DE68911537T3

DE68911537T3 - Verfahren und vorrichtung zum aufsprühen von feuerfesten materialien mit einer flamme.

Info

Publication number: DE68911537T3
Application number: DE68911537T
Authority: DE
Inventors: David Willard
Original assignee: Fosbel International Ltd
Current assignee: Fosbel Intellectual AG
Priority date: 1988-10-11
Filing date: 1989-10-10
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2009-10-11
Also published as: CA1331023C; HU211412B; DE68911537D1; DK63891A; FI911714A0; HU896364D0; JP2941869B2; EP0440712B1; WO1990003848A1; DE68911537T2; EP0440712A1; UA24008C2; AU4504189A; US5013499A; AU630898B2; HUT62499A; FI107131B; JPH04502937A; EP0440712A4; DK63891D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ausbesserung abgenutzter oder beschädigter feuerfester Auskleidungen und insbesondere auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Flammspritzen von oxidierbaren, Chrom-, Aluminium- beziehungsweise Magnesiumteilchen enthaltenden Werkstoffen zur Ausbesserung dieser Auskleidungen an Ort und Stelle.
Metallverarbeitende Öfen, Gießpfannen, Brennkammern, Wärmeausgleichgruben und dergleichen werden mit feuerfesten Ausmauerungen oder Beschichtungen ausgekleidet. Durch die sich bei Hochtemperaturbetrieb ergebenden Beanspruchungen werden diese Auskleidungen abgenützt oder beschädigt.
Schon seit langem besteht das Bestreben, es dem Bedienungspersonal zu ermöglichen, die Auskleidungen solcher Öfen oder Kammern an Ort und Stelle zu reparieren während dieselben noch heiß sind. Werden solche Ausbesserungen an Ort und Stelle durchgeführt, so sind keine Abkühl- und Aufwarinzeiten mehr nötig, und durch übermäßige Temperaturveränderungen verursachte Wärmeschockschäden werden ausgeschlossen.
Das Flammspritzverfahren ist in der Fachwelt wohlbekannt. Bei diesem Verfahren werden geschmolzene oder gesinterte feuerfeste Teilchen aus einer Lanze in den auszubessernden Ofen gespritzt. Eine solche Lanze kann in eine Faserschutzdecke gewickelt oder mit einem wassergekühlten äußeren Mantel versehen sein um sie vor den während des Sprühvorgangs auftretenden hohen Temperaturen zu schützen.
Bei früheren Flammspritzverfahren sind Kokspulver, Kerosin oder Propangas als Brennstoff verwendet worden, welcher mit feuerfesten Pulvern und Sauerstoff gemischt und gegen die zu reparierende Wand geschleudert wurde.
Das britische Patent Nr. 1 151 423 lehrt das Mitreißen von Feuerfestpulver in einem Heizqasstrom. Patentschrift Nr. 991 046 offenbart das Mitreißen von gepulverter Feuerfestmasse in einem Sauerstoffstrom unter Verwendung von Propan als Brennstoff. Die US Patente Nr. 2 741 822 und 3 684 560 wie auch das schwedische Patent Nr. 102 083 offenbaren Metallpulver als Wärmequellen. Diese Verfahren ermöglichen die Bildung von Formlingen aus feuerfesten Massen durch Oxidation eines oder mehrerer oxidierbarer Stoffe wie Aluminiuin, Silizium beziehungsweise Magnesium in Gegenwart von feuerfesten Oxiden wie Al&sub2;O&sub3;, MgO oder SiO&sub2;. Diese Verfahren lehren die Anwendung von feinverteilten oxidierbaren Metallpulvern mit einer Korngröße unter etwa 50 bis 100 Mikron. Oxidierbares Metall dieser Korngröße fördert die rasche Oxidation und Wärmeentwicklung, so daß die mitgerissenen Feuerfestmassenteilchen verflüssigt oder erweicht werden, wie auch der zu reparierende Bezirk erweicht wird. Nach der Lehre stellt bei diesen Verfahren der Flammenrückschlag eine Gefahr dar. Bei einem Flammenrückschlag kann die Reaktion über die Lanze oder den Tragschlauch zurück zur Maschine oder zum Arbeiter laufen und zu Verletzungen wie auch zu unterbrechungen des Ausbesserungsvorgangs führen. Flammenrückschläge stellen einen wesentlichen Nachteil der Flammspritzverfahren dar.
Die britische Patentanmeldung Nr. GB 2 035 524 A lehrt ein Verfahren, wobei ein aus Luft oder einem anderen Schutzgas bestehendes Trägergas zur Förderung einer gepulverten Feuerfestmasse und oxidierbarer Substanzen zur Austrittöffnung einer Lanze verwendet wird, wo diese mit getrennt der Austrittsöffnung der Lanze zugeführtem Sauerstoff vermischt werden. Zwar vermeidet dieses Verfahren einige der beim Flammuspritzen von feuerfesten und oxidierbaren Pulvern auftretenden Gefahren, jedoch ergeben sich dabei außerordentlich geringe Ablagerungs geschwindigkeiten. Die niedrige Ablagerungsgeschwindigkeit ergibt sich aus der geringen Menge an im Schutzgas mitgeführten.Gemisch, etwa 0,5 kg in 50 bis 100 Litern pro Minute. Die große Menge an Oxidationsmittel, welche benötigt wird um das Verfahren bei derartigen Luftmengen durchzuführen, verteuert dieses und führt zu weiteren Gefahren, zum Beispiel solche, die bei der
Vermischung der Stoffe auftreten. So lehrt Beispiel [sic] den Einsatz von 40% an Metalloxidationsmitteln mit einer Maschenweite von -100BS (etwa 150 Mikron). Auch verbraucht dieses Verfahren sehr große Sauerstoffvolumina um den Schutzgasträger auszugleichen, in einem Verhältnis von etwa 2:1 zu 4:1.
Die britische Patentanmeldung Nr. 2 180 047 A beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bildung einer feuerfesten Masse auf einer Oberfläche. Ein Gemisch von oxidierbaren Teilchen und feuerfesten Teilchen in einem Trägergas wird von der Austrittsöffnung einer Lanze gegen die Oberfläche gespritzt, so daß bei Verbrennung der oxidierbaren Teilchen genügend Wärme erzeugt wird um wenigstens die Oberflächen der feuerfesten Teilchen zu erweichen oder zu schmelzen, wodurch die feuerfeste Masse gebildet wird. Dabei wird in die das Gemisch der Austrittsöffnung der Lanze zuführende Leitung Sauerstoff eingespeist.
Das Flammspritzen von feuerfesten Oxiden von Aluminium, Silizium beziehungsweise Magnesium ist in der Fachwelt wohlbekannt, aber bei Verwendung von Silizium und Aluminium/Magnesium als Brennstoffe in Verbindung mit diesen feuerfesten Oxiden werden Rückstände von Siliziumdioxid (SiO&sub2;) gebildet, so daß die dabei abgelagerten feuerfesten Massen nicht so.feuerfest sind, daß sie dem Verschleiß in stark abnutzenden Milieus widerstünden. Oxidierbare Pulver und feuerfeste Pulver, welche verschleißfestere Ablagerungen von Feuerfestmassen ergäben, wie Chrom als Brennstoff zur Ablagerung von Restchromoxid und Zirkonium als Brennstoff zur Ablagerung von Zirkoniuindioxid sind hochreaktiv und konnten bisher wegen Flammenrückschlag usw. bei Flammspritzverfahren nicht eingesetzt werden.
Es wäre daher wünschenswert, über ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Flaminspritzen von mitgerissenen feuerfesten und oxidierbaren Pulvern zu verfügen, womit erheblich höhere Ablagerungsgeschwindigkeiten zu erreichen sind als bisher erzielt werden konnten und wobei auch der Einsatz von oxidierbaren und feuerfesten Pulvern möglich ist, von denen bisher angenommen wurde, sie seien zu reaktiv und neigten dazu, Flainmenrückschläge und schwere Explosionen der Anlagen herbeizuführen.
Die Erfindung stellt ein Verfahren und eine Einrichtung zum Flammspritzen von Feuerfestmasse für die Ausbesserung an Ort und Stelle von beispielsweise Ofenauskleidungen zur Verfügung. Ein inertes Trägergas, welches die Verbrennung nicht unterhalten kann, und Teilchen von feuerfestem Oxid und brennbarem Metall oder oxidierbarem Stoff werden einer Flammspritzeinrichtung zugeführt, worin Sauerstoff unter hohem Druck das Gemisch aus Trägergas und Teilchen ansaugt und beschleunigt. Die Steuerung des Verhältnisses von Trägergas zu Sauerstoff gestattet die Verwendung hochbrennbarer Metallteilchen wie Chrom, Zirkonium, Aluminium beziehungsweise Magnesium als Wärmequellen, ohne daß Flammenrückschlag auftritt. Das Verfahren und die Einrichtung ermöglichen eine Ablagerungsgeschwindigkeit von feuerfestem Oxid von über 900 kg pro Stunde unter Bildung einer hochwertigen Feuerfestmasse mit erhöhter Verschleiß- und Abnutzungsfestigkeit.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet den Einsatz von Chrom, Magnesium, Zirkonium und anderen hochreaktiven oxidierbaren Stoffen und Gemischen die der so erzeugten abgelagerten Feuerfestmasse bessere Eigenschaften bezüglich chemischen Verhaltens, Feuerfestigkeit und hohen Schmelzpunkts verleihen als Silizium und andere niedrigschmelzende Werkstoffe.
Die erfindungsgemäße Einrichtung saugt die mitgerissenen Teilchen an und beschleunigt sie, was der so erzeugten abgelagerten Feuerfestmasse eine größere Dichte und geringere Porosität verleiht und so deren Verschleißverhalten verbessert.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung erhöhen die Auftraggeschwindigkeit der abgelagerten Feuerfestmasse gegenüber den Verfahren und Einrichtungen gemäß dem Stand der Technik erheblich und verringern so die Auftragzeit, womit das Verfahren und die Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhaft bei Hochleistungsanwendungen eingesetzt werden können, wo unproduktive Stehzeit verhältnismäßig teuer ist.
Demgemäß stellt die Erfindung ein Verfahren zur Bildung einer Feuerfestmasse bereit, wobei ein aus einem Trägergas und mitgerissenen Teilchen eines oxidierbaren Stoffs bestehendes Gemisch einem Sauerstoffstrom in einer Flammspritzeinrichtung zugeführt wird und so einen aus Sauerstoff/Trägergas/oxidierbarem Stoff/Feuerfestmasse bestehenden Strom bildet, der aus Sauerstoff/Trägergas/oxidierbarem Stoff/Feuerfestmasse bestehende Strom aus einer Austrittsdüse der Flammspritzeinrichtung gegen eine feuerfeste Auskleidung geschleudert wird, und der oxidierbare Stoff unter Bildung der Feuerfestmasse verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) der Sauerstoffstrom der Flammspritzeinrichtung durch eine Sauerstoffaustrittsdüse bei einem Druck von 3,45 Bar (50 psi [Pfund pro Quadratzoll]) bis 10,34 Bar (150 psi) zugeführt wird;
(b) das Trägergas einen Druck von 0,345 Bar (5 psi) bis 1,03 Bar (15 psi) hat; und
(c) das Gemisch aus Trägergas und mitgerissenen Teilchen des oxidierbaren Stoffs und der Feuerfestmasse in einer solchen Menge gefördert wird, daß sich ein Volumenverhältnis von 5 zu 1 bis 30 zu 1 von Sauerstoff zu Trägergas bei ihren jeweiligen Drücken ergibt.
Unter dem in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Begriff Trägergas oder Schutzgas ist jegliches Gas zu verstehen, das die Oxidation der oxidierbaren Elemente nicht unterhalten kann, was sowohl für Luft wie auch die Edelgase wie etwa Argon zutrifft.
Das Ansaugen wird so durchgeführt, daß sich ein Verhältnis von Sauerstoff zu Trägergas zwischen 5 zu 1 und 30 zu 1 ergibt, vorzugsweise zwischen 8 zu 1 und 12 zu 1. Der Sauerstoff und das Trägergas werden bei solchen Drücken zugeführt, daß die angesaugten Teilchen beschleunigt werden.
Der oxidierbare Stoff besteht aus Chrom oder Aluminium oder Magnesium oder Zirkonium und deren Mischungen. Die Feuerfestinasse besteht aus Oxiden des Chroms oder Aluminiums oder Magnesiums oder Eisens in beiden Oxidationszuständen, sowie aus Zirkonium oder Kohlenstoff. Der oxidierbare Stoff macht zwischen 5 und 20 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 8 und 17 Gew.-% und besonders bevorzugt zwischen etwa 8 und 12 Gew.-% der Teilchen im Gemisch aus.
Die Feuerfestmasse kann Siliziumkarbid enthalten; in diesem Fall kann der oxidierbare Stoff aus Silizium, Aluminium, Chrom, Zirkonium oder Magnesium und deren Mischungen bestehen, und macht zwischen 10 und 30%, vorzugsweise zwischen 15 und 25 Gew.-% der Teilchen im Gemisch aus.
Dabei hat der oxidierbare Stoff jeweils eine mittlere Korngröße unter etwa 60 Mikron, und vorzugsweise unter etwa 20 Mikron.
Die Erfindung stellt auch eine Einrichtung zur Bildung einer Feuerfestmasse bereit, bestehend aus einer Flammspritzeinrichtung, Mitteln, einschließlich einer Sauerstoffaustrittsdüse, um der Flammspritzeinrichtung einen Sauerstoffstrom zuzuführen, Mitteln, einschließlich einer Austrittsdüse, um ein aus einem Trägergas und mitgerissenen Teilchen eines oxidierbaren Stoffs und einer unbrennbaren Feuerfestmasse bestehendes Gemisch in den Sauerstoffstrom der Flainmspritzeinrichtung einzuspeisen, und Mitteln, einschließlich einer Austrittsdüse, um Sauerstoff/Trägergas/oxidierbaren Stoff/Feuerfestmasse gegen eine feuerfeste Auskleidung zu schleudern, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zufuhr des Sauerstoffstroms bei einem Druck zwischen 3,45 Bar (50 psi) bis 10,34 Bar (150 psi) arbeiten, und die Mittel zur Einspeisung des Gemisches von Trägergas und mitgerissenen Teilchen bei einem Druck zwischen 6,345 Bar (5 psi) bis 1,03 Bar (15 psi) arbeiten und das Gemisch in einer solchen Menge einspeisen, daß sich ein Volumenverhältnis zwischen 5 zu 1 und 30 zu 1 von Sauerstoff zu Trägergas bei ihren jeweiligen Drücken ergibt.
Die Ansaugmittel können an jeder beliebigen Stelle in den Flammspritzmitteln bis hin zu deren Austrittsöffnung angeordnet sein. Die Lanze kann gegen das Hochtemperaturmilieu isoliert oder mit einem Kühlwassermantel versehen sein. Die Einrichtung kann Mittel zur Bildung des Gemischs aus Trägergas und mitgerissenen Teilchen umfassen, wie eine Eintrittsöffnung für Luft oder ein anderes Trägergas, welche mit einer Eintrittsöffnung für Teilchen, wie etwa eine Schneckenspeisung oder Falispeisung, in Fluidverbindung steht; die Mittel zur Bildung des Gemischs können aus einem motorisch angetriebenen Flügelrad bestehen, dem Luft oder Schutzgas zugeführt wird.
Diese wie auch andere Merkmale der Erfindung werden nach Lesung der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung verständlicher werden.
Bei den Figuren 1A und 1B handelt es sich um schematische Querschnittzeichnungen zweier Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Flammspritzeinrichtung.
Figur 2 ist eine schematische Querschnittzeichnung einer anderen Ausführungsform der Flammspritzeinrichtung.
Die Figuren 3A, 3B und 3C stellen schematische Querschnittzeichnungen einer Schraubenspeisung, einer Fallspeisung beziehungsweise eines motorisch angetriebenen Flügelrads dar.
Unter Bezugnahme auf Figur 1A ist bei 10 allgemein eine Flammspritzlanze mit einer Austrittsspitze 12, einem von Isolierung 16 umgebenen Körper 14 und einem Eintrittsende 18 dargestellt. Das Eintrittsende 18 der Lanze 10 weist einen Sauger 19 mit einer Verengung 20 auf, in der Hochdrucksauerstoff aus einer Quelle 5 durch eine Düse 21 tritt und so ein Gemisch aus Trägergas und mitgerissenen Teilchen aus der Leitung 22 ansaugt.
Figur 1B erläutert eine weitere Anordnung zur Ansaugung und Beschleunigung des Gemischs von Trägergas und Teilchen, wobei die Düse 21 Hochdrucksauerstoff von der Quelle 5 zu einem Punkt auf halber Strecke fördert, wo die Leitung 22 in den Sauger 19 mündet.
Abbildung 2 zeigt eine Flammspritzlanze 10' ähnlich jener von Figur 1B, nur daß anstatt der Anordnung des Saugers 19 außerhalb des Körpers, die Verengung 20' innerhalb des Körpers 14' der Lanze 10' angeordnet ist und die gesamte Lanze 10' und die Leitung 22' in Isolierung 16' gehüllt dargestellt sind. Wie in Figur iB wird Sauerstoff über eine Düse 21' zu einem Punkt auf halber Strecke gefördert, wo die Leitung 22' in den Körper 14' mündet, um das Gemisch anzusaugen und zu beschleunigen.
Figur 3 erläutert die verschiedenartigen Spritzmaschinen, mittels derer Trägergas und Teilchen vermischt werden und so einen durch die erfindungsgemäße Flammspritzeinrichtung anzusaugenden Strom bilden. Figur 3A veranschaulicht eine Spritzmaschine 30 mit einem Teilchen P aus oxidierbarem Stoff und Feuerfestmasse enthaltenden Füllkasten 31. Der Füllkasten 31 wird durch eine Schneckenspeisung 32 in einen Trichter 34 entleert, der in Fluidverbindung mit einem Sauger 36 steht, der eine nachgeschaltete Verengung 38 aufweist, in welche ein Trägergasstrom aus Quelle C durch Düse 40 eingeleitet wird. Die Venturidüse 38 steht in Fluidverbindung mit Leitung 24 und führt so den Strom aus Trägergas und mitgerissenen Teilchen einer Lanze wie 10 in Figuren 1A und 1B oder 10' in Figur 2 zu. Figur 38 veranschaulicht eine Spritzmaschine 30' mit einem Füllkasten 31', welcher sich in einen Ansauger 36' mit einer nachgeschalteten Verengung 38' entleert, mit der er in Fluidverbindung steht. Man kann die Entleerung fördern indem man den Inhalt des Füllkastens 31' mit Luftdruck von außen beaufschlagt. Wie in Figur 3A, saugt durch die Düse 40' zugeführtes Träqergas aus Quelle C die Teilchen P an und bildet so einen Strom der aus der Verengung 38' in die Leitung 24' tritt und durch diese einer Flammspritzlanze zugeführt wird. Figur 3C. zeigt, daß die Spritzmaschine 30" statt mit einer Venturidüse mit einem motorisch angetriebenen Flügelrad 42 ausgestattet sein kann, welches die mit einer entsprechenden Menge eines Trägergases versetzten Teilchen forttreibt und so einen Strom aus mitgerissenen Teilchen bildet, der durch Leitung 24" einer Flammspritzeinrichtung zugeführt wird.
Durch die Verwendung eines Saugers in den dargestellten Ausführungsformen am Eintrittsende einer Lanze oder an einer beliebigen Stelle auf der Längenerstreckung der Lanze wird genügend Sauerstoff als Beschleuniger eingeführt, um die Austrittsgeschwindigkeit von Sauerstoff/Trägergas/Oxidationsstoff/Feuerfestmasse am Austrittsende der Lanze zu optimieren.
Die Einleitung eines inerten Trägergases wie Luft in den Teilchenstrom aus der Spritzmaschine führt zu einem Verdünnungseffekt der ausreicht, Flammenrückschlagsreaktionen bei Zugabe von Sauerstoff zu hemmen.
Durch Steuerung des Verhältnisses von Trägergas zu Sauerstoff werden etwaige in der Lanze auftretende Flammenrückschläge ausgeschaltet oder unschädlich gemacht, und werden die am Austrittsende beobachteten "Spitzen"-Reaktionen ausgeschaltet oder auf ein Mindestmaß herabgesetzt. Spitzenreaktionen führen zum Aufbau von Feuerfestmasse am Austrittsende oder entlang der Länge der Lanze und erfordern ein Abbrechen des Verfahrens bis die Lanze gereinigt oder ausgetauscht ist, wodurch sich Verzögerungen ergeben.
Wesentlich ist daß das Verdünnungsverhältnis Sauerstoff zu Trägergas im Bereich zwischen 5-1 und 30-1 liegt. Durch Einsatz des Saugers an der Eintrittsöffnung der Lanze oder an einem Punkt entlang deselben vor der Austrittsöffnung ergeben sich flexible Aufbringungsgeschwindigkeiten zwischen nur 0,45 kg/min und 23 kg/min.
Es ist möglich, Aufbringungsgeschwindigkeiten von 45 kg/min zu erzielen indem man entsprechend größere Lanzen und höhere Sauerstoffdurchsätze in Verbindung mit höheren Trägergas- und Teilchendurchsätzen anwendet.
Infolge des Verdünnungseffekts des inerten Trägers können bei dem Verfahren ein oder mehrere hochreaktive oxidierbare Stoffe wie Chrom, Aluminium, Zirkonium beziehungsweise Magnesium eingesetzt werden ohne daß Flammenrückschlagsprobleme auftreten.
Infolge des Verdünnungseffekts des inerten Trägers können bei dem Verfahren vorgeschmolzenes feuerfestes Korn beziehungsweise Pulver eingesetzt werden, das bis zu 15% an Eisenoxiden nebeneinander (FeO, Fe&sub2;O&sub3;, Fe&sub3;O&sub4; oder Rost) enthalten kann, welche bekanntlich bei Vermischung mit reinem Sauerstoff Explosionen verursachen, ohne daß es zu Flammenrückschlag oder Explosionsproblemen käme.
Die Einstellung des Gemischs aus Sauerstoff/Trägergas/Teilchen innerhalb der hier dargelegten Parameter gestattet die Verwendung anderer hochaktiver Stoffe wie feinverteilten Zirkoniummetallpulvers oder bis zu 80% Eisenoxid enthaltender Stoffe.
Die Verwendung von feinverteilten oxidierbaren Pulvern in einer Gesamtmenge von 8-12% reicht aus, eine bezüglich des chemischen Verhaltens, der Dichte und der Porosität der Masse hochwertige Feuerfestmasse herzustellen, wenn dieses Verfahren angewendet wird um feuerfeste Matrizes aus Magnesiumoxid/Chromoxid/ Aluminiumoxid herzustellen. Solche Pulver bestehen vorzugsweise aus einem oder mehreren der Metalle Chrom, Aluminium, Zirkonium beziehungsweise Magnesium; solche Pulver ergeben Bindungsmatrizes aus Magnesia/Chromit, Tonerde/Chromit, Magnesit/Tonerde und Zirkonerde/ Chromit beziehungsweise einer beliebigen Kombination aus diesen. Derartige Bindungsmatrizes verbessern die Verschleißfestigkeit in Hochtemperaturmilieus gegenüber Bindungen des Silikatyps welche durch Verwendung von weniger reaktivem Siliziumpulver gemäß dem Stand der Technik als Teil oder als Gesamtmenge des oxidierbaren Stoffs hergestellt werden.
Siliziumpulver kann eingesetzt werden, um in der chemischen Endzusammensetzung zusätzlich geregelte Mengen an Siliziumdioxid zu erzielen, wodurch sich die chemische Endzusammensetzung über den ganzen Bereich steuern läßt.
Derartige Zusätze könnten den Gesamtanteil an oxidierbaren Pulvern wesentlich erhöhen, da Silizium verhältnismäßig weniger Reaktionswärme liefert als reaktivere oxidierbare Pulver wie Aluminium oder Chrom oder Magnesium oder Zirkonium. Ein typischer Austausch beliefe sich auf 2% Silizium pro Prozent eines anderen Pulvers. Nach einem solchen Austausch wäre zu erwarten, daß die Feuerfestendmasse zusätzlich Siliziumdioxid enthielte. Die Verwendung von feinverteilten oxidierbaren Pulvern in einer Gesamtmenge von 15-25% reicht aus, eine bezüglich des chemischen Verhaltens, der Dichte und der Porosität der Masse hochwertige Feuerfestmasse herzustellen, wenn dieses Verfahren eingesetzt wird um Feuerfestmassen auf Siliziumkarbidbasis herzustellen.
Die Korngröße der oxidierbaren Stoffe liegt vorzugsweise unter etwa 60 Mikron; eine Korngröße unter etwa 40 Mikron wird stärker bevorzugt, und eine Korngröße unter etwa 20 Mikron wird besonders bevorzugt. Kleinere Korngrößen beschleunigen die Reaktion und die Wärmeentwicklung, was zur Ablagerung von bindigeren Feuerfestmassen führt.
Die sehr feinen Teilchen des oxidierbaren Stoffs werden bei der beim Austritt des aus Sauerstoff/Trägergas/oxidierbarem Stoff/Feuerfestmasse bestehenden Stroms aus der Lanze erfolgenden exothermen Reaktion im wesentlichen verbraucht. Etwaige Rückstände des Stroms lägen in Form des Oxids der darin enthaltenen Substanzen oder in Form eines durch die chemische Verbindung der diversen gebildeten Oxide erzeugten Spinells vor. Im allgemeinen ist die Neigung des Teilchens, das Oxid zu bilden statt in der Hitze der Reaktion vollständig verbraucht zu werden um so größer, je größer das oxidierbare Teilchen ist. Dies ist jedoch ein teures Verfahren, Oxid herzustellen, und im allgemeinen zieht man es vor, die sehr feinen oxidierbaren Teilchen wie oben offenbart einzusetzen, und die gewünschte chemische Zusammensetzung durch bewußten Zusatz des entsprechenden feuerfesten Oxids zu erzielen.
Die Verwendung von Chromoxid als Bestandteil der chemischen Zusammensetzung von unter Hochtemperaturbedingungen verwendeten Feuerfestmassen ist seit langem als nützlicher Zusatz zur Verringerung von Temperaturschock oder Abplatzneigungen und zur Verbesserung der Verschleiß- und Abnutzungsfestigkeitseigenschaften bekannt. Chromoxid tritt an verschiedenen Orten der Erde natürlich auf; zwar wird es auf verschiedene Weisen hitzebehandelt, wie etwa durch Aufschmelzen, doch enthält es Nebenprodukte deren Entfernung schwierig oder teuer ist. Eine bestimmte Quelle enthält einen hohen Anteil an Eisenoxid als Verunreinigung. Es hat sich gezeigt, daß dieses Material für bestimmte Anwendungszwecke den Feuerfestmassen besonders gute Verschleißeigenschaften verleiht.
Ein weiteres Material wird durch Vermahlen von Ziegeln aus umgeschmolzenen Körnern gewonnen wie sie von Cohart hergestellt wurden. Davon sind einige unter der handelsüblichen Bezeichnung Cohart RFG oder Cohart 104 Grades bekannt. Auch hier enthalten einige dieser Matenahen in typischen Fällen 18-22% Cr&sub2;O&sub3; und 6-13% Eisenoxid. Werden diese Stoffe in Gegenwart von reinem Sauerstoff eingesetzt, so treten heftige Flammenrückschläge auf. Werden sie jedoch vor der Zufuhr von Sauerstoff mit einem inerten Träger verdünnt, so werden die Rückschläge ausgeschaltet oder auf ein ungefährliches, nichtheftiges Maß herabgesetzt.
Das Verhältnis Trägergas zu Sauerstoff spielt beim Zustandekommen der richtigen Bedingungen für die exotherme Reaktion eine wesentliche Rolle. Zuviel Luft dämpft oder kühlt die Reaktion ab, was zu hoher Porosität der gebildeten Masse und daher zu verschlechterten Verschleißeigenschaften der Masse führt. Überdies erhöht sie den Abprallanteil erheblich und steigert damit die Kosten der Masse. Sie kann die Aufrechterhaltung der exothermen Reaktion erschweren. Es hat sich gezeigt daß eine Spritzmaschine, welche Luft als Ansaugmittel zur Förderung der Teilchen verwendet, besonders bevorzugt bei 0,345-1,03 Bar (5-15 psi) Luftdruck arbeitet, wobei die Teilchen der Flammspritzeinrichtung unter Verwendung von Sauerstoff als Ansaugmittel, vorzugsweise bei 3,45-10,34 Bar < 50-150 psi) Sauerstoffdruck, zugeführt werden. Dabei ergeben gleichgroße Düsen für Luft und Sauerstoff ein durchschnittliches, besonders bevorzugtes Verdünnungsvolumverhältnis von 10 zu 1, Sauerstoff zu Luft. Verdünnungsverhältnisse bis hinab zu 5 zu 1, Sauerstoff zu Luft, und bis hinauf zu 30 zu 1, Sauerstoff zu Luft, können wirksam verwendet werden, obwohl man bei 30 zu 1 unter Umständen schon Flammenrückschlag bei besonders aktiven Stoffen wie Eisenoxid oder Chrommetall beobachten kann. Die besten Betriebsdrücke liegen bei 0,55-0,83 Bar (8-12 psi) Luft und 5,5-8,3 Bar (80-120 psi) Sauerstoff und so nahe wie möglich bei einem Verhältnis der Betriebsdrücke von 10 zu 1, d.h. 0,55 Bar (8 psi) Luft zu 5,5 Bar (80 psi) Sauerstoff, und 0,83 Bar (12 psi) Luft zu 8,3 Bar (120 psi) Sauerstoff.
Indem das Verhältnis von oxidierbarem Stoff zu feuerfestem Oxid eingestellt wird, um die Schmelzpunktveränderungen der verschiedenen feuerfesten Oxide auszugleichen, ist es möglich, Feuerfestmassen fast jeder beliebigen chemischen Zusammensetzung herzustellen. Es hat sich gezeigt, daß beim Flammspritzen von MgO/Cr&sub2;O&sub3;/Al&sub2;O&sub3;-Werkstoffen Gemische aus einem oder mehreren der zu oxidierenden Stoffe Aluminium, Chrom beziehungsweise Magnesium eine genaue, reproduzierbare Einstellung der chemischen Zusammensetzung erlauben, einen niedrigen Abprallgrad (Materialverlust) bewirken und die Herstellung von großen Mengen an bezüglich Dichte und Porosität hochwertigen Feuerfestmassen ermöglichen. Der beste Gewichtsprozentsatz an oxidierbarem Stoff bei diesem Massetyp betrug 81/2-101/2%.
Die eingesetzten feuerfesten Oxidwerkstoffe können über einen großen Maschenklassierungsbereich variieren und dennoch eine brauchbare Feuerfestmasse ergeben. Hochwertige Massen werden unter Verwendung von bis -10 bis Staub USS gesiebten Feuerfestkörnern hergestellt, welche einen Anteil von nur 2% -200 Maschenweite USS haben. Weitere hochwertige Massen werden unter Verwendung von bis -100 bis Staub USS klassierten Feuerfestkörnern hergestellt, welche einen Anteil von über 50% -200 Maschenweite USS haben. Im allgemeinen erfolgt der Aufbau der feuerfesten Masse rascher wenn gröbere Teilchen verwendet werden. Zu große Anteile an grobem Material können zum Absetzen des Materials im Zuleitungsschlauch und zu niedrigeren Geschwindigkeiten bei der Bildung der Feuerfestmasse führen.
Ein großer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß Feuerfestmassen mit Geschwindigkeiten von über 900 kg pro Stunde gebildet worden sind. Durch Erhöhung des Durchsatzes des Gemisches von Trägergas und Teilchen und durch Vergrößerung der Venturidüse beziehungsweise der Lanze sollten sich Durchsätze von 2700 kg pro Stunde und mehr erzielen lassen. Bei dieser Vergrößerung ist es wesentlich, das Verhältnis Sauerstoff/Trägergas zwischen 5-1 Sauerstoff/Trägergas und 30-1 Sauerstoff/Trägergas beizubehalten.
Die vorteilhaftesten Anwendungsweisen der Erfindung in der Praxis werden anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert.

Beispiel I

Feuerfeste Blöcke beziehungsweise Ziegel in der Windformebene eines Kupferschmelzkonverters wurden an Ort und Stelle bei oder nahe der Betriebstemperatur durch ein erfindungsgemäßes Verfahren ausgebessert. Verwendet wurde dabei ein Gemisch, bestehend aus 91% gemahlenen RFG Ziegeln, unter der Handelsbezeichnung Cohart RFG bekannt, mit auf USS-Maschenklassifizierung -12 gesiebtem Staub; 5% Aluminiumpulver mit einer durchschnittlichen Korngröße zwischen 3 und 15 Mikron und 4% Chrompulver mit einer durchschnittlichen Korngröße zwischen 3 und 15 Mikron. Das Gemisch wurde in einem Luftstrom bei 10 psi zur Venturidüse am Eintrittsende der Lanze befördert, wo es mit einer Geschwindigkeit von 770 kg pro Stunde durch einen Sauerstoffstrom bei einem Druck von 100 psi gegen die verschlissene Windformebene geschleudert wurde, deren Temperatur über 649ºC betrug, und dort eine haftende bindige feuerfeste Ausbesserungsmasse bildete.

Beispiel II

Das Verfahren nach Beispiel I wurde wiederholt, wobei 20% der RFG-ziegel aus Beispiel 1 durch 20% an gemahlenen, zu 93% aus Cr&sub2;O&sub3; bestehenden Ziegeln mit einer typischen Maschenklassierung von -60 bis Staub ersetzt wurden.

Beispiel III

Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei 0,5% Magnesiumpulver und 1% an zusätzlichem Chrompulver, beide mit durchschnittlicher Korngröße zwischen 3 und 15 Mikron, eingesetzt wurden.

Beispiel IV

Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, nur daß 1% Aluminiumpulver durch 1% RFG-Ziegel ersetzt wurde, was 92% RFG-Ziegel, 4% Aluminiumpulver und 4% Chrompulver ergab.

Beispiel V

Das Verfahren nach Beispiel I wurde wiederholt, doch wurde das folgende Gemisch eingesetzt:

Beispiel VI

Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, doch wurde das folgende Gemisch eingesetzt:
MgO 49 - 53%
Cr&sub2;O&sub3; 25 - 27%
Fe&sub2;O&sub3; 4 - 6%
SiO 1 - 2%
Al-Metallpulver 9%
Cr-Metallpulver 6%
Mg-Metallpulver 0,5%

Beispiel VII

Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, doch wurde das folgende Gemisch eingesetzt:
MgO 49 - 53%
Cr&sub2;O&sub3; 25 - 27%
Fe&sub2;O&sub3; 4 - 6%
SiO 1 - 2%
Al-Metallpulver 9%
Cr-Metallpulver 7,5%
Mg-Metallpulver 0,5%

Beispiel VIII

Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, doch wurde das folgende Gemisch eingesetzt:

Beispiel IX

Das Verfahren nach Beispiel I wurde wiederholt, doch wurde das folgende Gemisch eingesetzt: Gewichtsprozent

Beispiel X

Das Verfahren nach Beispiel I wurde wiederholt, wobei das folgende Gemisch eingesetzt wurde: Varianz der Gewichtsprozent

Beispiel XI

Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei das folgende Gemisch eingesetzt wurde: Gewichtsprozent

Beispiel XII

Beispiel XIII

Beispiel XIV

Beispiel XV

Beispiel XVI

Beispiel XVII

Ein Gemisch wurde hergestellt, das 79 Gew.-% an 99%-igem Siliziumkarbid, mit USS-Maschenzahl -50 - 100 klassiert, und 16,25% von zu 98% reinem Siliziummetallpulver, mit USS-Maschenzahl -325 klassiert, 4% an reinem Aluminiumpulver, mit USS-Maschenzahl -325 klassiert und 0,75% von zu 99% reinem Magnesiumpulver, mit USS-Maschenzahl -325 klassiert, enthielt. Dieses Gemisch wurde durch ein doppeltes Venturi-Luft-Sauerstoff-System in der gleichen Weise wie in Beispiel I vorgeschrieben gegen eine in der Feuerraffination von Zinkpulver verwendete Bodenkolonne aus Siliziumkarbid geschleudert. Flüssiges Zinkmetall und Zinkoxidlecks wurden gekühlt und eine haftende geschmolzene feuerfeste Beschichtung gebildet.

Beispiel XVIII

Das Verfahren nach Beispiel XII wurde wiederholt, wobei das folgende Gemisch eingesetzt wurde:

Beispiel XIX

Beispiel XX

Das Verfahren nach Beispiel XII wurde wiederholt, wobei das folgende Gemisch eingesetzt wurde:
Die Verfahren in den Beispielen I und IV wurden durchgeführt, indem reiner Sauerstoff mit 100 psi in die Venturidüse der Spritzmaschine eingeleitet wurde und die Zusammensetzungen der Beispiele 1 und IV mit Durchsätzen von etwa 0,45 kg pro Minute angesaugt wurden. Dabei traten Flammenrückschläge auf welche die Verwendung dieser Rezepturen unmöglich machten. Die Beispiele wurden dann unter Verdünnung und mit relativen Drücken zwischen 8:1 und 12:1 Sauerstoff zu Luft mit Aufbringungsgeschwindigkeiten von 0,45 kg pro Minute, 1,36 kg pro Minute, 4,1 kg pro Minute, 6,8 kg pro Minute und 15 kg pro Minute wiederholt, ohne daß Flammenrückschläge auftraten die schwerwiegend genug gewesen wären um die Anwendung zu verhindern. Die vorteilhaftesten Rezepturen in Hinsicht auf Aufbau, Qualität und Abprall waren jene der Beispiele I und XVII, doch ergaben alle untersuchten Gemische haftende, geschmolzene Feuerfestmassen.
Aus dieser ausführlichen Beschreibung ergeben sich für den Durchschnittsfachmann Varianten und Abwandlungen der Erfindung. Es sei daher darauf hingewiesen, daß im Rahmen der beigefügten Ansprüche die Erfindung auch auf andere Weise als ausdrücklich gezeigt und beschrieben angewendet werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Bilden einer feuerfesten Masse, wobei ein Gemisch, das ein Trägergas und mitgerissene Teilchen eines oxidierbaren Stoffes sowie ein unbrennbares Feuerfestmaterial enthält, einem Sauerstoffstrom in einer Flammspritzeinrichtung (10, 10') zugeführt und so ein aus 10 Sauerstoff/Trägergas/oxidierbarem Stoff/Feuerfestmaterial bestehender Strom gebildet wird, der aus einer Austrittsdüse (12) der Flammspritzeinrichtung gegen eine feuerfeste Auskleidung geschleudert wird, und der oxydierbare Stoff unter Bildung der Feuerfestmasse verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der Sauerstoffstrom der Flammspritzeinrichtung durch eine Sauerstoffaustrittsdüse (21, 21') bei einem Druck von 3,45 bar (50 psi) bis 10,34 bar (150 psi) zugeführt wird,

(b) das Trägergas einen Druck von 0,345 bar (5 psi) bis 1,03 bar (15 psi) hat und

(c) das Gemisch aus dem Trägergas und den mitgerissenen Teilchen des oxidierbaren Stoffes sowie dem Feuerfestmaterial in einer solchen Menge zugeführt wird, daß sich ein Volumenverhältnis von Sauerstoff zu Trägergas bei ihrem jeweiligen Druck von 5 zu 1 bis 30 zu 1 ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus dem Trägergas und den mitgerissenen Teilchen des oxidierbaren Stoffes sowie dem Feuerfestmaterial in einer solchen Menge zugeführt wird, daß sich ein Volumenverhältnis von Sauerstoff zu Trägergas bei ihrem jeweiligen Druck von 8 zu 1 bis 12 zu 1 ergibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffgas und das Trägergas und die mitgerissenen Teilchen des oxidierbaren Stoffes sowie das Feuerfestmaterial in einer Verengung (20) gemischt werden, die etwas unterhalb einer Sauerstoffaustrittsdüse (21, 21') und oberhalb der Austrittsdüse (12) der Flammspritzeinrichtung liegt, um den aus Sauerstoff/Trägergas/oxidierbarem Stoff/Feuerfestmaterial bestehenden Strom so zu beschleunigen, daß die Geschwindigkeit des beschleunigten Stroms größer ist als die Geschwindigkeit des Gemisches.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oxidierbare Stoff einen oder mehrere der Stoffe Ohrom, Zirconium, Silicium, Aluminium und Magnesium enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oxidierbare Stoff 8 bis 17 Gew% der Teilchen in dem Gemisch ausmacht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Feuerfestmaterial einen oder meh rere der Stoffe Chromoxid, Zirconiumoxid, Siliciumoxid, Magnesiumoxid und Aluminiumoxid enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Feuerfestmaterial einen oder mehrere der Stoffe Magnesiumoxid, Chromoxid und Aluminiumoxid enthält, der oxiderbare Stoff einen oder mehrere der Stoffe Ohrom, Aluminium und Magnesium enthält sowie der oxidierbare Stoff 8 bis 12 Gew% der Teilchen in dem Gemisch ausmacht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der oxidierbare Stoff einen oder mehrere der Stoffe Silidum&sub1; Aluminium, Ohrom, Zirconium und Magnesium enthält, das Feuerfestmaterial Siliciumcarbid enthält sowie der oxdierbare Stoff 15 bis 25 Gew% der Teilchen in dem Gemisch ausmacht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der oxidierbare Stoff eine durchschnittliche Korngröße von weniger als etwa 60 Micron aufweist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch zusätzlich Eisenoxid enthält.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas und die mitgerissenen Teilchen von dem Hochdrucksauerstoffstrom durch eine in einer Flammspritzlanze (10,10') angeordnete Venturidüse (38) angesaugt werden.

12. Einrichtung zur Bildung einer feuerfesten Masse, die eine Flammspritzeinrichtung (10, 10') mit einer Sauerstoffaus trittsdüse (21, 21') zum Zuführen eines Sauerstoffstroms zu der Flammspritzeinrichtung (10, 10'), Mittel (22, 22') mit einer Austrittsdüse zum Zuführen eines Gemisches, das ein Trägergas und mitgerissene Teilchen eines oxidierbaren Stoffes sowie ein unbrennbares Feuerfestmaterial ent hält, zu dem Sauerstoffstrom in der Flammspritzeinrichtung (10, 10') sowie Mittel mit einer Austrittsdüse (12), um Sauerstoff/Trägergas/oxidierbaren Stoff/Feuerfestmaterial gegen eine feuerfeste Auskleidung zu schleudern, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zuführen des Sauerstoffstroms bei einem Druck von 3,45 bar (50 psi) bis 10,34 bar (150 psi) arbeiten und die Mittel (22, 22') zum Zuführen des Gemisches aus Trägergas und mitgerissenen Teilchen bei einem Druck von 0,345 bar (5 psi) bis 1,03 bar (15 psi) arbeiten und das Gemisch in einer solchen Menge zuführen, daß sich ein Volumenverhältnis von Sauerstoff zu Trägergas bei ihrem jeweiligen Druck von 5 zu 1 bis 30 zu 1 ergibt.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (20, 20') zum Drosseln und Mischen des Sauerstoffs und Trägergas/oxidierbarer Stoff/Feuerfestmaterial aufweist, um das Volumenverhältnis zu bewirken.