DE1274949B - Verfahren zum Schmelzen, Zerstaeuben und Verspruehen eines feuerfesten Materials - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

C 04 b

Deutsche Kl.: 80 b-8/15

Nummer: 1274 949

Aktenzeichen: P 12 74 949.4-45 (W 35407)

Anmeldetag: 11. Oktober 1963

Auslegetag: 8. August 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schmelzen, Zerstäuben und Versprühen eines feuerfesten Materials durch Ausbildung eines Bogenplasmas in einer begrenzten Kammer, Beschleunigung der sich ergebenden Gasstrahlflamme durch Austretenlassen aus einem verengten Ausgang aus der Kammer, Zufuhr des feuerfesten Materials in die Strahlflamme, um es zum Schmelzzustand zu bringen, und Förderung des geschmolzenen, atomisierten Materials auf eine damit zu überziehende Oberfläche.

Bisher wurde eine chemisch erzeugte Spritzflamme verwendet, um Stäbe aus feuerfesten Metalloxyden in geschmolzenen Zustand überzuführen. Das auf diese Weise geschmolzene Material wurde vom Ende des Stabes mittels eines Gasstroms abgestreift und in geschmolzenem Zustand auf eine zu überziehende Oberfläche aufgesprüht. Die Temperaturen derartiger chemisch erzeugter Flammen, wie Azetylenflammenj sind wesentlich niedriger als die in Plasmaflammenbogen erzeugten Temperaturen, so daß keine Bruchgefahr für einen dabei verwendeten Stab aus feuerfestem Oxydmaterial besteht.

Wegen der genannten Bruchgefahr bei Oxydmaterial in Stabform wurde bisher bei Anwendung von Plasmaflammenbögen lediglich pulverförmiges Oxydmaterial verwendet, während Metalldrähte mittels Plasmabogens flammgespritzt werden konnten.

Bei Flammspritzverfahren unter Verwendung von Plasmaflammbögen kann die Aufbringgeschwindigkeit des Überzuges ausgedrückt als die im Überzug abscheidbare Materialmenge gegenüber der im gleichen Zeitraum nach der bekannten Sprühtechnik mit chemischer Flamme abscheidbaren Menge um mehr als 400 bis 800% erhöht werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das beim Flammspritzen mittels Plasmaflammbögen ein Versprühen feuerfesten Oxydmaterials in Stabform ohne Gefahr des Bruches des verwendeten Stabmaterials zuläßt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß als Material eine feuerfeste Oxydbeschickung als Stab mit gleichzeitiger Rotation in die Flamme zum Abstreifen und Zerstäuben von geschmolzenem Oxyd an der Spitze des Stabes eingeführt wird. Das Drehen oder Rotieren des feuerfesten Oxydstabes verhindert einen mechanischen Bruch, ohne daß ein ungleichmäßiges Schmelzen und Zerstäuben der Teilchen auftritt. Ein die Zerstäubung förderndes und die Teilchen an die zu behandelnde Oberfläche beförderndes Hilfsgas kann mit der Strahlflamme zur Verbesserung des Spritzvorganges koordiniert werden. Die Gasgeschwindigkeit in der Strahlflamme wird durch Verfahren zum Schmelzen, Zerstäuben und
Versprühen eines feuerfesten Materials

Anmelder:

Norton Company, Worcester, Mass. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke

und Dipl.-Ing. H. Agular, Patentanwälte,

8000 München 27, Pienzenauer Str. 2

Als Erfinder benannt:
William Maxwell Wheildon, jun.,
Framingham Centre, Mass.;
John William Winzeler,
Ronald Leonard Johnson,
Santa Ana, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 7. November 1962
(256 489)

Steuerung der Größe des verengten Ausganges der Plasmakammer eingestellt. Vorzugsweise beträgt die Rotationsgeschwindigkeit des Stabes 16 bis 20 U/min.

Die Zeichnung zeigt eine typische Vorrichtung, welche zur Ausführung dieses Verfahrens geeignet ist.

Bei dieser Vorrichtung ist eine Flammspritzpistole vorgesehen, in welcher Elektroden gehaltert sind, um in bekannter Weise einen elektrischen Lichtbogen zu erzeugen. Dieser entsteht, wenn Strom über den Spalt zwischen der zylindrischen Elektrode 10 und der im allgemeinen rohrförmigen Elektrode 11 fließt. Durch den Einlaß 12 und rings um die zylindrische Elektrode wird ein Gas unter Druck zugeführt und strömt durch den Bogen, wobei ein Bogenplasma in der zwischen den Elektroden geschaffenen Kammer erzeugt wird. Beim Austreten der sich ergebenden Gasstrahlflamme aus einer verengten Öffnung 13 der Kammer wird die Gasstrahlflamme beschleunigt.

Die Kammer, in der das Bogenplasma ausgebildet wird, kann wie herkömmlich mit Kühlwasserdurchgängen 14 versehen sein. Das den Durchgängen zugeleitete Wasser läuft entweder direkt durch geeignete Ein- und Auslaßkanäle oder kann vorzugsweise durch wassergekühlte Leiter 15 und 16 zugeliefert werden,

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welche zugleich der Stromzufuhr zu den Elektroden hinreichend fest sein, um selbsttragend zu sein, und

dienen. das Metalloxyd muß bei höheren Temperaturen stabil

In der Nähe des vorderen Endes der Pistole befin- sein, damit es sich nicht in zu beanstandendem Ausdet sich eine Zuführungsrinne 20 zur Aufnahme des maß verflüchtigt. Diese Definition schließt die Oxyde zu schmelzenden und zu versprühenden Stabes. Die 5 von Germanium, Bor, Kohlenstoff, Phosphor, Arsen Zufuhrrinne 20 ist mit Bezug auf die Achse der und Schwefel aus. Für die meisten Zwecke wurden Kammer, in der das Bogenplasma ausgebildet ist, in Aluminiumoxyd und Zirkonoxyd als am brauchbareinem Winkel angeordnet, und es sind Einrichtungen sten befunden. Jedoch wurden Oxyde des Bariums, vorgesehen, um die Zulieferungsgeschwindigkeit des Berylliums, Calciums, Eisens, Mangans, Nickels, Stabes in die Flamme zu regeln. Die Geschwindigkeit io Siliziums, Strontiums, Thoriums, Titans, Urans und der Strahlflamme wird so gewählt, daß die Endspitze deren Mischungen nach Überführung in den Schmelzdes Stabes schnell geschmolzen wird und auf ihm zustand und Versprühen zur Bildung eines Überzugs eine geschmolzene Schicht bildet. Die Gasgeschwin- erfolgreich aufgesprüht. Andere Mineralien in Stabdigkeit im Flammstrahl wird durch den Druck des form, wie Chromit, Chrysoberyll, Korund, Automolit, dem Bogenplasma zugeführten Gases und besonders 15 Geikielit, Hercynit, Ilmenit, Pikotit, Pleonast, durch Dimensionierung der Öffnung 13, durch weiche Pseudobrookit, Pyrochlorit, Spinell, Tantalit, Tapiodie Gase ausströmen, so gesteuert, daß ein Gas relativ lit, Thorianit, Uraninit, Wollastonit und Zirkon, wurhoher Geschwindigkeit auf den Stab auftrifft, um den den ebenfalls verwendet. Alle oben angegebenen notwendigen Hitzefluß und Übertragung der Hitze Stoffe und solche mit ähnlichen Eigenschaften könvom Gas auf den Stab zu schaffen, damit Schmelzen 20 nen in bekannter Weise in Stabform gebracht werden, und Abstreifen der geschmolzenen Schicht von der um der hier beschriebenen Plasmastrahlfiamme zu-Endspitze des Stabes bewirkt wird. Die Geschwindig- geführt, geschmolzen und auf eine zu überziehende keit wird so gewählt, daß sie den thermischen Leit- Oberfläche aufgesprüht zu werden, fähigkeitseigenschaften des Stabes und der Dicke der Es ist auch eine Koordinierung der Strahlflamme auf dem Stabende erzeugten geschmolzenen Teilchen- 25 mit einem zerstäubenden und befördernden Hilfsschicht angepaßt ist, um eine Zerstäubung der ge- gas über eine Hilfsluftdüse 21 vorgesehen. Durch die schmolzenen Teilchen in relativ kleinen Tröpfchen Düse wird zusätzliche Hochdruckluft bzw. zusätzder Größenordnung von 100 bis 780 Mikron mit iiches Hochdruckgas gesteuert geblasen, um die vom einer durchschnittlichen Partikelgröße von 400 Mikron Stab abgestreiften geschmolzenen Teilchen weiter zu zu bewirken. Der Stab aus feuerfestem Oxydmate- 30 zerteilen und zu befördern. Die Düse 21 kann die rial wird bei der Einführung in die Kammer gleich- Form einer wassergekühlten Düse geeigneter Gestalzeitig gedreht. Diese Rotation führt zu einem einheit- tung haben, um den enthaltenen Luftstrom so zu licheren Schmelzen und Abstreifen vom Stab. Die formen, daß er nicht nur die geschmolzenen Teil-Rotation erfolgt mit einer Geschwindigkeit von etwa chen zwecks weiteren Zerteilens aufnimmt, sondern 16 bis 20 U/min. 35 auch die Konfiguration des von der Pistole abgehen-

Es tritt ein einheitliches Schmelzen und ein ein- den Sprühstromes bestimmt.

heitliches Versprühen ohne Spritzerscheinungen auf. Die Düse 21 kann Lufteinlässe 22 aufweisen,

Ferner kann der Stab trotz der thermischen Stoß- welche vorzugsweise mit Bezug auf das Innere der

eigenschaften des gewöhnlichen Stabes aus feuer- Düse tangential gerichtet sind, um innerhalb der

festem Material durch eine Gasstrahlflamme mit rela- 40 Kammer, welche die Strahlflamme und das Stabende

tiv hoher Geschwindigkeit ganz rasch geschmolzen umgibt, eine Durchwirbelung zu erzeugen. Falls er-

werden. Die durch dieses Verfahren herbeigeführte forderlich, können zusätzliche Luftstrahlmittel 23 an

einheitliche Wärmezufuhr zum Stab verhindert trotz der Endspitze der Düse geschaffen werden, um die

der Schnelligkeit des Schmelzern einen Bruch des Konfiguration des Stromes und seine Geschwindig-

Stabes. 45 keit zu steuern.

Für das unter Druck in die Kammer der Pistole In Verbindung mit der Düse kann gewöhnliche zugeführte Gas wurden Mischungen aus Argon und komprimierte Luft verwendet werden, um weiteres Wasserstoff im Verhältnis von 65 °/o Argon und 35% Zerstäuben und Zuliefern der geschmolzenen Teil-Wasserstoff bis zu 50% Argon und 50% Wasser- chen zu der zu überziehenden Oberfläche zu bewirstoff, welche bei einem Druck von 7,0 at (100 psi) 50 ken. Luft unter einem Druck von etwa 4,2 bis 5,6 at gehalten waren, mit Erfolg angewendet. Jedoch wird wurde zu diesem Zweck verwendet, um eine geStickstoff infolge der relativen Verbreitung bevor- wünschte Zerstäubung geschmolzener Teilchen im zugt und außerdem wurde gefunden, daß Stickstoff Größenbereich von etwa 35 bis 150 Mikron mit einer beim Ausströmen durch den verengten Ausgang der durchschnittlichen Partikelgröße von 75 Mikron bei Kammer die Geschwindigkeit der Flamme beschleu- 55 Aluminiumoxyd- und Zirkonoxyd herbeizuführen, nigt, was, wie oben dargelegt, wünschenswert ist. Die Mit diesen Überzugsmaterialien werden die dichtesten Temperatur, auf welche das Plasma erhitzt wird, ist und haftfestesten Überzüge bei der angegebenen Teilabhängig von dem verwendeten Gas, und die Strahl- chengröße für die meisten handelsüblichen Anwenflamme kann mit Wasserstoff eine Temperatur von düngen erzeugt. Mit der Düse 21 können auch andere 6000 bis 20 000° C mit Helium haben. 60 Hilfsgase verwendet werden, jedoch ist komprimierte

Als Material für den unter Rotation der Flamme Luft in wirtschaftlicher Hinsicht vorzuziehen,

zugeführten Stab wurden feuerfeste Metalloxyde ver- Es kann eine übliche elektrische Gleich- oder

wendet, welche nach gewöhnlicher Praxis in Verbin- Wechselstromquelle verwendet werden. Wenn nur

dung mit einer Acetylenflamme in bekannter Weise Wechselstrom zur Verfügung steht, muß ein geeig-

in Stabform hergestellt waren. Solche feuerfesten 65 neter Gleichrichter geschaffen werden, um den Wech-

Stäbe werden aus Metalloxydmaterialien hergestellt, selstrom zwecks Erzeugung des Lichtbogens in

welche einen Schmelzpunkt oberhalb mindestens Gleichstrom umzuwandeln. Die Plasmaflammspritz-

1000° C aufweisen. Der Stab muß unterhalb 1000° C pistolen dieses Typs wurden mit Erfolg eingesetzt,

um einen 4,8-mm-Zirkonstab mit einer Energiequelle von etwa 40 Kilowatt zu schmelzen und zu versprühen. Die Pistolen, welche auf dieser Energieebene verwendet wurden, wurden richtig gekühlt, indem man etwa 11,41 Wasser je Minute bei etwa 4,6 bis 4,9 at Druck durch die Kanäle der Kammer zirkulieren ließ. Auch die Düse 21 kann durch Wasserzirkulation gekühlt werden. Jedoch kann die Düse 21 insbesondere bei Pistolen mit kleinerer Energie bei richtiger Kühltemperatur gehalten werden, indem man das Hilfsgas, welches zur Unterstützung des Abstreifens und Zerstäubern der geschmolzenen Teilchen verwendet wird, zirkulieren läßt. Es wurden kleine Pistolen für 15 Kilowatt für Innenspritzen bis zu 75-Kilowatt-Pistolen für schnelles Plasmaflammspritzen großer Materialmengen gebaut. Die erforderliche Energiequelle kann grob kalkuliert werden; man benötigt etwa 10 Kilowatt je 0,45 kg niederzuschlagenden feuerfesten Oxyds.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schmelzen, Zerstäuben und Versprühen eines feuerfesten Materials durch Ausbildung eines Bogenplasmas in einer begrenzten Kammer, Beschleunigung der sich ergebenden as Gasstrahlflamme durch Austretenlassen aus einem verengten Ausgang aus der Kammer, Zufuhr des feuerfesten Materials in die Strahlflamme, um es zum Schmelzzustand zu bringen, und Förderung des geschmolzenen, atomisierten Materials auf eine damit zu überziehende Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß als Material eine feuerfeste Oxydbeschickung als Stab mit gleichzeitiger Rotation in die Flamme zum Abstreifen und Zerstäuben von geschmolzenem Oxyd an der Spitze des Stabes eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zerstäubendes und beförderndes Hilfsgas mit der Strahlflamme koordiniert wird, um die vom Stab abgestreiften geschmolzenen Teilchen weiter zu zerteilen und zu befördern.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasgeschwindigkeit in der Strahlflamme eingestellt wird, indem man die Größe des verengten Ausganges aus der Kammer, in welcher die Plasmastrahlflamme erzeugt wird, steuert.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab mit einer Geschwindigkeit von 16 bis 20 U/min gedreht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 321 080;
USA.-Patentschriften Nr. 2 882174, 2 876121,
691;

WADC TR, 59-415, S. 29 bis 36.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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