DE1052425B

DE1052425B - Verfahren zur Herstellung hochschmelzender Gluehueberzuege auf Stahlband

Info

Publication number: DE1052425B
Application number: DEA24821A
Authority: DE
Inventors: Victor William Carpenter; John Martin Jackson
Original assignee: Armco International Corp
Current assignee: Armco International Corp
Priority date: 1956-05-02
Filing date: 1956-05-02
Publication date: 1959-03-12

Description

Verfahren zur Herstellung hochschmelzender Glühüberzüge auf Stahlband Die Erfindung betrifft die Herstellung hochschmelzender Glühtrennüberzüge und insbesondere die Erzeugung isolierender Überzüge auf Siliciumstahlband. Die Herstellung von glasartigen Überzügen auf Siliciumstahloberflächen wurde bereits in den folgenden USA.-Patentschriften beschrieben: 2385332, 2 492 682 und 2 533 351.
Solche glasartigen Überzüge verleihen einem für Schichtkerne magnetischer Einrichtungen zu verwendenden Gut eine hohe Oberflächenbeständigkeit unter Aufrechterhaltung eines hohen Wickelfaktors. Wie in den vorstehend genannten Patenten beschrieben, umfaßt das Verfahren vorzugsweise eine Oxydation des Siliciums in dem blechförmigen Gut, unmittelbar an der Oberfläche desselben, unter Bildung von Siliciumdioxyd, ein Überziehen der Oberfläche des Gutes mit einem magnesiahaltigen Stoff und eine Hitzebehandlung des Gutes, welche eine Verbindung der Magnesia mit dem Siliciumdioxy d in der Oberfläche unter Bildung eines Glases bewirkt.
Gemäß der USA.-Patentschrift Nr. 2 385 332 war der auf das Blech aufgebrachte magnesiahaltige Stoff Magnesiamilch, d. h. hydratisiertes Magnesiumoxyd. Gemäß der Lehre dieses Patentes wird eine dicke, kremige und festhaftende, vorwiegend aus Magnesiumhydroxy d in Wasser bestehende Suspension auf das Band aufgebracht, und zwar vor der Hochtemperaturglühung im geschlossenen Glühofen.
Gemäß der USA.-Patentschrift Nr. 2 492 682 wird das Blechgut mit einerAufschlämmung aus Magnesium-oder Calciumhvdroxyd überzogen, und das freieWasser wird durch leichte Erhitzung ausgetrieben. Die Bleche werden dann in einen fortlaufend arbeitenden Glühofen geschickt, in welchem das Hydroxyd in das Oxyd und das in der Oberfläche befindliche Silicium in Siliciumdioxyd übergeführt wird, welches mit dem Erdalkalioxyd während einer anschließenden Hochtemperaturglühung Glas bildet.
Gemäß der USA.-Patentschrift Nr. 2 533 351 werden die Bleche auf beiden Seiten mit einem magnesiahaltigen Stoff, vorzugsweise Magnesiumhydroxyd, überzogen und kommen dann in einen Ofen mit einer feuchten Wasserstoffatmosphäre, wo die Glasbildung ohne anschließende Ausglühung im geschlossenen, eine Oxv dation verhindernden Glühofen durchgeführt wird.
Alle vorstehend besprochenen Verfahren besitzen Nachteile bezüglich der Aufbringung des magnesiahaltigen Stoffes auf ein blech- oder bandförmiges Gut.
Wenn die Magnesia in Form von Magnesiumhydroxyd aufgebracht -wurde, welches bei der anschließenden Hochtemperaturglühung im geschlossenen Raum calciniert wurde, so trat dabei die große Schwierigkeit auf, die große, während der Erhitzung abgegebene Hydratwassermenge daran zu hindern, den Stahl zu oxydieren. Diese Oxydation macht den Siliciumstahl häufig zu spröde zum Lochen, Langlochen und für Kernwicklungen, insbesondere dann, wenn das Material in Form eines Wickels geglüht wurde. Einige Versuche, diese Schwierigkeiten zu überwinden, umfaßten eine ungewöhnlich weiträumige Trockeneinrichtung. Andere kostspielige Maßnahmen wurden ebenfalls vorgeschlagen.
Dieselben Probleme traten auf, -wenn andere Erdalkalimetalloxy de, z. B. Calciumoxyd, als Glühtrennschichten aufgebracht -wurden, um Windungen von Wicklungen oder aufeinanderliegende Bleche am Zusammenkleben zu hindern, und zwar unabhängig davon, ob die Bedingungen so gewählt wurden, daß sich ein isolierender Glasüberzug bildete.
Bei Beschreibung der vorliegenden Erfindung -wird durchgehend Magnesia (Mg0) als Beispiel für eine erfindungsgemäße Glühtrennschicht genannt. Die Erfindung ist natürlich auch mit Kalk (Ca0), mit anderen Erdalkalimetalloxyden und mit diese Oxyde in wirksamen Mengen enthaltenden Mischungen durchführbar.
Iim die sich durch das Hydratwasser ergebende Schwierigkeiten zu überwinden, wurden Versuche gemacht, Magnesia in Form eines vollständigen calcinierten trockenen Pulvers aufzubringen. Wird dies mit bandförmigem Gut -versucht, so zeigt sich, daß das: Magnesiapulver während des Aufwickelns nicht auf der Oberfläche des Bandes verbleibt, sondern zwischen den Windungen der Wicklungen herausgeblasen wird-Es wurde auch versucht, Magnesia mit einem wasserfreien organischen Träger mit niedrigem Siede punkt, z. B. Benzin oder Tetrachlorkohlenstoff, zu mischen. Diese Versuche erwiesen sich jedoch als unpraktisch, da dabei die Gefahr von Bränden oder Explosionen besteht, sowie-wegen der Giftwirkungen der Dämpfe und auch wegen der großen Kosten, welche mit der Erstellung -einer -geeigneten Einrichtung zur Wiedergewinnung des organischen Trägers verbunden sind.
Unter Berücksichtigung der vorstehenden Erwägungen ist Hauptaufgabeder Erfindung die Schaffung eines Verfahrens zur-Erzeugung der erforderlichen Erdalkalioxyd-Glühtrennschicht auf bandförmigem Gut unter Vermeidung all der vorstehend aufgeführten ungünstigen Erscheinungen. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Aufbringung des Erdalkalioxyds derart, daß der Stahl weder aüfgekohlt noch zu stark oxydiert wird. Das vorstehend gekennzeichnete, erfindungsgemäße Verfahren ist außerdem sehr einfach und ganz billig, so daß dadurch die Erzeugungskosten von überzogenem Siliciumstahl- nicht erhöht werden.
Bei Durchführung der Erfindung wird eine besondere Magnesiasorte wegen ihrer physikalischen Eigenschaften verwendet. Die Magnesia wird mit Wasser gemischt und sehr rasch auf das Band aufgetragen, welches unmittelbar darauf unter Verflüchtigung des nicht gebundenen Wassers getrocknet wird,' so daß auf dem Band ein Magnesiaübei-zug mit einem bisher unerreichbar kleinen Gehalt an gebundenem Wasser erhalten wird. Die wichtigen physikalischen Eigenschaften der für den besonderen Zweck vorgesehenen Magnesia sind die Hydratationsgeschwindigkeiten, die Teilchengröße und der Kohlendioxydgehalt: Zur Erzielung möglichst günstiger Ergebnisse soll die erfindungsgemäß verwendete Magnesia sich sehr langsamhydratisieren. Bekanntlich hydratisiert sich Magnesia, je nach den Bedingungen, unter welchen sie calciniert wurde, mehr oder weniger- rasch. Im allgemeinen hydratisiert sich eine bei hohen Temperaturen calcinierte Magnesia viel langsamer als bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen ealcinierte Magnesia. Es wurde gefunden, daß eine Calcinierungstemperatur von 1040° C unter den meisten Bedingungen zur Erzielung einer solchen Magnesia hoch genug ist, welche sich langsam genug für die erfindungsgemäßen Zwecke hydratisiert. Diese Caleinieitingstemperatur ist jedoch nicht allein für eine geeignete Hydratationsgeschwindigkeit ausschlaggebend, sondern diese hängt vielmehr noch von anderen Variablen ab, wie z. B. der Art des Ausgangsmaterials, der Calcinierungszeit und der Teilchengröße. Diese Variablen können auf bekannte Weise leicht eingestellt werden, und die Herstellung von geeignetem Erdalkalimetalloxyd bildet nicht den Gegenstand der Erfindung. Magnesia mit einer langsamen Hydratationsgeschwindigkeit, d. h. Magnesia, welche nicht mehr als 12% Wasser bindet, wenn sie nach den Vorschriften der Erfindung aufgebracht wird, mit einer kleinen Teilchengröße und geringem Kohlendioxydgehalt, ist im Handel zu haben und wird für feuerfeste Steine verwendet. Zur Bestimmung der Eignung einer Magnesia für die erfindungsgemäßen Zwecke wurde ein einfacher Test auf ihre Hydratationsfähigkeit entwickelt. Eine zu testende Magnesiaprobe wird mit Wasser von 18° C in einem Verhältnis von etwa 1 Gewichtsteil Magnesia auf etwa 8 Gewichtsteile Wasser gemischt. Die erhaltene Aufschlämmung wird auf einem Stahlblech ausgebreitet und zur Austreibung des freien Wassers in einem Ofen bei etwa 200° C getrocknet. Die Magnesia wird dann von dem Blech abgekratzt und auf ihren Gesamtwassergehalt analysiert, nachdem sie mit dem Wasser während Zeiträumen von 1 Minute, 3 Minuten und 10 Minuten in Berührung war. Wenn der Wassergehalt zu keinem Zeitpunkt über 121/o liegst und wenn er zwischen dem 1-, 3- und 10-Minutentest (innerhalb der Versuchsgenauigkeit) nicht merklich ansteigt, ist die Magnesia für die erfindungsgemäßen Zwecke geeignet.
Es sei bemerkt, daß gemäß der Erfindung das Wasser lediglich als Träger für die Aufbringung der Magnesia auf das Band dienen soll. Gemäß der Erfindung soll die Magnesia auf das Band aufgebracht und das Wasser ausgetrieben werden, bevor eine merkliche Hydratation erfolgt. In der erfindungsgemäßen, nachstehend beschriebenen Einrichtung wird die Magnesia mit Wasser in Berührung gebracht, innig und rasch damit vermischt und durch Sprühdüsen auf das Band aufgebracht, und zwar unmittelbar, bevor dieses in einen Trockenofen eintritt. Das Band wandert mit einer Geschwindigkeit von 25 bis 40 m/Min., und der Trockenofen ist etwa 6 m lang, so daß die Zeit zwischen der anfänglichen Berührung der Magnesia mit Wasser und dem Zeitpunkt der Austreibung des gesamten freien Wassers bei Austritt des Bandes aus dem Ofen nicht mehr als zwei oder drei Minuten beträgt. Gemäß der Erfindung soll der Magnesiaüberzug beim Austritt des Bandes aus dem Ofen ein Minimum an gebundenem Wasser und keinesfalls mehr als 12% gebundenes Wasser enthalten.
Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäß verwendeten Magnesia ist deren Teilchengröße. Diese wird deshalb als wichtig empfunden, weil sie einen Einfluß auf die Hydratationsgeschwindigkeit besitzt und weil eine geeignete Teilchengröße eine teleskopartige Verschiebung des Wickels auf der Aufwickelmaschine verhindert.
Die Teilchengröße der Magnesia ist so lange nicht von. Bedeutung, als äußerst feinteilige Magnesiasorten, welche sehr schnell hydratisieren, vermieden werden. Die Magnesia kann angemessen feinkörnig sein, so daß sie sich leicht auf dem Blech ausbreitet, und man erzielte ausgezeichnete Ergebnisse mit einer Magnesia, in welcher die Trenngröße 5 bis 15 ,u beträgt. Die Trenngröße kann folgendermaßen definiert werden: Unterteilt man eine bestimmte Menge eines körnigen Gutes unterschiedlicher Korngrößen in zwei gleich schwere Anteile, wovon der eine nur Teilchen enthält, die kleiner sind als die Teilchen in dem anderen Anteil und umgekehrt, so befinden sich ab einer bestimmten Teilchengröße die Teilchen z. B. des die kleineren Teilchen enthaltenden Anteils alle größeren in dem die größeren Teilchen enthaltenden Anteil. Diese bestimmte Teilchengröße wird hier mit Trenngröße bezeichnet. Wenn das überzogene Gut aufgewickelt werden soll, so hat sich die Vermeidung sehr großer Teilchen als zweckmäßig erwiesen, da sie leicht eine teleskopartigeVerschiebung der Windungen der Wicklung verursachen. Um dies zu vermeiden, wird dieTeilchengröße vorzugsweise so klein gehalten, daß 98% der Teilchen durch ein Sieb mit etwa 130 Maschen je cm Sieblänge hindurchgehen. Es bedeutet dies, daß die Hauptmasse der Teilchen nicht größer als 44 Mikron ist.
Da der erfindungsgemäß zu behandelnde Stahl jedoch bis auf einen Kohlenstoffgehalt von z. B. 0,005 % entkohlt worden sein kann, ist es wichtig, daß der Stahl nicht wieder erneut gekohlt wird. Magnesia enthält in der Regel COz, und gemäß der Erfindung muß daher der C02 Gehalt so gering sein, daß keine merkliche Aufkohlung stattfinden kann. Es wurde gefunden, daß mit einer 6 %igen C02 enthaltenden Magnesia ungünstige Kohlungserscheinungen auftreten können. Ausgezeichnete Ergebnisse werden mit einem C02 Gehalt unterhalb 21/o erhalten, obwohl für einige Zwecke ein C02 Gehalt von über 2%, jedoch weniger als 6% geduldet werden kann.
Gemäß der Erfindung wird die feinzerteilte, calcinierte Magnesia mit Wasser unter Bildung einer Aufschlämmung mit gleichmäßiger Konsistenz zur Aufbringung auf das Band gemischt. Da die Hydratationsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur zunimmt, und da gemäß der Erfindung eine möglichst geringe Hydratation erforderlich ist, wird bevorzugt Wasser verwendet, welches nicht wesentlich wärmer als Raumtemperatur oder sogar gekühlt ist. Man erzielte gute Ergebnisse, wenn sich das Wasser auf einer Temperatur von etwa 20° C im technischen Betrieb befand, und es wurden mit Erfolg Temperaturen bis zu 30° C bei sehr niedriger Hy dratationsfähigkeit der Magnesia (weniger als 2% Wasser) unter Einhaltung der übrigen erfindungsgemäßen Bedingungen angewendet.
Es wurde gefunden, daß ein Mengenverhältnis von 1 Teil Magnesia auf 8 Gewichtsteile Wasser eine Aufschlämmung mit für die erfindungsgemäße Einrichtung geeigneter Konsistenz ergibt. Dieses Mengenverhältnis ist nicht sehr wichtig und kann je nach der Art der Pumpe, der Düse und der Abquetschanordnung geändert werden.
Beim Mischen der Magnesia oder des magnesiahaltigen Stoffes mit `Nasser spielen die Zeit, während welcher sich das Wasser und die Magnesia in Berührung befinden, und die Intensität, mit welcher sie gemischt werden, eine wichtige Rolle, und diese Faktoren stehen miteinander in Beziehung. Je kräftiger die Durchmischung erfolgt, um so kürzer kann die Berührungszeit sein. Es empfiehlt sich, eine vollständige innige Berührung des Wassers mit der Magnesia so rasch wie möglich zu erzielen und dadurch die Berührungszeit auf einem Mindestmaß zu halten. In der Praxis dauert bei der gezeigten Einrichtung die anfängliche Berührungszeit zwischen Magnesia und Wasser und das Aufsprühen der Aufschlämmung auf das Band etwa zwei Minuten, und die Zeit, bis das Band den Trockenofen durchlaufen hat und das Wasser ausgetrieben worden ist, beträgt weniger als eine Minute, d. h., ist eine Angelegenheit von Sekunden.
Die Aufschlämmung kann auf das Band auf verschiedene Weise aufgebracht werden. Bevorzugt wird sie jedoch auf beide Seiten des Bandes gleichzeitig aufgesprüht und dann mittels Quetschwalzen abgequetscht, um eine vollständige Ausbreitung zu gewährleisten und um die Dicke des Überzugs zu regeln.
Versuche wurden gemacht, um die beim Mischen einer gewogenen Menge Magnesia mit einer gemessenen Menge Wasser erfolgte Hydratation zu bestimmen. Dabei war das Wasser 21° C warm, die Mischung dauerte etwa 2 Minuten, worauf die Aufschlämmung auf ein Testblech aufgebracht wurde, welches dann bei einer Temperatur unterhalb der Calcinierungstemperatur getrocknet wurde. Die Magnesia wurde dann von dem Testblech abgekratzt, und ihr Wassergehalt wurde bestimmt. Es zeigte sich, daß bei der Wahl der richtigen Sorte Magnesia und bei Befolgung der erfindungsgemäßen Lehre ein Gehalt an gebundenem Wasser von nicht mehr als 12% des Gewichts des Magnesiumüberzugs erhalten wird. Gemäß der Erfindung wird ein nicht mehr als 2% gebundenes Wasser enthaltender Überzug bevorzugt, und bei einem solchen Überzug wurden Magnesiagewichtsmengen bis zu 0,03 kg/m2 des Blechs mit optimalen Ergebnissen aufgebracht. Wenn dünnere Überzüge zur Anwendung kommen, z. B. bis herab zu etwa 0,009 bis 0,012 kg/m2, so erwiesen sich Gehalte an gebundenem Wasser von etwa 5 bis 8% zur Erzielung nahezu ebenso guter Ergebnisse als zulässig. Sogar 12% Wasser enthaltende, schwerere Überzüge können mit besseren Ergebnissen, wie sie die üblichen Methoden liefern, aufgebracht werden, wenn die anderen erfindungsgemäßen Bedingungen eingehalten werden.
In der Zeichnung bedeutet 10 einen Trichter, welchem die Magnesia zugeführt wird. Der Trichter wird durch einen elektromagnetischen Vibrator 11 in Bewegung gehalten, so daß die Magnesia kontinuierlich und langsam auf eine Vibratorfördervorrichtung 12 geschüttet wird. Die Magnesia verläßt langsam das Ende der Vibratoreinrichtung 12 und gelangt in den Mischbehälter 13. Dort wird Wasser mit einer geregelten Geschwindigkeit durch die Leitung 14 zugeführt. Das Wasser und die Magnesia werden mit einer üblichen Mischvorrichtung 15 gemischt. Die Aufschlämmung tritt durch eine Leitung 16 in eine durch einen Motor getriebene Pumpe 17 aus und gelangt durch eine Leitung 18 zu einem T-förmigen Verbindungsstück 19. Von hier durchläuft die Aufschlämmung die Leitungen 20 und 21 und gelangt in die Düsen 22 und 23, aus welchen sie gleichzeitig auf beide Seiten des Bandes 24 aufgesprüht wird. Bei 25 ist zweckmäßig ein Spritzschutz vorgesehen.
Da die Erfindung sowohl auf Stahlblech als auch auf Stahlband Anwendung finden kann, ist der in den Ansprüchen verwendete Ausdruck »Band« nicht nur für ein Material mit großer Länge bezeichnend, sondern umfaßt Bleche und bandförmiges Gut, wie dies in der Stahlindustrie üblich ist.

Claims

PATENTANSPRGCHE: 1. Verfahren zur Erzeugung hochschmelzender Glühüberzüge auf der Oberfläche von Stahlband, wobei ein feinzerteiltes, in Wasser aufgeschlämmtes Erdalkalimetalloxyd, das zuvor bei so hoher Temperatur gebrannt wurde, daß sein Kohlendioxydgehalt weniger als 6 Gewichtsprozent beträgt, gleichmäßig auf das Stahlband aufgebracht und dann das Band getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxyd mit Wasser bei verhältnismäßig niedriger Temperatur so rasch wie möglich in innige Berührung gebracht und das überzogene Band so rasch wie möglich zur Austreibung des freien Wassers getrocknet wird, um einen nicht mehr als 12 Gewichtsprozent gebundenes Wasser enthaltenden Überzug zu erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser mit einer Temperatur von nicht über etwa 30° C mit dem Erdalkalimetalloxyd in Berührung gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdalkalimetalloxyd nicht mehr als 2 Gewichtsprozent Kohlendioxyd enthält. -1.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser gekühlt ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Wasser auf etwa Raumtemperatur befindet und daß das Erdalkalimetalloxyd nur eine solche Hydratationsfähigkeit besitzt, die zu einem Wassergehalt von nicht mehr als 12 % unter den erfindungsgemäßen Bedingungen führt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Wasser bei einer Temperatur oberhalb 20° C beffndet und das Erdalkalimetalloxyd eine Hydratationsfähigkeit besitzt, die zu einem Wassergehalt von nicht mehr als 2°/o führt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptmasse der Teilchen des Erdalkalimetalloxyds nicht größer als 44 Mikron ist. B.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße des Erdalkalimetalloxyds so ist, daß 980'/o, der Teilchen durch ein Sieb mit etwa 130 Maschen je cm Sieblänge hindurchgehen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Teilchengröße, bezogen auf das Gewicht, 5 bis 15 Mikron beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltene Aufschlämmung gleichzeitig auf beide Seiten des Stahlbandes aufgesprüht und das Band auf beiden Seiten zur Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung und Regelung der Überzugsdicke abgequetscht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 1 Teil Erdalkalimetalloxyd auf 8 Gewichtsteile Wasser verwendet wird.
12. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf aufzuwickelnde Bänder.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdalkalimetalloxyd ein magnesiahaltiges Oxyd ist, daß das überzogene Band zur Austreibung von freiem Wasser erhitzt wird und daß die Mischung, Aufbringung und Erhitzung des Überzuges so rasch erfolgen, daß. auf dem Band ein nicht mehr als 12°/o gebundenes Wasser enthaltender Überzug erhalten wird.