KR0156739B1 - 세라믹 용접법 및 그에 사용되는 랜스 - Google Patents

Abstract

내화성 입자와 연료 물질 입자의 산화성 혼합물을 적어도 연료 입자를 실제적으로 완전히 산화시키기에 충분한 산소를 함유하는 운반 개스(7)로 표면에 사출시킴으로써 충분한 열이 최소한 사출된 내화성물질 입자의 용융 표면에 방출되어 연료 입자의 산화열하에 세라믹 용접물이 상기 표면(1)에 형성되며, 이때, 상기 운반개스 스트림(들)을 둘러싼 실제적으로 연속적인 개스 커튼이 형성되도록 적어도 하나의 추가 개스 스트림(9)을 상기 표면(1)에 사출시키는 것으로 구성된, 고품질의 내부식성 및 내침식성의 내화성 용접물의 형성을 용이하게 하기 위한 세라믹 용접법.

본 발명은 또한, 운반 개스(7)내의 세라믹 용접 분말이 표면(1)을 향한 방출 경로를 따라 방출되도록 하는 제 1 배출구(6) 및 실제적으로 연속적인 개스 커튼을 형성하기 위해 개스를 방출하도록 하는 제 2 배출구를 갖는 랜스(5)를 포함하는 세라믹 용접법을 실시하기 위한 장치를 제공한다.

Description

세라믹 용접법 및 그에 사용되는 랜스

제1도는 본 발명에 따른 방법 수행시 기재 표면상의 분무 영역에 관한 개략도이다.

제2도는 본 발명에 따른 분무 랜스의 개략적인 부분 단면도이다.

제3도는 내화물 상에 행해진 부식 시험의 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기재 표면의 표적부 2 : 충격 영역

3 : 고리 모양 영역 4 : 분무 헤드

5 : 랜스 6 : 중심 배출구

7 : 운반 개스 스트림 8 : 고리 모양 배출구

9 : 고리 모양 커튼 개스 스트림 10 : 공급관

11 : 도관 12 : 외부 냉각링

13 : 냉각링 14 : 다면체 막대

15 : 용융 유리욕

본 발명은 세라믹 용접법 및 그러한 용도에 적합한 랜스(lance)에 관한 것이다.

종래의 세라믹 용접법은 글래버벨(Glaverbel)의 영국 특허 제 1,330,894호 및 제 2,170,191호에 기술되어 있다.

세마릭 용접은 노(爐) 또는 다른 내화 기구의 내화벽 상에 그 벽의 열보수를 위하여 내화물을 자체 내에서 형성시키기에 특히 적합하다. 세라믹용접은 벽이 실제로 통상의 작동 온도일 때 특히 바람직하게 수행된다. 세라믹 용접은 유리 용융로, 코크스로, 시멘트로 또는 석유화합공업에 사용되는 노, 또는 철 혹은 비철금속 야금학에 사용되는 내화장치의 벽 또는 벽 내장을 보수하거나 보강하는데 특히 유용하다. 더우기, 보수는 경우에 따라 노의 작동 중, 예를 들어 유리 용융로 상부 구조물을 보수하기 위해 행하거나, 내화성 제품의 통상의 작동 사이클 중에 행할 수 있으며, 예를 들어 철을 붓는 국자는 때로는 충전과 재충전 사이의 통상적인 휴지 시간 내에 보수할 수 있다. 본 용접 공정은 또한 예를 들어 다른 내화성 기재의 표면 처리를 위한 내화성분의 형성에도 유용하다.

실시되고 있는 세라믹 용접 공정에 있어서, 내화성 입자 및 연료 입자의 혼합물(세라믹 용접 분말)은 공급 라인을 따라 분말 저장소로 부터 랜스로 운반되어 그 랜스로 부터 표적 표면에 사출된다. 세라믹 용접 분말을 랜스 배출구로 내보내는 운반 개스(운반 개스)는 순수한(상업용) 산소일 수 있거나 거의 불활성인 질소와 같은 개스를 일부 또는 실제로는 몇몇 다른 개스와 함께 함유할 수 있다. 어떤 경우이든, 세라믹 용접 분말과 함께 랜스 배출구로부터 나오는 운반 개스는 최소한 연료 입자들을 거의 완전히 연소시키기에 충분한 산소를 함유한다. 공급 저장소로 부터 용접 분말이 도입되는 개스 스트림은 랜스 배출구로부터 나오는 운반 개스와 동일한 조성을 가져야만 하는 것은 아니다. 운반 개스에 요구되는 산소의 일부 또는 사실상 전부는 분말 도입부와 랜스 배출구 사이의 하나 이상의 지점에서 공급 라인에 도입될 수 있다. 사용되는 연료는 본질적으로 발열적으로 산화하여 내화성 산화 생성물을 형성할 수 있는 물질의 입자로 구성된다. 적절한 연료의 예는 규소, 알루미늄, 마그네슘, 지르코늄 및 크롬이다. 그러한 금속성 연료는 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 연료는 연소하고 그 연소에 의해 열이 발생하여 최소한 내화성 입자들의 표면이 용융하게 됨에 따라 강하게 밀착된 내화 용접물이 형성되고 이는 표적 표면에 잘 부착된다.

형성된 용접 용착물이 표적 표면의 화학 조성과 거의 동일한 화학 조성을 갖도록 세라믹 용접 분말을 선택하는 것이 일반적인 관행이다. 이는 보수 용접물과 보수되는 내화성 물질 사이의 경계면에서의 노의 순환 온도에 의한 열 충격응 감소시키는데 도움을 준다. 용접 분말을 상기와 같이 선택하면, 용접물의 내화성의 질을 보수된 부분에 대해 충분히 높게 하는데에도 확실히 도움이 된다. 물론, 용접물이 그 위에 형성된 내화성 물질보다 높은 정도의 보수 또는 내장을 형성하도록 세라믹 용접 분말을 선택하는 것 또한 잘 알려진 사실이다.

세라믹 용접에 의해 내화물을 형성시킬 때, 어느 정도의 다공성을 용접물에 부여할 수 있다. 그러한 다공성의 정도는 부분적으로 용접공의 기술 및 용접 작업을 수행하는 여건에 의존한다. 상기 다공성은 허용되며, 몇몇 경우에는 고도의 다공도가 단열을 촉진시키므로 실제로 유익할 수 있다. 그러나, 과도한 다공성은 내화성 물질이 특히 심한 부식 작용, 특히 노 안에 함유된 용융 물질의 부식 또는 침식 작용을 받게되는 노 부위에서는 바람직하지 않을 수 있다. 소정량의 내화성 물질에 허용되는 다공도는 그 물질의 고유 내화성 및 사용시 행해지는 여건에 따라 다르다.

본 발명은 특히 심한 부식에 견딜 수 있는 장치의 부품에 대한 내화성 내장 또는 보수를 달성하고자 하는 연구의 결과로서 이루어진 것이다. 상기 부식 현상은 특히 기계적 또는 열-기계적 마모, 혹은 벽 형성 물질의 액체 또는 기체상 부식 때문일 수 있거나, 상기의 복합 요인 때문일 수 있다.

상기와 같은 심한 부식에 대한 우수한 내성의 필요성에 관한 예가 유리 용융로 관련 분야이다. 용융 유리욕의 표면부에서의 유리 용융로의 탱크 블록의 내면은 매우 심한 부식 작용을 받는 내화성 표면의 특정예를 제공한다. 탱크 블록 표면은 블록 두께의 반이 이 부위에서 쉽게, 그리고 비교적 빨리 부식될 정도로 매우 신속히 부식한다. 이러한 부식은 용제 라인 부식(flux line corrosion)이란 기술 용어로 알려져 있다. 노의 용융 및 경제 영역의 탱크 블록과 같이 매우 높은 온도를 받는 탱크 블록은 통상적으로 다량의 지르코늄이 함유된 내화성 물질과 같은 내화성이 높은 물질로 구성되어 있다. 그렇다 하더라도, 그러한 탱크 블록은 연속적이고도 격렬하게 냉각시켜 부식을 감소시켜야만 한다.

특히 심한 부식의 위험이 있는 내화성 물질의 다른 예는 예를 들어 철 및 철강 산업에서 구리 제련 및 정제로, 제강 또는 비철금속 산업에 사용되는 것과 같은 전환로에 사용되는 바와 같은 것으로서, 용융 금속의 제조 또는 운송에 사용되는 주조 용구 또는 주걱(예, 뇌관)이 있다. 시멘트로 또한 그 예로 들 수 있다.

본 발명의 주된 목적은 우수한 내부식성 및 내침식성을 나타내는 고품질의 내화성 용접물의 형성을 용이하게 하는 신규의 세라믹 용접법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 내화성 물질 입자와 산화되어 내화성 산화물을 형성할 수 있는 연료 물질 입자와의 혼합물이 함유된 세라믹 용접 분말을, 적어도 연료 입자를 실질적으로 완전히 산화시키기에 충분한 양의 산소를 함유하는 하나 이상의 운반 개스 스트림 내에서 표면에 사출시킴으로써, 사출된 내화성 물질 입자의 표면 또는 전체를 용융시키기에 충분한 열을 방출되도록 하여 연료 입자의 산화열 하에 상기 표면에 세라믹 용접물이 형성되는 세라믹 용접법에 있어서, 상기 운반 개스 스트림(들)을 둘러싼 실질적으로 연속적인 개스 커튼이 형성될 수 있도록 하나 이상의 추가 개스 스트림을 상기 표면에 사출시키는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.

본 발명의 방법에 의하여 추가의 개스를 불어넣음으로써, 전보다 더욱 용이하고도 더욱 일관성 있게 양호한 내침식성 및 내부식성을 갖는 고 품질의 세라믹 용접물을 형성시킬 수 있는 유익한 효과가 얻어진다는 것은 더욱 놀랍다. 본 발명 방법에 의한 고품질 용접물의 성취 여부는, 개스 커튼만 생략될 뿐 나머지는 유사한 공정에 의해 용접물이 형성되는 경우에 비하여 용접공 개개인의 기술에 덜 좌우된다. 본 밥명자들은 이러한 결과가 본 발명에 따른 방법으로 형성된 용접물이 개스 커튼이 생략되고 나머지는 유사한 방법에 의해 형성된 용접물에 비해 낮은 공극율을 가지는 경향을 가진다는 사실로 부터 기인하는 것으로 생각한다.

상기와 같은 유익한 효과가 달성되는 이유는 명확하지 않다. 한가지 가능성은 개스 커튼이 세라믹 용접 반응 영역을 주변 노 분위기로 부터 결리시킴에 따라, 그 분위기가 상기 반응에 대한 역효과를 일으키지 않게 하고 반응 영역에서의 균일한 작업 조건을 유지시키는 것이다. 또 다른 가능성은 금방 형성된 연화된 내화 용착물의 온도를 저하시킴에 있어서, 용접 물질의 바람직한 냉각 및 결정화를 촉진시킬 수 있는 급냉 효과를 가질 수 있다는 것이다. 이는 초기 세라믹 용접물에 용해될 수 있는 개스의 영향을 저하시키는 작용을 하면서, 적어도 부분적으로 용해되어 공극을 형성하게 됨에 따라 용접물 내에 형성되는 공극의 크기가 더욱 작게됨으로 인하여 좀더 바람직해진다. 그러나 이러한 이론은 최근 받아들여지고 있는 본 분야의 지식에는 역행하는 것으로서, 최근의 이론에 의하면, 표적 표면에 대한 용접 랜스의 연속적인 관통에 의하여 용착된 물질의 경계 층에서의 불균일로 인하여 생기는 층형성의 문제를 피하기 위해서는 급냉을 실시하는 것이 바람직하지 않다는 것이다.

본 발명의 방법은 또한, 작업 조건을 조절하기 어렵다는 관점에서, 운반 개스 스트림을 둘러싸는, 즉 세라믹 용접 반응이 일어나는 영역 및 세라믹 용접 용착물이 형성되는 영역을 둘러싸는 개스 커튼의 분무가 용접 형성을 초래하는 발열 반응을 방해할 것으로 예상되어 왔다는 점에 있어서 놀랍다.

그러한 예상과는 달리, 실제에 있어서는 개스 커튼의 사출이 본 발명의 방법 수행시 내화물을 형성하기 위해 반응 영역에서 일어나게 되는 어려운 요소를 조절하기 위한 보충적인 요인을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 이는 결과적으로 발열 반응의 발생에 작용하는 보충적 조절 요인을 제공하게 되어 내화성 용접물의 형성을 개선적으로 조절할 수 있게 한다.

또한 개스 커튼이 반응 영역에 대한 주변 환경의 영향을 감소시킬 수 있도록 하는 것으로 밝혀졌다. 반응 영역은 결과적으로 주변 분위기에 존재할 수 있는 어떤 악조건으로 부터도 더욱 잘 보호된다. 그러므로 예를 들면, 공정이 노의 작동시에 행해지는 일반적인 경우에 있어서, 작업 위치 주변에서 버너의 스위치를 켜거나 끄므로써 발생할 수 있는 간섭으로부터 그 반응 지역을 더욱 무관하게 한다.

개스 커튼은 또한 입자 혼합물을 보다 용이하게 반응 영역 내로만 국한시킬 수 하게 함으로써 세라믹 용접 반응을 증대시키고 집결시켜 고품질의 내화물이 형성되도록 한다. 개스 커튼을 사출된 내화성 물질 및 연료 연소 생성물을 반응 영역 내에 국한하여 존재하도록 도움에 따라, 그러한 물질이 형성된 용접물에 용이하게 혼입되도록 한다. 상기 연소 생성물은 그 자체가 내화성 산화물이므로 형성된 내화물 내로의 연소 생성물의 혼입은 세라믹 용접 공정에서 불리한 것이 아니다.

개스 커튼은 분말 충전 배출구(들) 주위에 고리 모양으로 배열된 다수의 배출구로부터 사출될 수 있다. 그러한 배출구는 물론 거의 연속적인 커튼이 생기도록 서로 밀접하게 자리해야 할 필요가 있다. 그러나, 바람직하게는 개스 커튼은 고리모양 스트림으로써 사출된다. 고리 모양 커튼 스트림을 사출하기 위한 연속적인 고리 모양 배출구를 사용하면 커튼의 효능이 증진되고 본 발명 방법을 수행하기 위한 장치의 구조를 단순하게 할 수도 있다. 운반 개스 스트림 주위에 보호 덮개가 형성되고 그에 따라 주변 분위기로 부터의 물질, 특히 개스가 산화 개스 및 입자 혼합물이 함유된 운반체 스트림 내로 유입되지 않도록 하는 것이 가능하게 된다. 따라서 발열 반응의 전 지역 및 산화 운반 개스 내의 혼합물의 분무가 주변 환경으로부터 격리될 수 있어서 어떠한 외부 요소의 의입 및 발열 반응과의 간섭도 방지함에 따라, 결과적으로 발열 반응을 더 양호하게 조절할 수 있다.

운반 개스 및 동반된 입자를 둘러싸는 가장 효과적인 개스 커튼을 형성하기 위해서는, 커튼 개스는 운반 개스 배출구(들)와는 간격을 두고 있으나 다른 배출구들과는 너무 간격이 떨어지지 않는 하나 이상의 배출구 로부터 분사되어야 한다. 최적의 간격은 운반 개스 배출구(들)의 크기에 따라 크게 달라진다.

본 발명의 몇몇 바람직한 양태는 소규모 내지 중간 정도 규모의 보수, 또는 대규모 보수가 요구되나 그 보수에 사용되는 시간은 정해지지 않은 상황의 경우를 위해 우선적으로 의도된 것으로서, 입자는 직경 8mm 내지 25mm의 단일 운반 개스 배출구를 갖는 랜스로 부터 사출된다. 그러한 배출구의 단면적은 50 내지 500㎟ 일 것이다. 그러한 랜스는 세라믹 용접 분말을 30내지 300kg/ h의 속도로 사출하기에 적합하다. 운반체 개스가 50 내지 500㎟의 단면적을 갖는 배출구로 부터 분출되는 바람직한 몇몇 양태에 있어서, 커튼 개스는 운반 개스 배출구로 부터 5 내지 20mm의 간격을 둔 하나 이상의 배출구로 부터 분출된다.

본 발명의 바람직한 다른 양태는 단시간 내에는 수행되어야 하는 대규모 보수를 위해 우선적으로 의도된 것으로서, 입자는 단면적 300 내지 2300㎟의 운반 개스 배출구를 갖는 랜스로 부터 사출된다. 그러한 랜스는 세라믹 용접 분말을 1000kg/ h 또는 그 이상의 속도로 사출하기에 적합하다. 운반개스가 300 내지 2300㎟의 면적을 갖는 배출구로 부터 분출되는 바람직한 몇몇 양태에 있어서, 개스 커튼은 운반 개스 배출구로 부터 10 내지 30mm의 거리를 둔 하나 이상의 배출구로 부터 분출된다.

운반 개스와 커튼 개스 배출구들 간의 상기 어느 하나 또는 다른 가격범위를 적용함으로써, 세라믹 용접 반응 영역과 주위 분위기 사이에 명확하고도 분명한 장벽이 형성되고, 동시에 상이한 개스 스트림이 표적 표면으로 부터 편향 될 때까지 상이한 개스들이 실질적으로 분리되도록 보장함으로써, 상이한 개스 스트림 사이의 간섭을 실질적으로 피하게 된다.

유리하게는, 커튼 개스의 방출 부피 비율은 운반 개스의 방출 부피의 절반 이상이다. 이렇게 함으로써, 두껍고도 효과적인 커튼이 용이하게 형성된다. 커튼 개스의 방출 비율은 예를 들어 운반 개스 방출 비율의 2/3 이상일 수 있거나 개스 방출 비율 보다 훨씬 클 수 있다.

바람직하게는, 커튼 개스의 방출 속도(상압에서 계산하여)는 운반 개스방출 속도의 1/5 이상이다. 본 발명자들은 개스 부피 방출비를 시간당 세제곱미터로 계산하고, 개스 방출 속도는 스트림 내 개스압이 개스가 배출구를 떠나는 순간에 표준이라는 가정 하에 개스가 충전되는 배출구(들)의 면적과 상기 부피 방출비로 부터 산출한다. 이를 적용함으로써 효과적인 개스 커튼이 형성된다. 가장 바람직한 결과를 얻기 위해서는, 커튼 개스의 방출 속도가 운반 개스 방출 속도의 1/5 내지 3/5 이어야 하는 것으로 밝혀졌다. 이를 적용하면 운반 개스 스트림의 유동 패턴과 세라믹 용접 반응 영역 내 물질의 유동패턴의 방해가 저하된다. 또한 상기 조건을 적용함으로써, 운반 개스 스트림(들)에서 주위 분위기로의 개스 속도의 급경사를 이루는 큰 차이가, 상기 조건을 적용하지 않은 경우에 비해 덜하게 되며, 그로 인해 아마도 운반 개스 스트림 및 동반된 입자가 거의 희석되지 않기 때문에, 용접의 질이 증진되는 것으로 알려져 있다.

본 발명의 몇몇 바람직한 양태에 있어서, 개스 스트림은 유체 순환에 의해 냉각되는 랜스로 부터 방출된다. 그러한 냉각은 랜스에 물 자켓을 설치함으로써 용이하게 달성될 수 있다. 상기 물 자켓은 중심관 또는 운반 개스, 및 세라믹 용접 분말의 공급관을 둘러싸도록 위치시킬 수 있는 반면, 그 자체는 커튼 개스 운송용의 고리 모양 통로에 의하여 둘러싸이게 한다. 물 자켓은 운반 개스 배출구(들)과는 커튼 개스 배출구 간의 소정의 간격이 확보되도록 한 두께로 용이하게 설치될 수 있다. 이와는 달리, 또는 추가로, 랜스의 모든 개스 방출관을 둘러싸는 물 자켓이 있을 수 있다. 경우에 따라서는, 방출된 커튼 개스의 온도는 일반적으로, 실제 작동 온도에서의 노의 보수를 고려할 때, 노안의 주변 온도 보다는 상당히 낮을 것이며, 운반 개스의 온도와 거의 유사한 온도일 수 있다.

상기와 같이 수행하는 것은 세라믹 용접 분야에 있어서의 통상적인 실시에 대해 전적으로 상반되는 것이다. 세라믹 용접 수행시의 영구적인 관심사 중 하나는 표적 표면 상의 충격 영역의 온도가 내화물 형성시에 너무 낮게 되지 않도록 하는 것이며, 이러한 현상은, 예를 들어 다양한 밥열 반응 요인들을 부적절하게 조절함으로써 발생된다. 너무 냉각된 충격영역은 또한 예를 들어 발열 반응의 순간적인 방해를 초래할 수 있다. 온도가 너무 낮은 경우, 이러한 온도는 형성된 내화성 용접물 내에 불균일하고 방치된 공극을 형성하게 되어 더욱 다공성이 되고, 침식 또는 부식에 대한 저항성이 거의 없게 된다는 것이 특히 잘 알려져 있다. 이러한 다공성은 내화성 물질이 분무 랜스가 수차례 통과함으로써 형성되는 경우 특히 두드러진다.

충격 영역을 처리할 표면 상으로 옮겼을 때, 상대적 냉각 개스의 적어도 일부는 충격영역 주위에 효과적인 차폐층을 형성하기에 충분한 양으로써 용접물질의 충격 바로 전에 처리되어야 할 표면을 냉각시키는 경향이 있다. 이러한 경향은 허용 가능한 결과가 얻어지더라도 대부분의 용접 기술에서는 전혀 바람직하지 않다. 상기와 같은 본 발명의 바람직한 양상에 따라, 충격영역 주위의 기재 표면에 대하여 냉각 개스 커튼을 분무하는 것이 유리하다는 것은 매우 놀라운 것이다. 그러한 개스 분무는 충격 영역에 대해 강한 냉각 작용을 하는 경향이 있으며, 따라서 상기 냉각 작용으로 인해 내부식성이 거의 없는 다공성 물질이 형성되는 것으로 생각된다.

그러나, 그럼에도 불구하고, 본 발명자들은 완전히 이외의 방법으로, 본 밥명의 적용으로 제공되는 발열 반응의 보충적인 조절 인자에 따라 종래의 세라믹 용접법에 의하여 형성된 것보다 내부식성이 훨씬 우수한 조밀한 내화성 물질이 형성될 수 있으며, 특히 냉각된 랜스 사용시에 특히 더 바람직하다는 것을 실험적으로 알아내게 되었다. 이러한 결과는 수년 동안 이 분야에 종사해온 숙련가의 의견과는 상반되는 까닭에 매우 놀랍다.

형성된 내화물의 다공성은 내부식성의 수준을 결정함에 있어서의 필수적 요인 중 하나이다. 다공성은 본래 내화성 물질의 구조를 약화시킨다. 더우기 공극은 부식 매질에 대한 접근 통로를 제공함으로써, 부식 매질이 내화물 내부에서 작용할 수 있음으로 인하여 내화성 물질은 부식에 더욱 민감하게 된다.

고려해야 할 또 다른 용인이 있다. 명백하게, 사출된 내화성 입자는 균질한 용접물을 형성하도록 가열하기 위해 적어도 그 표면을 용융시켜야 하며, 표적 표면도 또한 강하게 가열하여 용접물과 표면 사이에 우수한 결합이 형성되도록 해야 한다. 그러나, 표적 부위의 온도가 너무 높으면 용접물이 너무 유동적이어서 제 위치를 지키지 못할 우려가 있다. 그러한 우려는 작업부위에서 발생하는 세라믹 용접 반응이 더욱 격렬하면 할수록 더욱 커진다. 그러나 상기와 같은 격렬한 반응은 세라믹 용접 반응을 지속시키기 위해서, 또는 특히 표적 표면의 온도가 그다지 높지 않은 경우 세라믹 용접물과 표면사이에 양호한 결합이 형성되기에 충분하도록 표적 표면을 가열하기 위해서 필수적일 수 있다. 여기서 본 발명자들은 예를 들어 약 700℃ 미안의 온도를 계획했다. 이 온도는 시멘트로 또는 화학 반응 용기와 같은 단지 중간 정도의 고온에서 수행되는 공정용의 에서 자주 접할 수 있다. 실제로는, 상대적 냉각 개스 커튼의 사출은 충격 영역의 온도를 조절하는 수단을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 따라서 내화물을 충격 영역에서의 고온의 결과인 유룰 현상이 일어나지 않도록 하는 것은 용이하다. 그런 다음 표적 표면이 그다지 높은 온도가 아닐 경우에라도 충격 영역을 냉각하여 형성된 내화성 물질이 유출되지 않도록 하면서 공정 작동을 쉽게 하는 매우 격렬한 발열반응을 일으키고, 용접물과 표적 표면 사이에 양호한 결합을 형성시키는 여러 요인들을 조정할 수 있다. 이렇게 함으로써, 균질의 용접물이 얻어질 수 있다.

커튼 스트림의 냉각 효과는 또한 용접물이 고화된 것으로 가정되는 결정형에 영향을 준다는 점에 있어서 보다 중요한 영향을 미칠 수 있으며, 상당한 이익을 줄 수 있다. 예를 들어, 실리카와, 알루미나의 용융 혼합물은 서서히 냉각되면 멀라이트를 형성하는 경향이 있고, 신속하게 냉각되면 멀라이트는 형성되지 않고 알루미나는 실리카 상 내에 보유될 수 있는 코넌덤으로서 결정화된다. 이것은 또한 형성된 용접물의 내부식성을 증대시킬 수도 있다.

요구되는 개스 커튼을 형성하기 위해 사출될 수 있는 여러 가지 개스들이 있으며, 개스의 적정한 선택은 환경에 좌우될 것이다. 개스 커튼을 형성하기 위해 이산화탄소 또는 질소를 사용하여 매우 우수한 결과를 얻을 수 있으나, 본 발명의 바람직한 양태에서는 산소가 함유된 커튼 개스가 제공된다. 예를 들면, 저렴하고 입수가 용이한 공기를 사용할 수도 있다. 그러나, 상업용 산소를 사용하는 것이 바람직할 수 있으며, 그러한 산소는 통상 세라믹 용접 작업 수행시에 제공되는 것으로서 본 목적을 고려할 때 더욱 유효하다. 개스 커튼이 산소인 경우에 세라믹 용접 반응 영역 바로 가까이에 추가의 산소 저장실을 제공할 수 있으며, 그렇게 함으로써 사용된 연료 입자의 완전 연소가 용이해진다. 이는 세라믹 용접물 내의 균일성을 증대시키고 경우에 따라 세라믹 용접 분말 혼합물 내의 연료의 비율을 다소 저하시키게 된다. 그러나, 운반 개스 그 자체는 적어도 연료는 거의 완전히 연소시키기에 충분한 산소를 함유하고, 따라서, 기술된 바와 같이 유효 산소를 거의 가지지 않는 이산화탄소 또는 질소와 같은 개스를 사용함으로써 유익한 결과를 얻을 수 있음을 알아야 할 것이다.

사실 어떤 특정의 상황에서는 상기와 같은 개스를 사용하는 것이 최적일 수 있다. 특정 종류의 내화성 물질은 산소의 내화성 물질로의 확산에 바람직하지 못한 영향을 주는 탄소 또는 규소와 같은 산화성 물질 입자를 함유하나, 또는 어떤 목적에는, 예를 들어 10 중량% 이하의 탄소입자를 함유하는 염기성 마그네시아 내화성 물질이 철강 공업에서 전환로 용으로 사용된다. 그러한 내화물을 보수할 필요가 있게 되면, 보수물은 특정 분획의 산화성 물질을 또한 함유하는 것이 바람직하다. 그와 같은 보수는 세라믹 용접 기술로서 수행될 수 있다. 그러한 기술은 글래버벨의 영국 특허원 제 2,190,671호에 기술되어 있다.

그러므로 본 발명의 바람직한 몇몇 양태에서는 운반 개스 스트림 내에 방출된 입자는 용접물 내에 그대로 혼입될 수 있는 산화성 물질의 입자를 함유하며, 커튼 스트림은 실질적으로 유효 산소를 포함하지 않는다. 이러한 양상을 적용함으로써, 개스 커튼으로 부터이든 주변 분위기로 부터이든 간에, 반응 영역에서의 초기 용접물로의 추가 산소의 동반이 방지되며, 상기 산화성 물질의 연소가 억제되어 용착된 용접물 내에 그대로 잔존하는 산화성 물질의 수율이 증가된다.

유리하게는, 연료 물질은 알루미늄, 규소, 마그네슘, 지르코늄 및 크롬으로 이루어진 군 중 하나 이상의 금속을 함유한다. 상기 물질들은 모두 연소 가능하여 강한 열을 제공하고 내화성 산화물을 형성한다. 상기 성분들은 단독 또는 필요시 혼합하여 사용할 수 있다. 또한 상기 물질들의 합금도 사용할 수 있다. 잘 연소되지 않는 물질과 신속하고도 용이하게 연소되는 성분의 합금은 그 요소들 간의 철저한 혼합을 보장하며, 또한 그러한 합금 구성을 적절히 선택함으로써 보다 바람직한 반응 속도로 진행되는 보다 적합한 반응이 달성될 수 있다.

유리하게는, 50 중량% 이상의 연료 입자가 50㎛ 미만의 입자 크기를 가지며, 바람직하게는 90 중량% 이상의 상기 연료 입자가 50㎛ 미만의 입자크기를 갖는다. 평균 입자 크기는 예를 들어 15㎛ 미만, 최대 입자 크기는 100㎛ 미만, 바람직하게는 50㎛ 미만일 수 있다. 연료 입자는 쉽게 산화되고 그에 따라 강한 열 에너지가 작은 공간 내에 퍼져 내화성 물질 입자간의 우수한 용접이 달성되게 된다. 상기 연료 입자들의 크기가 작을 수록 완전 연소는 촉진되어 결과적으로 균일한 용접물이 형성된다.

특히 높은 내화성을 갖는 세라믹 용접물의 형성이 우선적이며, 최소한 사출되는 내화성 입자의 상당한 중량부가 알루미나 및/또는 지르코니아, 또는 마그네시아 및/또는 알루미나로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명은 본 발명에 따른 방법으로 형성된 세라믹 용접물 및 본 방법에 수행에 특히 적합한 장치도 포함한다.

따라서, 본 발명은 세라믹 용접법을 수행할 표면을 향한 방출 경로를 따라 운반 개스 내의 세라믹 용접 분말이 방출되도록 하는 배출구를 갖는 랜스로서, 그러한 랜스가 개스를 방출하기 위한 제 2 배출구 또는 일군의 제 2 배출구들을 가지며, 이때 상기 제 2의 배출구 또는 배출구 군은 분말 배출구에 대해 축방향 및 방사상 방향 모두로 간격을 둔채 성형되고 설치되어, 분말방출 경로에 대해 일반적으로 평행하게 둘러싸고 있는 실질적으로 연속적인 커튼을 형성하도록 상기 제 2 배출구 또는 배출구 군으로 부터 개스가 방출될 수 있음을 특징으로 하는 랜스에 관한 것이다.

본 발명의 랜스는 단순하며 분말 배출구로 부터 방출된 운반 개스 스트림 및 동반된 분말의 충격 영역을 둘러싸는 개스 커튼의 형성을 용이하게 해준다. 본 발명의 랜스는 용접공에게 추가의 조절 인자를 제공하여 고품질의 세라믹 용접을 달성할 수 있게 해준다.

커튼 개스는 분발 배출구 주위에 배치된 일군의 분무구로 부터 방출될 수 있으나, 커튼 개스 방출용 제 2 배출구가 연속적인 고리 모양 배출구인 것이 바람직하다. 이것이 개스 커튼을 산화 개스 및 입자 혼합물이 함유된 운반체 스트림 주위에 보유시키기 위한 간단하고도 용이하며 효과적인 방법이다. 그러한 고리 모양 배출구는 완전히 환형일 필요는 없다. 실제로는 필요시에 타원형일 수 있다.

운반 개스 및 동반된 입자를 둘러싸는 가장 효과적인 개스 커튼을 형성하기 위해서는, 운반 개스 배출구(들)와는 간격을 두고 있으나 다른 배출구들과는 너무 큰 간격을 두어서는 안 되는 하나 이상의 배출구로 부터 분출되어야 한다. 적절한 간격은 랜스를 사용하고자 하는 작업의 규모에 크게 좌우된다.

본 발명에 따른 몇몇 랜스는 소규모 내지 중간 규모 보수의 경우, 또는 시간이 결정적 용인이 아닌 경우를 위해 우선적으로 시도되며, 그 랜스는 8 내지 25 mm 사이의 직경을 갖는 운반 개스 배출구, 또는 상당히 집합적인 배출구 면적을 갖는 배출구 군을 포함한다. 따라서, 상기 집합적인 배출구의 단면적은 50 내지 500㎟일 것이다. 이러한 랜스는 세라믹 용접 분말을 30 내지 300kg/h의 속도로 사출하기에 적합하다. 분말 배출구가 50 내지 500㎟의 집합적인 면적을 갖는 몇몇 바람직한 상태에 있어서, 제2의 배출구는 분말 배출구로부터 5 내지 20mm 거리의 간격을 두고 있다.

본 발명에 따른 다른 랜스는 대규모 또한 신속한 보수의 경우를 위해 우선적으로 의도된 것으로서, 랜스는 단면적이 300 내지 2300㎟인 단일 운반 개스 배출구 또는 일군의 운반 개스 배출구를 갖는다. 이러한 랜스는 세라믹 용접 분말을 1000kg/h 또는 그 이상의 속도로 사출하기에 적합하다. 분말 배출구가 300 내지 2300㎟의 집합적인 면적을 갖는 몇몇 바람직한 양태에 있어서, 제 2의 배출구는 분말 배출구로부터 10 내지 30mm 거리의 간격을 두고 있다.

운반 개스와 커튼 개스 배출구들 간의 상기 어느 하나 또는 다른 간격범위를 적용함으로써, 세라믹 용접 반응 영역과 주위 분위기 사이에 명확하고도 분명한 장벽이 형성되고, 동시에 상이한 개스 스트림 간에 있을 수 있는 간섭을 실질적으로 피할 수 있게 된다.

본 발명의 몇몇 바람직한 양태에 있어서는, 랜스에 냉각액 순환에 적합한 자켓을 설치한다. 열 용량 및 입수 가능성을 고려할 때 바람직한 냉각액은 물이다. 그러한 물 자켓은 중심관 또는 운반 개스 및 세라믹 용접 분말의 공급관을 둘러싸도록 위치시킬 수 있는 반면, 그 자체는 커튼 개스 운송용의 고리 모양 통로에 의해 둘러싸이게 한다. 물 자켓은 운반 개스 배출구(들)와 커튼 개스 배출구 사이의 소정의 간격이 확보되게끔 한 두께로 용이하게 설치할 수 있다. 이와는 달리, 또는 추가적으로, 랜스의 모든 개스 방출관을 둘러싸는 물 자켓이 존재할 수 있다. 경우에 따라서는, 방출된 커튼 개스의 온도는 일반적으로, 실제 조작 온도에서의 노의 보수를 고려할 때, 노 내의 주변온도 보다는 상당히 낮을 것이며, 운반 개스의 온도와는 거의 유사한 온도일 수 있다.

세라믹 용접물의 형성시 갖게 되는 유익한 효과에 대해서는 이미 설명한 바 있다. 그외에도, 냉각 자켓을 설치함에 따라 랜스는 상당한 시간 동안 과열됨이 없이 조작 온도에서 노 내부의 온도 또는 다른 내화성 구조물의 온도와 같은 고온 환경 하에서도 견딜 수 있게 된다. 이러한 사실은 조작적인 측면에서도 바람직할 뿐만 아니라 랜스의 수명을 연장시키는 데도 도움이 된다.

바람직하게는, 제 2 배출구 또는 배출구 군의 면적은 분말 배출구 면적의 2/3 내지 3배이다. 이러한 제 2 배출구(군)의 면적은 효과적인 개스 커튼을 제공하기에 충분한 부피 및 최적의 속도로 커튼 개스 스트림을 방출하기에 유리하다.

본 발명의 바람직한 양태는 이제 예를 들어 첨부된 도면과 관련하여 설명할 것이다.

제1도에 있어서, 부호 (1)은 기재 표면의 표적 부분을 나타내는 것으로서, 산화개스 및 내화성 입자와 연료의 혼합물이 함유된 운반 개스 스트림을 그 표면 상에 분무하는 방법으로, 내화성 세라믹 용접물을 상기 표적부에 형성시키고자 하는 것이다. 이 운반 개스 스트림은 개략도의 충격영역(2)에서 표면(1)을 때린다. 본 발명에 따르면, 충격영역(2)을 둘러싸고 있는 하나 이상의 주변 개스 스트림으로 표면(1)을 동시에 분무하여 충격영역(2) 주위에 개스 커튼을 형성한다. 제1도는 충격영역(2)을 긴밀히 둘러싸고 있는 고리 모양 영역(3)에서 이 개스 커튼의 표면(1)과 교차하는 부분을 개략적인 형태로 도시한 것이다. 고리 모양 영역(3)이 실제로는 충격영역(2)으로 부터는 약간의 간격을 두고 있거나 반대로 고리 모양 영역(3)과 충격영역(2)은 부분적으로 서로 겹칠 수 있음은 명백하다.

제2도에 있어서, 랜스(5)의 분무 헤드(4)는 산화 개스에 분산된 입자 혼합물로 된 운반 개스 스트림(7)을 분무하기 위한 중심 배출구(6)를 포함한다. 단일 중심 배출구(6) 대신 랜스는 운반 개스 스트림(7)을 분무하기 위한 일군의 다수 배출구들을 포함할 수 있다. 이러한 형태의 일군의 배출구를 갖는 분무 랜스는, 예를 들어 글래버벨의 영국 특허원 제 2,170,122호에 기술되어 있다. 본 발명에 따르면 분무 헤드(4)는 또한 커튼 분무 장치를 포함한다. 제2도에 도시된 양태에 있어서, 커튼 개스 분무 장치는, 실질적으로 연속적인 고리 모양의 개스 스트림을 분무하도록, 중심 배출구(6)를 둘러싸고 있으며 그로부터 간격을 두고 있는 고리 모양 배출구(8)로 되어 있다. 커튼 개스 스트림(9)은 고리 모양 영역(3)에서 표면(1)을 공격있는 개스 커튼(3')을 형성한다. 특정 실시에서, 고리 모양 배출구(8)의 면적은 중심 배출구(6) 면적의 두배를 약간 넘는다. 산화 개스 내에 분산된 입자의 혼합물은 공급관(10)을 통해 도입되고 커튼 개스 스트림의 개스는 도관(11)을 통해 도입된다. 랜스(5)는 또한 냉각수 공급구 및 배출구를 갖는 외부 냉각링(12)을 포함한다. 제2도는 또한 고리 모양 배출구(8)가 중심 배출구(6)와는 간격을 둔 채로 존재하게 하는, 냉각수 공급구 및 배출구가 장치된 냉각링(13)을 도시하고 있다. 그러나, 상기 냉각링은 경우에 따라 생략될 수 있고 단일 소형 삽입구로 대체하여 고리 모양 배출구(8)가 중심 배출구(6)로 부터 예를 들어 7mm 정도의 간격을 갖도록 할 수 있다.

제3도는 내화성 세라믹 용접물에 대한 부식 시험의 개략도이다. 시험할 목적으로 내화성 물질로 부터 잘라낸 다면체 막대(14)르 도가니(도시되지 않음)내에 든 1550℃의 용융 유리욕(15)에 부분적으로 담금다. 상기 온도는 유리 용융로 내의 용융 소다 석회 유리(통상의 창문 유리)에 일반적으로 사용되는 최고 온도보다 높은 온도이다. 막대를 담근 채로 두고 16시간 후에 마모 정도를 시험한다.

[실시예 1]

유리 용융로의 용융 말단부의 탱크 블록은 노를 생각하지 않은 채로 보수해야 한다. 상기 블록은 본질적으로 용제 라인 부식일 일어나는 용융된 유리욕의 표면부에서 심하게 부식된다. 상기 탱크 블록은 알루미나 및 지르코니아를 기재로 한 전기 융합된 고 내화성 덩어리로서, 그 조성은 50 내지 51%의 알루미나, 32 내지 33% 의 지르코니아, 15 내지 16%의 실리카 및 약 1%의 산화나트륨으로 이루어지며, 그 진 밀도(true density)는 3.84이다. 상기 표면을 보수하기 위하여, 용융 유리의 수준을 20cm 정도 낮춘다. 보수를 수행하기 위해 , 산화 개스 및 내화성 입자와 연료의 혼합물이 함유된 운반 개스 스트림을 열 탱크 블록 위에 분무한다. 혼합물은 총 혼합물 중량을 기준으로 40 내지 50%의 ZrO₂, 38 내지 44%의 Al₂O₃로 구성된 입자와, 8 내지 44%의 Al및 4 내지 8%의 Si로 된 연료 12%로 이루어진다. 규소 입자는 평균 크기 6㎛ 및 비표면적 5000㎠/g을 갖는 미립이다. 알루미늄 입자는 평균 크기 5㎛ 및 비표면적 4700 ㎠/g을 갖는 미립이다. 알루미늄 및 규소 입자의 최대 미립자 크기는 50㎛를 초과하지 않는다. 규소 및 알루미늄 입자는 충분한 열을 방출하면서 연소하여 적어도 부분적으로 내화성 입자를 용융시켜 함께 결합한다. 지르코이나 입자는 150㎛의 평균 미립자 크기를 가지며 내화성 알루미나 입자는 100㎛의 평균 미립자 크기를 갖는다.

노 탱크 블록의 표면 상에 형성된 유리 내화물에 의한 내부식성을 시험하기 위하여, 본 발명의 방법을 사용하는 시험로 내에서 1500℃로 가열한 여분의 탱크 블록의 표면 상에 우선 내화물을 형성하였다. 이 시험에서는 규소 8 중량% 및 알루미늄 4 중량%로 이루어진 혼합물을 사용하였다.

산화 개스 내에 분산된 입자 혼합물을 제2도에 도시한 랜스를 사용하여 분무한다. 상기 혼합물은 공급관(10)을 통해 도입된다. 중심의 분말 배출구(6)는 고리 모양이며 113㎟의 면적을 갖는다. 혼합물은 산화 개스로서 산소가 25N㎥/h의 속도로 분무되도록 30kg/h 의 유동 속도로 분부된다. 입자 혼합물 및 산화 개스가 함유된 운반 개스 스트림(7)은 표면(1)을 공격하여 충격 영역(2)에서 처리된다. 본 발명에 따르면, 상기 표면(1)은 또한 충격 영역(2) 주위로 개스커튼(3')을 형성하는 커튼 개스 스트림(9)으로써 분부된다. 본 실시예에서, 커튼 개스 스트림(9)은 랜스(5)의 분무 헤드(4)로 부터 충격 영역(2)으로의 경로를 따라 운반 개스 스트림(7)을 둘러싸는 고리 모양의 개스 스트림의 형태로서 40N㎥/h의 유동 속도로 고리 모양 배출구(8)를 통하여 분무되는 순수한 산소로 구성되었다. 고리 모양 배출구(8)는 고리 모양 단면을 가지며 그 면적은 310㎟이다. 고리 모양 배출구(8)는 분말 배출구(6)로부터 13mm의 간격을 두고 있다.

본 방법 이행시에 개스커튼(3')은 세라믹 용접 반응의 발생 및 내화물의 형성에 작용하는 보조 수단을 제공한다. 세라믹 용접 반응은 안정하며 비교적 명확하다. 형성된 내화물의 진 공극율은 9% 이고 겉보기 공극률은 1.5%이다. 본 명세서에 사용된 표현인 겉보기 공급율이란 침지와 유사한 방법으로 측정한 결과 내화물 내의 개방된 공극의 수만을 센 것이고, 진 공극율은 내화물 내의 폐쇄된 공극의 수까지 센 것이다. 형성된 내화물의 겉보기 밀도, 즉 공극을 내화물의 밀도는 3.5이다. 내화물의 진 밀도 또는 절대 밀도, 즉 내화성 매트릭스 물질 자체의 밀도는 공극의 영향이 배제되도록 미세하게 압착시킨 샘플 상에서 측정하여 3.85이다.

20×20×120mm의 다면체 막대(14)(제3도)를 상기 내화성 세라릭 용접물로부터 잘라낸다. 이 시험 막대를 도가니(도시되지 않음)에 든 1550℃의 용융 유리욕(15)에 부분적으로 담근다. 16시간 후 막대의 마모 정도를 관찰한다.

비교용으로, 동일한 크기의 대조용 샘플을 만들고 동일 온도의 동일 용융 유리욕에 부분적으로 담근다. 비교하기 쉽도록 샘플과 시험 막대의 도면을 제3도에 겹쳐서 시도하였다. 대조용 샘플은 실시예 1의 내화성 물질과 동일한 방법으로 형성시키되, 단, 커튼 개스 스트림을 생략하여 형성시킨 내화물, 즉 본 발명의 범위를 벗어난 방법으로 형성시킨 내화성 세라믹 용접물로부터 절단해낸 다면체 막대이다. 이러한 방법으로 형성시킨 내화물의 진 공극률은 19.7%이고, 겉보가 공극율은 3.5%이다. 이 내화물의 겉보기 밑도는 3.03이고 절대 밀도는 3.77이다.

16시간 후의 대조용 샘플 막대(14)는 점선(16)으로 개략적으로 나타낸 것과 같은 형태로 된 것으로 생각된다. 막대(14)의 침지 부분(17)은 유리욕에 담긴 결과 상당히 부식되었음을 알 수 있다. 다면체의 가장자리는 둥글게 된다. 용융 유리욕(15)의 표면(18)은 부호(19)로 표시되는 지역에서 특정의 용제 라인 부식을 일으키면서 샘플을 상당히 부식시킨다. 용제 라인 부식의 중심부에서의 막대 직경은 정상치의 대략 1/3로 감소된다.

본 발명 방법의 수행으로 형성된 내화물로 부터 절단해낸 막대(14)는 16시간 후에 점선(20)으로 나타낸 모양으로 된다. 침지된 부분의 부식은 극미하다. 다면체의 가장자리는 크게 둥글어지지 않는다. 용제 라인 부식(19)은 대조용 샘플에 비하면 훨씬 덜 두르러진다. 용제 라인 부식의 중심부에서의 막대의 직경은 정상치의 대략 3/2 정도로 감소될 뿐이다. 따라서 본 발명의 방법을 사용하면 종래의 방법으로 형성시킨 내화물에 비해 내부식성이 훨씬 우수한 내화물이 생성될 수 있다. 막대 단면을 현미경 시험하여도 역시 금속 입자의 산화가 사실상 포함되었음을 나타내는 어떠한 잔류성 금속상도 실제로 존재하지 않음을 알 수 있다. 이러한 사실은, 금속상과 용융 유리가 접촉하게 되면 유리에서 일어나는 기포가 초래될 수 있음이 잘 알려져 있기 때문에, 용융 유리와 접촉하게 되는 내화물의 경우에 매우 바람직하다.

[실시예 2]

제1도의 변형으로서, 내화성 세라믹 용접물을 실시예1과 동일한 방법으로 생성시키되, 운반 개스 스트림(7)의 산소 유동 속도를 30N㎥/h로 하고 고리 모양의 커튼 개스 스트림(9)의 산소 유동 속도를 20N㎥/h로 하여 수행한다. 형성된 내화성 세라믹 용접물의 겉보기 공극율은 2%, 진 공극율은 8.3%이고, 겉보기 밀도는 3.56, 절대 밀도는 3.88이다. 다면체 막대(14)를 상기 세라믹 용접물로 부터 절단해내어 도가니 내의 용융 유리욕(15)에 부분적으로 담근다. 16시간 후의 부식 시험 결과는 실시예 1의 세라믹 용접물과 동일하다. 막대는 점선(20)으로 나타낸 것과 같은 형태를 갖는다. 이 막대의 단면을 현미경 시험한 결과, 실제로 잔류하는 금속상이 존재하지 않는 것으로 나타났다.

[실시예 3]

내화성 세라믹 용접물을 실시예 1과 동일한 방법으로 생성시키되, 단, 커튼 개스 스트림(9)은 20N㎥/h의 유동 속도로 분무되는 이산화탄소로 형성시키고 산소 운반 개스 스트림(7)은 30N㎥/h의 유동 속도로 분무시킨다. 이 세라믹 용접 반응 또는 안정하여 비교적 명확한 것으로 밝혀졌다. 형성된 내화성 세라믹 용접물의 겉보기 공극율은 1.5%, 진 공극율은 4.6%이고, 겉보기 밀도는 3.5, 절대밀도는 3.67이다.

다면체 막대(14)를 상기 세라믹 용접물로부터 잘라내어 도가니에 든 용융 유리욕(15)에 부분적으로 담근다. 16시간 후에 행한 부식 시험 결과는 실시예 1의 세라믹 용접물과 동일하다. 막대는 실제적으로 점선(20)으로 나타낸 모양을 갖는다.

[실시예 4]

내화성 세라믹 용접물을 실시예 1과 동일한 방법으로 생성시키되, 커튼 개스 스트림(9)은 18N㎥/h의 유동 속도로 분무되는 질소로 형성시키고, 산소 운반 개스 스트림(7)은 30N㎥/h의 유동 속도로 분무한다. 세라믹 용접 반응이 안정하며 비교적 명확한 것으로 밝혀졌다. 형성된 내화성 세라믹 용접물의 겉보기 공극율은 2.5%이고, 겉보기 밀도는 3.5, 절대밀도는 3.69이다.

다면체 막대(14)를 상기 세라믹 용접물로 부터 절단하고 도가니에 든 용융 유리욕(15)에 부분적으로 담늑다. 16시간 후에 행한 부식 시험의 결과는 실시예 1 의 세라믹 용접물과 동일하다. 막대는 실제로 점선(20)으로 나타낸 모양을 갖는다.

[실시예 5]

내화성 실리카 입자 87 중량%, 연소가능한 규소 입자 12 중량% 및 연소가능한 알루미늄 입자 1 중량%의 혼합물을 약 1500℃의 온도에서 실리카 덩어리에 의해 형성된 노 구멍에 대한 압밀 보수 작업 수행에 사용한다. 규소 및 알루미늄 입자는 각각 10㎛ 미만의 평균 미립자 크기를 가지며, 규소 비표면적은 4000㎠/ g 이고 알루미늄의 비표면적은 6000㎠/ g이다. 알루미늄과 규소 입자의 최대 미립자 크기는 50㎛를 넘지 않는다.

혼합물은 본 발명 방법을 사용하여 분무한다. 입자 혼합물은 순수한 산소와 함께 공급관(10)을 통해 35kg/h의 속도로 도입되며 25N㎥/h의 분무용 산소는 운반 개스 스트림(7)의 형태로 도입된다. 본 발명에 따르면, 처리해야 할 표적 표면(1) 역시 충격 영역(2) 주위의 개스커튼(3')을 형성하는 커튼 개스 스트림으로 분무된다. 본 실시예에서, 커튼 개스 스트림은 랜스(5)의 분무 헤드(4)로부터 충격 영역(2)으로의 경로를 따라 운반 개스 스트림(7)을 둘러싸는 고리 모양 커튼 개스 스트림(9)의 형태로서, 30N㎥/h의 유동 속도로 분무되는 순수한 산소로서 구성된다. 실제로, 형성된 세라믹 용접물 내에서 연소되지 않은 금속은 발견되지 않았다.

비교용으로, 상기와 동일한 혼합물을 25N㎥/h의 동일한 산소 유동속도를 갖도록 하여 30kg/h의 속도로 분무시켜 내화성 세라믹 용접물을 형성하였다. 그러나 대조할 목적으로 산소 커튼 스트림은 생략한다.

본 발명 방법의 이행시에, 개스커튼(3')은 대조용 시험의 경우에는 존재하지 않는, 내화성 세라믹 용접물의 형성을 조절하는 작용의 보조 수단을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 더우기, 개스 커튼(3')은 충격 영역(2)을 격리시킴에 따라, 보수 작업시 노의 작동으로 인한 활기류는 실제적으로 내화성 세라믹 용접물의 형성에 아무런 영향을 미치지 않는다. 세라믹 용접 반응은 더욱 안정하며 양호하에 한정되고, 단속적으로 발생하지 않는다.

[실시예 6]

비철 금속 공업에 사용되는 구리 전환로를 보수하기 위한 것이다. 실시예 5와 동일한 방법을 사용하되, 단, 40 중량%의 산화크롬입자, 48 중량%의 마그네슘 입자 및 12 중량% 의 알루미늄 입자로 이루어진 혼합물을 사용한다. 알루미늄 입자는 45㎛의 공칭 최대 미립자 크기 및 3000㎠/ g 이상의 비표면적을 갖는다. 내화성 입자는 모두 2mm 미만의 최대 크기를 갖는다. 본 실시예도 또한, 본 발명을 수행한 결과로서, 개스 커튼이 세라믹 용접 반응의 발생 및 내화성 세라믹 용접물의 형성을 조절하는 작용의 보조 수단을 제공하는 것으로 나타난다. 세라믹 용접 반응은 안정하며 명확하게 한정된다.

변형으로서, 분무 헤드(4)의 고리 모양 배출구(8)를 개스커튼(3')이 형성되도록 분무 개스 스트림을 집중시키는 일련의 사출구로 대체한다. 이러한 형태의 분무 랜스의 경우에도 역시 매우 양호한 결과를 얻었다.

[실시예 7]

본 실시예는 90 중량%의 마그네시아 및 10중량%의 탄소로 이루어진 마그네슘-탄소 브릭(brick)에 의해 형성된 강철 제품인 전환로의 벽 상의 내화물에 가능한 한 근접한 조성을 갖는 내화성 세라믹 용접물을 형성하고자 하는 것이다. 그 벽은 900℃의 온도에 놓여 있다. 상기 브릭을 탄소함유 입자로 된 입자 혼합물로 분무한다. 상기 혼합물은 산소 70 중량%가 함유된 산화 개스 운반 스트림으로서 500kg/h의 속도로 분무한다. 상기 혼합물은 82 중량%의 MgO, 4중량%의 Si, 4중량% 의 Al 및 10 중량%의 C로 이루어진 조성을 갖는다. 규소 입자의 평균 직경은 10㎛이고 비표면적 5000㎠/ g이다. 알루미늄 입자의 평균 직경은 10㎛이고 비표면적은 8000㎠/ g이다. 탄소 입자는 코크스를 파쇄하여 만든 입자이고 그 평균 직경은 1.25mm이다. 마그네시아 입자의 평균 직경은 1mm 이다. 본 발명에 따르면, 산화 개스의 유동 속도보다 50% 높은 유동 속도로 이산화탄소를 분무하여 운반 개스 스트림 주위에 개스 커튼이 형성되도록 함으로써, 전환로벽 상의 산화 개스에 분산된 입자를 함유하는 운반 개스 스트림의 충격영역주위에 개스 커튼이 형성된다. 본 발명 방법 수행시에, 세라믹 용접 반응은 안정하며 명확하게 한정되는 것으로 밝혀졌다.

분무된 탄소 입자는 전적으로 산화되지는 않아 형성된 세라믹 용접물은 5% 가량의 탄소를 함유하고 있었다. 이산화탄소 제트에 의해 형성된 개스 커튼이 없는 조건 하에서는, 형성된 세라믹 용접물은 단지 3% 가량의 탄소만을 함유한다.

세라믹 용접 분말을 900kg/h 내지 1000kg/h의 속도로 방출하기 위한 랜스의 여러 가지 양태에 있어서, 직경이 53mm이고 면적이 2206㎟인 중심 분말 방출 배출구(6)가 존재한다. 랜스는 또한 예를 들어 중앙 파이프 끝에 적용된 슬리브에 의해, 또는 냉각링(13)에 의해 분말 방출구로 부터 13mm 간격을 둔 면적 1979㎟의 연속 고리 모양 커튼 개스 방출구를 갖는다. 랜스는 또한 외부 냉각링(12)도 갖는다.

Claims (17)

1. 내화성 입자 및 산화되어 내화성 산화물을 형성할 수 있는 연료 물질 입자와의 혼합물을 함유한 세라믹 용접 분말을, 연료 입자를 완전히 산화시키기에 충분한 양의 산소를 함유하는 하나 이상의 운반 개스 스트림 내에서 표면에 사출시킴으로써, 사출된 내화성 입자의 표면 또는 전체를 용융시키기에 충분한 열을 방출되어 연료 입자의 산화열 하에 상기 표면상에 세라믹 용접물이 형성되는 세라믹 용접법에 있어서, 상기 운반 개스 스트림(들)을 둘러싸는 연속적인 개스 커튼이 형성하기 위하여, 운반 개스 방출 속도의 1/5 이상의 방출 속도(상압에서 계산하여)를 가지는 하나 이상의 추가 개스 스트림을 상기 표면에 대하여 사출시키는 것을 특징으로 하는 세라믹 용접법.
2. 제1항에 있어서, 개스 커튼을 고리 모양 스트림으로서 사출하는 세라믹 용접법.
3. 제1항에 있어서, 운반 개스는 50 내지 500㎟의 면적을 갖는 배출구로 부터 분출되고, 커튼 개스는 운반 개스 배출구로 부터 5 내지 20mm 거리의 간격을 둔 하나 이상의 배출구로 부터 분출되는 세라믹 용접법.
4. 제1항에 있어서, 운반 개스는 300 내지 2,300㎟의 면적을 갖는 배출구로 부터 분출되고, 커튼 개스는 운반 개스 배출구로 부터 10 내지 30mm거리의 간격을 둔 하나 이상의 배출구로 부터 분출되는 세라믹 용접법.
5. 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 커튼 개스의 방출 부피비가 운반 개스 방출 부피비의 절반 이상인 세라믹 용접법.
6. 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 유체가 순환하여 통과함으로써 냉각되는 랜스로 부터 개스 스트림이 방출되는 세라믹 용접법.
7. 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 커튼 개스가 산소를 포함하여 구성되는 세라믹 용접법.
8. 제1항 내지 4항에 중 어느 한 항에 있어서, 운반 개스 스트림 내에 방출되는 입자는 용접물 내에 그대로 혼입되는 산화가능한 물질의 입자를 함유하며, 커튼 개스 스트림은 유효 산소를 거의 포함하지 않는 세라믹 용접법.
9. 제1항에 있어서, 연료 물질이 알루미늄, 규소, 마그네슘, 지르코늄 및 크롬으로 이루어진 군 중에서 하나 이상의 물질을 함유하는 세라믹 용접법.
10. 제1항에 있어서, 연료 입자의 50 중량% 이상이 50㎛ 미만의 미립자 크기를 갖는 세라믹 용접법.
11. 제1항에 따른 방법에 의해 형성된 세라믹 용접법.
12. 세라믹 용접법을 수행할 표면을 향한 방출기 경로를 따라 운반 개스 내에서 세라믹 용접 분말이 방출되도록 하는 배출구를 갖는 랜스(lance)에 있어서, 그러한 랜스는 개스를 방출하기 위한 제 2 배출구 또는 일군의 제 2 배출구들을 가지며, 이때 상기 제 2 배출구 또는 배출구 군은 분말 배출구에 대해 축방향 및 방사상 방향 모두로 간격을 둔채 성형되고 설치되어 분말 방출 경로에 대하여 평행하게 둘러싸는 연속적인 커튼을 형성할 수 있도록, 개스가 상기 제 2 배출구 또는 배출구 군으로 부터 방출될 수 있는 것을 특징으로 하는 랜스.
13. 제12항에 있어서, 상기 제 2 배출구가 연속적인 고리 모양 배출구인 랜스.
14. 제12항에 또는 제13항에 있어서, 상기 분말 배출구가 50 내지 500㎟의 면적을 가지며, 상기 제 2 배출구 또는 배출구 각각이 분말 배출구로 부터 5 내지 20mm거리의 간격을 두고 있는 랜스.
15. 제12항 또는 13항에 있어서, 상기 분말 배출구가 300 내지 2300㎟의 면적을 가지며, 상기 제 2 배출구 또는 배출구 각각이 분말 배출구로 부터 10 내지 30mm 거리의 간격을 두고 있는 랜스.
16. 제12항 또는 13항에 있어서, 상기 랜스는 냉각액 순환을 위하여 설치된 자켓을 포함하는 랜스.
17. 제12항 또는 13항에 있어서, 제2배출구의 면적은 분말 배출구 면적의 2/3 내지 3배인 랜스.