способ ремонта огнеупора и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ ремонта огнеупора путем выброса на его поверхность смеси горючих частиц и огнеупорных частиц в первом газе, обогащенном кислородом, образующим транспортирующий газ, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности ремонта и его производительности, вначале смесь горючих и огнеупорных частиц вводят в первый газ, а затем вводят под давлением кислород или газ, обогащенный кислородом через зону создания потока горючих и огнеупорных частиц и первого газа, и создания таким образом транспортирующего газа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первый газ направляют сверху вниз под давлением, не превышающим атмосферное.

3. Способ по пп.1 2, отличающийся тем, что первый газ содержит кислород менее 18 об.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что первым газом служит азот или углекислый газ.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что первым газом является смесь азота с воздухом.

6. Способ по пп.1 5, отличающийся тем, что кислород или газ, обогащенный кислородом, подают горизонтально под давлением 1 10 бар.

7. Способ по пп.1 6, отличающийся тем, что содержание кислорода в газе, обогащенным кислородом, больше 75 об.

8. Устройство для ремонта огнеупора, содержащее бункер для ввода огнеупорных и горючих частиц, транспортер для частиц, трубопровод для ввода кислорода или газа, обогащенного кислородом, и материалопровод для подвода транспортирующего газа с частицами к эжектирующему соплу, отличающееся тем, что, с целью повышения его эффективности и производительности, оно снабжено связанной с транспортером вертикальной камерой смешения с патрубком для ввода первого газа и с расположенным в ее нижней части и в одну линию горизонтально с материалопроводом соплом для инжектирования кислорода или газа, обогащенного кислородом.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что патрубок для подачи первого газа размещен в верхней части камеры смешения.

10. Устройство по пп.8 9, отличающееся тем, что оно снабжено направляющим конусом, размещенным над инжектором.

11. Устройство по пп.8 10, отличающееся тем, что оно снабжено предохранительным клапаном.

12. Устройство по пп.8 11, отличающееся тем, что материалопровод на входном участке выполнен с расширением и с трубопроводом для дополнительной подачи газа.

13. Устройство по п.8, отличающееся тем, что транспортер выполнен шнековым.

14. Устройство по п.8, отличающееся тем, что камера смешения выполнена с отверстием, соединенным с атмосферой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу ремонта огнеупора и устройству для его осуществления.

Данный способ может относиться к обработке, известной как керамическая сварка, в которой огнеупорный материал накладывают на огнеупорную подложку, образуя на ней покрытие, или заполняя отверстия, трещины в структуре, а также осуществляя керамическое покрытие, в котором блоки или другие конфигурации из керамики формообразуются или очищаются режущим действием.

Керамическая сварка является существенным видом технологии, к которой относится изобретение. Ее широко используют для ремонта печной футеровки на месте, ее преимущество состоит в том, что можно наложить надежный огнеупор при высоких температурах футеровки печи. Следовательно ремонт можно осуществлять, либо не прерывая работу печи, либо в течение короткого перерыва в работе в зависимости от типа печи и размещения в печи места, требующего ремонта.

Обращение с очень мелкодисперсными легко окисляемыми частицами, например, с частицами кремния или алюминия, которые очень часто используются в качестве твердых компонентов топлива при керамической сварке или футеровке, сопряжено с определенной опасностью. Например, преждевременное воспламенение или взрыв могут иметь место в результате локального нагрева или электрических разрядов, которые могут возникнуть от течения частиц в линии подачи порошка.

В процессе ремонта керамики часто необходимо работу проводить быстро. При этом требуется подавать частицы с высокой скоростью и при высокой концентрации кислорода в реакционной зоне. Однако при увеличении скорости подачи частиц и концентрации кислорода возрастает степень риска возникновения опасных ситуаций. Опасные условия могут возникать, когда пытаются подавать легкоокисляемые частицы с высокой скоростью непосредственно в газовый поток, обогащенный кислородом. Опасность преждевременного воспламенения в зоне, в которой частицы сталкиваются с кислородсодержащим газообразным потоком, может обуславливаться механическими силами, возникающими при этом.

Важно для системы подачи порошка для керамической сварки уменьшить опасность таких явлений, которые могут возникать в тех местах, где частицы транспортируются от накопителя до ввода в газовый поток.

Для уменьшения случайного воспламенения было предложено исключить использование газа, обогащенного кислородом, в который подаются окисляемые частицы из места хранения в сварочную насадку, вместо этого подают кислород в сварочную насадку по отдельной линии. В этих предложениях воздух и/или инертный газ используются для ввода частиц из места их накопления. Недостатками таких решений является тот факт, что при данной скорости подача частиц чем больше объемный расход газа, который используется для переноса частиц из накопителя, тем ниже концентрация кислорода в реакционной зоне. Применение таких систем подачи частиц невозможно для тех случаев, когда требуются высокие скорости подачи порошка для большой объективной скорости отложения огнеупора. В промышленности очень важно как можно скорее завершить процесс ремонта печи, что невозможно, если использовать системы подачи порошка, описанные выше.

Целью изобретения является повышение эффективности ремонта и его производительности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе ремонта огнеупора путем выброса на его поверхность смеси горючих частиц и огнеупорных частиц в первом газе, обогащенном кислородом, образующим транспортирующий газ, вначале смесь горючих и огнеупорных частиц вводят первый газ, а затем вводят под давлением кислород или газ, обогащенный кислородом, через зону создания потока горючих и огнеупорных частиц и первого газа и создания таким образом транспортирующего газа. При этом первый газ направляют сверху вниз под давлением, не превышающим атмосферные. Первый газ содержит кислород менее 18 об. Первым газом служит азот или углекислый газ или смесь азота с воздухом. Кислород или газ, обогащенный кислородом, подают горизонтально под давлением 1-10 бар. Содержание кислорода в газе, обогащенным кислородом, больше 75% Устройство для ремонта огнеупора, содержащее бункер для ввода огнеупорных и горючих частиц, транспортер для частиц, трубопровод для ввода кислорода или газа, обогащенного кислородом и систему трубопроводов для подвода транспортирующего газа с частицами к эжектирующему соплу, снабжено связанной с транспортером вертикальной камерой смещения с отверстием для ввода первого газа и с расположенным в ее нижней части и в одну линию горизонтально с указанной системой трубопроводов инжектором для инжектирования кислорода или обогащенного кислородом. Патрубок для подачи первого газа размещен в верхней части камеры смешения. Устройство снабжено направляющим конусом, размещенным над инжектором, и предохранительным клапаном. Материалопровод на входном участке выполнен с расширением и с трубопроводом для дополнительной подачи газа. Транспортер выполнен шнековым. Камера смешения выполнена с отверстием, соединенным с атмосферой.

Путем введения частиц в кислородсодержащий газ после того, как они были введены в первый газ, как было обнаружено, можно обеспечить высокую степень всасывания частиц в поток. Кроме этого, степень всасывания частиц оказывается стабильной, поскольку уменьшается влияние колебаний скорости подачи частиц, текущих свободно в виде твердой массы. Это также означает, что газ-носитель, поддерживающий горение, можно пропускать с увеличенным расходом частиц, тем самым увеличивая скорость отложения огнеупорной массы на заданную поверхность. Одновременно вследствие контактирования частиц с первым газом уменьшается в значительной степени опасность проскока пламени или преждевременного воспламенения.

Изобретение также исключает прямое столкновение высокоскоростных частиц с молекулами кислорода. В этом состоит еще одна возможность улучшения степени безопасности работы устройства, реализующего настоящий способ. Поданный первый газ первоначально образует газовую оболочку или барьер между высокоскоростным газом, обогащенным кислородом, и стенками выходного патрубка. Введенные вместе с первым газом частицы постепенно приходят в контакт с кислородсодержащим газом при их прохождении реакционной зоне. Тем самым обеспечивается постепенное увеличение степени контактирования части с кислородсодержащим газом, уменьшая опасность предварительного воспламенения.

Использование в настоящем изобретении кислородсодержащего газа для ввода частиц позволяет свести к минимуму использование инертного газа, тем самым обеспечивая доставку к месту ремонта высокоэффективной смеси частиц с газом, обогащенным кислородом.

Одна из возможных причин, благодаря которым обеспечивается успех, может состоять в том, что первый газ создает покрывающий слой, который может играть роль смазки вокруг частиц. Это предотвращает появление трения или абразивного эффекта при контактировании частиц с потоком, обогащенным кислородом, препятствуя столкновению частиц между собой или со стенками оборудования, что в противном случае может быть причиной локального нагрева или пробивания электрических зарядов, которые вызывают предварительное воспламенение и горение.

Хотя положительный эффект заметен особенно при высоких удельных расходах частиц и газа носителя, т.е. при высоких скоростях подачи, он также проявляется и при малых удельных расходах. Высокие значения удельных расходов могут быть получены в линиях подачи различных диаметров.

Для удобства работы желательно, чтобы огнеупорные частицы, например, при керамической сварке, также вводились в первый газ. Таким образом, огнеупорные частицы также контактируют с первым газом и всасываются во впускную зону.

Желательно поддерживать расход первого газа на возможно более низком уровне, обеспечивая при этом заданный расход частиц. Это приведет к тому, что частицы и первый газ быстрее вовлекутся в движение и не будут наталкиваться на газ, обогащенный кислородом. В частности важно, чтобы соотношение расходов частиц и первого газа было таким, чтобы не возникало псевдоожиженного течения частиц в первом газе. Одним из предпочтительных способов обеспечения относительно низкого отношения расходов является вовлечение первого газа с частицами во впускную зону путем их направления вниз, тем самым используется гравитация для получения высокой скорости частиц.

Другая предпочтительная особенность, способствующая исключению принудительного движения частиц, это поддерживание давления первого газа на уровне не выше атмосферного.

Средством, нагнетающим газ, обогащенный кислородом, во впускную зону, преимущественно является сопловой инжектор, который наиболее выгодно располагать соосно направлению выходящего потока с частицами и кислородсодержащим газом из впускной зоны. Это обеспечивает высокую скорость прохождения газа, обогащенного кислородом, через впускную зону, тем самым увеличивая эффект всасывания. Направление течения через впускную зону относительно первого газа с частицами следует выбрать таким образом, чтобы облегчить всасывание (эжекцию); предпочтительным направлением потока является горизонтальное.

Термин обогащенный кислородом, используемый в данном случае в отношении подсасывающего газа, означает, что в этом газе содержится кислорода больше, чем в воздухе. В основном содержание кислорода может быть по меньшей мере 60 об. а наиболее предпочтительно по меньшей мере 75 об.

Использование по существу чистого кислорода допустимо и имеет место, однако в таком случае необходимо обеспечить меры безопасности, поскольку при этом в реакционной зоне будет иметь место очень высокая концентрация кислорода.

Давление инжекции газа, обогащенного кислородом, преимущественно составляет 1-10 бар.

Хотя ввод частиц первого газа в газ, обогащенный кислородом, осуществляется во впускной зоне, полное смещение различных газов и частиц не обязательно имеет место в этой точке. Обычно перемешивание компонентов продолжается в трубах, ведущих от впускной зоны к реакционной зоне, при этом полное смешение имеет место в реакционной зоне.

Первый газ является инертным или относительно инертным, т.е. можно сказать, что содержание кислорода в этом газе меньше 18 об. Примерами инертного газа или относительно инертного газа являются азот и углекислый газ или смеси этим газов с другими газами. Предпочтительная смесь воздуха с азотом. Поскольку первый газ ранее всего контактирует с частицами, то наличие инертного или относительно инертного газа в этом месте обеспечивает отсутствие предварительного горения во впускной зоне. Инертный или относительно инертный газ также разбавляет газ-носитель, уменьшая концентрацию кислорода в реакционной зоне, и поэтому количество первого газа относительно обогащенного кислородом газа должно быть таким, чтобы суммарное содержание кислорода в реакционной зоне не было бы ниже допустимого уровня, осуществляя эффективное горение в реакционной зоне. Аналогично, наличие первого газа обеспечивает защиту вновь поступающих частиц, если они сталкиваются со стенками устройства, уменьшая опасность локального нагрева или возникновения электрических разрядов в этих местах.

В соответствии с требованиями, выполнение которых необходимо для надлежащего горения, а также связанными с поддержанием относительных расходов и скоростей в месте смещения для обеспечения заданной эжекции, можно вводить в газы различные добавки. Смешанные потоки можно также обогащать кислородом за местом смешения. Такие добавки выгодны, они обеспечивают широкие возможности регулирования в соответствии с условиями ремонта керамики. Так, положительный эффект можно получить используя в качестве первого газа обогащенный кислородом газ, обеспечив при этом соответствующие меры безопасности в системе подачи перед местом ввода обогащенного газа.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематично представлен блок керамической сварки; на фиг. 2 секция подачи частиц и газа блока, показанного на фиг. 1, в увеличенном масштабе.

Блок содержит загрузочный бункер 1, шнековый транспортер 2, привод которого осуществляется двигателем с переменным числом оборотов (не показан), транспортер подходит к камере ввода 3 с патрубком 4 для подачи первого газа в камеру 3. Инжекционное сопло 5 для газа, обогащенного кислородом, подходит к зоне 6, расположенной у основания камеры 3. Материалопровод 7 направлен от зоны ввода 6 к распыливающему соплу 8. В верхней части камеры 3 имеется патрубок 9 с разрывным диском 10, рассчитанным на определенное давление разрыва. Направляющий конус 11 установлен в камере 3 непосредственно над зоной ввода 6. В материалопроводе 7 имеется расширяющаяся секция 12, способствующая перемешиванию частиц и газов, выходящих из зоны 6. Имеется дополнительный ввод 13 на входе в сопло 8 для ввода дополнительного кислорода или других газов через клапан 14.

Манометр 15 установлен в верхней части камеры 3 для определения отклонения давления от нормы.

Сопло 8 имеет водяную рубашку 16, снабженную входом 17 и выходом 18.

В процессе работы напыляемые частицы направляются в бункер 1 и далее шнековым транспортером 2 в камеру 3 и в зону ввода 6. Поток азота подают в камеру 3 через патрубок 4. Этот поток является первым газом для частиц. Поток направляется вниз через камеру 3 и вместе с частицами проходит через конус 11 в центр зоны ввода 6. Поток кислорода под давлением инжектируется в зону 6 через сопло 5, вытягивая частицы в первый газ из камеры 3. Таким образом, частицы перемещаются под действием силы тяжести, а также потока кислорода. Образованный поток газа с частицами направляется в насадок.

Типичные размеры секции подачи: диаметр камеры 3-100 мм, внутренний диаметр сопла для подачи кислородсодержащего газа 10 мм, внутренний диаметр выходного канала из зоны ввода увеличивается от 30 до 50 мм.

Ниже представлены различные примеры реализации настоящего изобретения.

П р и м е р 1. Для компенсации износа стеновых печных блоков (22 на рис. 1), изготовленных из окиси циркония, окиси алюминия, и окиси кремния (товарный знак СОРНАРТ АС), на стенку было нанесено покрытие путем отложения смеси частиц, направленных газом-носителем через насадок, температура печи поддерживалась на уровне 1200^оС. Смесь частиц состояла из 35% по массе окиси циркония и 53% по массе окиси алюминия, к которым были подмешаны кремний и алюминий, причем содержание кремния в смеси составило 8% а алюминия 4%

Частицы окиси алюминия и окиси циркония имели размер 50-500 мкм, а частицы кремния и алюминия имели средний размер менее 10 мкм. Удельная площадь поверхности частиц кремния 4000 см²/г, а алюминия 6000 см²/г.

Смесь частиц была загружена в бункер 1, откуда она поступила в камеру 3 шнеком 2. Скорость вращения шнека 2 соответствовала расходу частиц 600 кг/ч. Азот вводился через патрубок 4 в качестве первого газа с расходом 43 м³/ч. Частицы с азотным потоком проходят в зону ввода 6. Кислород вводился через инжекционное сопло 5 с расходом 280 м³/ч над избыточным давлением 7,2 бар. Азот и частицы перемешивались с кислородом под эжектирующим действием потока кислорода.

В данном конкретном примере разрывной диск 10 отсутствовал, и через патрубок 9 свободно проходил воздух под атмосферным давлением с расходом 102 м³/ч.

Дополнительный поток воздуха в сопло 8 поступал через вход (не показанный на рисунке) с расходом 280 м³/ч при избыточном давлении 8,1 м³/ч. Эта дополнительная точка ввода кислорода расположена на входе в насадок. Сопло имело телескопическую конструкцию длиной 12 м в полностью вытянутом состоянии, он был смонтирован на самоходной тележке (не показано), которую можно перемещать в заданное положение для ремонта стенки печи 19.

Введение частиц в первый газ, их подмешивание в кислородный поток, эффективное сжигание обеспечивают формирование высококачественной огнеупорной массы, которая качественно откладывается на стенке печи 19, причем имеет место минимальная опасность горения в подающем канале.

П р и м е р 2. Для ремонта трещин в стенке печи, выполненной из блоков окиси кремния, была использована смесь, состоящая из, мас. окись кремния 87, кремний 12 и алюминий 1. Окись кремния состояла из 3 частей кристобалита и 2 частей тридимита (по массе) с размерами зерна от 10 мкм до 2 мм. Силикон и алюминий имели частицы со средним размером зерен менее 10 мкм. Удельная поверхность кремния 4000 см²/г, а алюминия 6000 см²/г. Ремонт производился при температуре стенки печи 1150^оС. Так же, как в примере 1, смесь частиц вводилась в бункер 1, откуда она направлялась в камеру 3 шнековым транспортером 2. Скорость вращения шнека соответствовала расходу частиц 600 кг/ч. Однако в этом примере был установлен разрывной диск 10, препятствуя проходу воздуха по патрубку 9, одновременно обеспечивая вентиляцию камеры при взрыве внутри нее. Аналогично бункер был загерметизирован, давление внутри него поддерживалось за счет подачи газа. В качестве этого газа был выбран азот, поскольку он был в наличии. Давление (избыточное) внутри бункера составило 2 бар.

В этом примере азот подавался по входу 4 с расходом 125 м³/ч. Как в примере 1, через сопло 5 поступал кислород в зону 6 с расходом 280 м³/ч при давлении 7,2 бар.

Дополнительный кислород также вводился на входе в насадок с расходом 280 м³/ч под избыточным давлением 8,1 бар. Также были получены превосходные результаты по качеству и скорости нанесения покрытия.

П р и м е р 3. Для ремонта стенок (огнеупорных блоков) ковша для расплавленного металла, подвергающихся сильному износу, на стенки, имеющие температуру 1000^оС, наносилась смесь, состоящая, мас. окись магния 92, кремний 4 и алюминий 4 и переносимая несущим газом в насадок.

Окись магния имела размеры зерен 0,1-2 мм. Частицы кремния и алюминия имели размеры зерен менее 10 мкм, удельная поверхность кремния 4000 см³/г, алюминия 6000 см²/г. Эта смесь вводилась в камеру 3 так же, как в примере 1, за исключением того, что скорость вращения шнека 2 соответствовала расходу 1000 кг/ч. В качестве первого газа использовался азот с расходом 1000 кг/ч.

Кислород поступал из сопла 5 с расходом 140 м³/ч под давлением 6,4 бар. Как в примере 2, разрывной диск 10 закрывал патрубок 9, давление в бункере составило 1,5 бар за счет подачи азота.

Дополнительный кислород вводился на входе в насадок с расходом 140 м³/ч.

Таким образом изготовленное покрытие выдерживало 20 разливок металла, причем ремонт футеровки можно проводить во время простоев между разливками.

Во время работы устройства расход кислорода в зоне ввода увеличивали, а добавление кислорода на входе в насадок отключали.