SE513125C2 - Förfarande och pulverblanding för skärning av eldfasta material - Google Patents

Description

513 125 2 Det kan vara nödvändigt eller önskvärt att bilda ett hål i eller på annat sätt skära en eldfast struktur av andra skäl, t ex för att skapa öppningar i väggen i en ugn från ut- sidan av ugnen.

Uttrycket "skärning" som används här avser således borttagning av eldfast material med ett verktyg och innefattar bortskämingen av en del av materialet, bildande ett hål eller ett kilspår i det, förstorande av ett hål eller spår, eller skapande en öppning genom det. Uttrycket innefattar "borming", nämligen bildningen av ett rundat hål i materialet.

En eldfast struktur kan skäras mekaniskt, t ex genom att använda skärhjul, borr eller annat eggverktyg, men detta ger vissa nackdelar för eldfast reparation. För att skära det eldfasta materialet och lärnna en yta lärnplig för reparering, måste operatören vanligtvis närma sig skärstället ganska nära och det gör att stället måste vara vid en temperatur som operatören kan tolerera för tillfället nödvändigt för att utföra skär- ningen. Detta i sin tur medför att den eldfasta strukturen måste kylas från sin nor- mala arbetstemperatur, eller en temperatur som ligger inom dess normala arbetscy- kel för arbetstemperaturer. Den måste också återupphettas efter skärning och repa- rering. I fallet med industriella ugnar av olika typer, kan för att förhindra skada på ugnen då dess eldfasta material drar ihop sig eller expanderar, kan sådan kylning och återupphettning behöva schemaläggas över en period på flera dagar eller t o m några veckor, och detta skulle således innebära en betydande förlust av produktion från ugnen.

Det har föreslagits att reparera eldfasta kroppar genom att använda en "kerarnisk svets" teknik. Vid denna teknik förs kroppen, i närvaro av syre, i kontakt med en pulverblandning innefattande eldfasta metalloxidpartildar och bränslepartiklar, som brinner på ett exoterrnisk sätt genom att kombineras med syre för att bilda en eldfast oxid. Syret, vanligtvis utan uppblandning, tjänar som bärargas för att leda pulver- blandningen till reparationsstället. Med detta förfarande bildas en eldfast massa vid 513 125 3 reparationsstället. En speciell fördel med sådan kerarnisk svetsning är att reparatio- nen kan göras medan den eldfasta kroppen är varm.

Således är det känt från GB A 1 330 894 (Glaverbel) att bilda en eldfast massa på en yta genom att projicera mot ytan, vid en förhöjd temperatur och i närvaro av syre, en pulverblandning bestående av eldfasta materialpartiklar och bränslepaitiklar, vilka brinner genom att kombineras med syre för att bilda en eldfast oxid. Bränslepartik- lama är partiklar vars sammansättning och granulometri är sådan att de reagerar på ett mycket exotennt sätt med syre under bildning av en eldfast oxid och samtidigt som de släpper ifrån sig det nödvändiga värmet för smälming, åtminstone på ytan, till de projicerade eldfasta partiklarna. Speciellt kan vidhäftande beläggningar bestående av kiseldioxid, zirkoniumoxid och aluminiumoxid bildas på ytan på en zirkoniurnoxidhaltig eldfast kropp genom att använda en pulverblandning innefat- tande zirkon, zirkoniumoxid, och aluminiurnoxid som eldfasta materialpartiklar och en blandning av kisel och aluminium som bränslepartiklar.

Uppfinningen avser prepareringssteg som föregår reparation av eldfast del. I sin bre- daste omfattning är prepareringssteget känt som "dressing", nämligen att göra den eldfasta ytan lämplig för reparering, och innefattar mera ytrengöring, utjämning eller skrapning, såväl som de mer ingripande skämings- och borraktiviteter som behövs enligt uppfinningen, Användningen av eldfast ytbeklädnad vid ett förfarande lik- nande keramisk svetsning har åskådliggjorts, för att dra fördel både av den mycket exotenna reaktionen mellan bränslepartildar och syre och av applicering till en eld- fast struktur vid eller nära dess arbetstemperatur, I GB A 2 213 919 (Glaverbel) har det föreslagits att bekläda en eldfast kropp genom att föra kroppen i kontakt med pulverblandning irmefattande bränslepartiklar, eld- fasta oxidpartiklar och ett flussmedel. Speciellt kan en zirkoniumoxidhaltig, eldfast kropp beklädas genom kontakt med pulverblandning innefattande kisel och alumi- nium som bränslepartiklar, zirkoniumoxid och aluminiumoxid som eldfasta oxid- partiklar och natriumkarbonat som flussmedel. Andra föreslagna flussmedel irmefat- l5 513 125 4 tar kalciurnkarbonat när man arbetar med vissa aluminohaltiga eldfasta material och magnesiurnkarbonat när man arbetar med eldfasta partiklar eller sådana som inne- håller magnesia.

I US A 5 100 594 (Glaverbel och Fosbel Inc.) har det föreslagits att reparera en eld- fast kropp genom ett förfarande, varvid tillräcklig värme genereras, genom oxidation av brännbara partiklar projicerade mot kroppen, för dressning av den eldfasta krop- pen eller för att bilda en eldfast svetsmassa därpå. Ytterligare eldfasta partiklar före- ligger i det projicerade pulvret när förfarandet används för att bilda en svetsmassa på ytan som ska repareras, t ex en massa bildad genom att använda zirkoniurnoxid och aluminiurnoxid på Corhart ZACW, varvid kiseldioxid används för att fylla sprickor i silikablock och magnesiumoxid används för att bilda en beläggning på eldfasta block.

Ett ändamål med uppfinningen är att ange ett förbättrat förfarande och en förbättrad pulverblandning för att skära eldfasta kroppar.

Enligt en första aspekt av uppfinningen anges ett förfarande för att skära en eldfast kropp genom att projicera mot en yta av kroppen, i närvaro av syre, en pulver- blandning bestående av eldfasta metalloxidpartiklar och bränslepartildar, vilka brin- ner exoterrnt genom att kombineras med syre för att bilda en eldfast oxid, känne- tecknat av att den eldfasta metalloxiden av pulverblandningen innefattar kalcium- oxid och magnesiumoxid.

Enligt en andra aspekt av uppfinningen anges en pulverblandning för att skära en eldfast kropp, vilken pulverblandning innefattar eldfasta metalloxidpartiklar och bränslepartildar, vilka brinner exotermt genom att kombineras med syre för att bilda en eldfast oxid, kännetecknat av att den eldfasta metalloxiden i pulverblandningen innefattar kalciumoxid och magnesiurnoxid. 513 425 Bränslepartiklarna brinner på exotermt sätt. Vännen som ges från denna reaktion får ytan hos den eldfasta kroppen att smälta. Även om vi inte önskar bli bundna av en teori tror vi att närvaron i blandningen av kalciumoxid och magnesiumoxid fluidiserar det smälta materialet, vilket möjliggör dess borttagande genom att flyta bort från ytan som skärs. Detta förefaller bero på en kemisk effekt: kalciurnoxiden och magnesiumoxiden, som är baser, reagerar med syrafaser, vilka inte återfmns i det eldfasta materialet som behandlas.

Närvaro av kalcium- och magnesiurnoxider har fördelen av att tillåta en mera snabb skäming av det eldfasta materialet vid höga temperaturer och möjliggör också en mera enkel skärning av eldfasta material vid lägre temperaturer, såsom t ex en yttre yta av en ugn i arbete eller även eldfasta material vid omgivningstemperatur.

Pulverblandningen innehåller företrädesvis både kalciumoxid och magnesiumoxid.

Viktförhållandet av kalciumoxid till magnesiumoxid i pulverblandningen är företrä- desvis mellan 5:l och 0,4: 1, helst mellan 2,5:1 och O,75:1. En speciellt användbar källa för en blandning av kalcium och magnesiumoxid är doloma, produkten erhål- len genom kalcinering av dubbel karbonatdolomiten, och som har den approxima- tiva kemiska formeln CaO.Mg0 med ett Ca:Mg molförhâllande av ca l:l, dvs ett viktförhållande på ca 1,39: 1. Användningen av doloma är speciellt fördelaktig vid behandlingen av glasugnsväggar, p g a att detta material inte förorsakar någon förorening av glaskompositionen i ugnen, då denna komposition vanligtvis t ex i fall av sodakvartsglas, redan innehåller både kalcium- och magnesiumoxider.

Bärargasen är företrädesvis fri från gasformiga, brännbara ämnen. Bränsle- partiklarna kan väljas bland partiklar av aluminium, magnesium, kisel, zirkonium och blandningar därav, speciellt en blandning av aluminiurn och kisel.

Den föredragna kompositionen, vilken innehåller både kalciumoxid och magnesium- oxid kan eventuellt innehålla partiklar av ytterligare eldfasta material valda bland alurniniumoxid, kiseldioxid, zirkoniumoxid och blandningar därav. Emellertid före 'Å 513 125 -. 6 dras det att pulverblandningen huvudsakligen består av kalciurnoxid, magnesium- oxid, aluminium och kisel.

Pulverblandningen kan innefatta från 70% till 90 vikt-% eldfasta metalloxidpartildar och från 10 till 30 vikt-% bränslepartiklar.

Företrädesvis har partiklarna i bränslet i pulverblandningen en genomsnittsdimen- sion av 50 um. "Genomsnittsdirnension", som används häri, avser en dimension, så att 50 vikt-% av partiklarna har en mindre dimension än detta medeltal.

En användbar teknik för att föra pulverblandningen i kontakt med den eldfasta krop- pen som ska skäras är att projicera pulverblandningen mot den yta på den eldfasta partikeln som skall skäras, tillsammans med bärargas. Vanligtvis rekommenderas det att utföra projiceringen av partiklarna i närvaro av en hög koncentration av syre, t ex, genom att använda syre av i handeln förekommande kvalitet som en bärargas.

P g a den mycket höga temperaturen som förbränningen av bränslepartiklarna kan få, kan det tränga in i föroreningar som kan föreligga på ytan på den eldfasta kroppen som skall behandlas, och det kan mjukna upp eller smälta ytan. Närvaron av kalciumoxid och magnesiumoxid skapar med materialet i ytan eller materialet vidhäftande därpå, en vätskefas som enkelt kan avlägsnas.

Enligt uppfinningen är verktyget som utför skärningen organet som levererar pulver- blandningen och syret till skärstället. Detta organ är lämpligen en lans. En lämplig lans innefattar ett eller flera utlopp för avtappning av pulverströmmen, eventuellt tillsammans med ett eller flera utlopp för extra gas. När processen utförs i varm omgivning, kan gasströmmen (-arna) tömmas ut från en lans som är kyld av en fluid som cirkulerar genom den. Sådan kylning kan enkelt uppnås genom att förse lansen med en vattenmantel. 513 125 7 För att förenkla bildandet av en vanlig jetstråle av pulver, irmefattar de eldfasta par- tiklarna företrädesvis huvudsakligen inga partiklar med en storlek större än 4 mm, helst inte större än 2,5 mm.

Den eldfasta kroppen som skall skäras kan vara en zirkoniumoxidhaltig eldfast kropp som bildar en del av en vägg av en glasfiarnställnirigsugn, även om uppfm- ningen är lika applicerbar på alla eldfasta kroppar, oberoende av dess användning. I synnerhet är uppfinningen användbar för att skära eller borra hål i ett kiseldioxidba- serat eldfast material, i aluminiurnoxid eller i mullit och eldfasta lermaterial.

När hål bildas i ett givet material genom att använda förfarandet enligt uppfinningen beror den nödvändiga leveranshastigheten av pulvennaterial till materialytan på temperaturema och viskositeten hos det smälta materialet som måste rinna ut från hålet. Vanligtvis är den nödvändiga tillförselhastigheten mindre än det som behövs för att ge en keramisk reparering och är vanligtvis inom området av ca 10 - 30 kg/h.

Uppfmningen kommer nu att beskrivas mera detaljerat i anslutning till följande icke begränsande exempel.

Exempel 1 Två pulverblandningar bereddes som hade följande sammansättning (vikt-%): lngrediens Genomsnittsdimen- Exempel 1 Exempel 1A sion (um) Zirkoniumoxid* 150 0 80 % Sintrad doloma 500 80% 0% Kisel 5 14% 14% Aluminium 6 6% 6% * Zirkoniurnoxid är stabiliserad zirkoniumoxid som innehåller ca 4,5% av sin vikt av kalciurnoxid. 513 125 _t 8 Kisel- och aluminiumbränslepartiklarna har en nominell maximum storlek under 45 um.

Dessa pulver är mycket lärnpliga för användning for att bilda hål i eldfasta material.

I detta exempel innehöll van och ett av pulvema som används för att bilda ett hål med ett djup av 50 mm i (a) en zirkoniumoxidhaltig eldfast kropp bildad av ZAC (varumärke) som har en approxirnativ sammansättning av från 10 till 15% kiseldi- oxid, från 50 till 55% aluminiumoxid och från 30 till 45% zirkoniumoxid, och (b) i en silikasten.

Blandningen av partiklar dispergerade i en bårargas projicerades vid en hastighet på ca 15 kg/h från en lans, med syre som bärargas. Blocket var vid en temperatur av ca l300°C.

Tiden det tog (i sekunder) för bildningen av hålet uppmättes med följande resultat: Eldfast kropp Exempel 1 Exempel 1A ZAC 50 95 SiOz sten 113 300 Experimentet upprepades med de eldfasta partiklarna vid omgivningstemperatur. l detta fall var det inte möjligt att bilda hålet i någon av de eldfasta kropparna i exem- pel 1A, då ett material med tillräcklig flytbarhet inte bildades, medan det var möjligt att bilda hålet i båda de eldfasta kropparna med pulverblandningen i exempel 1.

Exempel 2 Pulverblandningen i exempel 1 användes för att bilda ett hål genom ett 50 mm tjockt block av mullit vid en temperatur på 1000 °C. Blandningen projicerades igen från en lans med en hastighet på ca 15 kg/h med syre som bärargas och behövde 90 sekun- der att tränga rätt igenom blocket,

Claims (15)

10 15 20 513 125 9 Patentkrav

1. Förfarande för att skära en eldfast kropp genom att projicera mot en yta på krop- pen, i närvaro av syre, en pulverblandning innefattande eldfasta metalloxidpartiklar och bränslepaitildar, vilka brinner exotennt genom att reagera med syre för att bilda en eldfast oxid, kännetecknat av att den eldfasta metalloxiden i pulverblandningen innefattar kalciumoxid och magnesiumoxid.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid viktforhållandet av kalciurnoxid till magnesium- oxid är mellan 5:1 och 0,411, företrädesvis mellan 2,5:l och 0,75: 1.

3. Förfarande enligt krav 2, varvid pulverblandningen innehåller doloma.

4. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid den eldfasta kroppen som ska skäras är vid en förhöjd temperatur.

5. Förfarande enligt krav 4, varvid den förhöjda temperaturen är över 600 °C.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid den eldfasta kroppen som ska skäras innefattar en zirkoniumoxidhaltig eldfast kropp, vilken bildar del av en vägg i en ugn för framställning av glas.

7. Pulverblandning för att skära en eldfast kropp, vilken pulverblandning innefattar eldfasta metalloxidpartiklar och bränslepartildar, vilka brinner exotermt genom att reagera med syre för att bilda en eldfast oxid, kännetecknad av att den eldfasta metalloxiden i pulverblandningen innefattar både kalciumoxid och magnesiumoxid.

8. Pulverblandning enligt krav 7, varvid viktförhållandet av kalciumoxid till magnesiumoxid är mellan 5:1 och 0,411, företrädesvis mellan 2,5 :l och 0,75:1. 10 15 20 513 125 10

9. Pulverblandning enligt krav 8, varvid pulverblandningen innehåller doloma.

10. Pulverblandning enligt något av kraven 7 till 9, varvid bränslepartiklama väljs bland partiklar av aluminium, magnesium, kisel, zirkonium och blandningar därav.

11. ll. Pulverblandning enligt krav 10, varvid bränslepartildarna består av en blandning av aluminium och kisel.

12. Pulverblandning enligt något av kraven 7 till 1 1, varvid pulverblandningen inne- håller kalciumoxid och magnesiumoxid och dessutom partiklar av ytterligare eldfasta partiklar valda bland aluminiumoxid, kiseldioxid, zirkoniumoxid och blandningar därav.

13. Pulverblandning enligt något av kraven 7 till 1 1, varvid pulverblandningen huvudsakligen består av kalciumoxid, magnesiumoxid, aluminium och kisel.

14. Pulverblandning enligt något av kraven 7 till 13, varvid pulverblandningen inne- fattar: - från 70 till 90 vikt-% eldfasta metalloxidpartiklar; och - från 10 till 30 vikt-% bränslepartiklar.

15. Pulverblandning enligt något av kraven 7 till 14, varvid bränslepartiklarna i pulverblandningen har en genomsnittsdimension under 50 um. .Hj