande massa.

Sådan sammansmältningsbindning skall skiljas från endast sintring, där ett komprimerat pulver uppvärmes till en temperatur lägre än som är nödvändigt för att framkalla en flytande fas, men tillräck- ligt hög för reaktion i fast tillstånd eller för att interkristalli- sation skall äga rum och från andra bindningstekniker, där eld- fasta partiklar bindes i osmält tillstånd i en bindande grundmassa, varvid sådan grundmassa i sig själv är antingen sammansmält eller inte. I de viktigaste utföringsformerna av uppfinningen är den första eldfasta kroppen sammansatt av sammansmält eller delvis sammansmält eldfast material. Den inre strukturen i den första eldfasta kroppen, som är sammansmält eller delvis sammansmält i enlighet med detta föredragna särdrag enligt föreliggande uppfin- ning, skiljer sig från strukturen hos en sintrad kropp eller från en kropp formad genom osmälta eldfasta partiklar i en bindegrund- massa och erbjuder särskilt viktiga fördelar för det avsedda ända- målet, eftersom den strukturen är höggradigt kohesiv och motstånds- kraftig mot erosion av smält metall.

Det föredrages särskilt att den första eldfasta kroppen utformas som en relativt högkvalitativ eldfast kropp och att den andra eldfasta kroppen utbildas som en eldfast kropp av lägre kvalitet.

Uttrycken högre och lägre kvalitet i eldfast hänseende användes här för att beteckna relativagrader av motståndsförmåga mot ero- I allmänhet ökar kostnaden för en eld- fast kropp med ökning av dess motståndsförmåga mot erosion vid sion vid hög temperatur. hög temperatur. Upptagandet av detta särdrag erbjuder sålunda den viktiga fördelen av ökad kostnadseffektivitet, eftersom den relativt dyrbara första eldfasta kroppen av hög kvalitet kan bilda områden i det eldfasta kompositalstret, som är mest exponerade för erosion, under det att den uppbäres av en andra eldfast kropp av lägre kvalitet och mindre kostnadskrävande. 10 15 20 25 30 35 40 453 467 4 Den första eldfasta kroppen formas företrädesvis genom en sprut- ningsteknik. men kroppen formas med fördel genom flamsprutning av en blandning Sådan sprutning kan t.ex. vara plasmasprutning, av exotermiskt oxiderbart material och andra material, så att en sammanhängande eldfast massa bildas. Detta är ett mycket enkelt och lämpligt sätt att forma en eldfast kropp in situ på en annan eldfast kropp och kan t.ex. utföras genom att använda ett sätt och en anordning såsom beskrives i våra brittiska patent 1 330 894 och 1 330 895.

Det oxíderbara materialet sprutas med fördel i form av partiklar med en genomsnittlig storlek av mindre än 50 um och företrädesvis mindre än 10 /um. Alternativt eller dessutom kan det oxidcrbara materialet med fördel sprutas i form av partiklar med en specifik yta av åtminstone 500 cmz/g och företrädesvis åtminstone 3000 cmz/g. Dessa särdrag befordrar snabb och pålitlig förbränning av det oxiderbara materialet.

Det andra materialet sprutas med fördel i form av partiklar med en genomsnittlig kornstorlek under S00 /um.

Det oxiderbara materialet består med fördel åtminstone delvis av en metall eller metalloid, företrädesvis utvald från gruppen: aluminium, magnesium, kisel, zirkonium och blandningar av två eller flera sådana material. Andra oxiderbara material, som kan användas, innefattar kalcium, mangan och järn.

*Det brännbara materialet utgör med fördel mindre än 35 vikt-% av den sprutade blandningen. Andelen brännbart material, som erford- ras, beror givetvis b1.a. på mängden värme, som måste utvecklas av förbränningen och andelen, som användes, måste vara tillräcklig för det ändamålet. En annan faktor att hålla i minnet är emeller- tid mängden obränd brännbar substans (om sådan förekommer), som kvarlämnas i den bildade eldfasta kroppen. Särskilt då man an- vänder en metall som brännbart material är det önskvärt att all metall brinner ut, eftersom oxiden i allmänhet har bättre eldfasta egenskaper än metallen. Användningen av överskottsmetall ökar obehövligt kostnaderna och kan medföra en underlägsen produkt..

Det andra materialet omfattar företrädesvis en eller flera av: zirkoníumoxid, zirkon, kiseldioxid, aluminiumoxid, krom-magnesium- 10 15 20 25 30 35 40 5- i 453 467 oxid, magnesiumoxïd, vilka material är högeldfasta material.

Det inses, att valet av material för att forma den första eld- fasta kroppen, kommer att påverka kvaliteten på bindningen mellan den kroppen och den andra eldfasta kroppen i beroende av det mate- ríal, som den andra kroppen är gjord utav. Det är även önskvärt att utvälja de första och andra eldfasta materialen, så att deras värmeutvínningskoefficient liknar varandra.

Ett sätt enligt uppfinningen är särskilt värdefullt vid tillverk- ning av eldfasta kompositalster, där den första eldfasta kroppen, bildas i en skjutreglageplatta. Sådan platta kan utgöras av en skjptplatta eller en platta, mot vilken skjutplattan glider.

Vid vissa föredragna utföringsformer av uppfinningen har en sådan reglagcplatta ett samlingsmunstycke i ett stycke därmed,åtmínstone delvis ínfodrat medelst den första eldfasta kroppen.

Det befinnes vara särskilt lämpligt i praktiken att forma den första eldfasta kroppen och därefter borra den för att upptaga flödespassagen.

Såsom nämnts tidigare är denna uppfinning ej endast tillämpbar vid tillverkning av nya eldfasta alster, utan är även värdefull vid renovering eller reparation av använda eldfasta alster och vissa utföringsformer av uppfinningen uppvisar det föredragna valfria särdraget att den första eldfasta kroppen formas i ett hål fram- kallat genom att avlägsna material från omkring en flödespassage i ett använt eldfast alster.

Uppfinningen innefattar ett eldfast kompositalster tillverkat genom ett sätt såsom här definierats.

Uppfinningen innefattar även ett eldfast kompositalster, som upp- visar en flödespassage, genom vilken en smält metallström kan ledas och omfattar en första kropp av eldfast material, som be- gränsar en yta pà den passagen, varvid den första kroppen är bun- den till en andra kropp av eldfast material, och utmärkes av att den första kroppen formas inom en passage bildad i den andra kroppen, varvid den senare passagen har större tvärsektionsdimen- sioner än den förstnämnda flödespassagen och att den första krop- 10 15 20 25 30 35 40 453 467_ s pen vidhäftar och binder till den andra kroppen genom smältning eller delvis smältning in situ.

Den första eldfasta kroppen är företrädesvis sammansatt av samman- smält eller delvis sammansmält eldfast material.

Vid föredragna utföringsformer av uppfinningen utgöres det första eldfasta alstret av en relativt högkvalitativ eldfast kropp och den andra kroppen av en eldfast kropp av lägre kvalitet.

Den första eldfasta kroppen omfattar företrädesvis ett eller flera av ämnena zirkoniumoxid, zirkon, kiseldioxid, aluminiumoxid, krom-magnesiumoxid, magnesiumoxid.

Materialen i den första och andra eldfasta kroppen tränger före- trädesvis in i varandra i ett gränsskikt. Den första eldfasta kroppen omger med fördel en flödespassage i en platta till ett skjutreglage och i vissa föredragna utföringsformer av uppfinning- en har reglageplattan ett integrerat samlingsmunstycke åtminstone delvis infodrat av den första eldfasta kroppen.

Föredragna utföringsformer av uppfinningen kommer nu att beskri- vas mera detaljerat med hänvisning till de bifogade schematiska . ritningarna, därï Fïg.1 vïsareæn sektion av ett skjutreglage i botten av en degelugn, fig. 2 två steg i reparationen av en använd skjutreglageplatta och fig. 3 visar slutligen ett ytterligare steg i tillverkningen av en skjutreglageplatta-enligt uppfinningen.

Enligt fig. 1 har botten l i en degelugn en öppning 2 för tapp- ning av smält metall i ugnen. Oppníngen 2 är slutbar medelst ett skjutreglage omfattande en skjutplatta 3 och en andra platta (munstycksplattan) 4, som är försedd med ett samlingsmunstycke S i ett stycke. Skjutplattan 3 är ett eldfast komposítalster be- stående av en första eldfast kropp i form av en ihålig plugg 6 begränsande en flödespassage 7 och uppburen av en andra eldfast kropp 8, som utgör större delen av skjutplattan. Munstycksplattan 4 är även ett eldfast kompositalster och består av en första eld- fast kropp 9 i form av ett foder för en flödespassage 10 genom en andra eldfast kropp ll utgörande munstycksplattan 4 med dess 10 15 20 ZS 30 35 40 7 453 467 samlingsmunstycke 5 utförtfi ett stycke därmed.

Den ihåliga pluggen 6 eller fodret 9 formas av ett eldfast mate- rial av relativt hög kvalitet och bildas in situ i en passage i den andra eldfasta kroppen 8 eller ll av dess respektive reglage- platta 3 eller 4 på sådant sätt, att det vidhäftar och binder till den andra eldfasta kroppen 8 genom sammansmältning eller del- vis sammansmältning. Sådan andra eldfast kropp utföres av ett eldfast material av lägre kvalitet. Sådan bildning in situ ten- derar att förorsaka inträngning i varandra av de eldfasta materia- len i gränsen mellan de respektive eldfasta kropparna 6 och 8 eller 9 och ll.

Dessutom kan den ihåliga pluggen 6 eller fodret 9 vara sammansatt av eldfast material, som är sammansmält eller delvis sammansmält och bundet till dess respektive andra eldfasta kropp 8 eller ll.

Fig. 2 visar ett steg vid reparation av en använd skjutplatta 12 till ett skjutreglage. Skjutplattan 12 var ursprungligen av en enda eldfast kropp försedd med en flödespassage 13 antydd med prickade linjer. Under användning blev flödespassagen 13 för- storad genom erosion av material, såsom antydes på den högra sidan av fig. 2, varvid denna erosion var särskilt svår i ändarna på flödespassagen 13. För att reparera denna skjutplatta 12 av- lägsnas ytterligare eldfast material från omkring flödespassagen 13 och lämnar en förstorad passage 14, vars profil antydes i heldragna linjer på den vänstra sidan av figuren och med pricka- de linjer på den högra sidan. Man bör lägga märke till att pro- filen på den förstorade passagen 14 är stegad för att åstadkomma en skuldra 15 för att ge ytterligare mekaniskt stöd för en eld- fast plugg, som skall innehållas inom den förstorade passagen.

Som ett alternativ till att åstadkomma sådant stöd kan profilen på passagen 14 vara konisk. Givetvis kan en delvis konisk, val- fritt stegad profil åstadkommas, om så önskas.

Efter det att passagen 14 bildats, fylles den med en plugg 16 (fig. 3) av eldfast material, så att skjutplattan består av en första och andra eldfast kropp 16, 17. Vid normal praxis kan då pluggen 16 först formas, den stå ut från övre ytan på den andra eldfasta kroppen 17. I sådant fall kommer bearbetning att vara nödvändig för att förse skjutplattan 12 med en plan övre yta. 10 15 20 25 30 35 40 i en icke använd kropp av eldfast material och att en munstycks- 'basiska eldfasta materialet med användning av anordningen beskri- 453 467 e Efter det att pluggen 16 formats, borras den för att åstadkomma en flödespassage, såsom flödespassagen 7 i skjutplattan 3 i fig. l. plan, placeras en formplatta 18 av eldfast material, såsom kisel- För att den undre ytan på pluggen 16 skall kunna formas dioxid eller en lämplig metall, mot underytan på skjutplattan 12 före pluggens formning.

Det är särskilt lämpligt att forma pluggen 16 med användning av anordningen som beskrives i vårt brittiska patent 1 330 895, dvs. anordningen för flamsprutning av en blandning av fina partiklar omfattande brännbara (t.ex. metall eller metalloid) partiklar av annat material såsom eldfasta oxidpartiklar för att bilda en sammanhängande massa.

Det inses givetvis att pluggen ló i fig. 3 lika väl kan formas platta såsom plattan 4 i fig. l likaledes kan tillverkas eller repareras på ett liknande sätt.

Exempel 1 ¿ För att bilda en plugg i en kropp av basiskt eldfast material I bestående huvudsakligen av magnesiumoxid, iordningställdes en blandning av partiklar och sköts in i ett hål bildat i det ven i det brittiska patentet l 330 895. .a Den eldfasta kroppen förvärmdes till S00°C.

Partikelblandningen sköts in med en hastighet av 20 kg/timme i en ström av syre, som tillfördes med 13 000 L/timme och hade föl- jande sammansättning i vikt-%: Zr02 45 %, Si02 28 %, AIZO3 15 %, Si 12 %. Kiselpartiklarna hade en maximal genomsnittlig kornstorlek av 10 /um och en specifik yta av 5000 cmz/g och de andra partiklarna hade en maximal genomsnittlig kornstorlek av 500 /um. att smälta åtminstone ytan på de andra partiklarna och på så sätt Värmen från kislets förbränning var tillräcklig för bilda en sammanhängande plugg av eldfast material, som samman- smältes och direkt band till den eldfasta kroppen av magnesium- oxidtyp. 10 15 20 25 30 35 9 453 467 Exempel 2 _ .

Vid en variant av exempel 1 ersattes oxidpartiklarna pà den ut- skjutna blandningen av Zr02 (S0 vikt-% av blandningen) och Al2O3 (38 %).

Exempel 3 För att bilda en plugg i ett basiskt eldfast block bestående i huvudsak av magnesiumoxid utsköts en utgângsblandning av fint fördelade partiklar bestående av 40 % MgO, 40 % ZrO2 och 20 % kisel med en hastighet av 0,7 kg/minut i en syrgasström av 240 L/minut.

Blocket förvärmdes till en temperatur av omkring SOOOC. Återigen erhölls en sammanhängande massa av sammansmält eldfast material.

Vid en variant av detta exempel fanns små mängder Si02 i utgångs- blandningen.

Exempel 4 För att bilda en plugg i ett basiskt eldfast block bestående i huvudsak av magnesiumoxid sköts en utgångsblandning av fint för- delade partiklar bestående av i vikt-% 60 % krom-magnesiumoxid, 20 $ ZrO2 och 20 % brännbart material ut med en hastighet av 0,7 kg[minut i en syrgasström av 240 L/minut. Det brännbara materialet som användes var kisel och blocket förvärmdes till en temperatur av SOOOC, innan det sprutades.

Exempel 5 Ett basiskt eldfast block igensattes genom att med en hastighet av 0,7 kglminut skjuta ut i en syrgasström uppgående till 220 L/minut en blandning av fint fördelade partiklar bestående av i vikt-%, 15 % Al203, lZ % Si02, 60 % ZrSiO4 (zirkon) och 13 % brännbart material.

Blocket førvarmdeg ni11 soo°c_

Claims (16)

453 467 10 Patentkrav

1. Sätt vid tillverkning av ett eldfast kompositalster, försett med en flödespassage, genom vilken en smält metallström kan ledas och omfattande en första kropp av eldfast material, som begränsar~ en yta i passagen, varvid den första kroppen är bunden till en and- ra kropp av eldfast material, k ä n n e t e c k n a t av åtgär- derna att tillhandahålla en sådan andra kropp, som begränsar en pas- sage med större dimensioner i tvärsektion än flödespassagen och in- om den större passagen anordna den första kroppen av eldfast mate- rial för att utforma flödespassagens yta, varvid den första kroppen formas i den större passagen genom att bripga dess eldfasta material att direkt vidhäfta och binda till den andra kroppen genom samman- smältning eller delvis sammansmäötning in situ.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den första eldfasta kroppen är sammansatt av sammansmält eller delvis samman- smält eldfast material.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att den första eldfasta kroppen formas som en eldfast kropp av relativt hög kvalitet och den andra kroppen formas som en eldfast kropp med lägre kvalitet.

4. Sätt enligt något av de föregående kraven, k ä n n.e t e c k - n a t av att den första eldfasta kroppen formas genom en sprutnings teknik, särskilt genom flamsprutning av en blandning av exotermiskt oxiderbart material och andra material, så att en sammanhängande eldfast massa bildas.

5. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att det oxi- derbara materialet sprutas i form av partiklar med en genomsnittlig storlekznrmindre än 50 pm och företrädesvis mindre än 10 pm.

6. Sätt enligt krav 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a t av att det oxiderbara materialet sprutas i form av partiklar med en spe- cifik yta av åtminstone 500 cm2/g och företrädesvis åtminstone sooo cmz/g. 453 467 77

7. Sätt enligt något av kraven 4-6, k ä n n e t e c k n a t av att det andra materialet sprutas i form av partiklar med en ge- nomsnittlig storlek under 500 um.

8. Sätt enligt något av kraven 4-7, k ä n n e t e c k n a t av att det oxiderbara materialet utgör mindre än 35 vikt-% av den bland- ning, som sprutas.

9. Sätt enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k - n a t av att den första eldfasta kroppen formas i en skjutreglage- platta.

10. Sätt enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k - n a t av att den första eldfasta kroppen formas och därefter bor- ras för att utforma flödespassagen.

11. Sätt enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k - n a t av att den första eldfasta kroppen formas i ett hål, som upp- tagits genom att avlägsna material omkring en flödespassage i ett använt eldfast alster.

12. Eldfast kompositalster uppvisande en flödespassage, genom vil- ken en smält metallström kan ledas och omfattande en första kropp av eldfast material, som begränsar en yta i den passagen, där den första kroppen är bunden till en andra kropp av eldfast material, k ä n n e t e c k n a t av att den första kroppen är formad inom en passage utformad i den andra kroppen, varvid den senare passagen har större dimensioner i tvärsektion än den förstnämnda flödespas- sagen och att den första kroppen vidhäftar och binder direkt till den andra kroppen genom sammansmältning eller delvis sammansmältning in situ.

13. Alster enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a t av att den första eldfasta kroppen är sammansatt av sammansmält eller delvis sammansmält eldfast material.

14. Alster enligt krav 12 eller 13, k ä n n e t e c k n a t av att den första eldfasta kroppen utgöres av en eldfast kropp av re- lativt hög kvalitet och att den andra kroppen utgöres av en eldfast kropp av en lägre kvalitet. 453 467 1,2, .

15. Alster enligt något av kraven 12-14, k ä n n e t e c k n a t av att den första eldfasta kroppen omger en flödespassage i en skjutreglageplatta.

16. Alster enligt något av kraven 12-15, k ä n n e t e c k n a t av att materialen i de eldfasta kropparna tränger in i varandra i ett gränsskikt.