AT509204B1 - Beschichtung für bei der herstellung von roheisen oder von stahl verwendeten maschinenteilen - Google Patents

Beschichtung für bei der herstellung von roheisen oder von stahl verwendeten maschinenteilen Download PDF

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AT509204B1
AT509204B1 AT0083810A AT8382010A AT509204B1 AT 509204 B1 AT509204 B1 AT 509204B1 AT 0083810 A AT0083810 A AT 0083810A AT 8382010 A AT8382010 A AT 8382010A AT 509204 B1 AT509204 B1 AT 509204B1
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung, die zum Beschichten von bei der Herstellung von Roheisen oder von Stahl verwendeten Maschinenteilen verwendet wird.Die erfindungsgemäße Zusammensetzung umfasst- Aluminiumnitrid (AIN) in einem Mengenanteil von 10 Gewichts% bis zu 40 Gewichts%- eine oder mehrere metalloxidische Substanzen in einem Mengenanteil von mindestens 2 bis zu 10 Gewichts%, von denen mindestens eine aus der Gruppe- Aluminiumoxid,- Zirkonoxid,- LD-Konverterstaub stammt,- anorganischer Binder in einem Mengenanteil von bis zu 70 Gewichts%,wobei die Gewichts% bezogen sind auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Weiters betrifft sie eine Suspension auf Basis der Zusammensetzung und die Verwendung der Zusammensetzung beziehungsweise der Suspension einer Zusammensetzung zum Beschichten von bei der Herstellung von Roheisen oder von Stahl verwendeten Maschinenteilen.

Description

österreichisches Patentamt AT509 204B1 2011-07-15
Beschreibung
BEZEICHNUNG DER ERFINDUNG
[0001] Beschichtung für bei der Herstellung von Roheisen oder von Stahl verwendeten Maschinenteilen
GEBIET DER TECHNIK
[0002] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung, die zum Beschichten von bei der Herstellung von Roheisen oder von Stahl verwendeten Maschinenteilen verwendet wird. Weiters betrifft sie eine Suspension auf Basis der Zusammensetzung.
STAND DER TECHNIK
[0003] Bei der Herstellung von Roheisen oder von Stahl verwendete Maschinenteile, die im Normalbetrieb einer Roheisen- oder Stahl- erzeugenden Anlage mit schmelzflüssigen Medien wie beispielsweise Roheisen, Stahl, Schlacke in Kontakt treten, werden durch erstarrte Anhaftungen dieser Medien bedeckt. Solche Anhaftungen verändern Gewicht und Dimensionen der Maschinenteile. Daraus ergeben sich unter Anderem die Nachteile, dass Passformen nicht zuverlässig gewährleistet werden können, Maschinenteile nicht mehr durch für das Maschinenteil ohne Anhaftungen dimensionierte Öffnungen zugeführt oder entfernt werden können, oder die Maschinenteile bewegende Antriebe das zusätzliche Gewicht der Anhaftungen nicht bewältigen können. Um derartige Nachteile unter Kontrolle zu halten, ist es üblich, die Anhaftungen regelmäßig zu entfernen beziehungsweise mit Anhaftungen belegte Maschinenteile auszutauschen. Das erfordert einen hohen Zeit- und Ressourcenaufwand.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE AUFGABE
[0004] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Anhaftungen an bei der Herstellung von Roheisen oder von Stahl verwendeten Maschinenteilen, die im Normalbetrieb einer Roheisenoder Stahl- erzeugenden Anlage mit schmelzflüssigen Medien wie beispielsweise Roheisen, Stahl, Schlacke in Kontakt treten, zu vermindern oder zu vermeiden.
TECHNISCHE LÖSUNG
[0005] Diese Aufgabe wird gelöst durch [0006] eine Zusammensetzung, umfassend [0007] - Aluminiumnitrid (AIN) in einem Mengenanteil von 10 Gewichts% bis zu 40 Gewichts% [0008] - eine oder mehrere metalloxidische Substanzen in einem Mengenanteil von mindestens 2 bis zu 10 Gewichts%, von denen mindestens eine aus der Gruppe [0009] - Aluminiumoxid, [0010] - Zirkonoxid, [0011] - LD-Konverterstaub [0012] stammt, [0013] - anorganischer Binder in einem Mengenanteil von bis zu 70 Gewichts%, [0014] wobei die Gewichts% bezogen sind auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
[0015] Das Aluminiumnitrid besitzt beispielsweise eine Reinheit von 99%, eine mittlere Teilchengröße von 1-1,3 Mikrometer, eine Dichte von 3,2 - 3,3 g/cm3, einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4,8 bei (50-400 °C) [x10-6/K], eine Wärmeleitfähigkeit von 140 - 200 (W/mK), 1 /6 österreichisches Patentamt AT509 204B1 2011-07-15 ein E-Modul von 3,1 - 3,6 GPa.
[0016] Das Aluminiumnitrid ist mit einem Mengenanteil von bis zu 40 Gewichts% in der Zusammensetzung enthalten.
[0017] Ein größere Mengenanteil hätte zur Folge, dass die gewünschten Eigenschaften der Beschichtung wie beispielsweise hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Dichte, hohe Temperaturbeständigkeit und hohe Druck- und Zugfestigkeit einer mit Hilfe der Zusammensetzung hergestellten Beschichtung unter ein akzeptables Maß fällt [0018] - unter Anderem deshalb, weil die Beschichtung porös wäre, und weil der Binder in der Beschichtung nicht homogen verteilt wäre und die anderen Bestandteile der Zusammensetzung nicht genügend ummanteln würde. Zudem würde ein größerer Mengenanteil Aluminiumnitrid bedeuten, dass der Mengenanteil des Binders auf ein Maß fallen würde, bei dem für eine gute Verarbeitbarkeit bei der Aufbringung einer Beschichtung Verdünner in einem Ausmaß zugesetzt werden müsste, was die Aufbringung der Beschichtung erschweren würde.
[0019] Das Aluminiumnitrid ist in einem Mengenanteil von mindestens 10 Gewichts% in der Zusammensetzung enthalten.
[0020] Unter metalloxidischen Substanzen sind Substanzen zu verstehen wie beispielsweise Eisenoxide, Aluminiumoxid und Zirkonoxid ZrO.
[0021] Die metalloxidischen Substanzen sind in einer Menge von bis zu 10 Gewichts% enthalten. Eine größere Menge würde in einer auf Basis der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestellten Beschichtung die Nachteile größere Porosität der Beschichtung und damit schlechterer Wärmeleitfähigkeit der Beschichtung, sowie eine geringe Festigkeit der Beschichtung aufgrund verschiedener Wärmeausdehnungskoeffizienten der Partikel in der Beschichtung nach sich ziehen.
[0022] Die metalloxidischen Substanzen sind in einer Menge von mindestens 2 Gewichts% in der Zusammensetzung enthalten. Unterhalb dieser Menge werden die von den metalloxidischen Substanzen hervorgerufenen beziehungsweise unterstützten Eigenschaften einer auf Basis der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erhaltenen Beschichtung nicht gewährleistet.
[0023] Die metalloxidischen Substanzen liegen mit einer mittleren Teilchengröße von 1-1,3 Mikrometer vor.
[0024] Die metalloxidischen Bestandteile wie beispielsweise Eisenoxide, Aluminiumoxid und Zirkonoxid, erhöhen den Temperaturbereich, bei dem eine mit der Zusammensetzung gewonnene Beschichtung ohne Schaden einsetzbar ist. Außerdem erhöhen sie die Festigkeit einer auf Basis der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gewonnenen Beschichtung.
[0025] Dabei ist das als ein Erhöhen gegenüber einer Zusammensetzung, die keine metalli-schenoxidischen Bestandteile umfasst, zu verstehen.
[0026] Unter LD-Konverterstaub sind der Grob und Feinstaub zu verstehen, die in einem LD-Prozess entstehen. Diese Stäube werden durch die Absaughaube zur Filteranlage abgesaugt und transportiert. LD-Konverterstaub enthält metaIIoxidische Substanzen. Chemische Reaktionen zwischen einer aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung mit LD-Konverterstaub gewonnenen Beschichtung und Schlackenspritzern werden aufgrund ähnlicher chemischer Zusammensetzungen von Schlacke und Beschichtung vermindert.
[0027] Eine bevorzugte Zusammensetzung des verwendeten LD-Konverterstaubes ist beispielsweise Fe 21,3 Gewichts%, Si02 12,9 Gewichts%, Mn 4,8 Gewichts%, CaO 41,45 Gewichts0/^ MgO 6,7 Gewichts%, P205 1,3 Gewichts%, S 0,05 Gewichts%, Al203 2,11 Gewichts%, Cr203 mit 0,30 Gewichts%, Ti02 0,36 Gewichts%, wobei diese Werte beispielsweise um bis zu +/- 2 Gewichts% schwanken können.
[0028] Binder sind Stoffe, durch die Feststoffe mit einem feinen Zerteilungsgrad, beispielsweise Pulver, miteinander beziehungsweise auf einer Unterlage verklebt werden. Feststoffe und Binder werden intensiv vermischt, damit sie sich gleichmäßig verteilen und alle Partikel des Fest- 2/6 österreichisches Patentamt AT509 204B1 2011-07-15
Stoffes gleichmäßig mit dem Binder benetzt werden.
[0029] Die erfindungsgemäßen Feststoffe mit einem feinen Zerteilungsgrad sind das Aluminiumnitrid und die metalloxidischen Substanzen. Erfindungsgemäß werden anorganische Binder verwendet. Bei anorganischen Bindern erfolgt eine Aushärtung durch Carbonatisierung oder Verkieselung unter Sauerstoffeinfluss.
[0030] Als anorganische Binder werden beispielsweise Silikate wie Kaliumsilikat oder Natriumsilikat oder Lithiumsilikat.
[0031] Es können auch Gemische aus mehreren verschiedenen Silikaten verwendet werden. Bei dem anorganischen Binder kann es sich beispielsweise um ein Wasserglas handeln. Als Beispiel für auf Kaliumsilikat basierendes Wasserglas sei das Produkt Betol K 28 T der Firma Woellner genannt. Als Beispiel für auf Lithiumsilikat basierendes Wasserglas sei das Produkt Betol Li 24 der Firma Woellner genannt. Als Beispiel für Mischsilikate seien die Produkte Betol KN 33, Betol KN 39, Betol KL 33, Betol KLN-T1 der Firma Woellner genannt.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
[0032] Mittels der erfindungsgemäßen Zusammensetzung beschichtete Maschinenteil-Oberflächen weisen Schlacke- und Stahlspritzer ab und die Teile bleiben weitgehend sauber.
[0033] Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann als Feststoff der als Suspension vorliegen. Bevorzugt liegt sie als Suspension vor. Das ist beispielsweise der Fall, wenn der anorganische Binder als Flüssigkeit zugegeben wird.
[0034] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine [0035] Suspension einer Zusammensetzung, umfassend [0036] - eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, und [0037] - einen Verdünner, [0038] wobei der Feststoffgehalt der Suspension einer Zusammensetzung 40 bis 50 Gewichts% beträgt, [0039] wobei die Gewichts% bezogen sind auf das Gesamtgewicht der Suspension einer Zusammensetzung.
[0040] Der Verdünner ist beispielsweise Wasser. Er kann auch ein flüssiger anorganischer Binder sein.
[0041] Unter dem Begriff Suspension einer Zusammensetzung ist eine Suspension der erfin-dungsgemäßen Zusammensetzung zu verstehen. Der Feststoffgehalt der Suspension einer Zusammensetzung beträgt 40-50 Gewichts% bei Raumtemperatur. Dabei ist unter Feststoffgehalt der Gehalt an Aluminiumnitrid AIN und metalloxidischen Substanzen zu verstehen.
[0042] Mit zunehmendem Feststoffgehalt der Suspension nimmt ihre Verarbeitbarkeit hinsichtlich einer Auftragung durch Streichen oder Sprühen ab, da die Suspension zunehmend zähflüssiger wird und zunehmend schneller trocknet. Bei einem Feststoffgehalt über 50 Gewichts% ist die Suspension praktisch nicht mit vertretbarem Aufwand auftragbar.
[0043] Nach speziellen Ausführungsformen bestehen die Zusammensetzungen nach Anspruch 1 beziehungsweise die Suspension einer Zusammensetzung nach Anspruch 3 aus den genannten Komponenten.
[0044] Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist die Verwendung einer Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2 zur Beschichtung von bei der Herstellung von Roheisen oder von Stahl verwendeten Maschinenteilen.
[0045] Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist die Verwendung einer Suspension einer Zusammensetzung nach Anspruch 3 zur Beschichtung von bei der Herstellung von Roheisen oder von Stahl verwendeten Maschinenteilen. 3/6 österreichisches Patentamt AT509 204B1 2011-07-15 [0046] Die bei der Herstellung von Roheisen oder von Stahl verwendeten Maschinenteile, die im Normalbetrieb einer Roheisen- oder Stahl- erzeugenden Anlage mit schmelzflüssigen Medien in Kontakt treten, sind beispielsweise Anlagenteile im Abstichbereich eines Hochofens, Rinnen zur Roheisenübergabe, Absaughauben am Konverter, Stellring am Konverter, Tiegel-Schutzbleche in der Umgebung eines Konverters, Abstichrohr, Abstich beim Kippstand, Schlackenpfanne, Schrägschacht, Abgashauben an Konvertern, Abgashauben an Pfannenöfen, Abgashauben an EAF, Pfannenfahrzeuge, Pfannenofendeckel eines Pfannenofens, Stahlgießpfanne, Sauerstoffblaslanzen, Sublanzen.
[0047] Unter schmelzflüssigen Medien sind dabei beispielsweise Roheisen, Stahl, Schlacke zu verstehen.
[0048] Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist ein [0049] Verfahren zur Herstellung einer Suspension einer Zusammensetzung nach Anspruch 3, umfassend die Schritte [0050] - Vereinigung einer Zusammensetzung nach Anspruch 1 mit einer ersten Menge Verdünner, [0051] - dann Rühren der durch die Vereinigung erhaltenen Mischung, bevorzugt mit einem Mischrührer, bevorzugt mindestens für eine Dauer von 50 Minuten.
[0052] Nach einer Ausführungsform des Verfahrens besteht es aus den genannten Schritten.
[0053] Die Verwendung eines hochtourigen Mischrührers zum Rühren ist bevorzugt, da durch das hochtourige Rühren eine gleichmäßige Verteilung der Feststoffe in der Suspension einer Zusammensetzung schneller als bei niedertourigem Rühren erreicht wird. Dadurch sinkt der Zeitbedarf zum Herstellen der Suspension einer Zusammensetzung, und es tritt infolgedessen während der Herstellung der Suspension einer Zusammensetzung weniger Oxidation und weniger Verdampfung von Bestandteilen der Suspension einer Zusammensetzung ein.
[0054] Eine Dauer des Rührens von mindestens 50 Minuten ist bevorzugt, das kürzere Dauer dazu führen kann, dass die Suspension einer Zusammensetzung nicht homogen genug für eine Nutzung zur Beschichtung ist; das trifft besonders bei der Herstellung großer Chargen von Suspension einer Zusammensetzung auf.
[0055] Beim Rühren ist es bevorzugt, dass die Temperatur der Mischung nicht über 90°C steigt, besonders bevorzugt nicht über 80°C. Temperaturen über 90°C sind wegen der Entstehung von Wasserdampf unerwünscht. Ein bevorzugter Temperaturbereich, in dem die Mischung sich während des Rührens befinden soll, ist 20 -60°C.
[0056] Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt nach dem Rühren der durch die Vereinigung erhaltenen Mischung eine Zugabe einer weiteren Menge Verdünner, bevorzugt nach Abkühlen der gerührten Mischung auf eine Temperatur unter 80°C, bevorzugt auf Raumtemperatur.
[0057] Auf diese Weise kann die endgültige Viskosität der Suspension einer Zusammensetzung einfacher auf einen gewünschten Wert eingestellt werden als bei einer einmaligen Zugabe der gesamten in der Suspension einer Zusammensetzung vorhandenen Menge Verdünner.
[0058] Ein Abkühlen der Mischung vermindert durch Wärme hervorgerufene Reaktionen der Mischung mit dem Verdünner.
[0059] Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht das Verfahren aus diesen Schritten.
[0060] Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist ein Verfahren zum Beschichten von bei der Herstellung von Roheisen oder von Stahl verwendeten Maschinenteilen, die im Normalbetrieb einer Roheisen- oder Stahl- erzeugenden Anlage mit schmelzflüssigen Medien in Kontakt treten, mit einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung oder einer erfindungsgemäßen Suspension einer Zusammensetzung, wobei es sich beim Aufträgen beispielsweise um 4/6

Claims (2)

  1. österreichisches Patentamt AT509 204B1 2011-07-15 Streichen, Sprühen, Eintauchen handelt. [0061] Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist eine Beschichtung von bei der Herstellung von Roheisen oder von Stahl verwendeten Maschinenteilen, die im Normalbetrieb einer Roheisen- oder Stahl- erzeugenden Anlage mit schmelzflüssigen Medien in Kontakt treten, erhältlich durch ein erfindungsgemäßes Verfahren. BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN BEISPIELE [0062] Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele für ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Suspension einer Zusammensetzung gezeigt. Beispiel 1: [0063] 100 g Aluminiumnitridpulver mit einer spezifischen Oberfläche, gemessen nach der BET-Methode, von < 2 m2/g und einer Reinheit von mehr als 99,0% werden mit 300g Aluminiumoxidpulver mit einer Reinheit von mehr als 99,0% und 1400 g Binder welches auf Kaliumsilikat basierendes Wasserglas ist, eingerührt. Die dabei erhaltene Mischung wird in einen kühlbaren Rührbehälter gefüllt und mit einem Mischer für die Dauer von 60 min dispergiert. Die erhaltene Suspension wird nach Abkühlung auf Raumtemperatur auf einen Feststoffgehalt von 30 Gew.-% durch Zugabe von auf Kaliumsilikat basierendem Wasserglas verdünnt. Beispiel 2: [0064] 100 g Aluminiumnitridpulver mit einer spezifischen Oberfläche, gemessen nach der BET-Methode, von < 2 m2/g und einer Reinheit von mehr als 99,0% werden mit 200 g Aluminiumoxidpulver mit einer Reinheit von mehr als 99,0%, 100g von LD-Konverterstaubes mit einer Zusammensetzung von : Fe 21,3 Gewichts%, Si02 12,9 Gewichts%, Mn 4,8 Gewichts%, CaO 41,45 Gewichts%, MgO 6,7 Gewichts%, P205 1,3 Gewichts%, S 0,05 Gewichts%, Al203 2,11 Gewichts%, Cr203 mit 0,30 Gewichts%, Ti02 0,36 Gewichts%, und 1400 g Binder welches auf Kaliumsilikat basierendes Wasserglas ist, eingerührt. Die dabei erhaltene Mischung wird in einen kühlbaren Rührbehälter gefüllt und mit einem Mischer für die Dauer von 60 min dispergiert. Die erhaltene Suspension wird nach Abkühlung auf Raumtemperatur auf einen Feststoffgehalt von 30 Gew.-% durch Zugabe von auf Kaliumsilikat basierendem Wasserglas verdünnt. [0065] Die BET-Methode ist eine Analyseverfahren zur Größenbestimmung von Oberflächen mittels Gasadsorption und wird nach dem Standard DIN ISO 9277:2003-05 durchgeführt. [0066] Erfindungsgemäß beschichtete Maschinenteil-Oberflächen weisen Schlacke- und Stahlspritzer ab und die Teile bleiben weitgehend sauber. Patentansprüche 1. Zusammensetzung, umfassend - Aluminiumnitrid (AIN) in einem Mengenanteil von 10 Gewichts% bis zu 40 Gewichts% - eine oder mehrere metalloxidische Substanzen in einem Mengenanteil von mindestens 2 bis zu 10 Gewichts%, von denen mindestens eine aus der Gruppe - Aluminiumoxid, - Zirkonoxid, - LD-Konverterstaub stammt, - anorganischer Binder in einem Mengenanteil von bis zu 70 Gewichts%, wobei die Gewichts% bezogen sind auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
  2. 2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Suspension vorliegt. 5/6
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