SE470308B - Sätt och pulverkomposition för att bilda en porös, eldfast massa på en yta - Google Patents

Description

470 308 2 oöverstigliga. Fjärrhanteringsutrustning skulle erfordras för att placera teglen eller plattorna och för att mura dem på plats. Det finns icke någon sådan utrustning, som är i stånd att arbeta på många ställen inom stora eldfasta konstruktion- er. Även vid relativt tillgängliga ställen skulle varmurning vara otillfredsställande emedan det eldfasta murbruket ej skulle ge en tillfredsställande bindning mellan själva de nya teglen eller mellan de nya teglen och existerande varm eld- fast konstruktion, även om de nya teglen skulle ha förvärmts.

Givetvis finns det kända förfaranden för att åstadkoma varm- reparation av eldfasta konstruktioner. Den komersiellt mest framgångsrika av sådana förfaranden är förmodligen en som har blivit känd som "keramisk svetsning". Exempel på sådana ke- ramiska svetsningsförfaranden beskrives i Glaverbels brit- tiska patent nr. GB l 320 894 och GB 2 170 191. Vid det ke- ramiska svetsningsförfarandet bildas en eldfast massa på en yta genom att mot den ytan utslunga, i närvaro av syre, ett keramiskt svetsningspulver, som omfattar en blandning av eldfasta partiklar och bränslepartiklar: bränslepartiklarna har en sådan samansättning och storlek att de reagerar exo- termiskt med syre, bildar en eldfast oxid och frigör värmet som erfordras för att smälta, åtminstone ytligt, de utslung- ade eldfasta partiklarna så att de eldfasta partiklarna och förbränningsprodukten (förbränningsprodukterna) förenas till 'en eldfast massa. Aluminium och kisel är exempel på lämpliga bränslen. Det är känt att kisel bör, strängt taget, kategori- seras som en halvmetall, men eftersom kisel uppträder såsom en del metaller (det är i stånd att genomgå en i hög grad exotermisk oxidation och bilda en eldfast oxid), benämnes dessa bränsleelement av lämplighetsskäl ofta som metalliska.

Det rekommenderas allmänt att utslunga den keramiska svets- ningspulverblandningen i närvaro av en hög koncentration av syre, t ex genom att använda syre av kommersiell kvalitet som bärgas. En sammanhängande eldfast massa bildas sålunda, som kan vidhäfta ytan mot vilken partiklarna utslungas. Den exo- termiska reaktionszonen för det keramiska svetsningsförfar- andet kan nå mycket höga temperaturer, som gör det möjligt att bränna igenom eventuell slagg som kan vara närvarande på 470 308 3 målytan och att mjukna eller smälta den ytan. En god fog erhålles sålunda mellan ytan som behandlas och den nybildade eldfasta massan.

Detta keramiska svetsningsförfarande kan användas för att bilda ett eldfast element, t ex ett block av särskild form.

Emellertid användes det mest allmänt för att bilda inford- ringar eller utföra reparationer på block eller väggar. Det är särskilt fördelaktigt för att reparera eller förstärka existerande eldfasta konstruktioner genom bildning in situ av en högkvalitativ kompakt och samanhängande eldfast svets- massa. Det är ganska vanligt att genomföra denna operation, då det eldfasta grundmaterialet är hett och i en del fall är det även möjligt att genomföra denna reparation eller denna förstärkande åtgärd utan att behöva avbryta anordningens drift. I allmänhet ju varmare den eldfasta målytan är ju mera effektiv är det keramiska svetsningsförfarandet och ju bättre är bindningen mellan svetsningsmassan som bildats och den existerande eldfasta konstruktionen.

Det keramiska svetsningsförfarandet har mycket av sin fram- gång att tacka det faktum att en huvuddel av förbränningen av bränslepartiklarna äger rum mot målytan. Sålunda är den maxi- mala mängden värme tillgänglig aktuellt vid arbetstället, så att det eldfasta som är målet för reparationen blir mjukt där det kontaktas av smält eller halvsmält eldfast material, som antingen utslungas som sådant eller uppstår till följd av bränslets förbränning. Som en konsekvens av detta vidhäftas smält eller halvsmält material, som slår an mot målytan kraftigt till den ytan och en tät sammanhängande eldfast svetsningsmassa bygges upp. Det inses därför att ett sådant förfarande är helt olämpligt för att bilda en porös inford- ring eller reparation.

Det finns andra varmreparationsförfaranden, som är kända och som har använts kommersiellt. Flamsprutningsförfaranden är t ex kända där en ström av eldfasta partiklar utslungas från ett brännarmnnstycke i en brännbar bärgas såsom lysgas, som blandas med syre vid brännarens utlopp för att bilda en *J (I) (N CI) CO 4 flamma som uppvärmer de eldfasta partiklarna då de förflyttas till målytan. Sådana förfaranden uppvärmer emellertid ej de eldfasta partiklarna tillräckligt kraftigt för att upprätta en tillfredsställande bindning mellan partiklarna själva eller mellan partiklarna och målytan. Som resultat har den eldfasta avsättningen ganska lågt motstånd mot slitage.

Andra förfaranden för reparation av heta eldfasta konstruk- tioner, som föreslagits inbegriper våtsprutning och pårapp- ning av mald chamotte i ett bindematerial. Sådana förfaranden resulterar återigen i bildning av en reparationsmassa, som endast är svagt bunden till den förutvarande konstruktionen och sådana avsättningar kan därmed flaga av ganska lätt.

Industrin konfronteras därmed med problemet att bilda eller reparera en porös värmeisolerande eldfast inmurning eller vägg under det att inmurningen eller väggen är het och på sådant sätt så att man bevarar eller ger den goda värme- isolerande kvaliteter.

Det är ett huvudändamål med föreliggande uppfinning att undanröja det problemet.

Enligt föreliggande uppfinning avses ett sätt att bilda en porös eldfast massa på en yta, som utmärkes av att en oxi- derande gas utslungas mot den ytan tillsamans med en pulver- blandning, som omfattar: eldfasta partiklar; bränslepartik- lar; som reagerar exotermisk med den oxiderande gasen för att bilda den eldfasta oxiden och frigöra tillräckligt med värme för att smälta åtminstone ytorna på de eldfasta partiklarna så att de binder saman för att bilda den eldfasta massan; och partiklar av material vars samansättning och/eller stor- lek är så vald att inbegripandet av sådant material i den ut- slungade blandningen resulterar i bildningen av porositet inom den bildade eldfasta massan.

Uppfinningen avser även en materialsammansättning att använd- as vid ett sådant sätt. En sådan materialkomposition utmärkes av att den är en pulverblandning som omfattar; eldfasta 47Ü 26138 s partiklar; partiklar av bränsle; som är i stånd att reagefa exotermiskt med syre för att bilda eldfast oxid och är när- varande i sådan proportion att frigöra vid utslungning till- sammans med oxiderande gas tillräckligt med värme för att smälta åtminstone ytorna på de eldfasta partiklarna, så att de binder samman till att bilda en eldfasta massa; och par- tiklar av material vars sammansättning och/eller storlek är så valda att inbegripandet av sådant material i blandningen resulterar i bildning av porositet inom den bildade eldfasta massan vid sådan utslungning.

Ett sådant sätt och sådan pulversammansättning är fördelakt- iga för att bilda högkvalitativa porösa eldfasta massor för reparationen av föreliggande värmeisolerande eldfasta delar under det att dessa delar är heta. De är även fördelaktiga för nybildning av högkvalitativa värmeisolerande eldfasta infordringar eller beklädnader på existerande varma eldfasta konstruktioner.

Det kommer att framgå att sättet är ett sådant som använder ett keramiskt svetsningspulver till vilket man tillsatt porositetframkallande material i form av enskilda partiklar.

Användningen av ett sådant sätt och pulver och särskilt effektiviteten är överraskande.

Det må erinras om att tidigare det kända keramiska svets- ningsförfarandet har det faktum att tacka för sin komer- siella framgång att en tät, sammanhängande eldfast svetsmassa bygges upp då det använda keramiska svetsningspulvret ut- slungas från en lans mot målytan och att sådan svetsmassa kraftigt vidhäftar den ytan. Den keramiska svetsarens allra främsta intresse var därför att bilda en svetsmassa med så låg porositet som möjligt för att befordra vidhäftning av den resulterande svetsmassan till den yta som behandlades och att befordra sammanbindning i svetsmassan och sålunda gott sli- tagemotstånd och termo-kemiskt motstånd. Det avsiktliga in- förandet i ett keramiskt svetsningspulver av material som skulle förorsaka porositet i den resulterande eldfasta svets ~.___J CI) CN CD OO 6 massan går sålunda mot all vanlig visdom inom den keramiska svetsningstekniken.

Det var känt att om temperaturen på den keramiska svetsnings- reaktionen var allt för låg som resultat av dålig reglering av de olika parametrarna i reaktionen, kunde en oenhetlig och oreglerad porositet bildas i den resulterande avsättningen.

Sådan porositet åtföljdes emellertid oundvikligen av otill- räcklig inre förening i den resulterande eldfasta avsättning- en, dålig motståndsförmåga mot slitage eller korrosion och dålig vidhäftning till den behandlade ytan. Vilka sådana po- rösa avsättningar som helst skulle ha frigjorts efter det att ugnen varit i drift en tid och reparationen skulle måst göras om igen. I korthet skulle keramiska svetsare göra sitt ytter- sta för att undvika att arbeta på det sättet. Den avsiktliga bildningen av en porös massa med användning av en teknik av detta slag är därför i sig själv överraskande.

Olika slag av porositetsframkallande material kan användas.

Det material kan vara sådant att det brinner för att utveckla gasformiga förbränningsprodukter, det kan sönderdelas till gasformiga sönderdelningsprodukter eller det kan själv vara poröst eller ihåligt. Det är även högst överraskande att en betydande grad av porositet kan framkallas i den resulterande eldfasta massan eftersom given den mycket höga temperaturen som frigöres genom den exotermiska reaktionen då den senare är väl reglerad, skulle det förväntas att gasen, som kan vara närvarande eller bildas under inverkan av värme skulle för- svinna utan att bli innesluten i massan, som bildas och att varje porositet som från början bildades i den resulterande massan skulle kollapsa beroende på anslaget av ytterligare utslungat material innan massan hade stelnat tillräckligt för att kvarhâlla sådana porer, med resultat att det skulle bildas en mer eller mindre kompakt massa. Det är även ännu mer överraskande att den bildade porositetsgraden i den res- ulterande svetsmassan kan regleras, så att en given porosi- tetsgrad kan pålitligt reproduceras och att det är möjligt att erhålla en eldfast massa som samtidigt är porös och som fast vidhäftar ytan som mottager den utslungade blandningen. :u - 470 308 7 Sättet och pulvret enligt uppfinningen är sålunda i hög grad fördelaktigt tack vare det faktum att de lätt medger bildning s av en porös, och därför isolerande, eldfast massa in situ på en given yta. Dessutom erbjuder de fördelen av enkelhet i utförandet med användning av en anordning av den vanliga typen såsom den som användes vid de konventionella keramiska svetsningsförfarandena som omnämnts ovan. Uppfinningen gör det följaktligen även möjligt att bilda en isolerande eldfast massa med reglerad porositet på ställen som är svåra att koma åt och med litet eller inget avbrott i ugnens drift på vilken arbetet utföres.

Bränslet omfattar partiklar av åtminstone ett element i stånd att bilda en eldfast oxid vid dess oxidation. På detta sätt kan en massa, som är kompatibel med ytan mot vilken utslung- ningen äger rum lätt erhållas, eftersom i de flesta fall ifrågavarandekyta är en eldfast vägg. Bränslet och de eld- fasta partiklarna i blandningen kan t ex lätt väljas så att den resulterande svetsmassan omfattar de utslungade eldfasta partiklarna och förbränningsprodukterna från bränslet har i huvudsak sama sammansättning som den eldfasta ytan mot vilken blandningen utslungas.

Vid vissa föredragna utföringsformer av uppfinningen omfattar sådant porositetsframkallande material partiklar av ett mate- rial, som brinner och lämnar gasformiga förbränningsprodukt- er, som inbegripes i den resulterande eldfasta massan.

Användningen av ett material, som kan brinna och ge gasform- iga förbränningsprodukter som inbegripes i den bildade eld- fasta massan vid sådant utslungande är höggradigt fördelakt- iga emedan dessa partiklar kan frigöra eller leverera flera gånger sin volym avgas och detta gör det möjligt att införa stora mängder gas för att bilda porer genom att utgå från en mycket liten materialkvantitet. Det är lätt möjligt att välja partiklar vilkas storlek och/eller samansättning är sådana att vid bränning, de omvandlas till gas, som inneslutes i den bildade eldfasta massan eller som lämnar intryck däri i form av porer, för att så göra den porös och isolerande. ~___-_| C23 (M C12) (JO 8 Företrädesvis omfattar sådant porositetsframkallande material partiklar av kolhaltigt material. Grafit och karbamid är ex- empel på sådana material, som är mycket lämpliga för utövning av uppfinningen, emedan de omvandlas till gas utan att lämna återstoder, som kan vara fördärvliga för kvaliteten på den bildade isolerande eldfasta massan. En annan värdefull kol- haltig produkt är kiselkarbid, i form av mycket små partik- lar, vilkas sönderfall ger produkter som är kompatibla med den eldfasta massan. Det är även möjligt att använda t ex partiklar av fenolharts. I detta fall är det fördelaktigt att blanda fenolhartspartiklarna med partiklar av magnesiumoxid, t ex i en proportion av 20% för att undvika en spontan och för tidig förbränning av hartset.

Då kol eller en kolhaltig produkt användes är det givetvis nödvändigt att säkerställa att kolet förbrännes så fullständ- igt som möjligt för att undvika att det lämnas kvar i massan, som bildas. Om kol förblir kvar i massan som bildas, komer faktiskt massans värmeledningsförmåga att ökas och de värme- isolerande egenskaperna kommer därför att proportionellt minska. När det gäller koks eller kol, komer särskild nog- grannhet att iakttagas att använda partiklar, vilkas maximi- diameter är mindre än 1 mm, t ex partiklar vars medeldiameter är mindre än 0,5 m, så att deras förbränning kan vara så fullständig som möjlig. När det gäller kiselkarbid omnämnd ovan, använder man företrädesvis partiklar mindre än 125 pm.

Vid andra föredragna utföringsformer av uppfinningen omfattar sådant porositetsframkallande material partiklar av ett ma- terial, som sönderdelas och frigör gas, som blir inbegripen i den resulterande eldfasta massan. Användningen av partiklar av ett material, som kan sönderdelas och frige gas, som in- begripes i den bildade eldfasta massan vid sådant utslungande har även den fördelen att en stor volym gas i förhållande till volymen av partikelmaterialet komer att stå till för- fogande för att ingå i den bildade eldfasta svetsningsmassan.

Vid sådana utföringsformer av uppfinningen föredrager man att sådant porositetsframkallande material omfattar partiklar av 470 308 9 ett svällande material. Dessa partiklar sväller, t ex genom att frige en gas såsom vattenånga under inverkan av värme och skapar porer i den massa som bildas. Detta är mycket prak- tiskt för att alstra porer av en specifik storlek i det eld- fasta materialet, som bildas och för att så lätt erhålla ett poröst isolerande material. Porernas storlek kan faktiskt lätt regleras genom att reglera storleken på de utslungade partiklarna. Sättet kan därför användas för reparation eller bildning in situ av en porös plugg såsom en sådan genom vilken gas kan blåsas in i en kropp av smält stål för olika ändamål kända i den industrin.

Det finns olika svällande material, som kan användas vid upp- finningens utövande och särskilt kan nämnas material omfat- tande ett hydratiserat metallsalt, speciellt ett hydratiserat salt av en alkalimetall. Exempel på lämpliga salt är alumi- nater, såsom natrium eller kaliumaluminat, plumbater, såsom natrium eller kaliumplumbat, stannater, såsom natrium eller kaliumstannat, alun, såsom natriumaluminiumsulfat eller ka- liumaluminiumsulfat, borater såsom natriumborat, och fosfat- er, såsom natriumortofosfat och kaliumortofosfat. Aluminater kan vara särskilt fördelaktiga för att bilda alunhaltiga eller kisel-alunhaltiga eldfasta massor. Perlit, som är ett svällande bergart av ryolittyp kan även användas.

Det nämnda svällande materialet omfattar med fördel ett hyd- ratiserat alkalimetallsilikat och företrädesvis ett natrium- silikat. Natriumsilikat har fördelen av att vara relativt billigt.

Då ett natriumsalt användes måste man koma ihåg att natrium kan avsevärt sänka smältpunkten på det eldfasta material som bildas. Proportionen svällande material justeras följaktligen så att massans smältpunkt, som bildas ej ligger allt för nära maximala drifttemperaturen på den behandlade ugnsväggen. När det gäller en koksugn t ex kommer denna temperatur att före- trädesvis ligga över 900°C och mindre än 20% natrium kommer. att användas. Fasdiagram gör det möjligt att förutsäga i huvudsak den bildade massans smältpunkt. " \~fl CD (JJ t.) CO Vid ytterligare andra föredragna utföringsformer av uppfin- ningen omfattar sådant porositetsframkallande material ihål- iga eller porösa partiklar, som blir intagna i den resulter- ande eldfasta massa. På detta sätt kan porer införas i den eldfasta massan utan någon sönderdelning eller oxidation av ~ det porositetsframkallande materialet, och därmed minskas eventuell risk att de keramiska svetsningsreaktionerna skulle kunna störas genom tillsats av det porositetsframkallande materialet till det keramiska svetsningspulver som användes.

Bildningsreaktionen för den eldfasta massan kan följaktligen regleras bättre och lättare. Det är t ex möjligt att använda fint fördelade partiklar av en vulkanisk bergart och särskilt partiklar av gejserit, valfritt förbehandlad vid hög tempe- ratur eller vermikulit eller zeolitpartiklar.

Vid sådana utföringsformer föredrager man emellertid att åt- minstone en del av de ihåliga eller porösa partiklarna utgör- es av de utslungade eldfasta partiklarna. Porer kan sålunda införas i massan, som bildas, medelst ett element, som är en grundbeståndsdel i den eldfasta massan. Dessa ihåliga eller porösa eldfasta partiklar har företrädesvis en total porosi- tet av mera än 50%. Det är överraskande att med smältning av åtminstone en del av de eldfasta partiklarnas yta, vilken smältning är nödvändig för bindningen vid keramisk svetsning, den resulterande massan skulle vara porös.

Med fördel är den större viktdelen av de utslungade eldfasta partiklarna ihåliga eller porösa. Porerna är sålunda i mycket stort antal och fördelade enhetligt genom den bildade svets- massan. Då detta föredragna särdrag enligt uppfinningen an- vändes är det ej nödvändigt att tillsätta eldfasta partiklar andra än dessa porösa partiklar.

Vid vissa sådana föredragna utföringsformer av uppfinningen omfattar sådana ihåliga eller porösa partiklar porösa kisel- dioxidpartiklar eller cellulära aluminiumoxidpartiklar.

Porösa kiseldioxidpartiklar erhålles t ex genom att mala ett poröst eldfast isolerande silikategel så att man erhåller partiklar under 2 m. Cellulära aluminiumoxidpartiklar kan 470 368 ll erhållas, t ex genom att låta aluminiumoxidpulver passera genom en flamma. Det är särskilt överraskande att åtgärden att mala porösa tegel kan ge partiklar som bibehåller till- räckligt med porer för att bilda en porös massa. Kiseldioxid eller aluminiumoxidskelett kan sålunda utslungas och svetsas samman, förmodligen endast lokalt för att bilda en porös och höggradigt isolerande eldfast massa.

Alternativt är det dessutom föredraget att blandningen om- fattar ihåliga eller porösa partiklar, som består av ett glasaktigt material eller av ett glasbildande material. Dessa material är lätt tillgängliga i partikelform och är kompa- tibla med eldfasta material. Det är t ex möjligt att använda partiklar av en förglasningsbar komposition såsom de som be- skrives i brittiska patentet GB 2 177 082 (Glaverbel). Det är även möjligt att använda partiklar i stånd att omvandlas till cellulära cellkroppar genom expansion under inverkan av värme och erhållna genom det sätt som beskrives i brittiskt patent GB 1 556 993.

De ihåliga eller porösa partiklarna omfattar med fördel glas- mikroblåsor. Mikroblåsor av glas har en mycket tunn vägg. Ett maximi av gas införes sålunda för att bilda porer med ett minimum av material, som är främmande för det eldfasta grund- materialet. Det är även möjligt att lättare reglera mängden gas, som införes i eller andelen porer som bildas i den eld- fasta massan och lättare erhålla en i huvudsak jämn fördel- ning av porerna i massan. Det är emellertid i hög grad över- raskande att införa ihåliga glasmikropärlor i en exotermisk reaktion vid en sådan hög temperatur. Glas är faktiskt re- lativt flytande vid de höga temperaturer som råder i närvaro av den exotermiska reaktionen. Det är därför särskilt för- vånande att glasmikroblåsorna bildar porer i den slutliga eldfasta massan för att uppbygga en porös massa.

De ihåliga glasmikropärlorna bildas vanligen från granuler av en glasbildande samansättning baserad på natriumsilikat, som kan ha reagerat med några andra komponenter såsom borsyra.

Dessa granuler erhålles, t ex genom att utgå från en sprej- .rs »u (N C23 OO 12 torkad vattenlösning. Dessa granuler förglasas och sfäroliti- seras i en sfärolitoseringsugn. Den glasbildande komposition- en innehåller en substans, t ex karbamid, som ger anledning till frigörande av gas i sfärolitiseringsugnen och en cell- bildande effekt framkallas. Glasmikropärlorna kan tillverkas 1 storlekar som är särskilt lämpliga för att ingå i bland- ningen som skall utslungas mot ytan som skall behandlas.

Glasmikropärlorna kan vara en- eller flercelliga.

Enligt denna föredragna utföringsform av uppfinningen, där blandningen omfattar ihåliga glasmikropärlor är åtminstone en del av de eldfasta partiklarna företrädesvis porösa partiklar och med fördel porösa silikapartiklar eller cellulära alu- miniumoxidpartiklar. Denna särskilda kombination av porös silika eller cellulâr aluminiumoxid som eldfast material och glasblåsor som ytterligare poralstrare är i hög grad gynnsam för framställning av en porös eldfast massa med mycket låg täthet och som ger mycket hög värmeisolering.

Vid föredragna utföringsformer av uppfinningen har sådana porositetsframkallande partiklar en maximal partikelstorlek av mindre än 2 m och företrädesvis mindre än 1 m. Partiklar som i sig själva är porösa eller ihåliga kan användas i stor- lekar upp till 2 m, allt efter önskan, för att utveckla den erforderliga porositeten i den eldfasta svetsningsmassan som bildas. I vissa föredragna utföringsformer har sådana porosi- tetsframkallande partiklar emellertid en maximipartikelstor- lek av mindre än 600 pm. Det rekomenderas att använda ma- terial, som brinna eller sönderdelas för att utveckla gas, i storlekar mindre än 600 pm, återigen beroende på storleken och utsträckningen av den porositet som önskas, emedan sådana mindre partikelstorlekar befordrar fullbordande av förbrän- nings- eller sönderdelningsreaktioner som sådana partiklar utsättes för. Vid ytterligare andra föredragna utföringsform- er föredrager man att sådana porositetsframkallande partiklar har en maximipartikelstorlek av mindre än 200 um och före- trädesvis mindre än 125 pm. Sådana mindre övre storleksgräns- er är särskilt lämpade för att ytterligare befordra full- 470 šßâ 13 ständig bränning av brännbara porositetsframkallande material am de skulle användas och de begränsar även mängden gas som alstras för att befordra bildning av ett stort antal små porer.

Blandningen omfattar företrädesvis åtminstone 10 vikt-%, med fördel åtminstone 15 vikt-% av sådana porositetsframkallande partiklar. Denna andel befordrar bildning av en massa med hög porositet och därmed med låg täthet och uppvisar höga värme- isolerande egenskaper.

Den resulterande porösa eldfasta massan har med fördel en relativ skrymdensitet mindre än 1,5 och företrädesvis lika med eller lägre än 1,3. Sådana relativa skrymdensitetsvärden är karaktäristiska för eldfasta material som uppvisar goda värmeisolerande egenskaper.

I Det är här lämpligt att definiera vad som betecknas med relativ skrymdensitet och porositet och att ange metoder genom vilka sådana egenskaper kan mätas. Sådana definitioner och sätt följer i stort sett International Standard ISO 5016- 1986.

Sålunda är skrymdensiteten förhållandet mellan torrmaterial- massan i en porös kropp och dess skrymvolym, uttryckt i g/cm3 och är numeriskt lika med den relativa skrymdensiteten.

Skrymvolymenfi en porös eldfast kropp är suman av det fasta materialets volymer, de öppna porerna och de slutna porerna i kroppen.

Man bör lägga märke till att skrymvolymen och därmed skrym- densiteten hos ihåliga eller porösa partiklar såsom de kan användas för att bilda en porös eldfast kropp i enlighet med uppfinningen mätes på ett skiljaktligt sätt såsom komer att i det följande anges.

Den verkliga densiteten är förhållandet mellan materialmassan ~._J ca cN f: co 14 i kroppen och dess verkliga volym, varvid den verkliga volym- en är volymen av det fasta materialet i den kroppen.

Den skenbara porositeten i en kropp är förhållandet mellan volymen på de öppna porerna och kroppens skrymvolym och den verkliga porositeten är förhållandet mellan de öppna och slutna porernas totala volym och skrymvolymen.

De öppna porerna är de som genomtränges av neddoppnings- vätskan i det prov som anges i ISO 5017 och de slutna porerna är de som ej så genomtränges.

Vägnings- och mätmetoder är de som anges i ISO 5016-1986. Ett enda provstycke skall användas. I den händelse att sättet enligt uppfinningen användes för bildning av en porös svets- ningsmassa, som är tillräckligt stor skall ett provstycke som mäter så nära som möjligt 50 x 100 x 100 m användas för att bestämma skrymvolym. Om den porösa svetsningsmassan ej är tillräckligt stor för att skära ut ett sådant provstycke, så skall svetsmassan lindas in tätt i en tunn plastfolie och dess skrymvolym bestämmas genom vätskeundanträngning.

Den resulterande porösa eldfasta massan har med fördel en verklig porositet av ej mindre än 30% och företrädesvis en verklig porositet av ej mindre än 45%. Det föredrages sär- skilt att den resulterande porösa eldfasta massan har en skenbar porositet större än 30%, företrädesvis större än 37% och en verklig porositet större än 50% och företrädesvis större än 60%. En eldfast massa av detta slag kan uppvisa höga värmeisolerande egenskaper p g a sin låga densitet och höga porositet. Tack vare det faktum att den bildas vid en mycket hög temperatur tål den även särskilt väl att användas vid förhöjda temperaturer.

Vid de mest föredragna utföringsformerna av uppfinningen om- fattar bränslet en eller flera av kisel, magnesium, zirkonium och aluminium. Dessa element är i stånd att oxideras och bilda eldfasta oxider under det att de frigör tillräckligt n 470 5138 med värme för att framkalla åtminstone ytlig smältning av alla de vanliga eldfasta materialen.

Företrädesvis har bränslepartiklarna en genomsnittlig storlek av mindre än 50 um och företrädesvis mindre än 15 um, en maximidimension av mindre än 100 um och företrädesvis mindre än 50 pm och en specifik yta större än 3000 cmz/g. Bränsle- partiklarna oxiderar sålunda lätt och detta befordrar als- tring av en hög temperatur i området för den exotermiska reaktionen, och följaktligen befordrar sammansvetsningen av de eldfasta materialen genom åtminstone ytlig smältning. Den lilla storleken på dessa bränslepartiklar befordrar även deras fullständiga förbränning. Bränslepartiklarna återfinnes följaktligen ej i det ooxiderade tillståndet i den massa som bildas och detta gör det lättare att erhålla en mer isoler- ande massa, eftersom bränslepartiklarna som används allmänt är relativt goda värmeledare.

Uppfinningen utsträcker sig till en porös eldfast massa erhållen genom det sätt som beskrivits ovan.

Olika föredragna utföringsformer av uppfinningen kommer nu att beskrivas som exempel.

Exempel l: En inre isolerande vägg måste repareras i en krackningsugn för den petrokemiska industrin, som lidit relativt omfattande skada, utan att behöva avbryta driften vid anläggningen.

Denna vägg består av kisel-alunhaltiga isolerande tegel, som har följande sammansättning: 47% Si02, 38% aluminiumoxid, 15% kalk. Teglen har en relativ skrymdensitet av 0,77. Repara- tionen består i att bilda en eldfast massa på de skadade delarna av väggen.

För att göra detta utslungas syre mot denna vägg tillsammans med en blandning av eldfasta partiklar, av fint fördelade partiklar av åtminstone ett element i stånd att bilda en 4'?0 (JJ US 16 eldfast oxid, då det oxideras på ett exotermiskt sätt och av ihåliga partiklar. Vid denna utföringsform av uppfinningen är de ihåliga partiklarna borsilikatglas-mikroblåsor med en dia- meter av storleksordningen 25 pm till 125 pm och som har en skenbar densitet av 0,19 g/cm3 (skrymdensiteten på mikro- blåsorna mätta enligt ASTM Standard D3l0l-72) och en effektiv densitet av 0,35 g/cm3 (mätt enligt ASTM Standard D2840-69).

Den isolerande väggen befinner sig vid en temperatur av 1000- l250°C. Blandningen utslungas med en hastighet av 20 g/time i en ström av rent syre. Blandningen har följande samansätt- ning: Si02 (krossad, tät) 67 vikt-% Si 12% Al 1% glasmikroblåsor 20% Kiselpartiklarna har en genomsnittlig diameter av 10 um och en specifik yta av 5000 cm?/g. Aluminiumpartiklarna är fjäll- partiklar som har en specifik yta av ca 8000 cm2/g. Då denna blandning utslungas mot den varma väggen brinner kisel och aluminiumpartiklarna, varvid tillräcklig värme utvecklas för att smälta åtminstone en del av ytan på de eldfasta kisel- dioxidpartiklarna, så att de lokalt svetsas saman för att bilda en porös eldfast svetsningsmassa. Dessa eldfasta kisel- dioxidpartiklar har en diameter av mindre än 2 mm med ett maxium av 30 till 40% på 1 till 2 m och ett maximum av 15% mindre än 100 pm.

Den eldfasta massan, som bildas på väggens yta har en total porositet uppskattad till omkring 70% och en skenbar porosi- tet, d v s den del av porositeten som beror på öppna porer på ca 38%. Den relativa skrymdensiteten för denna massa är 1,03.

Detta betyder att glasmikroblåsorna eller i varje fall gasen som de innehöll, har skapat ett stort antal porer, som är jämnt fördelade genom den eldfasta massan, som bildas och att det sålunda har varit möjligt att framgångsrikt reglera den resulterande porositeten. P g a sin höga porositet har den Vi» 4> \.'J Cm CN CD 17 bildade massan värmeisolerande egenskaper som är relativt nära den behandlade väggens isolerande egenskaper och repa- rationen har sålunda bevarat väggens egenskaper.

Förutsatt att denna eldfasta massa bildats vid en hög tempe- ratur och att bindningen mellan de eldfasta partiklarna är en svetsad förbindelse av en homogen typ tål den väl mycket hög temperatur. Efterförändringen, d v s deformationen som ett prov utsättes för vid en temperatur av l300°C är mindre än 1% (den övre medgivna gränsen är 2%). Denna bildade massa vid- häftar perfekt den behandlade väggen.

Vid en variant av detta exempel varierades andelen glasmikro- blâsor i blandningen, där resten kompenserades av andelen ki- seldioxidpartiklar och den relativa skrymdensiteten och den skenbara porositeten för massan som bildades mättes. Följande resultat erhölls (andelen kisel och aluminiumpartiklar för- blev desamma): BLANDNING BILDAD ELDFAST MASSA glasmikroblâsor SiO2 relativ skrym- öppen densitet porositet % 72% 1,25 33% % 77% 1,36 27% % 82% 1,5 22% Dessa resultat visar klart att det är möjligt att reglera porositeten för den eldfasta massan som bildas med sättet enligt uppfinningen.

Vid en annan alternativ form av detta exempel använder man bränslepartiklar som hade en genomsnittlig diameter av stor- leksordningen 6 pm och med 20% glasmikroblåsor erhöll man en eldfast massa med en relativ skrymdensitet av 0,75 och en öppen porositet av 46%.

Vid ytterligare en alternativ form av detta exempel ersattes glasmikroblåsorna med partiklar av förglasningsbart material -z 18 enligt brittiskt patent GB 2 177 082 massa erhölls också. och en porös eldfast Exempel 2: Man önskar isolera en del av ytan på en inre vägg i valvet till en koksverksugn utan att behöva stoppa driften vid verk- att skydda en metall- konstruktion belägen bakom denna vägg, vilken man omöjligen et. Ändamålet med denna operation är kan komma åt för att skydda den direkt. Denna vägg är en van- lig eldfast vägg bestående av mer än 94,5% silika och med en skenbar porositet av mindre än 22%. Förfarandet är detsamma som i Exempel 1, med undantag av att i detta exempel på upp- finningens utförande, omvandlas partiklarna som användes åtminstone delvis till gas vid den exotermiska reaktionens förhållanden. De utgöres av kokspartiklar, som har en dia- meter av mellan 0 och ca 500 um. Den behandlade ytan på den eldfasta väggen befinner sig vid en temperatur av 800 till ll00°C. Blandningen utslungades i en ström av rent syre.

Blandningen har följande samansättning: SiO2 67 vikt-% Si 12% Al 1% koks 20% Aluminiumbränslepartiklarna och de krossade, täta SiO2 eld- fasta partiklarna har sama egenskaper som i Exempel 1. Ki- selbränslepartiklarna har en genomsnittlig diameter av 6 pm och en specifik yta av 5000 cmz/g.

Den bildade eldfasta massan på den eldfasta väggens yta har en skenbar porositet (beroende på de öppna porerna) av ca 44% och en relativ skrymdensitet av 1,17. Kokspartiklarna lämnar fa gasformiga förbränningsprodukter under inverkan av den värme som frigöres av den exotermiska reaktionen och denna gas har skapat stort ett antal porer, som är jämnt fördelade genom den eldfasta massan, som bildas. En del av dessa porer har 470 568 19 förblivit slutna med gasen innesluten i massan, under det att en relativt hög andel av porerna är öppna. Med sättet enligt uppfinningen är det sålunda möjligt att framgångsrikt alstra reglerad porositet, med den ytterligare nyttan av fördelarna med den keramiska svetsningstekniken. Denna bildade massa. vidhäftar väl den behandlade väggen och den deformation som provet genomgår utsatt för 1500°C är mindre än 0,5%. P g a sin höga porositet har den bildade massan mycket höga värme- isolerande egenskaper. Som resultat är den yttre temperaturen på valvväggen i det behandlade området markerat mindre hög och metallkonstruktionen löper en mindre risk att nå metal- lens förvridningstemperatur.

Vid en alternativ form av detta exempel, användes 20% SiC- partiklar som en ersättning för kokspartiklarna. Dessa par- tiklar har en diameter av mindre än 125 um. En eldfast massa erhålles vars skenbara porositet är ca 42,5% och vars re- lativa skrymdensitet är 1,26, varvid den deformation som ett prov utsatt för l500°C genomgår är mindre än 0,2%.

Exempel 3: En isolerande eldfast massa skall bildas på ytan av en inre vägg i en glastillverkningsugn utan att avbryta driften vid anläggningen. Denna vägg är en eldfast vägg tillverkad av sillimanit. Framgångssättet är detsamma som i Exempel 1, med undantag av att vid denna utföringsform av uppfinningen porösa eldfasta partiklar användes för att framkalla poro- sitet i den resulterande svetsningsmassan. Dessa är porösa silikapartiklar erhållna genom att mala isolerande porösa silikategel, varvid de isolerande teglens relativa skrym- densitet uppgick till 0,95. Partiklarna har krossats och siktats så att man erhåller ett partikelstorleksområde lik- nande partikelstorleksområdet för de icke porösa SiO2-partik- larna i Exempel 1. Den behandlade ytan av den eldfasta sil- limanitväggen befinner sig vid en temperatur av ca 800°C.

Blandningen utslungas i en ström av rent syre. Blandningen har följande sammansättning: ÄJÜ 308 porös SiO2 87 vikt-% Si 12% Al 1% Aluminium- och kiselbränslepartiklarna har samma egenskaper som i Exempel 2.

Den bildade eldfasta massan på ytan av den eldfasta väggen har en skenbar porositet (beroende på de öppna porerna) av ca 38% och en relativ skrymdensitet av 1,30. De porösa SiO2- partiklarna har därför återuppbyggt en porös massa. Denna massa, som bildas vidhäftar väl den behandlade väggen och den deformation som ett prov utsatt för l300°C genomgår är mindre än 0,5%. P g a dess höga porositet har den bildade massan mycket höga värmeisolerande egenskaper. Dess ledningsförmåga vid 200°C är omkring 0,5 W.mfl.K°l.

Som en alternativ form av detta exempel tillsättes glas- mikroblåsor till den utslungade blandningen. Dessa partiklar har samma egenskaper som glasmikroblåsorna i Exempel 1.

Blandningen har följande sammansättning: porös SiO2 77 vikt-% Si 12% Al 1% glasmikroblåsor 10% Aluminium- och kiselbränslepartiklarna har samma egenskaper som i Exempel 1.

En eldfast massa erhålles, vars skenbara porositet är ca 32% och vars relativa skrymdensitet är 1,24. Man finner att en något mindre tät massa erhålles, som därför har en högre total porositet, med en något lägre skenbar porositet, vilket innebär att en högre andel av porerna är slutna. Detta är fördelaktigt för den eldfasta väggens värmeisolering.

Vid ytterligare alternativa former bildades porösa eldfasta 21 massor enligt detta utförandeexempel av uppfinningen'§ä“eld- fasta väggar av kordierit och av chamotte, varvid liknande resultat erhölls.

Exempel 4: En blandning sammansatt av krossade, täta SiO2-partiklar, av kisel- och aluminiumbränslepartiklar och av partiklar av ett svällande material utslungas mot ytan på en eldfast silika- vägg vid en temperatur av 800 till l100°C. I detta exempel består det svällande materialet av torrt hydratiserat nat- riumsilikat (26 vikt-% vatten). Blandningen utslungas i en ström av rent syre. Den har följande sammansättning: Si02 72 vikt-% Si 12% Al 1% hydratiserat 15% natriumsilikat Kisel- och aluminiumpartiklarna har en genomsnittlig diameter och en specifik yta, som är liknande de som omnämnts i Ex- empel 1. Partiklarna av det svällande materialet har en stor- leksordning av 150 um och erhålles genom sättet att torka på ett stöd, som rör sig på ett cykliskt sätt, beskrivet i brit- tiskt patent GB 2 155 852. Utslungningen av denna blandning mot den varma eldfasta väggen ger anledning till en porös och väl vidhäftande eldfast massa. Det svällande materialet ut- vecklar porer i massan under inverkan av temperaturen.

Vid en alternativ form bildades en liknande porös eldfast massa på ytan av en alunhaltig eldfast vägg genom att ersätta natriumsilikatet med natriumaluminat och kiseldioxiden med aluminiumoxid.

Claims (32)

ÅJO 10 15 20 25 30 35 508 22 Patentkrav

1. Sätt att bilda en porös eldfast massa på en yta, k ä n- n e t e c k n a t av att en oxiderande gas utslungas mot ytan tillsammans med en, pulverblandning, eldfasta partiklar; partiklar av bränsle, som reagerar exotermiskt med den oxiderande gasen och bildar eldfast oxid och frigör tillräckligt med värme för att smälta åtminstone ytorna på de eldfasta partiklarna, så att de binder samman för att bilda den eldfasta massan; och partiklar av material, vars sammansättning och/eller storlek väljes så att införlivandet av sådant material i den utslungade blandningen medför bildning av porositet i den bildade eldfasta massan. som omfattar: k ä n n e t e c k n a t av att sådant omfattar partiklar av ett

2. Sätt enligt krav 1, porositetsframkallande material material, som brinner och lämnar gasformiga förbrännings- produkter, som blir inbegripna j. den resulterande eldfasta massan.

3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att sådant porositetsframkallande material omfattar partiklar av ett kolhaltigt material.

4. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a t av att sådant porositetsframkallande material omfattar partiklar av ett material som sönderdelas och frigör gas, som blir inbegripen i den resulterande eldfasta massan.

5. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att sådant porositetsframkallande material omfattar partiklar av ett svällande material, företrädesvis ett hydratiserat alkali- metallsilikat.

6. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a t av att sådant porositetsframkallande material omfattar 10 15 20 25 30 35 470 508 23 ihåliga eller- porösa partiklar, som blir inbegripna i den resulterande eldfasta massan. av att åt-

7. Sätt enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t minstone en del av de ihåliga eller porösa partiklarna utgöres av de utslungade eldfasta partiklarna.

8. Sätt enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att åt- minstone den större viktdelen av de utslungade eldfasta par- tiklarna är ihåliga eller porösa.

9. Sätt enligt något av kraven 6-8, k ä n n e t e c k n a t av att blandningen omfattar ihåliga eller porösa partiklar, som består av ett glasaktigt material eller av ett glasbildande material och företrädesvis omfattar de ihåliga eller porösa partiklarna glasmikroblåsor.

10. Sätt enligt av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att sådana porositetsframkallande partiklar har en maximi- partikelstorlek av mindre än 1 mm och företrädesvis mindre än 600 um.

11. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a t av att blandningen omfattar åtminstone 10%, företräd- esvis åtminstone 15 vikt-% av sådana porositetsframkallande partiklar.

12. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a t av att den resulterande eldfasta massan bibringas en relativ skrymdensitet mindre än 1,5 och företrädesvis lika med eller lägre än 1,3.

13. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a t av att den resulterande eldfasta massan bibringas en porositet av ej mindre än 30% och företrädesvis ej mindre än 4270 10 15 20 25 30 35 Od C3 OO 24

14. Sätt enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a t av att den resulterande porösa eldfasta massan bibringas en skenbar porositet större än 30%, företrädesvis större än 37% och en verklig porositet större än 50% och företrädesvis större än 60%.

15. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a t av att bränslet omfattar en eller flera av kisel, mag- nesium, zirkonium och aluminium.

16. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a t av att bränslepartiklarna har en genomsnittlig storlek av mindre än 50 pm och företrädesvis mindre än 15 pm, en maxi- midimension av mindre än 100 pm och företrädesvis mindre än 50 um och en specifik yta större än 3000 cmz/g.

17. Materialsammansättning att användas vid ett sätt att bilda en porös eldfast massa på en yta, k ä n n e t e c k n a d av att sådan materialsammansättning är en pulverblandning, som omfattar: eldfasta partiklar; partiklar av bränsle, som har en genomsnittlig partikelstorlek av mindre än 50 pm, en maximi- dimension av' mindre än 100 pm, en specifik yta större än 3 000 cmz/g och är i stånd att reagera exotermiskt med syre för att bilda eldfast oxid och är närvarande i sådan proportion, så att vid utslungning tillsammans med oxiderande gas frigör tillräckligt med värme för att smälta åtminstone ytorna på de eldfasta partiklarna, så att de binder samman och bildar en eldfast massa; och partiklar av material vars sammansättning och/eller storlek väljes så att inbegripandet av sådant ma- terial i blandningen resulterar i bildning av porositet inom den bildade eldfasta massan vid sådan utslungning.

18. Pulverkomposition enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d av att sådant porositetsframkallande material omfattar par- tiklar av ett material, som kan brinna och lämna gasformiga förbränningsprodukter, som blir inbegripna i den eldfasta massan vid sådan utslungning. \\ w, 10 15 20 25 30 35 470 558 25

19. Pulverkomposition enligt krav 18, k ä n n e t e c k n a d av att sådant porositetsframkallande material omfattar par- tiklar av kolhaltigt material.

20. Pulverkomposition enligt något av kraven 17-19, k ä n- n e t e c k n a d av att sådant porositetsframkallande mate- rial omfattar partiklar av ett material, som kan sönderdelas och fríge gas, som blir inbegripen i den eldfasta massan, som bildas vid sådan utslungning.

21. Pulverkomposition enligt krav 20, k ä n n e t e c k n a d av att sådant porositetsframkallande material omfattar par- tiklar av ett svällande material.

22. Pulverkomposition enligt krav 21, k ä n n e t e c k n a d av att sådant svällande material omfattar ett hydratiserat alkalimetallsilikat och företrädesvis ett natriumsilikat.

23. Pulverkomposition enligt något av kraven 17-22, k ä n- n e t e c k n a d av att sådant porositetsframkallande ma- terial omfattar ihåliga eller porösa partiklar, som blir in- begripna i den bildade eldfasta massan vid sådan utslungning.

24. Pulverkomposition enligt krav 23, k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone en del av de ihåliga eller porösa partiklarna består av de utslungade eldfasta partiklarna.

25. Pulverkomposition enligt krav 24, k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone den större viktdelen av de utslungade eldfasta partiklarna är ihåliga eller porösa.

26. Pulverkomposition enligt kraven 24 eller 25, k ä n n e- t e c k n a d av att sådana ihåliga eller porösa partiklar omfattar porösa silikapartiklar eller cellulära aluminium- oxidpartiklar. I. 4 '7 10 15 20 25 0 388 26

27. Pulverkomposition enligt något av kraven 23-26, k ä n- n e t e c k n a d av att blandningen innefattar ihåliga eller porösa partiklar som består av ett glasaktigt material eller ett glasbildande material och företrädesvis omfattar de ihåliga eller porösa partiklarna glasmikroblåsor.

28. Pulverkomposition enligt något av kraven 17-27, k ä n- n e t e c k n a d av att sådana porositetsframkallande par- tiklar har en maximipartikelstorlek av' mindre än 1 mm och företrädesvis mindre än 600 pm.

29. Pulverkomposition enligt krav 28, k ä n n e t e c k n a d av att sådana porositetsframkallande partiklar har en maximi- partikelstorlek av mindre än 200 pm och företrädesvis mindre än 125 um.

30. Pulverkomposition enligt något av kraven 17-29, k ä n- n e t e c k n a d av att blandningen omfattar åtminstone 10%, företrädesvis åtminstone 15 vikt-% av sådana porositetsfram- kallande partiklar.

31. Pulverkomposition enligt något av kraven 17-30, k ä n- n e t e c k n a d av att bränslet omfattar en eller flera av kisel, magnesium, zirkonium och aluminium.

32. Pulverkomposition enligt något av kraven 17-31, k ä n- n e t e c k n a d av att bränslepartiklarna har en genom- snittlig storlek av mindre än 15 pm och företrädesvis mindre än 50 um. MI'