CS254221B1

CS254221B1 - Method of ceramic components' surface treatment especially of tubes and stopper rods

Info

Publication number: CS254221B1
Application number: CS861414A
Authority: CS
Inventors: Milan Comaj; Slavomir Stracar; Ludovit Dudra; Jan Krupa
Original assignee: Milan Comaj; Slavomir Stracar; Ludovit Dudra; Jan Krupa
Priority date: 1986-03-03
Filing date: 1986-03-03
Publication date: 1988-01-15
Also published as: CS141486A1

Abstract

Na keramické a zátkové tyče výtokové sústavy pre plynulé llatie ocele, vyrobené z materiálov na báze vysokého obsahu oxidu hlinitého s přísadou uhlíka alebo z taveného oxidu křemičitého, a to na ich vonkajsie plochy, ktorá sa v styku s kolísajúcou hladinou kovu na hrůbku 0,2 až 10 mm nástrekom pomocou plazmového horáka nástrekových materiálov na báze oxidu zirkoničitého dopovaného oxidom vápenatým v množstve 5 až 20 % alebo na báze práškového kremičitanu zirkoničitého, sa nanáša ochranný povlak. Nástrekový materiál sa nanáša pri teplote súčastí 30 až 200 °C, pričom pri dosiahnutí maximálnej teploty 200 °C sa nanášanie a ohřev keramických súčastí preruší najmenej do poklesu teploty na 30 °C, na čo sa nanášanie opakuje až po dosiahnutie zvolenej hrábky ochrannej vrstvy a nakoniec sa keramické súčiasti chladia pri teplote 20 °C.For ceramic and stopper spout rods systems for smooth steel slats, made of. \ t high-oxide materials of aluminum with added carbon or fused silicon dioxide to their exterior the surface in contact with the fluctuating surface metal on a rim of 0.2 to 10 mm by spraying using a plasma torch injector zirconia-based materials doped with calcium oxide in an amount 5 to 20% or powder based zirconium silicate, is applied coating. The feed material is applied at temperature 30 ° C to 200 ° C, while attaining the maximum temperature of 200 ° C is applied and heating the ceramic components at least until the temperature drops to 30 ° C; this is repeated until reaching selected rake protective layer and finally the ceramic components are cooled at temperature Deň: 22 ° C.

Description

Vynález sa týká spósobu povrchovej ochrany keramických súčastí, najma trubic a; zátkových tyčí vystavených erozívnemu pósobeniu hladiny tekutého kovu, například vtokovej sústavy pre plynulé liatie ocele a rieši problém odolnosti v miestach nadměrného erózneho opotrebovania týchto súčastí.The invention relates to a method of surface protection of ceramic components, in particular tubes and; stopper rods subjected to erosive exposure to the level of liquid metal, for example, the inflow system for continuous casting of steel and solve the problem of resistance in places of excessive erosive wear of these components.

Výtokové sústava z medzipánve do kryštalizátora zostáva z ponornej výlevky delenej alebo nedelenej a zátky. Miesto zátky sa tiež používá zasúvadlový uzávěr. Ponorné výlevky a zátky medzipánví pre plynulé odlievanie ocele sú v prevažnej miere vyrábané z materiálov s vysokým obsahom oxidu hlinitého s prídavkom uhlíka v rozmedzí 14 až 23 hmotnostných %. Pre určité akostné skupiny ocelí sa vyrábajů ponorné výlevky z taveného oxidu křemičitého. Spoločným nedostatkom keramiky výtokového uzla medzipánve pre plynulé odlievanie ocele je jej miestne opotrebenie, ktoré znižuje užitné vlastnosti týchto· materiálov v tom zmysle, že v dosledku miestneho opotrebenia jednotlivých častí keramiky výtokového uzla, je nutné přerušit plynulé odlievanie ocele. Takéto prerušenie spósobu je zníženie kapacity celého· zariadenia, zvýšenie strát kovu na jednotku výroby a malú životnost výrobně náročných keramických súčastí. Uvedené nedostatky výtokové] sústavy z keramiky, vyrábanej izostatickým lisováním, sa vo světě riešia tak, že v mieste nadměrného opotrebovania sa zalisovávajú válcovité, alebo kuželové vložky z vysoko odolného· materiálu na báze oxidu zirkoničitého alebo horečnatého. Nevýhodou tohoto spósobu je, že v dosledku rozdielnych fyzikálno-chemických vlastností základného materiálu a vložky, najma tepelnej rozťažnosti, dochádza pri •ohřeve keramiky na pracovnú teplotu k zároůkom trhlin základného materiálu. Pri odlievaní.s takto· vyrobenou keramikou potom dochádza k častému praskaniu v celom priereze jednotlivých častí keramiky výtokového uzla, čo· má znovu za následok havarijně -ukončeme liatis ocele na zariadení plynulého odlievania. Příčinou nedostatku je, že základný materiál podkladovej keramiky so svojou hrubozrnnou štruktúru je náchylný na vznik rozsiahlych štiepnych porušení naprieč časticami napr. oxidu hlinitého, pričom přítomnost pojivá vedie k zváčšovaniu lomového povrchu medzikorundového spojenia, za aktívneho pósobenia trosky s bazicitou 0,6 až 2,0 s obsahom agresívnych zlúčenín fluóru a oxidu sodného. Ak sa v týchto miestach zalisuje vložka, napr. z oxidu zirkoničitého, kde na hranici spojenia vzniká vysokým ohrevom napatie v důsledku rozdielnych koeficientov teplotnej rozťažnosti, ku ktorému sa přidružuje napátie z objemovej změny vznikom metastabilného tetragonálneho oxidu zirkoničitého pri teploto nad 1 060 °C. To všetko vedie k rozvojů štiepnych porušení a k častému havarijnému ukončeniu tavieb.The tundish from the tundish to the crystallizer consists of a split or non-split submersible nozzle and a stopper. A plug-in closure is also used instead of the plug. Submersible sinks and tundish plugs for the continuous casting of steel are predominantly made of high alumina materials with a carbon addition of 14 to 23% by weight. Submerged sinks are made from fused silica for certain steel grades. A common drawback of the tundish ceramic of the tundish for continuous steel casting is its local wear, which reduces the utility properties of these materials in the sense that, due to local wear of the individual parts of the ceramic node, it is necessary to discontinue continuous steel casting. Such process interruption is a reduction in the capacity of the entire apparatus, an increase in metal losses per unit of production, and a short lifetime of the production-intensive ceramic components. The aforementioned drawbacks of the ceramics outflow system produced by isostatic pressing are solved worldwide by compressing cylindrical or conical inserts made of highly resistant zirconium or magnesium based material at the point of excessive wear. The disadvantage of this method is that due to the different physico-chemical properties of the base material and the liner, in particular the thermal expansion, the cracking of the base material occurs when the ceramic is heated to the working temperature. During the casting with the thus produced ceramic, there is often frequent cracking in the whole cross-section of the individual parts of the ceramic outlet node, which again results in an accidental-stop casting of the steel on the continuous casting device. The cause of the drawback is that the base material of the underlying ceramic with its coarse-grained structure is susceptible to the occurrence of large fissile fractures across particles e.g. alumina, wherein the presence of a binder leads to an increase in the fracture surface of the inter-corundum bond, actively acting on slag with a basicity of 0.6 to 2.0 containing aggressive fluorine and sodium oxide compounds. If an insert is pressed at these points, e.g. zirconium dioxide, where stress is created at the boundary by high heating due to different coefficients of thermal expansion, to which is added the voltage change from the formation of metastable tetragonal zirconia at a temperature above 1060 ° C. All this leads to the development of fissile violations and frequent breakdown of the melts.

Sú známe riešenia na zabezpečenie povrchovej ochrany róznych súčastí, ako napr. grafitových elektód do oblúkovej peci, šamotových posúvadlových uzáverov, založené na použití nástrekových materiálov· s oxidom kremíka, bária, chrómu, horčíka, titanu, ako aj zirkonu, hliníka alebo· kremičitanu zirkoničitého jednotlivo alebo v kombináciách, například podta čs. AO 204 321, č. 171 003 a č. 213 033. Taktiež sú známe metody spájania keramických materiálov predohriatych na 800 až 1400 °C s použitím uvedených materiálov, podlá čs. AO číslo 199 377. Pri nekontrolovanom a vysokom predohreve základného materiálu dochádza k praskaniu nástrekových materiálov z titulu a nevhodnej kombinácie uvedených materiálov.Solutions are known to provide surface protection for various components, such as e.g. graphite electrodes for arc furnaces, fireclay sliding closures based on the use of silicon, barium, chromium, magnesium, titanium, and zirconium, aluminum or zirconium silicate spraying materials individually or in combinations, for example under US Pat. AO 204 321, no. 171 003 and no. Also known are methods of joining ceramic materials preheated to 800 to 1400 ° C using said materials, according to U.S. Pat. AO No. 199 377. Uncontrolled and high preheating of the base material results in cracking of the spraying materials due to the product and an inappropriate combination of said materials.

Uvedené nedostatky odstraňuje a preblém rieši spósob povrchovej ochrany keramických súčastí podlá vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že ochranný povlak na keramické súčastí, najmá trubice a zátkové tyče výtokovej sústavy pre plynulé liatie ocele, vyrobené z materiálov na báze vysokého obsahu oxidu hlinitého s přísadou uhlíka alebo· na báze taveného oxidu křemičitého a to na ich vonkajšie válcovité alebo gulovité plochy po výške kolísania hladiny kovu alebo úrovně přesunu keramických súčastí, na hrůbku 0,2 až 10 mm nástrekom pomocou plazmového horáka nástrekovými materiálmi na báze oxidu zirkoničitého dopovaného oxidom vápenatým v rozsahu 5 až 20 % hmotnostných alebo· na báze práškového kremičitanu zirkoničitého, sa nanáša pri teplote keramických súčastí 30 až 200 °C. Po dosiahnutí uvedenej maximálnej teploty 200 °C na nanášanie a ohřev keramických súčastí přeruší najmenej však do poklesu teploty na 30 °C, na čo sa nanášanie opakuje až po dosiahnutie zvole nej hrůbky ochrannej vrstvy a nakoniec sa keramické súčastí chladia pri teplote 20 °C.The above-mentioned drawbacks are overcome by the method of surface protection of ceramic parts according to the invention. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is based on the fact that a protective coating for ceramic components, in particular tubes and stopper rods, for the continuous casting of steel, made of high carbon alumina-based materials or fused silica based on their outer cylindrical or spherical surfaces above the level of metal level or ceramic level transfer, to a depth of 0.2 to 10 mm by spraying with a plasma torch with zirconia doped calcium oxide materials ranging from 5 to 20% by weight, or · based on zirconium silicate powder, is applied at a ceramic temperature of 30 to 200 ° C. Upon reaching said maximum temperature of 200 ° C for the deposition and heating of the ceramic parts, it interrupts at least until the temperature has dropped to 30 ° C, after which the application is repeated until the free protective layer depth is reached and finally the ceramic part is cooled at 20 ° C.

Výhody vynálezu sú hlavně v tom, že pri plazmovom striekaní ochranného· povlaku uvedeným práškovým materiálom, ktorého častíce majú výrazný doskovitý tvar, nastriekaná vrstva dokonale kopíruje podkladový povrch, zapíňa i povrchové necelistvosti a tým sa tvoří dokonalý adhezívny spoj, ktorý nedovoluje tak 1’ahký rozvoj štiepnych porušení, pričom pri vysokých teplotách nedochádza k objemovým změnám, nakolko· nevzniká metastabilný tetragonálny oxid zirkoničitý, čím napátia na hranici so základným materiálom oproti lisovanej vložke sú podstatné nižšie.The advantages of the invention are mainly that when the plasma spraying of the protective coating with the powdered material, the particles of which have a distinct plate-like shape, the sprayed layer perfectly copies the underlying surface, closes even surface imperfections and thereby forms a perfect adhesive joint. the development of cleavage failures, while there is no volume change at high temperatures, since metastable tetragonal zirconia does not occur, thus the stresses at the boundary with the base material compared to the molded liner are substantially lower.

Otvorená pórovitosť nástreku je okolo 12 % a teplotou sa nemení. Povlak má extrémně nízký koeficient tepelnej rozťažnosti a dobré odolává tepelným rázom. Přilnavost povlaku je v rozmedzí 3,8 až 8,1 MPa v závislosti na hrúbke. Mikrotvrdosť nastriekaných častíc je v rozpátí 1120 až 1 814 jednotiek HVm. Toto potvrdzujú rozsiahle prak5 tické skúšky, a dosiažené ipredíženie životnosti výtokového uzla o 60 až 120 %.The open porosity of the feed is about 12% and does not change by temperature. The coating has an extremely low coefficient of thermal expansion and resists thermal shock. The adhesion of the coating is in the range of 3.8 to 8.1 MPa depending on the thickness. The microhardness of the sprayed particles ranges from 1120 to 1814 HVm units. This is confirmed by extensive practical tests, and the achieved extension of the service life of the outlet node by 60 to 120%.

Pre příklady ukuíočnenia sposobu pódia vynálezu sú na priloženom výkrese znázorněné tvary keramických súčastí s ich funkčným umiestnením v zariadení s vyznačením miest a velkostí naneseného ochranného povlaku.For the purpose of exemplifying the method according to the invention, the attached drawing shows the shapes of the ceramic parts with their functional positioning in the apparatus, indicating the places and sizes of the applied protective coating.

P r í k 1 a d 1Example 1

Výlevka 20 z vysokotaveného oxidu křemičitého, tvaru rúrky o vonkajšom priemere 125 mm a dížka 625 mm, sa vo výške 32 erózneho posobenia troškového kúpeia a po dížke najmenej 300 mm počnúc od výšky 30 mm nad výtokovými otvormi, po obvode zdrsní pneumatickým tryskáčom s použitím korundu o zrnitosti 0,9 mm. Rovnako sa tak urobí v mieste 22 testniaceho styku so zátkovou týčou 10, Takto upravená výlevka sa upevní do polohovadla a pri rotácii ss za pomoci plazmového horáka nastrieka práškový oxid zirkoničitý dopovaný oxidom vápenatým 20 % hmotnostných pri prúde 420 A, napatí 320 V na vzdialenosť 270 mm a pri prietoku prášku 18 kg . h^-1. Nástrek. sa nanáša po predohreve výlevky od 30 °C až po dosiahnutie 170 °C; prerušenie nástreku je nutné na 5 minút, najdlhšie po pokles teploty na 30 °C a tak ukončit nástrek po obvode 21 až pri hrúbke 6 mm a v mieste pri hrúbke 1 mm. Nastriekaná výlevka pri teplote 20 °C bez prievanu.A spout 20 of 125 mm outer tube, 625 mm in diameter, of high melting silicon dioxide, is eroded at a height of 32 by erosion of the bulk bath, and at least 300 mm long starting from a height of 30 mm above the outlets. 0.9 mm. This is also done at the point 22 of the test contact with the stopper 10. The nozzle so treated is fixed to the positioner and sprayed with a 20% by weight zirconia powder at a current of 420 A, a voltage of 320 V at a distance of 270 mm and a powder flow rate of 18 kg. h ^-1 . Spray. applied after preheating the sink from 30 ° C to 170 ° C; interruption of spraying is necessary for 5 minutes, the longest after the temperature has dropped to 30 ° C and thus the spraying around the perimeter 21 up to the thickness of 6 mm and in the place at the thickness of 1 mm. Spray nozzle at 20 ° C without draft.

Příklad 2Example 2

Zátková tyč 10 z oxidu hlinitého s prídavkom uhlíka., plného prierezu o priemere 127 milimetrov a dížke 1 020 mm, sa po celej výške 11 jej valcovitej časti do výšky cca 300 mm a po celom gulovitom zakončení 12 zdrsní ocelovým kartáčom. Nástrek rovnakým spůsobom a uvedeným materiálom sa nanesie na hrůbku 5 mm na výške 11 a na hrůbku 3 mm na gulovitom zakončeni 12.The stopper 10 of alumina with the addition of carbon, of a full cross-section of 127 millimeters in diameter and 1020 mm in length, is roughened over the entire height 11 of its cylindrical portion to a height of about 300 mm and roughened with a steel brush. Spraying in the same manner and with the material is applied to a depth of 5 mm at a height of 11 and to a depth of 3 mm at a spherical tip 12.

Příklad 3Example 3

Výlevka 20 z vysokotaveného oxidu kremičitého, tvaru rúrky o vonkajšom priemere 125 mm a dížke 625 mm, sa vo výške 32 erózneho posobenia troškového kúpeia, po dížke najmenej 300 mm počnúc od výšky 300 mm nad výtokovými otvormi, po obvode 21 zdrsní pneumatickým tryskáčom s použitím korundu o, zrnitosti 0,9 mm. Rovnako sa tak urobí v mieste 22 tesniaceho styku so zátkovou týčou 10. Takto upravená výlevka sa upevní do· polohovadla a pri rotácii sa za pomoci plazmového horáka nastrieka práškový kremičitan zirkoničitý pri prúde 420 A, napatí 320 V na vzdialenosť 270 milimetrov a pri prietoku prášku 18 kg . br¹. Nástrek sa nanáša po predohreve výlevky od 30 °C až pod dosiahnutie 170 °C; prerušenie nástreku je nutné na 5 minút, najdlhšie ipo, pokles teploty na 30 °C a tak ukončiť nástrek po obvode 21. až pri hrúbke mm a v mieste .22 pri hrúbke 1 mm. Nastriekaná výlevka chladne pri teplote 20 °C bez prievanu.A spout 20 of 125 mm outer diameter 625 mm tubular fused silica, with a height of at least 300 mm erosion, at least 300 mm in length, starting from 300 mm above the outlets, is crimped by a pneumatic jet at a circumference of 21 corundum, 0.9 mm. This is also done at the sealing contact point 22 of the stopper 10. The nozzle thus prepared is fixed to the positioner and zirconium silicate powder is sprayed at 320 A at a voltage of 270 millimeters at a flow of 250 millimeters at a flow rate using a plasma torch. 18 kg. br ¹ . The spray is applied after preheating the sink from 30 ° C to below 170 ° C; interruption of spraying is necessary for 5 minutes, the longest ipo, temperature drop to 30 ° C and so finish the spraying around the circumference 21 up to the thickness of mm and at .22 at the thickness of 1 mm. The spray nozzle cools at 20 ° C without drafts.

Příklad 4Example 4

Výlevka 20 z oxidu hlinitého s prídavkom uhlíka, tvaru rúrky o vonkajšom priemereAlumina spout 20 with addition of carbon, tubular outer diameter

25 mm a dížke 625 mm, sa vo výške 32 erózneho působenia troškového kúpeia, po dížke najmenej 300 mm počnúc od výšky 30 mm nad výtokovými otvormi. po obvode 21 zdrsní pneumatickým tryskáčom a použitím korundu o zrnitosti 0,9 mm. Rovnako sa tak urobí v mieste 22 tesniaceho styku so zátkovou týčou 10. Takto upravená výlevka sa upevní do polohovadla a pri rotácii. sa za pomoci plazmového horáka nastrieka práškový kremičitan zirkoničitý pri prúde 420 A, napatí 320 V na vzdialenosť 270 mm a pri prietoku prášku 18 kg. h^-1. Nástrek sa nanáša. po predohreve výlevky od 30 °C až po dosiahnutie 170 °C; prerušenie nástreku je nutné na 5 minút, najdlhšie po, pokles teploty na 30 °C a tak ukončit nástrek ipo obvode 21 až na hrúbke 6 mm a v mieste 22 pri hrúbke 1 mm. Nastriekaná súčasf chladne pri teplote 20 °C bez prievanu.25 mm and a length of 625 mm, at a height of 32 of the erosive action of the bulk bath, after a length of at least 300 mm starting from a height of 30 mm above the outlets. roughen the perimeter 21 with a pneumatic jet using 0.9 mm corundum. This is also done at the sealing contact point 22 with the stopper 10. The nozzle so arranged is fixed to the positioner and rotated. A zirconium silicate powder is sprayed with a plasma torch at a current of 420 A, a voltage of 320 V over a distance of 270 mm and a powder flow rate of 18 kg. h ^-1 . The coating is applied. after the nozzle has been preheated from 30 ° C to 170 ° C; the interruption of the injection is necessary for 5 minutes, at most after the temperature has dropped to 30 ° C, and thus the injection is terminated at the circumference 21 up to a thickness of 6 mm and at 22 at a thickness of 1 mm. The sprayed component cools at 20 ° C without drafts.

Claims

SUBJECT

Method of surface protection of ceramic components, in particular tubes and stopper rods, for continuous casting of steel, exposed to the erosive impact of liquid metal with varying levels of levels and made of high alumina-based materials with the addition of carbon or fused silica; on external cylindrical or spherical surfaces, after metal level fluctuation or displacement, at a thickness of 0.2 to 10 mm, by spraying with a plasma torch with calcium-doped zirconia zirconium oxide coating materials in the range of 5 to 20% by weight or based on zirconium silicate powder, characterized in that the coating material is applied at a component temperature of 30 to 200 ° C, wherein at a maximum temperature of 200 ° C, the application and heating of the ceramic components is interrupted at least until the temperature drops to 30 ° C; and what, s, and the application is repeated until the selected protective layer depth is reached and finally the ceramic parts are cooled at 20 ° C.