SE463873B - Saett och blandning foer bildning av en sammanhaengande eldfast massa paa en yta samt enligt saettet erhaallen massa - Google Patents

Description

465 873 10 15 20 25 30 35 halv-metall. är det lämpligt att omnämnda dessa bränsleelement som metallïska. I allmänhet rekommenderas det att skjuta ut partiklarna i närvaro av en hög syrekoncentration, t.ex. genom att använda handelskvalitet på syre som bärgas. På detta sätt kan en sammanhängande eldfast massa bildas, som vidhäftar ytan mot vilken partiklarna skjutes ut. På grund av de mycket höga temperaturerna 1 den keramiska svetsningsflamman, tenderar flamman att vara i stånd att skära igenom eventuell slagg, som kan föreligga på ytan av ett eldfast material som behandlas och mjukna eller smälta den ytan, så att en god förbindelse upprättas mellan ytan som behandlas och den nybildade eldfasta massan.

Sådana kända keramiska svetsningsförfaranden kan användas för bildning av ett eldfast element, t.ex. ett block av särskild form, men de användes mest allmänt för att bilda beläggningar eller reparationer på eldfasta block eller väggar och de är särskilt lämpliga för att reparera eller armera existerande eldfasta konstruktioner, t.ex. för att reparera väggar eller väggbeläggningar i glassmältningsugnar, koksugnar eller eld- fast utrustning som användes i de metallurgiska industrierna.

Det är vanligt att verkställa en sådan operation under det att det ursprungliga eldfasta materialet är varmt och i en del fall är det t.o.m. möjligt att åstadkomma reparationen eller armeringen utan att avbryta utrustningens normala drift.

Det är uppenbart att det effektiva utförandet av sådana kera- miska svetsningsförfaranden kräver snabbt och fullständigt frigörande av det värme som frigöres genom reaktionerna mellan bränslepartiklarna och syret. Med andra ord är det önskvärt att alla bränslepartiklarna skall fullständigt ha brunnit innan de når ytan som sprutas. Den höga kostnaden på lämpliga metalliska bränslepartiklar kommer även att uppmuntra den keramiska svetsaren att erhålla maximalt utbyte, dvs. att arbeta så att bränsleförbränningen är så fullständig som möjlig och inga rester av oförbränt bränsle inneslutes i den bildade eldfasta massan. 10 15 20 25 30 35 3 463 875 Det andra slaget av förfarande för att bilda en eldfast massa in situ på en yta är känd som flamsprutning. Sådana förfaran- den består i att rikta en flamma över ett ställe där man önskar bilda den eldfasta massan och skjuta ut eldfast pulver tvärs över flamman. Flamman matas av ett gasformigt eller flytande bränsle och ibland av pulveriserad koks. Det är uppenbart att effektiv drift av sådan flamsprutningsteknik kräver fullständig förbränning av bränslet för att skapa så varm flamma som möjligt och erhålla maximalt utbyte. I allmän- het är flamtemperaturen som kan erhållas vid ett flamsprut- ningsförfarande ej så hög som kan uppnås vid en keramisk svetsningsteknik, med resultat att den bildade eldfasta massans inbördes bindning ej är så stor och eftersom förbin- delsen mellan den nya eldfasta massan och ytan på det eldfasta underlaget bildas vid en lägre temperatur kommer den förbin- delsen ej att vara så säker. En sådan flamma är mycket mindre i stånd att genomtränga eventuell slagg, som kan vara närva- rande på en eldfast yta som behandlas, än vad flamman vid ett keramiskt svetsningsförfarande är i stånd till.

Keramisk svetsnings- och flamsprutningstekniker som just har beskrivits är användbara för att belägga eller reparera väggar eller beläggningar bestående av olika klassiska eldfasta material. kiseldí- oxid-aluminiumoxid- och zirkonoxidhaltiga eldfasta material. såsom basiska eldfasta material. silika.

Numera föreligger en ökad användning av eldfasta material av ett nytt slag, som utmärkes av en hög halt av kolpartiklar.

Dessa kolhaltiga eldfasta material är vanligen baserade på magnesiumoxid eller aluminiumoxid och de kan innehålla från 5 % till 30 % eller t.o.m. 35 viktprocent kol. Sådana kolhal- tiga eldfasta material användes i industriella elektriska smältugnar och även i stålverk. i konvertrar och gjutskänkar.

De väljes för deras höga motståndsförmåga mot erosion och korrosion av smälta metaller och slagger.

Vid beläggning eller ombeläggning av en eldfast konstruktion kan det vara önskvärt att bilda en eldfast beläggning med en 465 873 10 15 20 25 30 35 bättre motståndsförmåga mot erosion och korrosion än grund- materialet. Detta är särskilt fallet på delar av den eldfasta konstruktionen, som är särskilt utsatta för verkan av smält material, såsom snyten på gjutskänkar. Mer vanligt emellertid och då man reparerar en eldfast konstruktion föredrages det att bilda en eldfast massa, som har samma sammansättning som grundmaterialet. Detta hjälper till att säkerställa att det nya materialet är kompatibelt med grundmaterialet på vilket det bildas såväl vad beträffar dess kemiska sammansättning som dess utvidgningsegenskaper. Om det föreligger kemisk eller fysikalisk oöverensstämmelse mellan det nya och det gamla eldfasta materialet, har förbindelsen mellan dem en tendens att vara dålig och reparationen eller beläggningen kan flaga av. Sålunda föreligger ett krav att vara i stånd att bilda sammanhängande. kompakta (dvs. icke-porösa) eldfasta massor, som har samma eller nära liknande sammansättning som de kolhaltiga eldfasta materialen som omnämnts ovan och som kommer att väl vidhäfta en yta av ett givet eldfast material.

Given kravet för att bilda en kolhaltig eldfast massa skulle det synas nödvändigt att detta måste göras vid en temperatur som ej är alltför hög eller under förhållanden som ej eller endast obetydligt är oxiderande. Sålunda skulle det synas lämpligt att använda sig av en flamsprutningsteknik såsom beskrivits ovan, spruta en blandning av koks och eldfasta partiklar under förhållanden så att det finns otillräckligt med syre för fullständig förbränning av koksen. En alternativ metod skulle vara att anbringa en pasta av den erforderliga kompositionen och bränna den en masse. Till vår förvåning har vi funnit att det är möjligt att bilda kolhaltiga eldfasta material genom att använda en keramisk svetsningsteknik, där eldfast material och bränslepartiklar skjutes ut under hög- oxiderande förhållanden, vilket medför en flamma av mycket hög temperatur. Detta är överraskande emedan man normalt skulle förvänta sig att den samtidiga närvaron i den utskjutna bland- ningen av kolpartiklar och metalliska bränslepartiklar skulle resultera i tidig oxidation och försvinnande av kolpartiklar- na. med en fördröjning av bränslepartiklarnas oxidation. 10 15 20 25 30 35 5 463 873 Enligt föreliggande uppfinning avses ett sätt att bilda en sammanhängande eldfast massa på en yta genom att mot den ytan utskjuta, tillsammans med syre, en blandning av eldfasta par- tiklar och bränsle, som reagerar på ett exotermiskt sätt med det utskjutna syret för att frigöra tillräckligt med värme för att smälta åtminstone ytorna på de eldfasta partiklarna och sålunda bilda den eldfasta massan. och utmärkes av att den ut-~ skjutna blandningen innehåller som bränslet, fint fördelade partiklar av åtminstone ett element, som är oxiderbart för att bilda en eldfast oxid, och av att den utskjutna blandningen även innehåller kolhaltiga partiklar med en medelkornstorlek överstigande 0,5 mm, sammansatta av en kärna av kolhaltigt material, som är täckt av en mantel av ett material, vilket förhindrar oxidation av en sådan kärna. varigenom kolpartiklar blir inneslutna i den bildade eldfasta massan.

Uttrycket "kolpartiklar" såsom det användes här betecknar par- tiklar, som omfattar kol i elementartillståndet, oberoende av dess allotropiska form. Uttrycket "kolhaltiga partiklar" be- tecknar partiklar av rent kol och även partiklar av kol bland- ade eller kemiskt förenade med annat material på sådant sätt att partiklarna kan sönderfalla och lämna en kolrest.

Effektiviteten hos ett sätt enligt föreliggande uppfinning är oväntad, emedan den helt går emot den tidigare kända tekniken.

Vid ett sätt enligt föreliggande uppfinning brinner å ena sidan bränslepartiklar i närvaro av syre med frigörande av tillräckligt med värme för att smälta åtminstone ytan på de eldfasta partiklarna som de utskjutes med under det att å andra sidan de kolhaltiga partiklarna går igenom området där bränsle brinner utan att bli oxiderade eller åtminstone utan att bli fullständigt oxiderade.

Föreliggande uppfinning är särskilt fördelaktig emedan den medger bildning av eldfassa massor, som är höggradigt mot- ståndskraftiga mot angrepp av smälta metaller: den medger reparation eller beläggning av kolhaltiga eldfasta material med ett eldfast material av samma natur och bildning av en kolhaltig eldfast massa på en kropp av ett eldfast material, som är mindre motståndskraftigt mot angrepp av smälta metaller. 465 873 10 15 20 25 30 35 Vidare har ett sådant sätt fördelen av enkelhet i drift med användning av anordningar av känd typ, såsom den som användes vid drift av klassiska keramiska svetsningsförfaranden såsom omnämnts tidigare i denna beskrivning.

Bränslet som skall användas omfattar partiklar av åtminstone ett element, som är oxiderbart för att bilda en eldfast oxid.

På detta sätt kan bränslet och de eldfasta partiklarna i blandningen lätt utväljas så att den resulterande massan av sammanhängande partiklar och eldfasta oxidförbränningsproduk- ter har någon önskad eldfast sammansättning, t.ex. i huvudsak samma sammansättning som den hos en eldfast yta mot vilken blandningen skjutes ut. Det föredrages att bränslepartiklarna är partiklar är kisel, aluminium och/eller magnesium. Partik- lar av dessa element är kommersiellt tillgängliga och de kan blandas i önskade proportioner om så erfordras.

Såsom är känt i och för sig har storleken på bränslepartiklar- na en viktig inverkan på effektiviteten hos ett klassiskt keramiskt svetsningsförfarande. Det är önskvärt att i de klassiska förfarandena bränslepartiklarna bör ha liten storlek så att de förbrinner snabbt och fullständigt under deras flygväg från en lans som användes för utskjutning till ytan som man arbetar pâ. Detta ger en snabb frigivning av värme och resulterar i en flamma med mycket hög temperatur för att uppnå en tillfredsställande smältning av de eldfasta partiklarna och sålunda ge en sammanhängande och kompakt eldfast massa. Till vår förvåning har vi funnit att en liknande bränslepartikel- fördelning bör rekommenderas vid ett sätt enligt föreliggande uppfinning. Sålunda för bästa resultat bör bränslepartiklarna ha en genomsnittlig kornstorlek av mindre än 50 um. Faktiskt är det önskvärt att bränslepartiklarna har en granulometri så att åtminstone 90 viktprocent av den har en kornstorlek mindre än 50 um. Partiklar med en genomsnittlig kornstorlek i området 5 um till 20 um är särskilt lämpliga.

De kolhaltiga partiklarna kan bildas av ett material, som är lätt tillgängligt till låg kostnad. Bland material som är 10 15 20 25 30 35 463 873 lämpliga kan omnämnas kol, koks. lignit, träkol, grafit, kol- fibrer. använda ugnselektroder och organiska material såsom sockerarter och syntetiska hartser. Särskild preferens ges för närvarande till användning av partiklar av ett polymermaterial med hänsyn till lättheten att behandla dem före utskjutning i blandningen och särskilt lättheten med vilken polymermaterial kan bildas till partiklar av önskad granulometri. Kolhaltiga partiklar att användas vid uppfinningen kan även tillverkas genom att anbringa en polymerbeläggning pâ eldfasta partiklar.

Det är möjligt att endast lita pâ storleken av de kolhaltiga partiklarna för att förhindra deras fullständiga förbränning under utskjutning, så att kolpartiklar blir inneslutna i den bildade eldfasta massan. Ett yttre skal på partikeln kan med- ges brinna för att lämna en kolkärna, som blir innesluten i det eldfasta materialet. Om detta skall utföras, föredrager man att de kolhaltiga partiklarna har en genomsnittlig korn- storlek överstigande 0,5 mm.

Det är emellertid att föredraga att förlita sig pâ sammansätt- ningen av de kolhaltiga partiklarna och med fördel omfattar de kolhaltiga partiklarna partiklar sammansatta av en kärna av kolhaltigt material, som täckes med en mantel av ett material, som förhindrar oxidation av sådan kärna. Detta underlättar bildningen av en eldfast massa med inneslutna kolpartiklar.

Särskilt ökar tillämpningen av detta särdrag reglering av mängden kol, som kommer att vara så inneslutet. Om mantel- materialet förhindrar oxidation av den kolhaltiga kärnan följer att allt kol innehållet i kärnan kommer att bli inne- slutet, med resultat att ett kolhaltigt eldfast material med en given innesluten kolhalt kan bildas tillförlitligt av en utskjuten partikelblandning med en given sammansättning.

Hänvisning har hittills gjorts till inneslutning av endast kolpartiklar i en eldfast massa för bildning av ett kolhaltigt eldfast material. I löpande industriell drift har även använd- ning av kolhaltiga eldfasta material uppstått, som innehåller inneslutna partiklar av ett element, som är oxiderbart för att 463 873 10 15 20 25 30 35 bilda en eldfast oxid. Särskilda exempel på sådana element är kisel, magnesium, zirkonium och aluminium. Ändamålet med att inbegripa dessa element är att sänka syrediffusionen genom det eldfasta materialet och sålunda förbättra den eldfasta krop- pens duglighet. Eventuellt syre som diffunderar in i det eld- fasta materialet har en tendens att förena sig med sådana ele- mentpartiklar och emedan resultatet av en sådan förening är en eldfast oxid, blir det eldfasta materialets struktur ej sär- skilt försvagad genom förekomsten av t.ex. håligheter. Emedan kisel uppträder som en del metaller även i detta avseende är det lämpligt att beteckna eldfasta material i vilka sådana partiklar är inneslutna med beteckningen "metallhaltiga".

Såsom med kolhaltiga eldfasta material så är det önskvärt att vara i stånd att in situ åstadkomma varmreparation eller arme- ring av metallhaltiga eldfasta material.

Såsom torde ha observerats inbegriper dessa metalliska ele- ment, vars användning särskilt rekommenderas i bränslepartik- lar att användas vid ett keramiskt svetsningsförfarande. över- raskande har vi funnit att genom att vidta vissa åtgärder är det möjligt att använda ett keramiskt svetsningsförfarande för att bilda en kolhaltig eldfast massa, som innehåller inneslut- na metalliska partiklar.

Därmed avser vissa föredragna utföringsformer av föreliggande uppfinning att den utskjutna blandningen vidare innehåller partiklar omfattande åtminstone ett element, som är oxiderbart för att bilda en eldfast oxid, vilka ytterligare partiklar har en sådan storlek eller komposition att partiklar av sådant element blir inneslutna i den bildade eldfasta massan.

Valet av metallelement eller metalliska element för att ingå i sådana ytterligare partiklar beror på den eldfasta grundmas- sans sammansättning i vilka de skall inneslutas och de egen- skaper som erfordras av den eldfasta massan före, under och efter någon oxidation av sådana partiklar. I allmänhet före- drages det att sådana ytterligare partiklar omfattar åtminsto- 10 15 20 25 30 35 463 873 ne en av kisel, magnesium, zirkonium och aluminium.

Det föredrages att sådana ytterligare partiklar omfattar par- tiklar sammansatta av en kärna av åtminstone ett sådant ele- ment, som är oxíderbart för att bilda en eldfast oxid, vilken kärna är täckt av en mantel av ett material, som förhindrar oxidation av sådan kärna. Detta medger en bättre reglering och förutsägbarhet av mängden sådant kärnelement, som kommer att bli inneslutet 1 den bildade eldfasta massan än som är möjligt genom att enkelt lita till storleken på de ytterligare partik- larna.

Hantlarna som täcker de kolhaltiga kärnorna och mantlarna som täcker metalliska kärnor kan lämpligen väljas från samma klas- ser av material. Det är önskvärt att välja ett oorganiskt material, som är i huvudsak inert med avseende på syre för att så effektivt förhindra oxidering av kärnmaterialet och som ej kommer att skapa någon defekt i den bildade eldfasta massan.

Detta möjliggör användning av partiklar som har kolhaltiga eller metalliska kärnor, vars kol- och om så användes metall- halt står i exakt överensstämmelse med mängden kol eller me- talliska partiklar som skall inneslutas i det eldfasta materi- alet och det undanröjer varje som helst nödvändighet att an- vända material, vilkas reaktioner kan vara ovissa eller svåra att reglera kvantitativt under utskjutningen. Företrädesvis omfattar materialet i manteln därför en eller flera metalliska oxider. nitrider eller karbider och med fördel omfattar mant- larna en eller flera oxider, nitrider eller karbider av magne- sium, aluminium, kisel, titan. zirkonium eller krom. Sådana föreningar kan avsättas ganska lätt på fasta partiklar och de har en eldfast karaktär, som är förenlig med den eldfasta massan, som kommer att bildas enligt sättet. Hanteln kan formas som en kontinuerlig beläggning, som helt innesluter kärnan såsom ett äggskal eller det kan särskilt då kärnan är porös absorberas eller adsorberas som en ytlig beläggning på kärnan. I någotdera fallet skyddar manteln kärnan, antingen den är av kolhaltigt eller metalliskt material mot oxidering. 463 873 10 15 20 25 30 35 10 Vid vissa föredragna utföringsformer av uppfinningen avsättes den metalliska oxiden. nitriden eller karbiden under vakuum.

Detta kan utföras genom förângning av det metalliska materia- let följt av förening av det senare med syre, kväve eller kol för att bilda den motsvarande oxiden, nitriden eller karbiden.

Vid andra föredragna utföringsformer av uppfinningen avsättes den metalliska oxiden, nitriden eller karbiden genom att pla- cera partiklar av kärnmaterialet i kontakt med en reaktiv vätska och därefter uppvärma dem. Pâ detta sätt kan kärnorna som skall skyddas lätt blandas med en eller flera reagenser, t.ex. en eller flera organo-metalliska föreningar, vilken eller vilka är flytande eller i lösning och därefter exponeras för tillräcklig uppvärmning för att driva av eventuellt när- varande lösningsmedel och pyrolysera reagensen (reagenserna) för att bilda mantlarna. Ett sådant förfarande kan med fördel användas för att avsätta en eller flera oxider på kolhaltiga partiklar genom uppvärmning till en temperatur av omkring 500°C.

Vid ytterligare andra föredragna utföringsformer av uppfin- ningen för bildning av metallhaltiga eldfasta material oxide- ras kärnpartiklarna av åtminstone ett element, som är oxider- bart för att bilda en eldfast oxid, på ytan för att bilda en oxidmantel genom att exponera dem för värme och syre i en fluidiserad bädd. Detta är ett särskilt lämpligt sätt att skydda sådana partikelkärnor mot oxidation under utskjutning.

Företrädesvis hålles kärnpartiklarna i rörelse under den metalliska oxidens, nitridens eller karbidens avsättning.

Detta medger enhetlig och jämn behandling av ett stort antal partikelkärnor samtidigt. Partikelkärnorna kan omröras meka- niskt under det att de belägges under vakuum eller under det att de står i kontakt med en reaktiv vätska. Alternativt kan partikelkärnorna behandlas med ett gasformigt reagens vid en fluidiserad bäddteknik.

I motsats till vad man skulle kunna antaga beror sättets en- 10 15 20 25 30 35 ll 463 873 ligt föreliggande uppfinning effektivitet ej på att arbeta i en omgivning som har en ganska låg syrehalt. Det är möjligt och det rekommenderas verkligen att skjuta ut partikelbland- ningen under förhållanden, som är gynnsamma för fullständig exotermisk oxidation av bränslepartiklarna och det föredrages därmed att syre utgör åtminstone 60 volymprocent av den gas. som utskjutes mot ytan.

En blandning av partiklar att användas vid ett sätt enligt uppfinningen såsom ovan beskrivits har i sig själv vissa fördelar och denna uppfinning avser även en blandning av partiklar för att användas vid ett sätt att bilda en samman- hängande eldfast massa på en yta genom att mot ytan skjuta ut blandningen och syre, där blandningen omfattar eldfasta par- tiklar och bränslepartiklar, som är i stånd att reagera på ett exotermiskt sätt med syre för att frigöra tillräckligt med värme för att smälta åtminstone ytorna på de eldfasta partik- larna för att bilda den eldfasta massan och utmärkes av att blandningen innehåller som bränslet fint fördelade partiklar med en medelkornstorlek av mindre än 50 um av åtminstone ett element, som är oxiderbart för att bilda en eldfast oxid och av att blandningen även innehåller kolhaltiga partiklar som är av en sådan storlek eller sammansättning att då blandningen skjutes ut mot en sådan yta i närvaro av syre, under förhål- landen som leder till i huvudsak fullständig oxidering av bränslepartiklarna och bildningen av den sammanhängande eld- fasta massan, de kolhaltiga partiklarna ej kommer att bli helt oxiderade, varvid kolpartiklar blir inneslutna 1 den bildade eldfasta massan.

En sådan blandning av partiklar medger bildning av kolhaltiga eldfasta massor, som har en hög motståndskraft mot korrosion och erosion av smälta metaller och som är l stånd att bevara sådan hög motståndsförmåga under en tillräcklig arbetslivs- längd. Genom att använda en sådan blandning, t.ex. vid ett keramiskt svetsningsförfarande, kan kompakta eldfasta massor lätt bildas, som väl kan vidhäfta olika eldfasta ytor. På grund av att blandningen omfattar bränslepartiklar, vilkas 463 873 12 10 15 20 25 30 35 medelkornstorlekar är mindre än 50 um (och som företrädesvis har en maxímalstorlek ej överskridande 50 pm), befordras en fullständig reaktion av bränslepartiklarna. Sådana partiklar reagerar snabbt med syre, varvid den nödvändiga värmen snabbt frigöres för att bilda en kompakt eldfast massa på ytan mot vilken blandningen utskjutes. En sådan blandning kan erhållas utan svårighet genom att sammanblanda partiklar, som är till- gängliga i handeln eller som kan tillverkas särskilt, men från primärmaterial, som är lätt tillgängliga.

De eldfasta partiklarna i blandningen kan ha någon önskad sammansättning. Såsom exempel kan de utgöras av partiklar av en eller flera av sillimanit, mullit, zirkoniumsilikat, kisel- dioxid. zirkoniumoxid och aluminiumoxid. Blandningen kan där- vid vara anpassad för att bilda en kolhaltig eldfast massa, som har en sammansättning, som svarar mot en av ett stort antal vanliga eldfasta kompositioner. Det föredrages särskilt att de eldfasta partiklarna åtminstone huvudsakligen utgöres av magnesiumoxidpartiklar, för att så medge bildning av basiska eldfasta massor, som är förenliga med det mesta av eldfast utrustning, som användes i kontakt med smälta metaller.

De kolhaltiga utgângsmaterialen behöver ej utgöras av rent kol utan kan såsom antytts tidigare innehålla kol blandat eller kemiskt bundet med andra element. Kol, grafit, lignit, koks, träkol. kolfibrer, elektrodrester från elektriska ugnar etc., syntetiska hartser, organiska material såsom socker etc. kan sålunda väljas. Särskild preferens ges för närvarande använd- ning av partiklar av ett polymermaterial med hänsyn till lätt- heten att behandla dem före utskjutning i blandningen oche särskilt lättheten med vilken polymernaterial kan formas till partiklar av önskad granulometri. Såsom omnännts kan kolhal- tiga partiklar för att användas vid uppfinningen även till- verkas genom att anbringa en polymerbeläggning på eldfasta partiklar.

I enlighet med en del föredragna utföringsformer av blandning- en enligt uppfinningen har de kolhaltiga partiklarna en medel- 10 15 20 25 30 35 13 465 873 kornstorlek överstigande 0,5 mm. Sådana partiklar framställes lätt av malda och siktade kolhaltiga material. Partiklar som har en medeldiameter av mer än 0.5 mm behöver ej särskild behandling för att göras relativt eller helt icke-reaktiva 1 förhållande till syre. Tvärtom är det möjligt att låta dessa partiklar oxidera ytligt under det att man behåller eller bildar en kärna av kol, som förblir i en eldfast massa bildad genom utskjutning av blandningen i syre. För att framställa en kolhaltíg eldfast massa innehållande kolpartiklar av en given medeldiameter rekommenderas det att välja en utgångsblandning omfattande kolhaltiga partiklar, vilkas medeldiameter är åt- minstone två gånger den givna diametern.

Det föredrages emellertid att de kolhaltiga partiklarna omfat- tar partiklar sammansatta av en kärna av kolhaltigt material, som är täckt med en mantel av ett material, som, då blandning- en utskjutes mot en omnämnd yta i närvaro av syre och under förhållanden som leder till i huvudsak fullständig oxidation av bränslepartiklarna och bildning av en sammanhängande eld- fast massa, förhindrar oxidation av sådan kärna. Partiklar av detta slag kan hållas, lagras och hanteras i en atmosfär inne- hållande syre utan några särskilda försiktighetsåtgärder.

Detta underlättar även i hög grad förutsägelsen av kornstor- lekar för kolpartiklarna, som kommer att bli inneslutna 1 den kolhaltiga eldfasta massan, bildad genom att skjuta ut bland- ningen under nämnda förhållanden och sålunda underlättar den tillförlitliga bildningen av en eldfast massa med en önskad sammansättning av en blandning med förutbestämda andelar av dess olika beståndsdelar.

Vid vissa föredragna utföringsformer av blandningen enligt uppfinningen innehåller blandningen vidare partiklar omfattan- de åtminstone ett element, som är oxiderbart för att bilda en eldfast oxid, vilka ytterligare partiklar har en sådan storlek eller sammansättning att, då blandningen utskjutes mot en omnämnd yta i närvaro av syre och under förhållanden. som leder till i huvudsak fullständig oxidation av bränslepartik- larna och bildning av en omnämnd sammanhängande eldfast massa, 463 873 14 10 15 20 25 30 35 kommer sådana ytterligare partiklar ej att fullständigt oxide- ras, varvid partiklar av sådana element blir inneslutna i den bildade eldfasta massan.

Inneslutet material av detta slag bibringar de eldfasta mas- sorna bildade från blandningen förbättrad korrosionsmotstånds- förmåga. Blandningar av detta slag kan även framställas utan någon svårighet. Blandningar av detta slag kan bildas genom att använda i handeln tillgängliga metallpulver. Åtminstone någon av kisel, magnesium, zirkonium och aluminium är företrädesvis närvarande i sådana ytterligare partiklar.

Med fördel omfattar sådana ytterligare partiklar en kärna av åtminstone ett sådant element, som är oxiderbart för att bilda en eldfast oxid, som är täckt med en mantel av ett material, som under nämnda förhållanden förhindrar oxidation av sådan kärna.

Materialet i en sådan mantel omfattar företrädesvis en eller flera metalliska oxider, nitrider eller karbider och med för- del omfattar mantlarna en eller flera oxider, nitrider eller karbider av magnesium, aluminium, kisel, titan, zirkonium eller krom. Sådana föreningar avsättes på partikelkärnorna utan svårighet, utan att oskäligt öka kostnaden för dem. De kan bilda ett skikt omgivande kärnan och sålunda bilda ett hölje eller alternativt kan de impregnera ytskikten på kärnan om den senare är porös. En avsättning av detta slag kan bildas på kärnorna genom t.ex. vakuumförångning av metallen följd av dess förening med syre, kväve eller kol eller genom avsättning av ett organo-metalliskt förmaterial, som omvandlas till oxid vid en moderat temperatur. Partiklar av detta slag underkastas en särskild preparering innan de ingår i blandningen, men tiden och kostnaderna som erfordras för denna preparering kompenseras 1 stor utsträckning genom säkerheten att använda den senare och förutsâgbarheten för resultaten då blandningen användes vid ett keramiskt svetsningsförfarande. w) 10 15 20 25 30 35 15 463 875 För att skydda partikelkärnorna mot oxidering med tillfreds- ställande säkerhetsgrad representerar mantelmaterialen före- trädesvis från 0,02 % till 2 viktprocent av partiklarna om- fattande mantlar. En sådan mängd mantelmaterial medger bild- ning av helt kompletta skikt omkring dessa partiklar.

För att göra det möjligt att bilda eldfasta massor med en sammansättning liknande i handeln tillgängliga kolhaltiga eldfasta material, som valfritt även är metallhaltiga, före- drages det att de kolhaltiga partiklarna och de nämnda ytter- ligare partiklarna, om sådana finnes, är närvarande i en total mängd av från 2 till 50 viktprocent av blandningen. Företrä- desvis är mängden kolhaltiga partiklar mellan 5 och 50 % och mängden av de ytterligare partiklarna (om sådana förekommer) mellan 2 och 10 %. Närvaron av sådana mängder i blandningen säkerställer bildning, medelst utskjutning i närvaro av syre, av eldfasta massor, som innehåller tillräckligt med kol och där det är tillämpbart tillräckligt med metalliska inneslut- ningar för att bibringa massorna hög motståndsförmåga mot korrosion och erosion av smälta material vid förhöjd tempera- tur.

Såväl av ekonomiska som tekniska skäl innehåller blandningen företrädesvis bränslepartiklarna i en andel av 5 till 30 vikt- procent. En sådan mängd av ifrågavarande typ av bränsle är tillräcklig för att åstadkomma åtminstone ytlig smältning av de eldfasta partiklarna, som medföljer detsamma, då blandning- en utskjutes i närvaro av syre.

Det är möjligt att välja olika skilda material såsom bränsle, under förutsättning att de oxiderar snabbt med stor frigörelse av värme och resulterar 1 bildning av en eldfast oxid. Partik- lar av kisel, aluminium och/eller av magnesium bildar eldfasta oxider och detta bidrar till bildning av kompakta, högkvalita- tiva massor som icke innehåller några inneslutningar som ej är förenliga med god värmemotståndsförmåga.

Föreliggande uppfinning hänför sig även till en eldfast massa 463 873 16 10 15 20 25 30 35 innehållande dispergerade kolpartiklar och bildad medelst ett sätt såsom beskrivits ovan, liksom även en eldfast massa inne- hållande dispergerade kolpartiklar bildad genom utskjutning, 1 närvaro av syre, av en blandning såsom beskrivits tidigare.

Föreliggande uppfinning kommer nu att illustreras mera i detalj med hjälp av de exempel som följer.

Exempel l En eldfast massa avsattes pâ en konvertervägg bestående av tegel av magnesiumoxid-kol, vilken hade följande sammansätt- ning: Hg0 90 %, C 10 %. En blandning av eldfasta partiklar, av bränslepartiklar, som är exotermiskt oxiderbara för att bilda eldfast oxid och av kolhaltiga partiklar. som är mindre be- nägna för fullständig oxidation, utskjutes mot dessa tegel.

Väggen befann sig vid en temperatur av 900°C. Blandningen ut- skjutes med en hastighet av 500 kg/h i en gasström innehållan- de 70 viktprocent syre. Blandningen hade följande sammansätt- ning: HgO 82 viktprocent Si 4 ' Al 4 ' c “ 10 - Kiselpartiklarna hade en medelkornstorlek av 10 um och en specifik yta av 5000 cmz/g. Aluminiumpartiklarna hade en medelkornstorlek av 10 um och en specifik yta av 8000 cmz/g. Kolpartiklarna utgjordes av partiklar fram- ställda genom att mala koks och deras medelkornstorlek var 1,25 mm. Då denna blandning utsköts mot den varma väggen brann kisel- och aluminiumpartiklarna. och frigjorde tillräckligt med värme för att bringa magnesiumoxidpartiklarna att smälta, åtminstone ytligt. Dessa partiklar av H90 hade en medelkorn- storlek av l mm. Under utskjutningen förenar sig kokspartik- larna ytligt med syre, så att ooxiderade kolkärnor medgavs med en medelkornstorlek av 200 um, som inneslöts i massan som avsattes på den behandlade ytan. Den eldfasta massan som bil- dades innehöll ca 3 % kol. Den vidhäftar perfekt till väggen, 10 15 20 25 30 35 17 465 avs även om det finns en beläggning av slagg på väggen före ut- skjutningen och dess sammansättning och dess kompakthet är sådan att den motstår erosion och korrosion i kontakt med smält stål.

Liknande resultat erhölls även genom att ersätta kolpartiklar- na med kolpartiklar erhållna genom att mala elektrodrester.

Exempel 2 Sättet beskrivet i exempel 1 upprepades men med tillägget till den utskjutna blandningen av ytterligare partiklar av kisel avsedda att förbli i elementarform för att åstadkomma en metallhaltig eldfast massa. Dessa partiklar hade en medelkorn- storlek av 35 um. Dessa partiklars reaktivitet i förhållande till syre mínskades genom att oxidera deras yta innan de användes i blandningen. Ett skal av oxid alstrades runt par- tiklarna genom att behandla dem i en fluídiserad bädd med varmt syre. Utskjutningen av denna blandning mot väggen be- stående av tegel innehållande magnesiumoxid-kol bildade en kompakt massa därpå, som var särskilt motstândskraftig mot korrosion i kontakt med den varma atmosfären i konverten, smält stål och dess slagger.

Vid en varierande utföringsform gavs de ytterligare partiklar- na av kisel, som avsågs förbli i den bildade massan, ej mant- lar för att skydda dem mot oxidation utan i stället hade de minimidiameter av 100 um. Användningen av en blandning inne- hållande sådana ytterligare partiklar gav resultat liknande de angivna ovan.

Exempel 3 En partikelblandning bestående av MgO-eldfast material, kisel och aluminiumbränsle, och kol bestående av en kolkärna på vilken ett skikt av aluminiumoxid hade avsatts utsköts mot en vägg bestående av eldfast material av typ magnesiumoxid-kol, vid en temperatur av 900°C. Utskjutningshastigheten var 100 kg/h i en gasström innehållande 70 volymprocent syre.

Blandningen hade följande sammansättning: 463 873 18 10 15 20 25 30 35 Mg0 75 viktprocent Si 4 “ Al 4 ' C 17 ' Kisel- och aluminiumpartiklarna hade en medelkornstorlek och en specifik yta som var liknande de som omnämnts i exempel l.

Kolpartiklarna hade en medelkornstorlek av l mm och aluminium- oxid är närvarande i en andel av 1 % baserad på kolets vikt.

Oxidavsättningen bildas på kolpartiklarna genom att avsätta aluminium på partiklarna under vakuum och därefter oxidera metallskiktet. Utskjutningen av denna blandning mot den varma eldfasta väggen gav upphov till en kompakt massa som vidhäfta- de väl och innehöll mer än 10 % kol.

Vid en alternativ utföringsform utfördes sättet beskrivet ovan genom att utbyta de aluminiumoxid-belagda kolpartiklarna med kolpartiklar på vilka ett skikt av titanoxíd avsatts. Ett skikt av titanoxid avsattes på partiklarna genom att blanda de senare med ett flytande organiskt ortotitanat och sedan sönderdela titanatet vid en temperatur av storleksordningen 500°C. Detta framkallade ett resultat som är helt liknande det som beskrivits ovan.

Exempel 4 En eldfast massa avsattes på en vägg vid en temperatur av 900°C. Väggen bestod av kolhaltigt eldfast material. Dess sammansättning var följande: Al2O3 85 2, C 15 %. En blandning av eldfasta partiklar och bränslepartiklar och av partiklar av kolförening utsköts mot denna väggs yta med en hastighet av 200 kg/h i en bärgas innehållande 70 % syre (volym). Egenskaperna hos blandningen bestod av följande: UH Al203 70 viktprocent Si 20 ' 6 C 10 ' De eldfasta partiklarna hade en kornstorlek av mellan 300 um och l mm och kiselbrânslepartiklarna hade egenskaper som är 10 19 463 sv: liknande dem som beskrivits 1 exempel l. Partiklarna av kol- förening hade en medelkornstorlek av mindre än 50 um och bestod av malen polyakrylonítril. Under utskjutning kolar dessa partiklar och det resulterande kolet ínneslutes 1 den eldfasta massan, som vidhäftar den varma väggen. Väl kompakte- rade eldfasta massor, som motstâr erosion vid kontakt med fly- tande metaller och deras slagger, framställes på detta sätt.

Vid varianter ersattes polyakrylonítrilpulvret med sukrospul- ver, fenolharts, epoxiharts och polyallylkloríd och liknande resultat erhölls. I en del fall kan det vara gynnsamt att fördröja förkolningen av dessa material genom att täcka par- tiklarna med en självsläckande polymerbeläggníng.

Claims (14)

463 873 20 10 15 20 25 30 35 Patentkrav

1. Sätt vid bildning av en sammanhängande eldfast massa på en yta genom att mot den ytan utskjuta, tillsammans med syre, en blandning av eldfasta partiklar och bränsle, vilket på ett exotermiskt sätt reagerar med det utskjutna syret för att fri- göra tillräckligt med värme för att smälta åtminstone ytorna på de eldfasta partiklarna och sålunda bilda den eldfasta mas- san, k ä n n e t e c k n a t av att den utskjutna bland- ningen som bränslet, innehåller fint fördelade partiklar av åtminstone ett element. som är oxiderbart för att bilda en eldfast oxid och av att den utskjutna blandningen även inne- håller kolhaltiga partiklar med en medelkornstorlek översti- gande 0,5 mm. sammansatta av en kärna av kolhaltigt material, som är täckt av en mantel av ett material, vilket förhindrar oxidation av en sådan kärna. varigenom kolpartiklar blir inne- slutna i den bildande eldfasta massan.

2. Sätt enligt krav 1, utskjutna blandningen vidare innehåller partiklar omfattande som är oxiderbart för att bilda en k ä n n e t e c k n a t av att den åtminstone ett element, eldfast oxid, vilka ytterligare partiklar är av sådan storlek eller sammansättning att partiklar av sådant element blir inneslutna i den bildade eldfasta massan.

3. Sätt enligt krav 2. k ä n n e t e c k n a t av att sådana ytterligare partiklar omfattar partiklar sammansatta av en kärna av åtminstone ett sådant element, som är oxiderbart för att bilda en eldfast oxid, vilken kärna är täckt med en mantel av ett material som förhindrar oxidation av sådan kärna.

4. Sätt enligt något av de föregående kraven, k ä n n e - t e c k n a t av att syre utgör åtminstone 60 volymprocent av den gas. som utskjutes mot ytan.

5. En blandning av partiklar att användas vid ett sätt enligt kraven 1-4, för att bilda en sammanhängande eldfast massa på en yta genom att mot den ytan utskjuta blandningen och syre, där blandningen omfattar eldfasta partiklar och bränslepartik- lar, som är i stånd att reagera på ett exotermiskt sätt med 10 15 20 25 30 35 21 465 873 syre för att frigöra tillräckligt med värme för att smälta åt- minstone ytorna på de eldfasta partiklarna för att bilda den eldfasta massan, k ä n n e t e c k n a d av att blandningen, som bränslet, innehåller finfördelade partiklar med en medel- kornstorlek av mindre än 50 um av åtminstone ett element, som är oxiderbart för att bilda en eldfast oxid och av att blandningen även innehåller kolhaltiga partiklar, med en medelkornstorlek överstigande 0,5 mm, så att då blandningen skjutes ut mot ytan i närvaro av syre under förhållanden som leder till i huvudsak fullständig oxidation av bränslepartik- larna och bildningen av en sammanhängande eldfast massa, de kolhaltiga partiklarna ej kommer att bli fullständigt oxide- rade, genom att de är sammansatta av en kärna av kolhaltigt material, som är täckt med en mantel av ett material, vilket under de nämnda förhållandena förhindrar oxidation av sådan kärna och av att de kolhaltiga partiklarna omfattar partiklar av ett polymermaterial.

6. En blandning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att blandningen vidare innehåller partiklar omfattande åt- minstone ett element. som är oxiderbart till en eldfast oxid, vilka ytterligare partiklar är av en sådan storlek eller sam- mansättning att, då blandningen utskjutes mot en sådan yta i närvaro av syre och under förhållande som leder till i huvud- sak fullständig oxidation av bränslepartiklarna och bildningen av en sådan sammanhängande eldfast massa, sådana ytterligare partiklar ej blir fullständigt oxiderade, varigenom partiklar av sådant element (sådana element) blir inneslutna i den bildade eldfasta massan.

7. En blandning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone ett av elementen kisel, magnesiun, zirkonium och aluminium är närvarande i sådana ytterligare partiklar.

8. En blandning enligt krav 6 eller 7, k ä n n e t e c k - n a d av att sådana ytterligare partiklar omfattar en kärna av åtminstone ett nämnt element, som är oxiderbart för att bilda en eldfast oxid, som är täckt med en mantel av ett 463 873 22 10 15 20 25 30 35 material. som under nämnda förhållanden förhindrar oxidation av sådan kärna. k ä n n e t e c k - « av att mantelns material omfattar en eller flera metal-

9. En blandning enligt krav 5 eller 8, n a d liska oxider, nitrider eller karbider. f

10. En blandning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att mantlarna omfattar en eller flera oxider, nitrider eller karbider av magnesium. aluminium. kisel, titan, zirkonium eller krom. k ä n - av att materialen i mantlarna utgör från

11. En blandning enligt något av kraven 5 och 8-10. n e t e c k n a d 0,02 2 till 2 viktprocent av partiklarna omfattande mantlar.

12. En blandning enligt något av kraven 5-11, k ä n n e - t e c k n a d av att de kolhaltiga partiklarna och de ytter- ligare partiklarna, om sådana förekommer, är närvarande i en total mängd av från 2 till 50 viktprocent av blandningen.

13. En eldfast massa innehållande dispergerade kolpartiklar k ä n - av att den eldfasta massan bildats på en framställd genom ett sätt enligt något av kraven 1-4, n e t e c k n a d yta genom att mot den ytan utskjuta, tillsammans med syre, en blandning av eldfasta partiklar av bränsle, vilket på ett exo- termiskt sätt reagerar med det utskjutna syret för att frigöra tillräckligt med värme för att smälta åtminstone ytorna på de eldfasta partiklarna och sålunda bilda den eldfasta massan, varvid den utskjutna eldfasta blandningen, som bränslet inne- håller fint fördelade partiklar av åtminstone ett element, som är oxiderbart för att bilda en eldfast oxid och den utskjutna blandningen även innehåller kolhaltiga partiklar med en medel- kornstorlek överstigande 0.5 mm sammansatta av en kärna av kolhaltigt material, som är täckta av en mantel av ett material, vilket förhindrar oxidation av en sådan kärna. vari- genom kolpartiklar blir inneslutna i den bildade eldfasta mas- San. 23 465 873

14. En eldfast massa enligt krav 13. k ä n n e t e c k n a d av att bränslet innehåller fint fördelade partiklar med en medelkornstorlek av mindre än 50 um och av att de kolhaltíga partiklarna omfattar partiklar av ett polymermateríal.