噴塗耐火材料的裝置及其噴嘴的製作方法

2023-05-25 16:05:11 1

專利名稱：噴塗耐火材料的裝置及其噴嘴的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種塗敷材料的裝置，更特別地涉及一種噴塗單塊耐火材料的噴塗裝置。
背景技術：
將材料噴塗到目標襯底上，用於製造或修補耐火襯裡的噴塗裝置已是公知的技術。用於製造和修補耐火襯裡的兩種公知並廣泛採用的噴塗方法為，噴漿型(gunnite-type)和噴射混凝土型(shotcrete-type)的噴塗方法。不像其他鑄造方法，這些噴塗方法不需要用於鑄造耐火襯裡的框架，因此應用很方便，即使是在不規則形狀或當框架難以構造的時候也很方便。因此，噴塗方法已經廣泛應用在製造和修補耐火襯裡中，特別是用於諸如鼓風爐、高溫爐、電子爐、轉爐、鑄鏟、澆口盤、基本的氧氣爐和再熱爐的爐子中。
在噴漿方法中，用於被「噴射」的乾粉狀材料被氣動地通過輸送軟管進入噴嘴裝置中，在噴嘴中加入水，從而產生出溼的、高粘度的、具有很好的粘附性能的噴塗材料。噴塗材料從噴嘴裝置中噴射出，使得噴塗材料凝固並粘附在爐子的壁面上，因此耐火爐子襯裡被製造出來或修補。噴漿的噴塗方法不需要材料與水的預先混合，因此可以很快地完成，並且沒有太多的注意事項，裝置的清理也是最簡單的。勝過其他製造或修補爐襯方法的另外一個優點在於，不需要使用襯裡模具，從而降低了成本，提高了工作效率，並且熱爐襯和冷爐襯都可以修補。但是，噴漿方法的一個缺點在於，當材料和水通過噴杆、噴管或噴嘴輸送時，難以使材料和水徹底混合，也難以使材料完全變溼。對於短的噴管(短於5英尺)來說，尤其如此。在這樣的情況下，不徹底的混合導致塗敷塊的一致性和密度都不是最佳的和令人滿意的，聚集物回彈、粘附質量差和常常過多材料從管中滴落等導致的材料浪費也增加了。此外，當噴塗材料流動的方向需要改變時，噴塗材料往往以一種「分開」的非均勻流束離開噴嘴，該流束中的一部分非常幹，而另一部份卻太溼，這是一種不受任何可能嘗試的水控制約束的現象。噴塗到目標物上的噴塗材料太幹或太溼帶來的問題是，一部分材料不會粘附到襯底上，帶來偏轉的顆粒的損失(通常稱為「回彈」)，從而降低了噴塗材料粘附到爐壁上的粘附比例，因此影響了耐火爐塊的質量和耐久性。為了克服上述噴嘴噴塗方法帶來的問題，噴射混凝土的噴塗方法被開發出來。
與用噴漿的方法獲得的耐火材料相比，用噴射混凝土的噴塗方法製造的耐火材料具有更均勻的質量和更好的物理性能，因此通常用於製造高密度、單塊結構的耐火材料。在噴射混凝土方法中，噴塗材料是這樣製造的，即在輸送到噴塗裝置之前，將乾材料和水在單獨的混合裝置中進行混合。乾粉材料在混合器中預先用水弄溼，然後用輸送泵通過輸送軟管泵送到噴塗裝置中，該噴塗裝置利用壓縮空氣將噴塗材料噴射到目標上。在噴塗材料被噴射到爐壁結構之前，通常給噴嘴中的噴塗材料加入凝固劑。
但是，噴射混凝土的噴塗方法不是沒有其附帶的缺點，因為必須在單獨的容器中將乾材料與水進行混合，直到獲得合適的密度。這樣，在用輸送泵將混凝土噴塗材料輸送到噴塗裝置之前，需要對混凝土噴塗材料進行混合，因此與噴嘴噴塗方法相比較，需要額外的設備，例如混合器、輸送系統和人力。此外，在噴射混凝土的噴塗方法中，為了獲得合適的密度，準確控制噴塗材料中水的量是很重要的。結果，對噴射混凝土的噴塗工作人員來說，需要掌握保持正確的水量，以獲得令人滿意的組成。如果用的水太少，在泵或輸送軟管中可能發生噴塗材料的堵塞或過早硬化。相反地，如果用的水太多，可能發生用於噴射的噴塗材料中的粗顆粒和細粉末分離，從而導致耐火層的不均勻和低質量。
「噴射混凝土」方法的另外一個缺點在於，對混合器和泵的後勤管理。一定量的噴塗材料殘留在輸送軟管和噴嘴中，將帶來材料的浪費，並增加了倒空和清洗設備的人力成本。
此外，與可以在高溫(例如高於2000°F)下使用、用來修補爐壁的噴漿的噴塗方法不同的是，在高溫下用噴射混凝土的噴塗方法修補耐火材料的嘗試不是很成功。
上文闡述了目前的耐火材料噴塗方法和設備中存在的公知的局限性。那麼，提供一種旨在克服上述一個或多個缺陷的替代噴塗方法，顯然是很有好處的。因此，本發明提供了一種噴塗材料的替代裝置，其中包括的特徵將在下文中更詳細地進行說明。

發明內容
根據本發明，提供了一種噴塗材料的裝置，該噴塗裝置包括一個噴嘴，該噴嘴包括內部通道和外部通道，其中內部通道具有導入溼材料的進口端和噴塗材料的出口端。外部通道設置在內部通道周圍並與其流體連通，外部通道具有一個進口端，該進口端引導要流經外部通道並撞擊在流過內部通道的溼材料上的氣體，從而壓縮離開噴嘴的材料。
本發明還提供了一種具有提供材料的材料輸送軟管的材料噴塗裝置。與材料輸送軟管流體連通的進水口提供水，用來弄溼材料，而噴嘴輸出溼材料。混合腔設置在材料輸送軟管和噴嘴之間，並與材料輸送軟管和噴嘴流體連通，混合腔具有用於引入混合氣體的至少一個進氣口。
當結合附圖理解下面對本發明的詳細描述時，會很容易明白本發明的上述特點和其他特點。


對於本領域的普通技術人員來說，在理解了下面的結合附圖的詳細描述之後，很容易明白本發明的具有新穎性的特徵和優點，其中圖1是具有根據本發明一個實施例的噴嘴的噴塗裝置的局部剖視圖；圖2是圖1中所示噴嘴出口端的側視圖；圖3是具有根據本發明另一實施例的噴嘴的剖視圖；圖4是圖3中所示噴嘴出口端的側視圖；圖5是具有根據本發明又一實施例的噴嘴的剖視圖；圖6是說明位於圖5所示噴嘴中的周向通槽的末端優選地交疊定位的示意圖；圖7是圖5中所示噴嘴出口端的側視圖；圖8是根據本發明又一實施例的噴塗裝置的視圖。
具體實施例方式
這裡使用的術語「滴落」一般指這樣一種現象，即當溼的產品細料從噴塗材料流中分離出來的時候產生的現象。更特別地，它包括但不僅限於這樣一種情況，即在噴嘴裝置出口端的尖端堆積粘性油灰狀物質，這些物質可以從要噴射到目標襯底上的噴塗材料中滴落，從而對塗敷質量產生不利的影響。這個定義還包括第二種類型的「滴落」現象，即當細料沿著噴嘴裝置的內壁從噴塗噴嘴流中沉積下來的時候產生的現象，產生了從低速噴嘴裝置中噴射出的更低粘度的「滴落」，由於它不會到達目標襯底，因此帶來了材料的浪費。
這裡使用的術語「回彈」一般指這樣一種現象，即當噴塗材料不粘附到目標襯底上時的現象，例如由於噴塗材料不夠溼，或者沒有被更完全溼潤的噴塗材料裹入。它還包括但不限於聚集物偏轉(aggregate deflection)的情況，即當包含在材料中的聚集物在目標表面上彈回，或者在噴塗材料噴塗到目標襯底上的過程中或之後的瞬間，噴塗材料從目標襯底上脫落的現象，從而導致噴塗材料粘附到爐壁上的比例更少。
本發明提供了一種噴塗裝置，用於將諸如單塊耐火材料塗敷到諸如爐子內壁面的表面上，最好當爐子還在被加熱的時候。此外，本發明提供了一種用在噴塗裝置中的噴嘴，該噴嘴用於使材料和水混合得更均勻，並將混合後的材料輸送到目標表面上。特別地，已經發現本發明的噴塗裝置提高了粉末狀材料和水接觸的程度和徹底性，在克服不規則或不夠充分的混合方面有所改進，並改善了噴塗流的凝固效果，因此減少了「滴落」、「分叉」的不均勻噴塗流和「回彈」的發生。通過減少這些問題的出現，噴塗材料的粘附比例有所提高，使得與傳統的塗敷裝置和方法相比較，襯體的密度和強度都提高了，因此提高了塗敷塊的質量和耐久性。
參照附圖可以對本發明有更好的理解，附圖中相同的附圖標記表示相同的部件。需要強調的是，按照通常的慣例，附圖中所示裝置以及相關組成部件的各種尺寸都不是按比例繪製的，而是為了清楚起見進行了放大。
現在參照附圖，圖1所示的是噴塗材料的噴塗裝置，該噴塗裝置包括具有內部通道100的噴嘴1，內部通道100具有導入溼材料的進口端102和噴射材料的出口端103。外部通道200設置在內部通道100的周圍並與其流體連通；外部通道200具有進口端202，該進口端用於引導氣體流經外部通道200並撞擊在流經內部通道100的溼材料上。內部通道100最好由內部管狀部件110限定，而外部通道200由設置在內部管狀部件110周圍的外部管狀部件210來限定。
與噴嘴100循序連接的是混合腔30、材料輸送軟管20和進水口10，所有這些部件是流體連通的，並且通過這些部件進料，而且最好通過與進水口10連接的運送管5氣動供料。進水口10與水源60連接，水源60提供水用於弄溼材料，以形成「噴塗」材料，該「噴塗」材料穿過材料輸送軟管20進入混合腔30。
混合腔30設置在材料輸送軟管20和噴嘴1之間，並與材料輸送軟管20和噴嘴1流體連通。更特別地，混合腔30與噴嘴1內部通道100的進口端102和混合氣體源流體連通。混合氣體最好由至少一個進氣口90提供，進氣口90用於將氣體噴射到噴塗材料流上。更優選地，進氣口90包括位於水平方向的環狀氣體噴射口，該氣體噴射口使流動撞擊到材料上，從而導致材料和水的進一步混合。
在操作過程中，氣體驅動的噴塗材料離開混合腔30，噴射進入進口端102，從內部管狀部件110的出口端103噴出，並噴射到目標襯底(未示出)上。限定出內部通道110的內部管狀部件110長約4-30英尺。優選地，限定出內部通道110的內部管狀部件110長約12-36英寸，並與混合腔30流體連通，而且最好通過所示的螺紋接管與混合腔30相連接。優選地，外部通道200是由內部管狀部件110限定的環形空間，該內部管狀部件110同心設置在外部管狀部件210中。
根據第一噴嘴實施例，如圖1所示，限定外部管道200的外部管狀部件210比限定內部通道100的內部管狀部件110要長。外部管狀部件210這樣設置，以使得外部通道200延伸到內部管狀部件110的出口端103的外側，並最好超出約1/4到12英寸。
優選地，噴嘴1還包括設置在內部通道100進口端102的周圍的中空凸緣40。圖2所示的是從內部管狀部件110的出口端103看中空凸緣40的側視圖。中空凸緣40包括至少一個進氣口42，該進氣口42將外部通道200的進口端202與撞擊到溼潤材料上的氣體源相連。
在這種情況下，通過外部通道可以提供一種可控氣體噴射，該氣體流經外部通道，到達出口端，並且考慮到更少的材料浪費和更好的塗敷質量，當噴塗材料離開內部管狀部件110的出口端時，該氣體起到統一噴塗材料流的作用。如圖1所示，提供了氣體管道50，該氣體管道50向進氣口42、90提供氣體來源。
根據本發明的另一實施例，圖3所示的是根據本發明的噴嘴2的一個替換實施例，其中內部管狀部件110包括至少一個開口105，該開口105穿過該內部管狀部件110的出口端並在其附近，從而將噴嘴的內部通道和外部通道連接起來。優選地，至少一個開口與內部管狀部件110的縱軸成大約5到90度的角度，以使得當流經外部通道的氣體進入噴塗材料流的時候，以一定的角度噴射進入內部通道。在這種情況下，當噴塗材料離開噴嘴的出口端時，噴塗材料的噴射被控制了，而且提供了更加準確的噴射，材料的滴落和回彈都減少了。圖4所示的是從噴嘴2的出口端看中空凸緣40的側視圖。
根據本發明的另一實施例，圖5所示的仍是根據本發明的噴嘴3的另外一個實施例，其中在進口端102附近在內部管狀部件110中沿周向設置了多個狹長通槽106。這些通槽可以位於內部管狀部件內的任何位置。圖6所示的是說明每個軸向通槽106的末端優選地交疊定位的示意圖。圖7所示的是從噴嘴3的出口端看中空凸緣40的側視圖。
圖8所示的仍是根據本發明的噴塗材料的裝置的另一實施例，其中採用了管狀部件300，管狀部件300與位於管狀部件300的進口端的氣體混合腔301連接，而且進氣腔302位於管狀部件的出口端303。混合腔301和進氣腔302聯合的作用在於，提高在到達出口端之前，材料與水的混合和交融的效果。管狀部件300可以與上述的任何一種噴嘴一起使用，並與噴嘴的出口端303或者變窄的尖端連接，從而壓縮離開噴嘴的噴塗材料。
儘管已經對本發明的具體實施例和應用進行了說明，但是對於本領域的技術人員而言，顯然可以在不偏離在這裡描述的創造性概念的前提下，對本發明作出更多的修飾。因此，可以認為本發明是可以修飾的，而不是僅限於上面描述的準確細節。相反，可以在不偏離權利要求及其等同替換的範圍內，對上述細節作出各種修改。可以預見，上述噴塗裝置可以應用在材料定位的噴射混凝土方法中。還可以預見，上述裝置可以應用在製造或修補耐火襯裡以外的應用領域中。
權利要求
1.一種噴塗材料的裝置，包括噴嘴，該噴嘴包括內部通道，具有導入溼材料的進口端和噴塗該材料的出口端；外部通道，設置在內部通道周圍並與該內部通道流體連通，外部通道具有一個進口端，該進口端引導要流經外部通道並撞擊在流過內部通道的溼材料上的氣體。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，內部通道由一內部管狀部件限定，外部通道由設置在該內部管狀部件周圍的外部管狀部件來限定。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，噴嘴還包括設置在內部通道的進口端周圍的中空凸緣端部，該中空凸緣端部具有至少一個進氣口，該進氣口使外部通道的進口端與要撞擊在溼材料上的氣體的氣源相連接。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，噴嘴還包括設置在內部通道的進口端周圍的中空凸緣端部，該中空凸緣端部具有多個進氣口，該進氣口使外部通道的進口端與要撞擊在溼材料上的氣體的氣源相連接。
5.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，限定外部通道的所述外部管狀部件比限定內部通道的所述內部管狀部件長，外部管狀部件設置成該外部通道延伸到內部通道的出口端以外。
6.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，內部管狀部件包括通過並位於其出口端附近的至少一個開口，該開口將噴嘴的內部通道和外部通道連接起來。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述至少一個開口與內部管狀部件的縱向軸線成大約30度角。
8.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述至少一個開口是在所述進口端附近在內部管狀部件中沿周向定位的多個通槽。
9.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，還包括與內部通道的進口端流體連通的混合腔。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於，混合腔與一混合氣體源流體連通。
11.一種噴塗材料的裝置，包括提供材料的材料輸送軟管；與材料輸送軟管流體連通的進水口，用於提供水來弄溼材料；輸出溼材料的噴嘴；以及混合腔，設置在材料輸送軟管和噴嘴之間，並與材料輸送軟管和噴嘴流體連通，所述混合腔具有引入混合氣體的至少一個進口。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，進水口包括環狀的至少一個噴水口。
13.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，噴嘴還包括內部通道，具有導入溼材料的進口端和噴塗該材料的出口端；外部通道，設置在內部通道周圍並與該內部通道流體連通，外部通道具有一個進口端，該進口端引導要流經外部通道並撞擊在流過內部通道的溼材料上的氣體。
14.根據權利要求13所述的裝置，其特徵在於，內部通道由一內部管狀部件限定，外部通道由設置在該內部管狀部件周圍的外部管狀部件來限定。
15.根據權利要求13所述的裝置，其特徵在於，噴嘴還包括設置在內部通道的進口端周圍的中空凸緣端部，該中空凸緣端部具有至少一個進氣口，該進氣口使外部通道的進口端與要撞擊在溼材料上的氣體的氣源相連接。
16.根據權利要求15所述的裝置，其特徵在於，限定外部通道的所述外部管狀部件比限定內部通道的所述內部管狀部件長，外部管狀部件設置成該外部通道延伸到內部通道的出口端以外。
17.根據權利要求15所述的裝置，其特徵在於，內部管狀部件包括通過並位於其出口端附近的至少一個開口，該開口將噴嘴的內部通道和外部通道連接起來。
18.根據權利要求17所述的裝置，其特徵在於，所述至少一個開口與內部管狀部件的縱向軸線成大約30度角。
19.根據權利要求17所述的裝置，其特徵在於，所述至少一個開口是在所述進口端附近在內部管狀部件中沿周向定位的多個通槽。
20.根據權利要求14所述的裝置，其特徵在於，還包括與內部通道的進口端流體連通的混合腔。
21.根據權利要求20所述的裝置，其特徵在於，混合腔與一混合氣體源流體連通。
22.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，還包括進氣腔，所述進氣腔位於噴嘴和內部通道出口之間，並與噴嘴和內部通道的出口流體連通，所述進氣腔具有至少一個用於導入氣體的進氣口。
全文摘要
本發明公開了一種噴塗材料的裝置，該裝置包括一個具有內部通道(100)的噴嘴(1)，該內部通道具有一個導入溼材料的進口端(102)和一個噴塗材料的出口端(103)。外部通道(200)設置在內部通道(100)的周圍並與其流體連通，外部通道具有一個進口端(202)，該進口端引導要流經外部通道並撞擊在流過內部通道的溼材料上氣體。本發明還公開了一種包括提供材料的材料輸送軟管的噴塗材料裝置。與材料輸送軟管(20)流體連通的進水口(10)提供使材料變溼的水，噴嘴(1)噴射出溼材料。混合腔(30)設置在材料輸送軟管(20)和噴嘴(1)之間，並與材料輸送軟管流體連通，並至少具有一個導入混合氣體的進氣口。
文檔編號B29C70/04GK1744952SQ200480003072
公開日2006年3月8日 申請日期2004年1月22日 優先權日2003年1月29日
發明者B·D·吉斯特, E·A·J·萊茨古斯, H·H·戈登, W·J·珀施勒, J·A·帕金森 申請人:密執安特種礦石公司