CN1252018A - 加热用或陶瓷焊接用的喷枪 - Google Patents
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Abstract
一种用于加热目的或实现陶瓷焊接的喷枪装置,如对随后将受到在助燃载体气体中的砂子等固体颗粒喷射的表面施加加热火焰的喷枪装置,它包括一个单管形喷枪,所述喷枪具有一个前端、一个平头端和一个在前端上具有一个中心主孔的枪头(10+20),由此在平头端输入包括含有可氧化颗粒在内的颗粒材料和助燃载体气体的陶瓷焊接材料,所述陶瓷焊接材料通过主孔(13+23)并排出前端,其特征在于,枪头还包括至少一个输送燃气与助燃气体的混合物的导管(28),各导管(28)在喷枪前端具有一个孔(29)并设有一个用于输入燃气的部分(28a)和一个用于输入助燃气体的部分(28b),由此在平头端输入的燃气和助燃气体在导管(28)中汇合并排出,从而在导管(28)端部形成一股火焰。喷枪可以对表面喷射强烈的高压火焰,随后紧接着进行陶瓷焊接工作。
Description
本发明涉及一种用于加热或陶瓷焊接的喷枪装置，如形成加热火焰或输送助燃载体气体中的象砂子这样的固体颗粒材料的喷枪装置。具体地说，本发明涉及一种用于形成火焰或实现陶瓷焊接的喷枪的喷嘴结构。本发明还包括一种该喷枪装置的使用方法。
在陶瓷焊接中，在载体气流(一般为氧气)中将固体耐火材料颗粒和金属或半金属的如铝或硅的固体燃料颗粒喷向一个表面。燃料颗粒与氧气大量放热地反应而生成了耐火氧化物，对上述表面释放出足以熔化至少耐火材料颗粒表面的热量并形成了粘附的耐火物质。这样的“陶瓷焊接”在格拉弗贝尔的英国专利说明书1,330,894和2,170,191中描述了。
陶瓷焊接可被用于形成耐火件如具有特殊形状的砌块，但这种焊接被最广泛地用于形成涂层或修补由耐火氧化材料构成的炉壁或耐火砖，它尤其被用于修补或加强现有的耐火炉结构如玻璃熔窑或炼焦炉的炉壁，这尤其是因为可以在炉子处于工作状态时进行炉壁修补。
为了够到可能离工作人员几米远的修补区域，喷枪会很长且它具有许多个附属装置如气体和颗粒材料的输送软管，它们一般也具有与冷却水输送管线相关联的水冷套管。因此，喷枪可能很重并且体积庞大因而不便操作。在某些情况下，这需要设置特殊的脚手架和有关的升降机构以便将它们放入工作位置。
在进行修补时，通常需要对待修补表面作准备工作，例如去除松散物料或外来物质以形成一个修补物质可粘附于其上的可靠基底。在某些情况下，通过将燃烧气体吹入待修补区而对修补表面进行处理，以便烧掉不希望有的沉积物。
表面清理用的喷枪被造得很长。EP-A-0069286涉及一种火焰喷镀金属精炼炉的喷枪，它具有一个将氧气供给所需的作用点的炉底清理机构。我们也知道吹管被用于清理耐火表面。
在确定了基底的耐火性质的情况下，使用强烈的清理火焰是理想的。如果需要的话，这种清理火焰可快速地熔化待修补表面的局部，从而留下干净的待修补表面。尤其是在玻璃熔窑的情况下，琉态相可作为熔融玻璃的残余物，耐火材料中的渗出的结合相，或者是由于引入玻璃熔窑中的可玻化材料混合物的耐火灰的沉积而存在。琉态相尤其是容易出现在位于玻璃熔窑内的玻璃液面上或玻璃液面下的耐火砌块中。这些砌块一般由高质量的Zac耐火材料制成。
先用火焰处理炉壁表面并接着喷涂陶瓷焊接混合粉末地对炉子如玻璃熔窑内的损坏或磨损的耐火炉壁进行修补，这种传统修补方式将大量地牵涉到燃烧器和陶瓷焊接喷枪的操作。取出燃烧器和装入陶瓷焊接喷枪并将陶瓷焊接喷枪对准经火焰处理的区域的步骤可能很困难而且费时。通常可能为20分钟～60分钟的延迟时间也足以使琉态相开始重新出现在壁面上。另外，失去了产生渗流极少的耐火结构的硬化效果。
GB 2237803涉及一种陶瓷焊接喷嘴，它具有一个用于气态流体如空气中的焊接材料的中心孔以及靠近用于喷入可燃流体如丙烷、丁烷或乙炔的气态流体中的喷嘴出口的燃烧器。燃烧器主要用于通过加热焊接颗粒和基质耐火材料而帮助焊接成型。可燃流体与来自中心孔的气态流体混合并与其中的氧气反应，从而在修补区附近形成了加热火焰。火焰可被简单地用于预加热修补表面，但是上述喷嘴本身不能帮助形成强烈的火焰，可燃流体被引入来自单个中心孔的气态流体中，并由此被分散到比较宽的区域内。此装置不允许且没有设想到在修补前清洁表面。
本发明的一个目的是提供一种喷枪，它与其用于陶瓷焊接等目的的功能无关地具有一种能够发出强烈火焰的内嵌式结构。
根据本发明，提供了一种用于产生火焰或实现陶瓷焊接的装置，它包括一个单管形喷枪，该喷枪具有一个前端、一个平头端和一个在前端上具有一个中心主孔的枪头，由此在平头端引入包括含有可氧化颗粒在内的颗粒材料和助燃载体气体的陶瓷焊接材料，并通过主孔从前端排出所述陶瓷焊接材料，其中枪头(10+20)还包括至少一个输送燃气与助燃气体的混合物的导管(28)，各导管(28)在喷枪前端具有一个孔(29)并设有一个用于引入燃气的部分(28a)和一个用于引入助燃气体的部分(28b)，由此在平头端输入的燃气和助燃气体在导管(28)中汇合并喷出，从而在导管(28)的端部形成一股火焰。
本发明还提供了一种用于产生火焰或实现陶瓷焊接的方法，它使用一个单管形喷枪，所述喷枪具有一个前端、一个平头端和一个在前端上具有一个中心主孔的枪头，由此在平头端输入包括含有可氧化颗粒在内的颗粒材料和助燃载体气体的陶瓷焊接材料，所述陶瓷焊接材料通过主孔并排出前端，其中通过枪头上的除主孔外的至少一个导管输送燃气和助燃气体的混合物，枪头还包括至少一个在喷枪前端具有一个孔的导管，由此分别在平头端输入的燃气和助燃气体在导管中汇合并喷出，从而在导管端部形成了一股火焰。
由于使火焰发生气体与主气流分开，所以本发明保证了这些气体以获得理想火焰的最佳比例均匀地混合并允许完全与流经主孔的流体流所需的陶瓷焊接作用无关地形成火焰。因此，可以先用火焰清理目标表面或对该表面进行其它处理，接着可以马上开始输送主孔流体流以便实现其计划中的陶瓷焊接目的。因此，消除了在两个不同目的之间操纵喷枪或各不同喷枪的问题，并可以在目标表面出现热损之前开始实现第二目的。
本发明也十分适用于以容易控制的比例使用火焰温度高的燃气以获得理想的火焰强度。通常优选乙炔和象tetreneTM这样的乙炔混合气，这是因为它们允许轻松地获得超过2000℃的火焰温度。其它气体如丙烷也可适用于特殊用途。助燃气体优选氧气这样的气体。
对于大多数用途来说，主孔最好基本上对准枪头的中心轴线并且环绕主孔设置许多个用于燃气和助燃气体的导管。导管最好应该均匀地分布在主孔四周且导管的数目足以形成一股连续的环形火焰，由此加热整个待处理区。对于具有传统尺寸的陶瓷焊接喷枪来说，达到此要求所需的导管数目一般为十二个。导管应该优选地相互平行，但它们可以相互略微偏离，如偏离枪头轴线2°～3°。所形成的火焰指向外，这有助于使任何熔融材料离开处理区。也通过使用如本发明允许的强烈的高压火焰来帮助除去这样的熔融材料。
各燃气导管和助燃气体导管最好是一个支管，具有两个结合成一个单个排出孔的进给分支。从喷枪的平头端向进给分支分别供应燃气和助燃气体，所述气体在枪头中混合，从而它们充分混合地在排出孔处排出。
在喷枪前端处的导管的优选内径取决于所选燃气类型。对于火焰温度高的气体来说，直径优选为1.5mm～3.0mm。对于乙炔和tetrene来说，内径一般为1.5mm～2.5mm，对于丙烷来说，内径一般为2.0mm～3.0mm。
燃气/助燃气体的混合物的优选压力取决于燃烧器结构和待处理基质的性质。这通常可以在相应的燃气体供应气体罐和助燃气体供应气罐处进行测量和简单调节。这样的调节也允许选择保持火焰与喷枪头连续的压力。当使用工业纯氧作为助燃气体时，气罐的调节供应压力一般约为4.0巴～5.0巴(0.4MPa～0.5MPa)。一般以低压，例如以大约为2.0巴～2.5巴(0.2MPa～0.25MPa)的压力和低于助燃气体的速率供应燃气，从而在一个上述的供给支管中，助燃气体在混合点对燃气产生抽吸作用。
对工业用途来说，可以方便地在处理区外对试件如一块待清理和修补的耐火材料试样进行喷枪调整。在这个例子中，当观察到耐火材料表面熔化时，就决定了正确的设定值(并由此决定了正确的温度)。
为便于构造，枪头优选地由两部分组成：一个具有主孔和用于燃气和助燃气体的导管的内件，它具有主孔和导管的排出孔；一个具有从用于各颗粒材料与载体气体的输送管以及用于燃气和助燃气体的相应输送管通向内件的输送通道的外件。
在一个优选的实施例中，通过至少在部分外件上的内螺纹与在至少部分内件上的外螺纹的配合设置枪头的内件并将其固定到位。
一个在内件外表面上形成的环形槽与相邻的外件内表面形成了一个环形的燃气分配腔，这是很方便的。与此相似的，一个在内件外表面上形成的环形槽与相邻的外件内表面形成了一个用于助燃气体的环形分配腔，这也是很方便的。
喷枪配有一根用于在载体气流中的悬浮颗粒的输送管、一根燃气输送管和一根用于助燃气体的输送管。这些管都被便利地围在一个保护管中。保护管不是本发明的主要部分，但例如在因气体输送管线中的焊剂断裂而造成泄漏的情况下，它构成了针对气-液混合物的有用保护措施。该保护管确保了喷枪的刚性，但它增加了喷枪的重量。
对许多用途来说，喷枪最好具有一个外部冷却套，冷却剂如水可通过所述冷却套。该冷却套一般具有两个彼此同轴的且与喷枪同轴的管，它们在前端具有管间开口，这使得从平头端经喷枪和内套管之间的环形腔输送冷却剂并通过内、外套管之间的环形腔使冷却剂回流成为可能。
具有上述实施例的陶瓷焊接用喷枪对粉末和载体气体的成分和输送速率无特殊要求，它完全能用于通常所用类型和体积的输送材料。
本发明方法的一个突出的优点是，在由燃气的燃烧形成的火焰先被施加于一个待处理表面以获得对该表面的理想作用后，可以中断火焰处理并立即代之以一股被引向待处理表面的在载体气流中的颗粒流。使用火焰的结果是，用于修补的耐火材料基质的表面被完全翻新且具有与同种材料的新砌块相同的淬火组织。随后立即通过主孔施加的陶瓷焊接物质与耐火基质是完全相容的，它与基质的粘接特别强。
以下结合附图来进一步描述本发明，其中：
图1是本发明喷枪端部的截面图(所述截面是沿图2的B-B线截取的截面)，该喷枪属于适于陶瓷焊接的类型；
图2是图1所示喷枪枪头的端视图，所示视图是沿图1的A-A位置截取的；
图3是图1、2所示喷枪端部的截面图，所示截面是沿图2的C-C线截取的。
所示喷枪具有一根用于载体气流中的陶瓷焊接悬浮粉末的输送管3、一根燃气输送管5和一根氧气输送管6。一根保护管8环绕管3、5、6。都沿中央箭头所示的方向输送悬浮粉末、燃气和氧气。
管3、5、6和8的末端是一个外空心件10，所述的外空心件具有一个大致成截头圆锥形的部分11和一个大致成圆柱形的部分12。外空心件10具有内导管13、15、16，它们的上游端形状被制成分别与管3、5、6的端部对准并分别形成穿过外空心件10的用于粉末/载体气流、燃气和氧气的导管。
一个内分配件20位于外空心件10内，并通过在相应部件上的互补螺纹14固定到位。内分配件20具有一个对准外空心件10的导管13的上游端的轴向孔23。在其下游端处，孔23具有内螺纹24以便装入一个任选的带外螺纹的管状插件，从而将孔23的内前端直径减小到最适应于特定修补工作的尺寸。该内前端直径一般为1.2mm～2mm。
一条在内分配件20外表面上加工出的环形槽25与外空心件10的相邻内表面一起形成了一个环形的燃气分配腔。导管15与外空心件的轴线成一个角度地穿过外空心件10且它的内表面终止于所述环形分配腔内。
同样，一条在内分配件20的外表面上成形的环形槽26与外空心件10的相邻内表面一起形成了一个环形的氧气分配腔，导管16与外空心件的轴线成一个角度地穿过外空心件10并且它的内表面终止于所述分配腔内。
内径为2mm的分支孔(支管)28从环形槽25、26穿过内分配件20，它的末端出现在其下游面上的孔29处。孔28包括一个从环形槽26通向孔29的长的笔直部和一个连通环形槽25的短短的侧分支28a。参考数字28b表示各孔28的在侧分支28a上游的部分。在所示方案中，存在12个这样的分支孔28和孔29。
在主要将喷枪设计用于陶瓷焊接修补工作的情况下，先通过管5、6送入燃气和氧气。氧气经过斜导管16而流向环形槽26并接着经过12个孔28、29。燃气经过斜导管15而流向环形槽25并通过侧分支28a被吸入孔28内的氧气流中。于是，侧分支28a仅输送燃气，而部分28b仅输送氧气，从而燃气和氧气在它们于分支28a和部分28b的结合处汇合前不会混合。由从各孔29排出的如此形成的燃气/氧气混合物产生了火焰，它们共同形成了一个将作用在待修补表面上的大致成环形的清理火焰。
当火焰已经对修补表面产生了理想作用时，停止向管5、6输送燃气和氧气。接着，通过管3、导管13和孔23输入在氧气载体气流中包含耐火材料颗粒和固体燃料颗粒在内的一股陶瓷焊接粉末流，所述气流撞在修补表面上，固体燃料在该修补表面上燃烧从而形成了凝聚的粘接修补物质。
环绕内分配件20和管8地设置了一个由一根外管31和一根内管32构成的水套。管31、32的末端被一个环形端板33盖住。在喷枪的工作过程中，沿图1中的两个中间箭头所示的方向将冷却水输入位于管32和8之间的环形空间中。接着，如图1的外箭头所示的那样，经过管31和外空心件10之间的端部环形空间并通过套管31、32之间的环形空间回流出喷枪。
在试用上述装置时，通过导管28以4.5巴(0.45MPa)的压力将氧气输送给喷枪，通过导管28以2.0巴(0.2MPa)的压力输送丙烷燃气。形成的火焰被施加在AZS电炉熔铸砌块上以熔化表面并从中去除含琉态相的表面层。接着，中断供应氧气和丙烷燃气，立即通过孔23输送悬浮在以氧气为载体的载体气体中的陶瓷焊接粉末以使其撞击耐火表面。因此，在耐火砌块上形成了高质量的粘接修补物质。
Claims (18)
1.一种用于产生火焰或实现陶瓷焊接的装置，它包括一个单管形喷枪，所述喷枪具有一个前端、一个平头端和一个在前端上具有一个中心主孔的枪头，由此在平头端输入包括含有可氧化颗粒在内的颗粒材料和助燃载体气体的陶瓷焊接材料，所述陶瓷焊接材料通过主孔并排出前端，其特征在于，枪头(10+20)还包括至少一个输送燃气与助燃气体的混合物的导管(28)，各导管(28)在喷枪前端具有一个孔(29)并设有一个用于输入燃气的部分(28a)和一个用于输入助燃气体的部分(28b)，由此在平头端输入的燃气和助燃气体在导管(28)中汇合并排出，从而在导管(28)的端部形成一股火焰。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，主孔基本上对准枪头的中心轴线，环绕主孔地设置了许多个用于燃气和助燃气体的导管。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，导管均匀地分布在主孔的四周。
4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，导管的数目足以形成一股连续的环形火焰。
5.如权利要求2-4之一所述的装置，其特征在于，各导管是一个支管，具有两个结合成一个单个排出孔的进给分支。
6.如权利要求2-5之一所述的装置，其特征在于，在喷枪前端处导管的内径为1.5mm～3.0mm。
7.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，枪头由两部分组成：一个具有主孔和用于燃气和助燃气体的导管的内件，它具有所述主孔和导管的排出孔；一个具有从相应的用于颗粒材料与载体气体的输送管和用于燃气和助燃气体的输送管通向内件的输送通路的外件。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，通过在至少局部外件上的内螺纹与在至少局部内件上的外螺纹的配合布置内件并将内件固定到位。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，一个在内件外表面上形成的环形槽与相邻的外件内表面形成了一个环形的燃气分配腔。
10.如权利要求7-9之一所述的装置，其特征在于，一个在内件外表面上形成的环形槽与相邻的外件内表面形成了一个用于助燃气体的环形分配腔。
11.如前述权利要求之一所述的装置，其中，喷枪包括一根用于在载体气流中的悬浮颗粒的输送管、一根燃气输送管和一根用于助燃气体的输送管，其特征在于，这些管都被围在一个保护管中。
12.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，喷枪具有一个外部冷却套，冷却剂例如水可通过所述冷却套。
13.一种用于产生火焰或实现陶瓷焊接的方法，它使用一个单管形喷枪，所述喷枪具有一个前端、一个平头端和一个在前端上具有一个中心主孔的枪头，由此在平头端输入包括含有可氧化颗粒在内的颗粒材料和助燃载体气体的陶瓷焊接材料，所述陶瓷焊接材料通过主孔并排出前端，其特征在于，通过枪头上除主孔外的至少一个导管输送燃气和助燃气体的混合物，枪头还包括至少一个在喷枪前端具有一个孔的导管，由此分别在平头端输入的燃气和助燃气体在导管中混合并排出，从而在导管端部形成了一股火焰。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，燃气选自丙烷、乙炔和象tetreneTM这样的乙炔混合气。
15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，支持燃烧的气体是氧气这样的气体。
16.如权利要求13-15之一所述的方法，其特征在于，燃气压力约为2.0巴～2.5巴(0.2MPa～0.25MPa)。
17.如权利要求13-16之一所述的方法，其特征在于，支持燃烧的气体混合物的压力约为4.0巴～5.0巴(0.4MPa～0.5MPa)。
18.如权利要求13-17之一所述的方法，其特征在于，由燃气的燃烧形成的火焰先被施加于一个待处理的表面上，以便获得对该表面的理想作用，接着通过中断供气而中断形成火焰，然后立即将在载体气流中的颗粒流施加在待处理表面上。
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