CN1066640C - 火焰喷涂喷枪 - Google Patents

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Abstract

一种火焰喷涂用喷枪，将以粉末状耐火材料作为主要成分的喷涂材料借助燃料气体的燃烧热变成熔融或半熔融状态、喷涂到炉壁等损坏部位上；其包括：由供给含氧气体的中心通路和配置在该中心通路周围的、并且端部后缩的多个燃料气体供给通路构成的端部凸出的喷枪喷咀本体；配置在上述燃料气体供给通路前端外周侧并至少延伸到中心通道前端的圆筒状喷枪瓦管，使上述中心通路前端闭锁的、并且沿圆周方向具有呈放射状的多个第一氧气喷出孔的喷嘴罩。

Description

火焰喷涂喷枪
本发明涉及用于修复工业炉窑的炉壁或容器壁的损耗部分的喷枪，该喷枪使粉末状耐火材料在熔融状态或半熔融状态下喷射在炉壁或容器壁损耗部分上。特别是涉及适合在狭窄场所中使用的喷枪。
因为在焦炭炉、转炉、脱气槽等制铁厂中使用的工业窑炉的内壁保存着铁水、钢水矿渣和石灰石等熔融物质，所以该内壁通常暴露在1000℃以上的温度下，特别是在浇铸、储存、排出时内壁的温度急剧变化，因此，内壁不仅发生因溶融物浸润而熔损，还会发生龟裂和剥离等损伤。
作为修复炉壁的技术，过去一直是采用借助运载气体将釉浆状的耐火物喷涂在上述内壁上的所谓湿式喷涂修复法。但是，近年来，为了提高修复作业效率，正在广泛开展将修复材料通过加热喷涂到耐火物损伤部分的所谓干式喷涂法的试验，这种干式喷涂修复法通常是先将粉末状耐火材料同可燃性物质混合，然后供给助燃气体，使其产生燃烧火焰，借助燃烧火焰的热使该耐火材料成熔融或半熔融状态，并立即喷涂到内壁的损伤部分上。因此，喷涂的耐火材料在使用时能保持良好性能，其耐用性比传统的湿式喷涂修复法的耐用性高得多。
可是，这种干式喷涂修复法所使用的喷枪对于粉末状耐火物变成熔融状态或半熔融状态喷涂是重要的，喷枪必须具有一定的特性。喷枪特性包括能使燃料气体和喷涂粉末在喷涂过程中均匀分布，确保相应于修复用途的火焰形状和喷枪的使用寿命长久等。为此，近年来对于这种喷嘴进行了广泛的研究。
作为已有的技术可以举出下列专利申请：特开昭55-111861、特开昭56-118763、特开昭59-60178、实开昭59-58058、实开昭59-58059、实开昭61-13299和实开昭61-13300。
作为其中的典型例子，在图8中示出了特开昭59-60178所公开的喷嘴的主要结构。其中，23是位于嘴咀中心轴上的燃料——喷涂材料供给通路。在供给通路23前方的圆锥台状的空洞23中配置着多个助燃性气体喷出孔24。在上述燃料——喷涂材料供给通路23外侧配置着环状助燃性气体供给通路33，供给通路33与上述助燃性气体喷出孔24相连通。18是配置在喷嘴最外侧的水冷套。
在其它引证例子中所记载的喷枪也都具有基本相同的结构。即，在喷枪的中央配置燃料——喷涂材料供给通路或喷涂材料供给通路，在该供给通路的周围只配置助燃性气体供给通路或分别配置燃料气体供给通路和助燃性气体供给通路。这些助燃性气体、燃料气体同位于上述中央部分的供给通路23通过具有通路管和角度θ的喷出孔相连通。
在采用这些已有的喷枪修复脱气浸渍管或焦炭炉炉壁等狭窄区域时，存在下述的问题。
(1)限制火焰长度，必需使火焰长度缩短很多以便达到约200～300mm；
(2)由于考虑到要使喷涂的耐火材料粉末冲击到耐火砖面上的速度变小和使喷涂材料的反弹损失减少，所以必需使火焰***，对使用的喷枪应严格保证这些要求。
然而，为了使上述公知的喷枪产生的火焰长度变短，虽然可以采用加大从外向内喷出氧气的孔的角度θ的办法，但是这样会使火点不稳定，而在选择火焰稳定的合适角度θ的情况下，该火焰的长度便超过300mm以上。另外，在从燃料气体通路的外侧朝向内供给氧气的情况下，一定要形成细长的喷流型的火焰，使喷涂材料冲击炉壁的速度变大，从而又使喷涂材料的反弹损失变大，由于存在这些缺点，上述的喷嘴即使适合用在宽阔的部位上，但却不适合用在狭窄的部位上。
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种能产生长度短、高温、粗大火焰的喷枪。本发明的另一个目的是提供一种用于工业炉窑的高效率和作业性优良的喷涂用喷枪。
为了达到上述目的，发明人锐意实验，反复研究，将其成果作为完成本发明的方案。
也就是说，在已有的喷枪结构中，是在中央部分配置燃料——喷涂材料供给通路，在其周围具有供给助燃性气体通路，与此相反，本发明的喷枪结构的特征，是在中央部分配置助燃性气体供给通路，在其周围配置燃料——喷涂材料供给通路。
进一步详细地说，本发明是利用燃料气体的燃烧热使以粉末状耐火材料为主要成分的喷涂材料变成熔融或半熔融状并喷涂在炉壁等损耗部分上的喷枪。
本发明的火焰喷涂喷枪的特征在于，包括：由供给含氧气气体的中心通路和配置在该中心通路周围并且前端后缩的多个燃料气体供给通路构成的前端凸出型的喷枪喷嘴本体，配置在上述燃料气体供给通路的前端部外周侧上的并且至少伸出到中心通路前端的圆筒状喷枪瓦管，使上述中心通路前端闭锁的并沿周围方向具有成放射状多个第一氧气排出孔的喷嘴罩。
本发明的火焰喷涂喷枪的特征还可以是，包括：由供给含氧气气体的中心通路和配置在该中心通路周围的并且前端部向后缩回的多个燃料气体供给通路构成的前端凸出型的喷枪喷嘴本体，配置在上述燃料气体供给通路前端部外周侧的并且至少伸出到中心通路前端的圆筒状喷枪瓦管，在沿上述中心通路的前端周围方向具有成放射状的多个第一氧气喷出孔的以及在中心通路前端上配置有第二氧气喷出孔的喷嘴罩。
关于本发明喷枪的其它部件可以从本发明的说明书和权利要求书得知。
图1是表示本发明的一个喷枪例子的图，(A)是剖视图，(B)是正面视图。
图2是表示本发明另一喷枪例子的图，(A)是正视图，(B)是剖视图。
图3是表示本发明的喷枪的第二氧气喷出孔角度同火焰形状、喷涂材料的喷射状态的图，(A)对应喷涂材料的喷射角度大，(B)对应狭窄场合下的图。
图4是表示本发明喷枪的第二氧气喷出孔的配置情况图，(A)是单孔型的，(B)和(C)是多孔型的。
图5和图6是本发明喷枪的使用效果图。
图7是本发明喷枪与已有喷枪的火焰形状比较图。
图8是表示已有喷枪的一个例图。
下面利用图1详细说明本发明。
图1(A)是本发明喷枪的正面视图，图1(B)是侧剖视图。喷枪是把由在中央部分的供给含有氧气气体9的中心通路3和若干个配置在该中心通路周围，并且前端从该中心通路的端部向后缩的供给燃料气体10和耐火粉末11的燃料气供给通路4形成的喷枪喷嘴作为本体2。
该喷枪喷嘴本体2可以是陶瓷或耐热合金成形的整体制品，也可以是由多根管形成的组装制品。另外，从燃料气体10的供给通路4突出并且供给含有氧的气体9的中心通路3的前端部分的端部是闭锁的，但有一个喷嘴罩7，喷嘴罩上设有多个第一氧气喷出孔5，以便使含氧气的气体9沿圆周方向呈放射状喷出。该前端部分的喷嘴罩7可以形成有例如螺纹结构，以便可以拆卸。此外，在燃料气10的供给通路4前端外周部分上配置有圆筒状的喷枪瓦管8，该瓦管8的长度应使其端部至少要比上述中心通路3端部的喷嘴罩7伸出一段长度。
从该供给通路4喷出的燃料气体10和耐火材料粉末11沿着喷管的瓦管8流出朝向修复对象的损耗部分。
含有助燃气氧的气体9由喷枪喷嘴本体2的中心通路3中供给，从前端附近的罩7朝向圆周方向的第一氧气喷出孔5喷出，横穿燃料气体10和耐火材料粉末11的存在范围冲击到喷管瓦管8上，使燃料气10被含氧气的气体9包围，从而实现互相均匀混合。
在这种情况下，虽然没有特别的限定，冲击到喷管瓦管8上的含氧的气体9的第1氧气喷出孔5的孔数，最好是与燃料气体10的供给通路4的数目基本上相同。另外，该第一氧气喷出孔5的配置最好是按如图2(A)所示那样，大致配置在相邻的燃料气体10的供给通路4的中间位置上。
因此，在本发明的喷枪中，从上述第一氧气喷出孔5喷出含有氧的气体9冲击到喷枪瓦管8上时，便同从燃料气体供给通路4喷出的燃料气体10很有效地混合，由于促进了圆周方向的均匀混合，所以形成短火焰。因此，这个喷枪不仅对把所谓的短火焰作为必需的场所下的物体加热、溶解是非常有利的，而且在燃料气体10同耐火材料粉末(含有金属粉末12)混合时，还可用于狭窄区域的耐火喷涂修复。另外，耐火材料粉末11等与燃料气10的混合也可以在从漏斗到燃料气体10的供给通路4的前端开口之间进行，由于在这个方法中是利用的公知方法所以在图中未示出。
在利用耐火材料喷涂修复时，为了减少向炉壁等损耗部分的冲击速度，减少喷涂材料的反弹损失，必需根据不同的目的使火焰在从细到粗的范围内调整。在本发明的喷枪中，通过改变上述第一氧气喷出孔5的角度θ可以任意地设定火焰形状，当θ=45°时可以形成最粗的火焰，当θ=90°时可以形成最细的火焰。具体地说，可以事先准备具有各种不同角度的第一氧气喷出孔的喷咀罩7，根据使用的场合更换该喷嘴罩7，在此，使θ限定在从45°至90°的理由如下：当θ小于45°时上述的喷枪瓦管8变得过长，在进行***狭窄空间喷涂的喷枪上是不适合的；而当θ大于90°时，对着燃料气体10的供给通路4产生逆流使火焰不稳定。
下面根据图2(A)和图2(B)说明朝向燃料火焰的并含有氧的气体9的第二氧气喷出孔6。
沿中心通路前端的喷嘴罩7的圆周方向呈放射状开通多个第一氧气喷出孔5，以及在喷嘴罩7的前端部开通第二氧气喷出孔6，通过使从该第二氧气喷出孔6喷出流经中心通路3的含氧的气体9，调节燃料火焰的形状和熔融状态的耐火材料粉末11的喷出角度。
欲使燃料火焰13和耐火材料粉末11的喷出射流***时象图3(A)所示地那样，可以按相对中心通路3近90°角度开口，与此相反，欲使火焰变细的情况下，象图3(B)所示那样，按θ几乎相对中心通路3平行地开口。第二氧气喷出孔6的各种状态示在图4(A)～(C)中。通过按上述方式调节朝向火焰的第二氧气喷出孔6的孔数目，根据修复对象的耐火材料大范围损耗的情况，或局部损耗的情况，只需通过更换螺纹连接的喷嘴罩7，便可以容易地分别进行修复，实现高效率的喷涂修复。
下面，从以下试验得知，通过按孔径面积比调整向喷枪瓦管8冲击的氧气和直接供给在燃料火焰中的氧气的流量可以长时间使用喷管。
利用本发明喷枪，进行各种改变上述氧气流量比的试验，获得表1中所示的结果。
表1
氧气流量比(冲击氧气/直接氧气) 孔径面积率(％) 火焰长度(mm) 氧气喷咀的赤热状态 喷向氧气喷嘴的喷涂材料的附着状态
0.5∶11∶15∶110∶120∶150∶1100∶1200∶1 33.350.083.390.995.298.099.099.5 20013010010080757060 未赤热未赤热未赤热未赤热未赤热未赤热未赤热未赤热赤热 喷涂材料未附着喷涂材料未附着喷涂材料未附着喷涂材料未附着喷涂材料未附着喷涂材料未附着喷涂材料未附着喷涂材料附着
从表1中可以看出，使冲击到喷枪瓦管上的氧减少到氧气流量比小于1∶1(孔径面积率50％)时氧气与燃料气体(丙烷)10的混合比例低，因而火焰长度变长，所以这个氧流量比不适合喷枪。使冲击到喷管瓦管上的氧气增多到氧气流量比大于100∶1(孔径面积率99％)时则中心通道3的前端部达到赤热状态，使喷涂材料11附着，所以不能长时间使用，因此，按照本发明，第一氧气喷出孔5的孔径面积率(％)的适合值是全氧气喷出孔的50％-99％。
燃料气体可以是天然气、焦炭炉气、高炉气以及丙烷、丁烷等碳化氢类气体，喷涂材料可以是氧化镁、二氧化硅、氧化铝、白云石等耐火材料粉末11，金属粉末2可以利用硅、铝、镁等，含氧气体(助燃气)除氧气之外，也可以利用空气。
实施例1
下面说明在将本发明的喷枪使用在耐火材料喷涂修复时的火焰长度(图5)，温度分布试验结果(图6)、火焰形状试验结果(图7)，喷涂效率(表2)。
图5、6是利用本发明的喷枪(θ=45°)时同已有的喷管(见图8)的火焰温度和未燃气量的测定结果的对比。作为未燃气体，绘出了全燃烧排气中的未燃成分(CO,CH4.CmHm,H2)的总量曲线。从图5中可以看出，在已有的喷枪中，未燃气消失的距离是在高喷嘴前端400mm处，而在本发明的喷管中，未燃气是在150mm位置处完全消失，火焰长度变得很短。
从图6中可以看出，关于火焰温度，尽管上述二种喷枪在未燃气体消失点都呈现最高温度，但是，因为本发明喷枪的火焰长度短、放热小，因此最高温度只比已有喷枪的最高温度高100℃，但混合和燃烧的效率高。
图7是在将耐火壁安排在喷嘴前头200mm位置条件下，对火焰13的焰流进行观察的结果，从图7中可以看到，在已有的喷枪中，由于是从外侧供给氧气，而形成尖锐的火焰，火焰往壁上冲击的速度为100m/s，相当的快，而在本发明的喷嘴中，通过改变θ角可以使火焰的形状产生很大变化，在θ=90°时，上述冲击速度可减低到30m/s。在θ=45°时，上述速度可以降低到10m/s。
表2示出了上述二种喷枪的喷涂材料的喷涂效率实验结果。
从表2中可以看出，本发明的喷枪由于火焰长度变短，并且使冲击到耐火壁上的速度降低，而使喷涂材料的反弹损失降低，使效率大幅度地提高。
表2
已有方法 本发明
θ=90° θ=45°
附着效率 62％ 92％ 96％
实施例2
将本发明的喷枪实际使用在修复焦炭炉炉壁的损伤部分，其适用条件示在表3中
表3
与修复耐火材料面的距离(mm) 150mm
喷涂材料成分 硅石耐火砖粉末(粒径100-1000μm)和金属硅15％相混合
喷涂速度(kg/hr) 30
燃料气体(Nm3/hr) 丙烷6
氧气(Nm3/hr) 50
本发明的喷枪如图1(A)所示，在SUS 310制的圆柱体(外径φ80mm×长3000mm)上加工出燃料气体10和耐火材料粉末11的供给通路4用的孔(φ10mm)，4个、1个内径φ15mm的含氧气体供给中心通路3，制成喷嘴本体2，在该喷嘴本体2的前端部的外周上配置内径φ60mm×长20mm的SUS 310制的圆筒状喷管瓦管8，再在上述中心通路前端部喷嘴罩上配设制作沿垂直方向的4个第一氧气喷出孔(直径9mm)和相对于喷嘴轴线倾斜45°角的8个第二氧气喷出孔(φ2mm)。然后，为了调整流向喷管瓦管8的氧气与流向喷枪瓦管8以外方向的氧气的流量比，使上述两种孔径面积比为10∶1。
将本发明的使用结果与图8所示的已有喷管(特开昭59-60178号)的使用的结果对比，整理出以下各要点：
(1)附着效率(附着合格率)
(2)附着层的强度
(3)喷涂材料附着在喷嘴上的附着状态。
从表4中可以看出，喷涂材料的附着效率、附着层强度、喷管的喷涂材料的附着或堵塞状况，本发明的喷枪与已有的喷枪相比都是优秀的。
表4
项目 本发明的喷枪 已有的喷枪
附着合格率附着强度*(kg/cm2)喷管上有无附着材料 80～90％290～380无 50～60％150～200前端部附着一薄层
*：目标250kg/cm2以上
如上所述，采用本发明可以获得以下效果：
(a)由于能获得短的火焰，就是在对已有技术来说很困难的焦炭炉等狭窄的空间上也能容易地进行耐火材料的喷涂。
(b)由于能获得高温和粗的火焰形状，使喷涂材料的效率提高。
(c)喷涂材料的附着效率高，并能得到高强度的喷涂层。
(d)可以使喷嘴的寿命提高。

Claims (8)

1．一种火焰喷涂喷枪，该喷枪将以粉末状耐火材料作为主要成分的喷涂材料借助燃料气体的燃烧热变成熔融或半熔融状态、喷涂到炉壁等损坏部位上；其特征在于，
包括：由供给含氧气体的中心通路和配置在该中心通路周围的、并且端部后缩的多个燃料气体供给通路构成的端部凸出的喷枪喷嘴本体；配置在上述燃料气体供给通路前端外周侧并至少延伸到中心通道前端的圆筒状喷枪瓦管，使上述中心通路前端闭锁的、并且沿圆周方向具有呈放射状的多个第一氧气喷出孔的喷嘴罩。
2．如权利要求1所述的火焰喷涂喷枪，其特征在于上述中心通路前端的第一氧气喷出孔相对燃料气体供给通路的轴线成45～90度的角度。
3．如权利要求1所述的火焰喷涂喷枪，其特征在于，设有上述的第一氧气喷出孔的、中心通路前端部分的喷嘴罩是可以自由拆卸的。
4．一种火焰喷涂喷枪，该喷枪将以粉末状耐火材料作为主要成分的喷涂材料借助燃料气体的燃烧热熔化成熔融或半熔融状态、喷涂在炉壁等损耗部分上，其特征在于，
包括：由供给含氧气体的中心通路和配置在中心通路周围的、并且端部后缩的多个燃料气体供给通路构成的前端凸出的喷枪喷嘴本体；配置在上述燃料气体供给通路前端外周侧并且至少延伸到中心通路前端的圆筒状喷枪瓦管，在上述中心通路前端的圆周方向呈放射状具有多个第一氧气喷出孔，以及在中心通路前端上设置有第二氧气喷出孔的喷嘴罩。
5．如权利要求4所述的火焰喷涂喷枪，其特征在于，配置有上述第一和第二氧气喷出孔的中心通路前端部分的喷嘴罩是可以自由拆装的。
6．如权利要求4所述的火焰喷涂喷枪，其特征在于，上述的第一氧气喷出孔的孔径面积率是全氧气喷出孔的50～99％。
7．如权利要求4所述的火焰喷涂喷枪，其特征在于，上述第一氧气喷出孔以喷枪轴线为中心成点对称配置。
8．如权利要求4所述的火焰喷涂喷枪，其特征在于，所述的第一氧气喷出孔基本上在相邻的第二氧气喷出孔的中间位置上。
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