SI8710868A8 - Postopek za izdelavo koherentne žarovzdržne mase na površini in zmes delcev za izdelavo take mase - Google Patents

Description

Postopek za izdelavo koherentne žarovzdržne mase na površini in zmes delcev za izdelavo take mase

Področje tehnike, v katero spada izum

MKP: F 27D 01/16

Predloženi izum je s področja metalurgije in se nanaša na postopek za izdelavo koherentne žarovzdržne masč na površini s tem, da proti tej površini brizgamo skupaj s kisikom, zmes žarovzdržnih delcev in goriva, ki reagira eksotermno z brizganim kisikom, da se sprosti zadostna toplota za staljenje vsaj površin žarovzdržnih * t . . t· delcev in se tako tvori žarovzdržna masa. Izum se nanaša tudi na zmes delcev za uporabo pri postopku izdelave koherentne žarovzdržne mase na površini z brizganjem proti tej površini zmesi in kisika, pri čemer ta zmes obsega žarovzdržne delce in delce goriva, ki so sposobni eksotermnega reagiranja s kisikom, da se sprosti

-'Ί .

έ. zadostna toplota za staljenje vsaj površin žarovzdržnih delcev, da se tvori žarovzdržna masa.

Tehnični problem

Obstajala je potreba, da bi izdelali koherentne, kompaktne (t.j. neporozne) žarovzdržne mase za oblaganje žarovzdržnih struktur za staljene kovinske materiale, pri čemer naj bi imele žarovzdržne mase enako ali podobno strukturo kot žarovzdržne strukture, ki vsebujejo ogljik, in naj bi se te mase dobro oprijele žarovzdržnih struktur. Stanje tehnike je zaželeno, da izdelamo žarovzdržno maso in situ na površini, lahko izbiramo med dvema tipoma znanega postopka.

Pri prvem tipu postopka, ki ga včasih označujejo kot “keramično varjenje” in je prikazan v GB-PS št. 1 330 894 (Glaverbel) in v britanski patentni prijavi, objavljeni pod št. GB 2 170 191 A (Glaverbel), izdelajo koherentno žarovzdržno maso na površini z brizganjem proti površini zmesi žarovzdržnih delcev in delcev goriva skupaj s kisikom. Uporabljeni delci goriva so delci s tako sestavo in granulometrijo, da eksotermno reagirajo s kisikom, posledica pa je tvorba žarovzdržnega oksid^ in sprostitev toplote, potrebne za staljenje vsaj površin brizganih žarovzdržnih delcev. Primera takih goriv sta aluminij in silicij. Ker se silicij obnaša kot nekatere kovine v tem, da se lahko močno eksotermno oksidira ob tvorbi žarovzdržnega oksida, čeprav priznavamo, da bi bilo treba silicij pravilno smatrati kot polkovino,je ugodno, da označujemo te gorivne elemente kjot kovinske. Na splošno je pri- 3 - poročljivo, da brizgajo delce v prisotnosti visoke koncentracije kisika, npr. ob uporabi kisika tržne kvalitete kot nosilnega plina. Na ta način lahko izdelajo koherentno žarovzdržno maso, ki se drži površine, proti kateri brizgajo delce. Zaradi zelo visokih temperatur v plamenu keramičnega varjenja plamen lahko največkrat prereže katerokoli žlindro, ki je lahko prisotna na površini žarovzdržnega materiala, ki ga obdelujemo, in zmehča ali stali to površino, tako da pride do dobrega spoja med površino, ki jo obdelujemo^ in na novo izdelano žarovzdržno maso.

Take znane postopke keramičnega varjenja lahko uporabljajo za izdelavo žarovzdržnega elementa, npr. bloka posebne oblike, vendar se najbolj običajno uporabljajo za izdelavo prevlek ali popravil na žarovzdržnih blokih ali stenah in so zlasti koristni za popravilo ali ojačanje obstoječih žarovzdržnih struktur, npr. za popravljanje sten ali prevlek sten peči za taljenje stekla, koksnih peči ali žarovzdržne opreme, ki se uporablja v metalurških industrijah.

Običajno izvedejo tako operacijo, ko je osnoven žarovzdržni material vroč, v nekaterih primerih pa je celo mogoče, da izvedejo popravilo ali ojačenje, ne da bi prekinili normalno delovanje opreme.

Jasno je, da učinkovito delovanje takih postopkov keramičnega varjenja zahteva hitro in popolno sproščanje toplote, ki se sprosti pri reakcijah med delci goriva in kisikom. Z drugimi besedami, zaželeno je, da bi vsi delci goriva popolnoma zgoreli, preden bi dosegli površino, ki jo napršujemo. Tudi visoka cena ustreznih delcev kovinskega _ /izgoriva spodbuja keramičnega varilca, da bi dobil največji dobitek, t.j. da dela tako, da je sežig goriva kar najbolj popolen in v izdelani žarovzdržni masi ni okludiranega preostalega nezgorelega goriva.

Drugi tip postopka za izdelavo žarovzdržne mase in situ na površini je znan kot plamensko naprševanje. Taki postopki obstoje v usmerjanju plamena na mesto, kjer je zaželeno, da se tvori žarovzdržna masa, in brizganju žarovzdržnega prahu preko plamena. Plamen se napaja s plinastim ali tekočim gorivom in včasih z uprašenim koksom. Jasno je, da učinkovito delovanje take tehnike plamenskega naprševanja zahteva popolen sežig goriva, da se ustvari kolikor je le mogoče vroč plamen in dobi maksimalen dobitek. Na splošno temperatura plamena, ki jo lahko dosežemo pri postopku plamenskega naprševanja, ni tako visoka, kot se jo lahko doseže pri tehniki keramičnega varjenja, rezultat pa je , da koherenca izdelane žarovzdržne mase ni tako velika ih ker se spoj med novo žarovzdržno maso in površino žarovzdržne osnove tvori pri nižji temperaturi, ni tako zanesljiv. Tak plamen je mnogo manj sposoben za prodiranje skozi katerokoli žlindro, ki je lahko prisotna na površini žarovzdržnega materiala, ki ga obdelujemo, kot je plamen pri postopku keramičnega varjenja.

Tehniki keramičnega varjenja in plamenskega naprševanja, kot smo jih pravkar opisali, sta koristni za oblaganje ali popravilo sten ali prevlek, ki jih predstavljajo različni klasični žarovzdržni materiali, kot so bazični, kremenični, kremenično-glinični in cirkonijevi žarovzdržni materiali.

Sedaj v naraščajoči meri uporabljajo žarovzdržne ma teriale novega tipa, ki ga označuje visoka vsebnost ogljikovih delcev. Ti žarovzdržni materiali, ki vsebujejo ogljik, so običajno na osnovi magnezije ali glinice in lahko vsebujejo od 5 do 30 ali celo 35 mas.% ogljika. Take žarovzdržne materiale, ki vsebujejo ogljik, uporabljajo v industrijskih električnih talilnih pečeh in tudi v jeklarnah, v konvertorjih in izlivnih ponvah. Izbrani so zaradi visoke odpornosti proti eroziji in koroziji zaradi staljenih kovin in žlinder.

Pri oblaganju ali ponovnem oblaganju žarovzdržne strukture je lahko zaželeno, da izdelajo žarovzdržno prevleko z boljšo obstojnostjo proti eroziji in koroziji, kot jo ima osnovni material. To pride zlasti v poštev pri delih žarovzdržne strukture, ki so zlasti podvrženi učinkom staljenega materiala, kot so izlivna ustja izlivnih ponev. Vendar je bolj običajno in, kadar se popravlja žarovzdržna struktura, prednostno, da izdelajo žarovzdržno maso, ki ima isto sestavo kot osnovni material. S tem se zagotovi, da je novi material kompatibilen z osnovnim materialom, na katerem se izdela, tako glede njegove kemične sestave kot tudi njegovih razteznih karakteristik. Če je med novim in starim žarovzdržnim maI terialom kemična ali fizikalna nekompatibilnost, je spoj med njima običajno slab ter se lahko obnovljeni del ali obloga odlušči.

Za izdelavo žarovzdržne mase, ki vsebuje ogljik, se zdi potrebno, da mora biti to pri temperaturi, ki ni previsoka, ali ob pogojih, ki niso ali so le rahlo oksidirajoči.

Tako se zdi primerno, da bi uporabili zgoraj opisano tehniko plamenskega naprševanja, pri čemer bi naprŠili zmes koksa in žarovzdržnih delcev ob takih pogojih, da za popolen sežig koksa ni zadosti kisika. Alternativna metoda bi bila uporaba paste z želeno sestavo in njen sežig v masi.

Opis rešitve tehničnega problema z izvedbenimi primeri

Presenetljivo pa smo ugotovili, da je mogoče izdelati žarovzdržne materiale, ki vsebujejo ogljik, z uporabo tehnike keramičnega varjenja, pri kateri žarovzdržni material in delce goriva brizgamo ob močno oksidacijskih pogojih, posledica pa je plamen z zelo visoko temperaturo. To je presenetljivo, ker bi normalno pričakovali, da bo istočasna prisotnost delcev ogljika in delcev kovinskega goriva v brizgani zmesi povzročila zgodnjo oksidacijo in izginotje delcev ogljika ob zakasnitvi oksidacije delcev goriva.

V smislu predloženega izuma gre za postopek za izdelavo koherentne žarovzdržne mase na površini s tem, da proti tej površini brizgamo skupaj s kisikom zmes žarovzdržnih delcev in goriva, ki reagira eksotermno z brizganim kisikom, da se sprosti zadostna toplota za staljenje vsaj površin žarovzdržnih delcev in se tako tvori žarovzdržna masa, ki je f

označena s tem, da brizgana zmes vsebuje kot gorivo fino porazdeljene delce vsaj enega elementa, ki se da oksidirati v žarovzdržen oksid, in da brizgana zmes vsebuje tudi delce ogljika, ki so take velikosti ali sestave, da se delci ogljika okludirajo v izdelani žarovzdržni masi.

Izraz delci ogljika, kot se tukaj uporablja, označuje delce, ki vsebujejo ogljik v elementarnem stanju ne glede na njegovo alotropsko obliko. Izraz delci, ki vsebujejo ogljik” označuje delce čistega ogljika in tudi delce ogljika, ki je pomešan ali kemično vezan z drugim materialom na tak način, da se delci lahko razkrojijo in pustijo ogljični ostanek.

Učinkovitost postopka v smislu predloženega izuma je nepričakovana, ker je popolnoma v nasprotju s stanjem tehnike. Pri postopku v smislu predloženega izuma po eni strani delci goriva zgorijo v prisotnosti kisika s sproščanjem zadostne toplote za staljenje vsaj površin žarovzdržnih delcev, s katerimi so brizgani, medtem ko po drugi strani prečkajo deloi, ki vsebujejo ogljik, področje, kjer gori gorivo, ne da bi se oksidirali ali ne da bi se vsaj popolnoma oksidirali.

Predloženi izum je zlasti koristen, ker omogoča izdelavo žarovzdržnih mas, ki so izredno odporne proti staljenim kovinam; omogoča popravilo ali oblaganje žarovzdržnih materialov ki vsebujejo ogljik, z žarovzdržnim materialom iste narave in omogoča, da na žarovzdržnem materialu, ki je manj odporen proti staljenim kovinam, nastane žarovzdržna masa, ki vsebuje ogljik.

Nadalje je prednost takega postopka enostavnost operacije ob uporabi naprave znanega tipa, kot se uporablja pri klasičnih postopkih keramičnega varjenja, omenjenih zgoraj v tem opisu.

Gorivo, ki ga je treba uporabiti, zajema delce vsaj enega elementa, ki se da oksidirati v žarovzdržen oksid. Na ta način lahko gorivo in žarovzdržne delce zmesi zlahka tako izberemo, da ima dobljena masa združenih delcev

- 8 in proizvodov sežiga žarovzdržnih oksidov katerokoli želeno žarovzdržno sestavo, npr. v bistvu isto sestavo, kot je sestava žarovzdržne površine, proti kateri brizgamo zmes. Prednostno je, da so delci goriva delci silicija, aluminija in/ali magnezija. Delci teh elementov so tržno dostopni in jih lahko po potrobi mešamo v želenih razmerjih.

Kot je znano, ima velikost delcev goriva važen vpliv na učinkovitost klasičnega postopka keramičnega varjenja. Pri klasičnih postopkih je zaželeno, da so delci goriva majhni, tako da hitro in popolnoma zgorijo med svojo trajektorijo r

od kopja*, ki se uporablja za brizganje, do površine, ki jo obdelujemo. S tem dosežemo hitro sproščanje toplote in dobimo plamen z zelo visoko temperaturo, da dosežemo zadovoljivo staljenje žarovzdržnih delcev in tako dobimo koherentno in kompaktno žarovzdržno maso. Presenetljivo smo ugotovili, da je pri postopku v smislu predloženega izuma priporočljiva podobna granulometrija goriva. Tako naj bi imeli delci goriva za najboljše rezultate srednjo velikost zrn pod 50 pm. Dejansko je za delce goriva zaželeno, da imajo tako granulometrijo, da jih ima vsaj 90 mas.% velikost zrn pod 50 pm. Posebno primerni so delci s srednjo velikostjo zrn v območju 5 pm do 20 pm

Delce, ki vsebujejo ogljik, lahko oblikujemo iz materiala, ki je poceni in zlahka dostopen. Med materiali, ki so primerni, lahko navedemo premog, koks, lignit, oglje, grafit, karbonska vlakna, izrabljene elektrode peči in organske materiale, kot sladkorje in sintetske smole. Trenutno je zlasti prednostna uporaba delcev polimernega materiala, ker jih zlahka predelamo pred brizganjem v zmesi in zlasti zaradi

- 9 enostavnosti, s katero lahko polimerne materiale oblikujemo v delce z želeno granulometrijo. Delce, ki vsebujejo ogljik, za uporabo pri izumu lahko tudi izdelamo z nanašanjem polimernega prešlojevanja na žarovzdržne delce.

Mogoče je, da se zanesemo le na velikost delcev, ki vsebujejo ogljik, da se prepreči njihov kompleten sežig med brizganjem, tako da so delci ogljika okludirani v izdelani žarovzdržni masi. Zunanja lupina delca lahko zgori, da dobimo ogljikovo jedro, ki se okludira v žarovzdržnem materialu.

Če je treba to storiti, je prednostno, da imajo delci, ki vsebujejo ogljik, povprečno velikost zrn nad 0,5 mm.

Vendar je prednostno, da se zanesemo na sestavo delcev, ki vsebujejo ogljik, prednostno pa ti delci, ki vsebujejo ogljik, obsegajo delce, ki so sestavljeni iz jedra iz materiala, ki vsebuje ogljik, ki je pokrito s plaščem materiala, ki preprečuje oksidacijo takega jedra. To olajša tvorbo žarovzdržne mase z okludiranimi delci ogljika. Na ta način se zlasti poveča kontrola količine ogljika, ki se tako okludira. Če material plašča prepreči oksidacijo jedra, ki vsebuje ogljik, potem sledi, da bo ves ogljik, ki ga vsebuje jedro, okludiran, kar pomeni, da lahko z gotovostjo izdelamo žarovzdržen material, ki vsebuje ogljik, z dano vsebnostjo okludiranega ogljika iz brizgane zmesi delcev z dano sestavo.

Doslej smo omenjali okludiranje le delcev ogljika v žarovzdržni masi za izdelavo žarovzdržne mase, ki vsebuje ogljik. V sedanji industrijski praksi pa je tudi narasla uporaba žarovzdržnih materialov, ki vsebujejo ogljik in ki vsebu10 jejo okludirane delce elementa, ki se da oksidirati v žarovzdržni oksid. Posebni primeri takih elementov so silicij, magnezij, cirkonij in aluminij. Namen vključevanja teh elementov je zmanjšanje difuzije kisika,'Skozi žarovzdržen; material in tako izboljšanje obnašanja žarovzdržnega telesa. Katerikoli kisik, ki difundira v žarovzdržen material, se običajno združi s takimi elementarnimi delci, ker pa je rezultat takega združenja žarovzdržen oksid, struktura žarovzdržnega materiala ni zelo oslabljena zaradi pojava npr. vrzeli. Ker se Silicij obnaša kot nekatere kovine tudi v tem pogledu, je ugodno, da označimo žarovzdržne materiale, v katerih so okludirani taki delci, z izrazom ki vsebuje kovino.

Kot velja za žarovzdržne materiale, ki vsebujejo ogljik, je zaželeno, da bi lahko in situ izvedli vroče popravilo ali ojačenje žarovzdržnih materialov, ki vsebujejo kovino.

Kot bomo omenili, vključujejo ti kovinski elementi elemente, katerih uporaba je zlasti priporočljiva v delcih goriva za uporabo v postopku keramičnega varjenja. Presenetljivo smo ugotovili, da je mogoče ob določenih pogojih uporabiti postopek keramičnega varjenja za izdelavo žarovzdržne mase, ki vsebuje ogljik in ki vsebuje okludirane kovinske delce.

Torej gre pri določenih prednostnih izvedbah v smislu predloženega izuma za to, da brizgana zmes nadalje vsebuje delce, ki obsegajo vsaj en element, ki se da oksidirati v žarovzdržen oksid,ti delci pa so take velikosti ali sestave, da delci takega elementa postanejo okludirani v izdelani žarovzdržni masi.

Izbira kovinskega elementa (kovinskih elementov) za t

vdei&vo v take nadaljnje delce je odvisna od sestave žarovzdržne matrice, v kateri naj bi se okludirali, in od zahtevanih lastnosti žarovzdržne mase pred, med in po katerikoli oksidaciji takih delcev. Na splošno je prednostno, da taki nadaljnji delci obsegajo vsaj en element izmed silicija, magnezija, cirkonija in aluminija.

Prednostno je, da taki nadaljnji delci obsegajo delce, ki so sestavljeni iz jedra iz vsaj enega tega elementa, ki se. da oksidirati v ^f žarov zdi;Ž,£n oksid, to jedro pa je pokrito s plaščem materiala, ki preprečuje oksidacijo takega jedra. S tem je omogočena boljša kontrola in *ftftafmjfrjfe določitev količine takega elementa jedra, ki bo okludiran v izdelani žarovzdržni masi, kot je to mogoče, če se enostavno zanesemo na velikost nadaljnjih delcev.

Plašče, ki pokrivajo jedra, ki vsebujejo ogljik, in plašče, ki pokrivajo kovinska jedra, lahko ugodno izberemo iz istih razredov materialov. Zaželeno je, da izberemo anorganski material, ki je v bistvu inertčnh glede na kisik, tako da učinkovito preprečuje oksidacijo materiala jedra, in ki ne bo povzročil napak v izdelani žarovzdržni masi. To omogoča uporabo delcev z jedri, ki vsebujejo ogljik, ali kovinskimi jedri, katerih vsebnost ogljika in,če se uporabi , kovinska vsebnost natančno ustreza količini ogljikovih ali kovinskih delcev, ki naj bi se okludirali v žarovzdržnem materialu, in s tem se izognemo potrebi po uporabi materialov, katerih reakcije bi lahko|nezanesljivo ali težko kvantitativno kontrolirali med brizganjem. Zato prednostno material plašča obsega enega ali več kovinskih oksidov, nitridov ali karbidov in ugodno plašči obsegajo enega ali več oksidov, nitridov ali karbidov magnezija, aluminija, silicija, titana, cirkonija ali kroma. Take spojine lahko s precejšnjo lahkoto nanesemo na trdne delce in imajo žarovzdržen karakter, ki je kompatibilen z žarovzdržno maso, ki se bo tvorila v postopku.

Plašč lahko oblikujemo kot kontinuirno prevleko, ki popolnoma obdaja jedro kot jajčna lupina, ali pa se lahko, zlasti če je jedro porozno, absorbira ali adsorbira kot površinska prevleka na jedru. V kateremkoli primeru plašč ščiti jedro, bodisi iz materiala, ki vsebuje ogljik, ali kovinskega materiala, proti oksidaciji.

Pri nekaterih prednostnih izvedbah izuma kovinski oksid, nitrid ali karbid nanesemo pod vakuumom. To lahko izvedemo z uparjanjem kovinskega materiala, ki ga nato spojimo s kisikom, dušikom ali ogljikom, da dobimo ustrezen oksid, nitrid ali karbid.

Pri drugih prednostnih izvedbah izuma kovinski oksid nitrid ali karbid nanesemo tako, da spravimo delce materiala jedra v stik z reaktivno tekočino in jih nato segrevamo. Na ta način lahko jedra, ki jih je treba zaščititi, z lahkoto pomešamo z enim ali več reagenti, npr. z eno ali več organokovinskimi spojinami, ki je ali so tekoče ali v raztopini, in nato zadosti segrevamo, da izženemo katerokoli prisotno topilo, in reagent (reagente) piroliziramo, da dobimo plašče. Tak postopek lahko ugodno uporabimo za nanašanje enega ali več oksidov na delce, ki vsebujejo ogljik, s segrevanjem do temperature okoli 500 °C.

Pri še drugih prednostnih izvedbah izuma za izdelavo žarovzdržnih materialov, ki vsebujejo kovino, delce jedra vsaj enega elementa, ki se da oksidirati v žarovzdržen oksid, površinsko oksidiramo, da dobimo oksidni plašč, s tem, da jih izpostavimo toploti in kisiku v fluidizirani blazini.

To je posebno ugoden način zaščite takih jeder delcev proti oksidaciji med brizganjem.

Prednostno delce jedra vzdržujemo v gibanju med nanašanjem kovinskega oksida, nitrida ali karbida. S tem je omogočena enotna istočasna obdelava velikega števila jeder delcev. Jedra delcev lahko mehansko mešamo med preslojevanjem pod vakuumom ali ko so v stiku z reaktivno tekočino.

Po drugi strani lahko jedra delcev obdelujemo s plinastim reagentom po tehniki fluidizirane blazine.

V nasprotju s tem, kar bi lahko pričakovali, učinkovitost postopka v smislu predloženega izuma ni odvisna od izvajanja v okolju, ki ima precej nizko vsebnost kisika.

Mogoče je in dejansko je priporočljivo, da brizgamo zmes delcev ob pogojih, ki so ugodni za popolno eksotermno oksidacijo delcev goriva, in temu ustrezno je prednostno, da kisik predstavlja vsaj 60 vol.% plina, ki ga brizgamo proti tej površini.

Zmes delcev za uporabo pri postopku v smislu predloženega izuma, kot je zgoraj opisan, ima sama po sebi določene prednosti in pri predloženem izumu gre tudi za zmes delcev za uporabo pri postopku za izdelavo koherentne žarovzdržne mase na površini s tem, da proti tej površini brizgamo zmes in kisik, pri čemer zmes obsega žarovzdržne delce in delce goriva, ki so sposobni eksotermne reakcije s kisikom, da se sprosti zadostna toplota za staljenje vsaj površin žarovzdržnih delcev za izdelavo žarovzdržne mase, označena s tem, da zmes vsebuje kot gorivo fino porazdeljene delce s srednjo velikostjo zrn pod 50 pm vsaj enega elementa, ki se da oksidirati v žarovzdržen oksid, in da zmes tudi vsebuje delce, ki vsebujejo ogljik, s tako velikostjo ali sestavo, da v primeru, ko zmes brizgamo proti površini v prisotnosti kisika ob pogojih, ki vodijo do v bistvu popolne oksidacije del cev goriva in nastanka koherentne žarovzdržne mase, delci ogljika niso popolnoma oksidirani, pri čemer delci ogljika postanejo okludirani v nastali žarovzdržni masi.

Taka zmes delcev omogoča izdelavo žarovzdržnih mas, ki vsebujejo ogljik, z visoko obstojnostjo proti koroziji in eroziji zaradi staljenih kovin, ki so sposobne ohraniti tako visoko obstojnost ves čas uporabe. Z uporabo take zmesi, npr. pri postopku keramičnega varjenja, lahko zlahka izdelamo kompaktne žarovzdržne mase, ki se lahko dobro oprimejo mnogih žarovzdržnih površin. Ker zmes zajema delce goriva, ka terih srednja velikost zrn je pod 50 pm (in ki imajo prednost no največjo velikost, ki ne preseže 50 pm), se pospeši popolna reakcija delcev goriva. Taki delci hitro reagirajo s kisikom, hitro sprostijo toploto, potrebno za nastanek kompaktne žarovzdržne mase na površini, na katero brizgamo zmes. Tako zmes lahko dobimo brez težav s pomešanjem delcev, ki so tržno dostopni ali ki jih lahko specialno izdelamo, vendar iz primarnih materialov, ki so zlahka dostopni.

Žarovzdržni delci zmesi imajo lahko kakršnokoli želeno sestavo.Lahko so npr. delci enega ali več materialov, izbranih izmed silimanita, mulita, cirkona, kremena, cirkonije in glinice. Zmes lahko pri tem prilagodimo za izdelavo žarovzdržne mase, ki vsebuje ogljik in ki ima sestavo, ki ustreza enemu izmed številnih običajnih žarovzdržnih pripravkov. Zlasti je prednostno, da so ti žarovzdržni delci vsaj v glavnem delci magnezijevega oksida, tako da je omogočena izdelava bazičnih žarovzdržnih mas, ki so kompatibilne z večino žarovzdržne opreme, ki se uporablja v stiku s staljenimi kovinami.

Za izhodne materiale, ki vsebujejo ogljik, ni nujno, da so čisti ogljik, ampak lahko, kot je povedano zgoraj, vsebujejo ogljik pomešan ali kemično vezan z drugimi elementi.

Tako lahko izberemo premog, grafit, lignit, koks, oglje, karbonska vlakna, ostanke elektrod iz električnih peči, itd., sintetske smole, organske materiale, kot sladkorje, itd. Sedaj je zlasti prednostna uporaba delcev polimernega materiala zaradi njihove lahke predelave pred brizganjem v zmesi, zlasti pa zaradi lahkote, s katero lahko polimerne materiale oblikujemo v delce z želeno granulometrijo. Kot je bilo omenjeno, lahko delce, ki vsebujejo ogljik, za uporabo v izumu tudi izdelamo z nanašanjem polimerne prevleke na žarovzdržne delce.

V skladu z nekaterimi prednostnimi izvedbami zmesi v smislu izuma imajo ti delci, ki vsebujejo ogljik, srednjo velikost zrn nad 0,5 mm. Take delce zlahka pripravimo iz mletih in presejanih materialov, ki vsebujejo ogljik. Delcev, ki imajo srednji premer nad 0,5 mm, ni potrebno posebej obdelati, da bi bili relativno ali popolnoma nereaktivni proti kisiku. Nasprotno, mogoče je, da se ti delci površinsko oksidirajo, pri čemer obdržijo ali tvorijo jedro ogljika, ki ostane v žarovzdržni masi,izdelani z brizganjem te zmesi v kisiku. Za izdelavo žarovzdržne mase, ki vsebuje ogljik in ki vsebuje delce ogljika z danim srednjim premerom, je priporoč ljivo, da izberemo izhodno zmes, ki obsega delce, ki vsebujejo ogljik, katerih srednji premer je vsaj dvakrat večji od danega premera.

Vendar je prednostno, da imajo ti delci, ki vsebujejo ogljik, delce, ki so sestavljeni iz jedra materiala, ki vsebuje ogljik, ki je pokrito s plaščem materiala, ki v primeru, kadar zmes brizgamo proti tej površini v prisotnosti kisika, in ob pogojih, ki vodijo do praktično popolne oksidacije teh delcev goriva in izdelave koherentne žarovzdržne mase, inhibira oksidacijo takega jedra. Delce te vrste lahko držimo, skladiščimo in obdelujemo v atmosferi, ki vsebuje kisik, brez posebnih varnostnih ukrepov. To tudi zelo olajša napoved velikosti zrn delcev ogljika, ki se bodo okludirali v žarovzdržni masi, ki vsebuje ogljik in ki jo izdelamo z brizganjem zmesi ob teh pogojih, in tako olajša zanesljivo izdelavo žarovzdržne mase z, zaželeno sestavo iz zmesi s predhodno določenimi razmerji njenih različnih sestavin.

Pri nekaterih prednostnih izvedbah zmesi v smislu izuma zmes nadalje vsebuje delce, ki vsebujejo vsaj en element ki se da oksidirati v žarovzdržen oksid, ti nadaljnji delci pa imajo tako velikost ali sestavo, da se v primeru, ko zmes brizgamo proti tej površini v prisotnosti kisika in ob pogojih, ki vodijo do praktično popolne oksidacije teh delcev goriva in izdelave koherentne žarovzdržne mase, ne bodo popolnoma oksidirali, pri čemer so delci takega elementa (takih elementov) okludirani v izdelani žarovzdržni masi.

Okludiran material te vrste podeli žarovzdržnim masam, izdelanim iz zmesi, povečano obstojnost proti koroziji.

Zmesi te vrste lahko tudi izdelamo brez težav. Zmesi te vrste lahko izdelamo ob uporabi tržno dostopnih kovinskih praškov.

Prednostno je v takih nadaljnjih delcih prisoten vsaj en element, izbran izmed silicija, magnezija, cirkonija in aluminija. Ugodno taki nadaljnji delci obsegajo jedro iz vsaj enega od teh elementov, ki se da oksidirati v žarovzdržen oksid, ki je pokrito s plaščem materiala, ki ob teh pogojih preprečuje oksidacijo jedra.

Prednostno material plašča obsega enega ali več kovinskih oksidov, nitridov ali karbidov, prednostno pa plašči obsegajo enega ali več oksidov, nitridov ali karbidov magnezija, aluminija, silicija, titana, cirkonija ali kroma.

Take spojine se nanesejo na jedra delcev brez težav, ne da bi po nepotrebnem povečali njihovo ceno. Lahko tvorijo sloj okoli jedra in tako oblikujejo lupino ali pa lahko po drugi strani impregnirajo površinske sloje jedra, če je porozno.

Nanos te vrste lahko izdelamo na jedrih npr. z vakuumskim uparjenjem kovine, ki mu nato sledi njeno spajanje s kisikom, dušikom ali ogljikom, ali z nanašanjem organokovinskega predhodnika, ki se pretvori v oksid pri zmerni temperaturi. Delce te vrste pred vdelavo v zmes posebej pripravimo, vendar se čas ali stroški, potrebni za to pripravo, kar v največji meri kompenzirajo z varnostjo uporabe zmesi in napovedljivostjo rezultatov, ko zmes uporabimo pri postopku keramičnega varjenja.

Za zaščito jeder delcev proti oksidaciji z zadovoljivo varnostno stopnjo material teh plaščev prednostno pred stavlja od 0,02 do 2 mas.% delcev, skupaj applaščiriThka« Ts<a količina plaščnega materiala omogoča tvorbo popolnih slojev okoli teh delcev. Da bi omogočili izdelavo žarovzdržnih mas s sestavo, ki je podobna sestavi tržno dostopnih žarovzdržnih mas, ki vsebujejo ogljik in ki v danem primeru vsebujejo tudi kovine, je prednostno, da so delci, ki vsebujejo ogljik, in v danem primeru nadaljnji delci prisotni v celotni količini od 2 do 50 mas.% zmesi. Prednostno je količina delcev, ki vsebujejo ogljik, med 5 in 50 % in količina v danem primeru prisotnih nadaljnjih delcev med 2 in 10 %. Prisotnost takih količin v zmesi zagotavlja, da s pomočjo brizganja v prisotnosti kisika izdelamo žarovzdržne mase, ki vsebujejo zadosti ogljika, kjer je primerno , zadosti okludirane kovine, ki podeli masam visoko obstojnost proti koroziji in eroziji zaradi staljenih materialov pri zvišani temperaturi.

Tako iz gospodarskih kot tudi iz tehničnih razlogov zmes prednostno vsebuje delce goriva v razmerju 5 do 30 mas.%. Taka količina uporabljenega tipa goriva je zadostna, da se žarovzdržni delci, ki ga spremljajo, ko zmes brizgamo v prisotnosti kisika, vsaj površinsko stalijo.

Kot gorivo je mogoče izbrati številne različne materiale pod pogojem, da hitro oksidirajo ob velikem sproščanju toplote ob tvorbi žarovzdržnega oksida. Delci silicija, aluminija in/ali magnezija tvorijo žarovzdržne okside in to prispeva k izdelavi kompaktnih, zelo kvalitetnih mas, ki ne vsebujejo vključkov, nekompatibilnih z dobro toplotno obstojnostjo.

Predloženi izum se nanaša tudi na žarovzdržno maso, ki vsebuje dispergirane delce ogljika in jo izdelamo po zgoraj opisanem postopku, kot tudi na žarovzdržno maso, ki vsebuje dispergirane delce ogljika in ki jo izdelamo z brizganjem zmesi, kot je spredaj opisano v prisotnosti kisika.

Predloženi izum bomo podrobneje opisali z naslednjimi primeri.

PRIMER 1

Žarovzdržno maso nanesemo na konvertersko steno, ki obstoji iz opek iz magnezije-ogljikaj z naslednjo sestavo: MgO 90 %, C 10 %. Na te opeke brizgamo zmes žarovzdržnih delcev, delcev goriva, ki se dajo eksotermno oksidirati, da dobimo žarovzdržen oksid, in delcev, ki vsebujejo ogljik in so manj podvrženi popolni oksidaciji. Stena ima temperaturo 900 °C. Zmes brizgamo s hitrostjo 500 kg/h v plinskem toku, ki vsebuje 70 vol.% kisika. Zmes ima naslednjo sestavo:

MgO	82	mas.%
Si	4	mas.%
Al	4	mas.%
C	10	mas.%

Delci silicija imajo srednjo velikost zrn 10 pm in specifično površino 5000 cm²/g. Delci aluminija imajo srednjo velikost zrn 10 jun in specifično površino 8000 cm²/g. Delci ogljika so delci, ki jih dobimo z mletjem koksa, njihova srednja velikost i - pa je 1,25 mm. Ko to zmes brizgamo na vročo steno, delci silicija in aluminija zgorijo, pri čemer sprostijo dovolj toplote, da povzročijo vsaj površinsko staljenje delcev magnezije. Ti delci MgO imajo srednjo velikost zrn 1 mm. Med brizganjem se delci koksa površinsko spajajo s kisikom, s čimer je omogočeno, da ostanejo neoksidi rana ogljična jedra s srednjo velikostjo zrn 200 pm, ki so okludirana v masi, naneseni na obdelani površini. Izdelana žarovzdržna masa vsebuje približno 3 % ogljika. Zelo dobro se oprime stene, celo če je pred brizganjem na steni prevleka žlindre, njena sestava in kompaktnost pa sta taki, da zdrži erozijo in korozijo ob stiku s staljenim jeklom.

Podobne rezultate smo dosegli tudi z nadomestitvijo delcev koksa z delci ogljika, izdelanimi z mletjem ostankov elektrod.

PRIMER 2

Ponovili smo postopek, opisan v primeru 1, vendar smo v brizgano zmes dodali nadaljnje delce silicija, ki naj bi ostali v elementarni obliki, da bi izdelali žarovzdržno maso, ki vsebuje kovino. Ti delci imajo srednjo velikost zrn 35 jam. Reaktivnost teh delcev proti kisiku zmanjšamo z oksidiranjem njihove površine, predno jih uporabimo v zmesi. Okoli delcev oblikujemo lupino oksida s tem, da jih obdelamo v fluidizirani blazini vročega kisika. Z brizganjem te zmesi na steno, ki obstoji iz opek iz magnezije_ogljika, izdelamo na njej kompaktno maso, ki je zlasti obstojna proti koroziji v stiku z vročo atmosfero konverterja, staljenim jeklom in njegovimi žlindrami.

Pri izvedbeni varianti nadaljnji delci silicija, ki naj ostanejo v izdelani masi, nimajo plaščev za zaščito proti oksidaciji, namesto tega pa imajo minimalni premer 100 pm. Z uporabo zmesi, ki vsebuje take nadaljnje delce, dosežemo rezultate, ki so podobni zgoraj navedenim rezultatom.

PRIMER 3

Zmes delcev, ki obstoji iz žarovzdržnega MgO, silicijevega in aluminijevega goriva in ogljika, ki obstoji iz jedra ogljika, na katerega smo nanesli sloj aluminijevega oksida, brizgamo na steno, ki obstoji iz žarovzdržne ga materiala tipa magnezija-ogljik pri temperaturi 900 °C. Hitrost brizganja je 100 kg/h v plinskem toku, ki vsebuje 70 % kisika (vol.). Zmes ima K; naslednjo sestavo:

MgO 75 mas.%

Si 4 mas.%

Al 4 mas.%

C 17 mas.%

Delci silicija in aluminija imajo srednjo velikost zrn in specifično površino, podobno kot je omenjeno v primeru 1. Delci ogljika imajo srednjo velikost zrn 1 mm, aluminijev oksid pa je prisoten v količini 1 % glede na maso ogljika. Oksid nanesemo na delce ogljika z nanašanjem aluminija na delce pod vakuumom in nato z oksidiranjem kovinskega sloja. Z brizganjem te zmesi na vročo žarovzdržno steno dobimo kompaktno maso, ki se dobro oprime in vsebuje več kot 10 % ogljika.

Pri alternativni izvedbi izvedemo zgoraj opisani postopek tako, da nadomestimo delce ogljika^ preslojene z aluminijevim oksidom, z delci ogljika, na katere smo nanesli sloj titanovega oksida. Sloj titanovega oksida nanesemo na delce s pomešanjem delcev s tekočim organskim orto-titanatom, nato razkrojimo titanat pri temperaturi reda velikosti

500 °C. Tako dosežemo rezultat, ki je popolnoma podoben zgoraj opisanemu.

PRIMER 4 žarovzdržno maso nanesemo na steno pri temperaturi 900 °C. Stena obstoji iz žarovzdržnega materiala, ki vsebuje ogljik. Ima naslednjo sestavo: Al^O^ 85 %, C 15 %. Zmes žarovzdržnih delcev, delcev goriva in delcev ogljikove spojine brizgamo na površino te stene s hitrostjo 200 kg/h v nosilnem plinu, ki vsebuje 70 % kisika (vol.). Značilnosti zmesi so naslednje:

Al203	70	mas
Si	20	mas
C	10	mas

Žarovzdržni delci imajo velikost zrn med 300 pm in 1 mm, delci silicijevega goriva pa imajo karakteristike, ki so podobne karakteristikam, opisanim v primeru 1. Delci ogljikove spojine imajo srednjo velikost zrn pod 50 |im in obstoje iz mletega poliakrilonitrila. Med brizganjem ti delci karbonizirajo in dobljeni ogljik se okludira v žarovzdržni masi, ki se oprijema vroče stene. Na ta način izdelamo dobro kompaktirane žarovzdržne mase, ki so odporne proti eroziji pri stiku s tekočimi kovinami in njihovimi žlindram!.

Pri variantah nadomestimo prah poliakrilonitrila s prahom saharoze, s fenolno smolo, epoksi smolo in polialil kloridom ter dobimo podobne rezultate. V nekaterih primerih je lahko ugodno, da zadržimo karboniziranje teh materialov s prekrivanjem delcev s samougasljivo polimerno prevleko.

Najboljši način za gospodarsko izkoriščanje izuma

Žarovzdržno maso nanesemo na konvertersko steno, ki obstoji iz opek iz magnezije-ogljika zsnaslednjo sestavo: MgO 90 %, C 10 %. Na te opeke brizgamo zmes žarovzdržnih delcev, delcev goriva, ki se dajo eksotermno oksidirati, da dobimo 'žarovzdržen oksid, in delcev, ki vsebujejo ogljik in so manj podvrženi popolni oksidaciji. Stena ima temperaturo 900 °C. Zmes brizgamo s hitrostjo 500 kg/h v plinskem toku, ki vsebuje 70 vol.% kisika. Zmes ima naslednjo sestavo:

MgO	82	mas.%
Si	4	mas.%
Al	4	mas.%
C	10	mas.%

Delci silicija imajo srednjo velikost zrn 10 pra in specifično površino 5000 cm²/g. Delci aluminija imajo srednjo velikost zrn 10 pm in specifično površino 8000 cm²/g. Delci ogljika so delci, ki jih dobimo z mletjem koksa, njihova srednja velikost pa je 1,25 mm. Ko to zmes brizgamo na vročo steno, delci silicija in aluminija zgorijo, pri čemer sprostijo dovolj toplote, da povzročijo vsaj površinsko staljenje delcev magnezije. Ti delci MgO imajo srednjo velikost zrn 1 mm. Med brizganjem se delci koksa površinsko spajajo s kisikom, s čimer je omogočeno, da ostanejo neoksidi rana ogljična jedra s srednjo velikostjo zrn 200 pm, ki so okludirana v masi, naneseni na obdelani površini. Izdelana žarovzdržna masa vsebuje približno 3 % ogljika. Zelo dobro

- 25se oprime stene, celo če je pred brizganjem na steni prevleka žlindre, njena sestava in kompaktnost pa sta taki, da ‘Zdrži erozijo in korozijo ob stiku s staljenim jeklom.

Podobne rezultate smo dosegli tudi z nadomestitvijo delcev koksa z delci ogljika, izdelanimi z mletjem ostankov elektrod.

Claims (15)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Postopek za izdelavo koherentne žarovzdržne mase na površini, označen s tem, da brizgamo proti tej površini, skupaj s kisikom, kjer kisik predstavlja vsaj 60 vol. % plina, ki ga brizgamo proti površini, zmes žarovzdržnih delcev, kot delcev, ki vsebujejo magnezijev oksid, in goriva, ki reagira eksotermno z brizganim kisikom, da se sprosti zadostna toplota za staljenje vsaj površin žarovzdržnih delcev in tako izdelamo žarovzdržno maso pri čemer brizgana zmes vsebuje kot gorivo fino porazdeljene delce vsaj enega elementa, izbranega izmed silicija, aluminija, magnezija, ki se da oksidirati v žarovzdržen oksid, in brizgana zmes tudi vsebuje delce, ki vsebujejo ogljik in ki obsegajo delce polimernega materiala in/ali delce s povprečno velikostjo delcev nad 0,5 mm in/ali delce, ki obstoje iz jedra materiala, ki vsebuje ogljik, in je pokrito s plaščem materiala, ki inhibira oksidacijo tega jedra, tako da se ogljikovi delci okludirajo v izdelani žarovzdržni masi, in v danem primeru brizgana zmes nadalje vsebuje delce, ki obsegajo vsaj element, izbran izmed silicija, magnezija, cirkonija, aluminija, ki se da oksdidirati v žarovzdržen oksid, pri čemer imajo ti nadaljnji delci minimalen premer 100 ali obstoje iz jedra vsaj enega zgoraj navedenega elementa, ki je pokrito s plaščem materiala, ki preprečuje oksidacijo jedra, in pri čemer je plašč za pokrivanje jedra iz materiala, ki vsebuje ogljik ali to jedro iz vsaj enega elementa obsega enega ali več kovinskih oksidov, nitridov ali karbidov, nanesenih pod vakuumom ali s tem, da

   - 27 spravimo delce materiala jedra v stik z reaktivno tekočino in jih nato segrejemo ali jih površinsko oksidiramo z izpostavljanjem toploti in kisiku v fluidizirani blazini.
2. 2.. Zmes delcev za uporabo pri postopku za izdelavo koherentne žarovzdržne mase na površini z brizganjem zmesi in kisika, proti tej površini, pri čemer ta zmes obsega žarovzdržne delce in delce goriva, ki so sposobni eksotermnega reagiranja s kisikom, da se sprosti zadostna toplota za staljenje vsaj površin žarovzdržnih delcev, da se tako tvori žarovzdržna masa, označena s tem, da zmes kot gorivo vsebuje fincjporazdeljene delce s srednjo velikostjo zrn pod 50 /im vsaj enega elementa, ki se da oksidirati v žarovzdržen oksid, in da zmes vsebuje tudi delce, ki vsebujejo ogljik, take velikosti ali sestave, da delci, ki vsebujejo ogljik, ko zmes brizgamo proti površini v prisotnosti kisika ob pogojih, ki vodijo do bistveno popolne oksidacije delcev goriva in izdelave koherentne žarovzdržne mase, ne postanejo popolnoma oksidirani, medtem ko delci ogljika postanejo okludirani v izdelani žarovzdržni masi.
3. 3. Zmes po zahtevku 2, označena s tem, da so žarovzdržni delci vsaj v glavnem delci magnezijevega oksida.
4. 4. Zmes po zahtevku 2' ali 3, označena s tem, da delci, ki vsebujejo ogljik, obsegajo delce polimernega materiala.
5. 5. Zmes po enem od zahtevkov 2^; do '4, označena s tem, da imajo delci, ki vsebujejo ogljik, srednjo velikost zrn nad 0,5 mm.

   - 28
6. 6 . Zmes po enem od zahtevkov 2 do . U, označena s tem, da delci, ki vsebujejo ogljik, obsegajo delce, ki so sestavljeni iz jedra materiala, ki vsebuje ogljik, ki je pokrito s plaščem materiala, ki ob danih pogojih inhibira oksidacijo takega jedra.
7. 7. Zmes po enem od zahtevkov 2 do 5, označena s tem, da zmes nadalje vsebuje delce, ki obsegajo vsaj en element, ki se da oksidirati v žarovzdržen oksid, pri čemer imajo nadaljnji delci tako velikost ali sestavo, da ne postanejo popolnoma oksidirani, kadar zmes brizgamo proti površini v prisotnosti kisika in ob pogojih, ki vodijo do bistveno popolne oksidacije delcev goriva in izdelave koherentne žarovzdržne mase, pri čemer postanejo delci takega elementa (elementov) okludirani v izdelani žarovzdržni masi.
8. 8 . Zmes po zahtevku .7 , označena s tem, da je v takih nadaljnjih delcih prisoten vsaj eden izmed silicija, magnezija, cirkonija in aluminija.

   .
9. 9. Zmes po zahtevku 7 ali 8, označena s tem, da taki nadaljnji delci obsegajo jedro iz vsaj enega tega elementa, ki se da oksidirati v žarovzdržen oksid, ki je pokrito s plaščem materiala, ki ob danih pogojih inhibira oksidacijo takega jedra.
10. 10. Zmes po zahtevku 6 ali 9, označena s tem, da material plašča obsega enega ali več kovinskih oksidov, nitridov ali karbidov.

    I
11. 11. Zmes po zahtevku 10, označena _s tem, da plašči obsegajo enega ali več oksidov, nitridov ali karbidov magnezija, aluminija, silicija, titana, cirkonija ali kroma.
12. 12. Zmes po enem od zahtevkov 6 in 9 do 11, označena s tem, da material plaščev'P^redstavlja'O,O2.mas.%. do .2.mas.% delcev skupaj s plašči.
13. 13 Zmes po enem od zahtevkov 2 do 12, označena s tem, da so delci, ki vsebujejo ogljik, in nadaljnji delci, če so, prisotni v: ₍ količini od 2 do 50 raas.% zmesi.
14. 14 . Zmes po enem od zahtevkov 2 do 13·, označena s tem, da so delci goriva prisotni v količini od 5 do 30 mas.% zmesi.
15. 15.'Zmes po enem od zahtevkov '2 do 14, označena s tem, da so delci goriva delci silicija, aluminija in/ali magnezija.