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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Schlichte
aus einer Aufschlämmung hitzebeständiger Teilchen in einer ein Bindemittel enthaltenden
Flüssigkeit auf eine feste, insbesondere heiße Oberfläche.
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Verfahren zum Aufbringen von Schlichten auf die Oberflächen von Gießformen
sind bekannt. So wird beispielsweise ein in einer Flüssigkeit suspendiertes Polymerisat
auf die Oberfläche einer Form aufgesprüht. Nach Verdampfen der Flüssigkeit bleibt
ein Schutzbelag zurück. Bei einem anderen Verfahren wird ein feinverteiltes Gemenge
von Borsäure in Verbindung mit Metalloxyden in pulverförmiger Verteilung auf die
Formen aufgestäubt oder in Form einer Suspension aufgesprüht.
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Ferner ist auch vorgeschlagen worden, auf die Innenwand der stillstehenden
Kokille zunächst eine erste Schicht mit im wesentlichen glatter, freier Innenfläche
und regelmäßiger Dicke aufzutragen. Nach dem Trocknen wird auf diese Schicht wenigstens
eine weitere Schicht mit einer rauhen Oberfläche aufgebracht und anschließend auf
diese freie, rauhe Oberfläche der mit Schleudergießgeschwindigkeit rotierenden Kokille
ein feiner Überzug aus pulverisiertem Calciumsilid aufgestäubt.
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Schließlich wäre noch ein Verfahren zur Herstellung eines gasundurchlässigen
Überzuges auf der Innenfläche von grünen Sandgußformen zu erwähnen, bei dem Metalle
oder Salze mittels unter Druck stehender Dämpfe oder Gase in feinverteiltem geschmolzenem
Zustand auf die Formoberfläche gespritzt werden.
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Alle diese Schutzüberzüge sollen die Oberflächen der Gießformen vor
Erosion und anderen störenden Einflüssen schützen sowie ein Ankleben der Gußstücke
an den Formwänden verhindern.
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Beim Gießen geschmolzener Metalle treten eine Reihe von Schwierigkeiten
und erhebliche Probleme auf, die im wesentlichen durch entsprechende Behandlung
der Formen gemindert oder ausgeschaltet werden müssen. Die beim Eingießen des flüssigen
Metalls sich bei jedem Guß wiederholenden Temperaturstöße beanspruchen die Oberflächen
der Formen erheblich. Durch das kaskadenartig auftreffende Metall wird besonders
bei hohen Gießformen, deren Höhe oft bis zu 3 m beträgt, ein starker Druck ausgeübt.
Dieser Druck und die hohen Temperaturen verursachen fugenartige Vertiefungen und
die Bildung von Narben und Kehlen, insbesondere auch in den Bodenteilen der Formen.
Auf der Oberfläche des ; zwischen solchen beschädigten Formwänden erstarrten Metalls
prägen sich alle Unebenheiten ein, so daß das gegossene Metall verunstaltet oder
gar unbrauchbar wird. Außerdem neigt das Gußstück dazu, an ungeschützten oder unzureichend
geschützten Teilen ; der Form anzukleben, wodurch das Ausformen erhebliche Schwierigkeiten
bereitet. Es ist häufig nur dadurch möglich, daß das Gußstück mit der daran klebenden
Gießform gegen andere feste Gegenstände gestoßen und lose gerüttelt wird oder Gußstück
und E Form aus einer entsprechenden Höhe auf den Boden fallen gelassen wird. Dabei
bricht die Form meistens in mehrere Teile und kann anschließend nicht mehr verwendet
werden.
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Um diesen Schwierigkeiten und Unzulänglichkeiten zu begegnen, muß
nicht nur die Zusammensetzung der Schlichte qualitativ hochwertig sein, sondern
auch das Verfahren zum Aufbringen dieser Schlichte muß gewährleisten, daß die gebildete
Schutzschicht gleichmäßig aufgetragen wird, eine Oberfläche mit der gewünschten
und erforderlichen Beschaffenheit aufweist, gut haftet und über eine längere Zeitspanne
brauchbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Aufbringen von schützenden,
gut haftenden, hitzebeständigen Auskleidungsschichten auf festen, insbesondere heißen
Oberflächen zu schaffen, mit dem ohne Schwierigkeiten in einem einfachen Arbeitsgang
einheitliche dünnere oder dickere Schichten gebildet werden können, die besonders
gut auf den zu schützenden Teilen der Gießform haften.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Aufbringen einer Schlichte
aus einer Aufschlämmung feuerfester Teilchen in einer ein Bindemittel enthaltenden
Flüssigkeit auf eine feste, insbesondere heiße Oberfläche, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß eine Aufschlämmung, die eine Viskosität von 1500 bis 4500 cP bei etwa 21°
C und deren feuerfeste Teilchen eine Siebfeinheit von etwa 52,5 DIN besitzen, unter
einem Druck von mindestens etwa 14 kg/cm2 auf die Oberfläche aufgespritzt wird.
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Beim Aufbringen der Aufschlämmung auf die erhitzten Oberflächen, beispielsweise
auf heiße Gußeisengespannoberflächen, die üblicherweise Temperaturen von mindestens
260° C und, wenn sie rotglühend sind, etwa 371 bis 482° C aufweisen, muß die Größe
und Dichte der sehr kleinen Tropfen der zerstäubten Aufschlämmung so sein, daß die
flüssige Phase augenblicklich verdampft und eine trockene, haftende Schutzschicht
auf der Oberfläche der Form hinterläßt, die nicht »durchsackt«, abblättert oder
auf andere Weise von der Oberfläche losgelöst wird.
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Eine für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Aufschlämmung hat
die folgende allgemeine Zusammensetzung:
| Bestandteile Gewichtsprozent |
| Feinverteilter hitzebeständiger Stoff 10 bis 70 |
| Bindemittel einschließlich Flüssig- |
| keit ......................... 30 bis 90 |
| Suspendiermittel . . . . . . . . . . . . . . . . bis zu etwa
2 |
Diese Schlichte besitzt eine Viskosität von 1500 bis 4500 cP, vorzugsweise 1500
bis 2500 cP bei 21° C.
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Ein spezifisches Beispiel einer solchen Aufschlämmung ist folgendes:
| Bestandteile Gewichtsprozent |
| Feinverteilte verschmolzene Kiesel- |
| säure ........................ 50 |
| Kieselsol, 30% Si02 in Wasser ... 43,2 |
| Äthylenglykol .................. 6,5 |
| Hydrophiles Kolloid als Suspen- |
| diermittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,3 |
Gemäß einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung dieser Aufschlämmung wird mit
Wasser verdünntes Natriumhydroxyd zum Kieselsol zugegeben, um den pH-Wert auf 10,9
einzustellen, und das Äthylenglykol zugefügt. Dann wird das Suspendiermittel
mit
der verschmolzenen Kieselsäure vermischt und diese Zusammensetzung unter heftigem
Rühren zu der Flüssigkeit zugesetzt. Das heftige Rühren wird mindestens 10 Minuten
lang, vorzugsweise über 1 Stunde, fortgesetzt. Nachdem die Aufschlämmung einige
Minuten stehengelassen wurde, wird die Viskosität bestimmt, die vorzugsweise 2000
bis 2300 cP bei 21° C betragen soll.
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Beispiele anderer Suspendiermittel sind ein kaustifiziertes Gemisch
aus Polyacrylsäure und Polyacrylamid, eine kaustifizierte Polyacrylsäure, Carboxymethylcellulosehydroxyäthylcellulose,
Methylcellulose und Hydroxypropylmethylcellulose.
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Die in der Aufschlämmung suspendierten oder dispergierten feinen Teilchen
bestehen vorzugsweise aus mindestens einer hitzebeständigen Substanz, z. B.
| Tabelle I |
| Kieselsol I I I II I III I IV V I VI |
| Prozent kolloidale Kiesel- |
| säure als SiO2 . . . . . . . . . 15 30 35 bis 36 31 bis 22
49 bis 50 35 |
| pH .................... 8,6 10,2 8,6 3,7 9,0 3,5 |
| Viskosität bei 25' C (cP) geringer als 5 geringer als
5 geringer als 5 geringer als 10 10,30 6,5 |
| Spezifisches Gewicht bei |
| 200 C ................ 1,09 1,205 1,255 1,06 1,385 1,255 |
| Durchschnittlicher |
| FlächenbereichM2/gSiO., 330 bis 430 190 bis 270 135 bis 190
135 bis 190 120 bis 150 135 bis 190 |
| Durchschnittliche |
| Teilchengröße (mw) .... 7,9 11 bis 16 16 bis 20 16 bis
22 20 bis 25 16 bis 22 |
| Dichte 120 g/1 bei 201 C 9,1 10,0 10,5 8,8 11,6 10,5 |
| Na.,0 (o/o) ... . . ...... . .. 0,04 0,40 0,10 0,05 0,30 0,01 |
Um den Versand und die Anwendung wirtschaftlicher zu gestalten, kann das verdünnte
Sol weitgehend konzentriert werden. Außer den wäßrigen kolloidalen Kieselsolen können
auch solche verwendet werden, die einen Hauptanteil polarer organischer Lösungsmittel
enthalten und die allgemein als Organosole bezeichnet werden. Es ist lediglich erforderlich,
daß die verwendeten Kieselteilchen in einer hydrophilen Substanz kolloidal dispergiert
werden können, beispielsweise in Wasser oder niederen Alkylalkoholen und anderen
organischen Verbindungen, die verhältnismäßig hohe Dielektrizitätskonstanten besitzen.
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Gemische aus Wasser und organischen mit Wasser verträglichen Substanzen
können ebenfalls als Suspendiermittel für die kolloidalen Kieselteilchen verwendet
werden. Hierfür werden besonders solche organische Substanzen, beispielsweise Amine,
wie Morpholin, Diäthylamin u. dgl., und organische Polyhydroxyverbindungen, wie
Äthylenglykol, Propylenglykol-1,2; Propylenglykol-1,3; Glycerin u. dgl. bevorzugt,
die durch Zumischen zu den reinen wäßrigen Kieselsolen deren Gefrierpunkt erniedrigen.
Solche Sole sind besonders während der kälteren Monate des Jahres zweckmäßig, wenn
sie gelagert und/oder bei verhältnismäßig tiefen Temperaturen verwendet werden müssen.
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Ein zweckmäßiges gegen Frost geschütztes Sol Glaskiesel, kristalliner
Kiesel, oder wasserunlösliche Metallsilikate, wie Magnesiumsilikat, Aluminiumsilikat,
Zirkoniumsilikat oder siliziumhaltige Tonerden, sowie nicht siliziumhaltigen hitzebeständigen
Stoffen, wie beispielsweise Aluminiumoxid.
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Das am meisten bevorzugte hitzebeständige Material, das im weiteren
näher besprochen wird, ist glasartige Kieselsäure oder Glaskiesel.
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Das für die erfindungsgemäße Schlichte verwendete Bindemittel ist
vorzugsweise kolloidales Kieselsol. Es können aber auch wäßrige Dispersionen aus
Aluminiumphosphat, Äthylsilikat, Natriumsilikat oder deren Gemisch mit kolloidalem
Kieselsol als Bindemittel für die Aufschlämmungen eingesetzt werden.
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Beispiele einiger geeigneter Kieselsole sind in der folgenden Tabelle
I angeführt. enthält 5 bis 50 Gewichtsteile einer Polyhydroxyverbindung, wie Äthylenglykol,
20 bis 85 Gewichtsteile Wasser und 10 bis 60 Gewichtsteile Kieselsäure.
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Die Kieselsäureteilchen der Sole sollen zweckmäßigerweise dicht und
amorph sein und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht mehr als
150 lm aufweisen. Wie aus den Angaben der Tabelle I ersichtlich ist, haben alle
als Ausgangsstoffe vorgesehenen Kieselsole einen mittleren Teilchengrößendurchmesser
von weit weniger als 150 Rm. Der bevorzugte mittlere Durchmesser der Teilchengröße
der Ausgangskieselsole beträgt 10 bis 50 #tm. Die Kieselsäurekonzentration, ausgedrückt
in SiO2, kann in den Solen zwischen 0,1 und 60 Gewichtsprozent betragen. Bevorzugte
Sole enthalten von 3,0 bis 60 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 60 Gewichtsprozent
Kieselsäure. Auch die als »salzfrei« bekannten Kieselsole können für als Bindemittel
verwendet werden, und zwar insbesondere dann; wenn das Suspendiermedium für die
Kieselsäureteilchen im Bindemittel selbst ausschließlich eine polare organische
Flüssigkeit oder ein Gemisch aus Wasser und polarer organischer Flüssigkeit ist.
Da viele der oben beschriebenen Sole gewöhnlich Alkalimetallverbindungen als Stabilisatoren
enthalten, sind sie im allgemeinen mit organischen Systemen nicht verträglich, da
durch diese Salze die Kieselsäureteilchen gelieren oder ausfallen, wenn die wäßrigen
Phasen
durch polare organische Lösungsmittel ausgetauscht werden. Dies kann dadurch vermieden
werden, daß -»salzfreie« wäßrige Kieselsole als Ausgangsmaterialien zur Herstellung
von reinen Organosolen oder Gemischen aus Wasser und organischen Stoffen als Kieselsäureträger
verwendet werden. Salzfreie Sole können durch Entfernen der darin enthaltenen Kationen
mittels entsprechender Austauscherharze hergestellt werden.
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In Tabelle I` sind handelsübliche Kieselsole angeführt, die durch
Entionisierung »salzfrei« gemacht werden können. Diese wäßrigen »salzfreien« Kieselsole
können entweder als solche zusammen mit einem öder mehreren der genannten hitzebeständigen
Substanzen verwendet werden, oder sie können modifiziert werden, wobei die wäßrige
Phase vollständig oder teilweise durch eine hydrophile polare Flüssigkeit, wie ein
Alkohol oder Gemisch AI-kohol-wäßriges Sol in gewünschten Verhältnissen ersetzt
werden kann.
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Wenn die Teilchengrößen der oben beschriebenen Kieselsole innerhalb
der angegebenen Bereiche liegen, haben die im wäßrigen oder organischen Ausgangssol
vorhandenen Kieselsäureteilchen spezifische Flächenbereiche von mindestens 20 m2/g
und gewöhnlich mehr als 100 m2/g. Wenn ferner entionisierte Sole als Bindemittel
verwendet werden, ist ihr Salzgehalt, ausgedrückt in Na2S04, im allgemeinen geringer
als 0,010/0.
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Die obengenannten bevorzugten hitzebeständigen Glaskieselarten sind
glasartige Modifikationen der Kieselsäure, die durch Schmelzen von ausgesuchten
Tieftemperatur-Kristallformen erhalten werden und als Quarzglas oder Kieselglas
bekannt sind. Sie enthalten die aus geschmolzenen Quarzgläsern, Silikatgläsern und
Kieselgläsern erhaltenen Teilchen. - Der Wärmeausdehnungskoeffizient mit im wesentlichen
weniger als 5 -10 -8 cm/cm/° C aller dieser erfindungsgemäß bevorzugten
Stoffe ist im Vergleich zu anderen hitzebeständigen Substanzen, wie z. B. Natronkalk
und Bleiglasarten, verhältnismäßig klein. Der Kieselsäuregehalt dieser granulierten
hitzebeständigen Materialien ist gewöhnlich größer als 96% Kieselsäure, ausgedrückt
in SiO2, und kann bis zu 99,8 0/0 SiO2 betragen.
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Da die Temperatur des geschmolzenen Metalls, verglichen mit derjenigen
des Gespannes, auch dann, wenn letzteres geheizt ist, extrem hoch ist, tritt eine
sehr plötzliche Temperaturänderung auf, wenn das Metall das Gespann berührt. Die
Schlichte muß daher ; in der Lage sein, diesen Hitzeschock auszuhalten, um dem Gießgespann
den nötigen Schutz zu geben. Die Nachteile- der bekannten Stoffe dürften daher zumindest
zum Teil darauf zurückzuführen sein, daß sie gegenüber dem plötzlichen starken Wärmeanstieg
; nicht widerstandsfähig sind, so daß die Schutzschicht platzt und die Metalloberfläche
dadurch dem kaskadenartig in die Form gegossenen geschmolzenen Metall ausgesetzt
wird.
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Daher müssen sich am besten die reinsten, hitzebeständigen Stoffe
mit einem niedrigstmöglichen Wärmeausdehnungskoeffizienten eignen. Diese Eigenschaften
besitzen besonders die glasartigen Kieselsäuren und insbesondere die- geschmolzenen
Kieselsäurearten. Die letzteren haben einen Kieselsäure- c Behalt, der größer ist
als 97%, ausgedrückt in SiO2, und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten nicht größer
als
6.10-7 cm/cm/° C: Hierher gehört beispielsweise ein sogenanntes Hartfeuerglas,
dessen Wärmeausdehnungskoeffizient etwa 5 - 10-7 cm/cm/° C beträgt und das folgende
Zusammensetzung aufweist:
| Tabelle II |
| Bestandteile I Gewichtsprozent |
| Si02 ........................... 97,3 |
| A1203 ......................... 1,7 |
| Suboxide,der Kieselsäure ... ..... 1,0 |
Die Zerkleinerung der Kieselsäurebestandteile erfolgt durch Mahlen von sehr reinen
geschmolzenen Kieselgläsern.
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Auch Borsilikatgläser und Kieselsäuregläser ergeben fein gemahlen
außerordentlich gute hitzebeständige Stoffe.
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Die Teilchengröße der hitzebeständigen Substanzen kann über einen
weiten Bereich streuen. Je kleiner aber die Teilchengröße ist, um so länger bleibt
eine aus Bindemittel und hitzebeständigem Stoff gebildete Aufschlämmung in einem
homogenen Zustand. Es wurde gefunden, daß Teilchen verwendet werden können, deren
Größe von etwa 2775 Maschen pro Quadratzentimeter (52,5 DIN) bis herunter zu einem
Bruchteil 1 g, ist. Der. mittlere Durchmesser guter hitzebeständiger Teilchen beträgt
20 bis 500 #t, wobei die Teilchen mit dem kleineren Durchmesser besonders bevorzugt
werden. Die Menge des Bindemittels hängt von der Menge der hitzebeständigen Substanz
ab. Ein unzulängliches Mengenverhältnis bewirkt nach dem Trocknen der Aufschlämmung
eine pfannkuchenartige Struktur mit zahlreichen unerwünschten Löchern in der Schicht,
wodurch Teile des Gießgespannes oder der Formunterteilflächen bloßgelegt werden.
Ein gutes Ergebnis wird mit etwa 10 bis 70 Gewichtsprozent hitzebeständigen Teilchen
und von 30 bis 90 Gewichtsprozent Bindemittel, vorzugsweise 30 bis 70 Gewichtsprozent
hitzebeständige Substanz und 70 bis 30 Gewichtsprozent Bindemittel erzielt. Beispiel
Eine gemäß obiger Angaben hergestellte Aufschlämmung wurde auf ein heißes Gußeisengespann
einer Gießform als Hochdrucksprühnebel aufgespritzt. Sie wurde mittels einer Düse
mit einem Durchmesser von 1 mm und einem Pumpdruck von 24,5 kg/cm2 aufgesprüht.
Die Temperatur des heißen Gespannes betrug etwa 260° C. Die zerstäubte Aufschlämmung
trocknete im wesentlichen sofort bei Berührung mit dem heißen Gießgespann und bildete
eine harte, dichte, festhaftende Schicht von einer Dicke von 0,397 bis 3,175 mm.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Dicke der aufgebrachten Schutzschicht
in verschiedenen Bereichen variiert werden, wobei jedoch die Schicht im gesamten
Bereich einheitlich bleibt. Auf diese Weise können besonders beanspruchte Teile
der Gießform entsprechend geschützt werden.
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Das Aufbringen der Schlichte durch Pumpdruck hat gegenüber dem Zerstäuben
durch Luft- oder anderen Gasdruck insbesondere den Vorteil, daß nicht auf ein genaues
Luftverteilungsverhältnis geachtet werden muß. Wenn zu wenig Luft vorhanden ist,
können in der Schutzschicht Luftblasen auftreten,
und wenn zuviel
Luft zugeführt wird, trocknen die Teilchen der Aufschlämmung, bevor sie auf die
zu beschichtende Oberfläche auftrifft. Daher ist es zweckmäßig, die mechanische
Zerstäubung zu verwenden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann überall da verwendet werden, wo
eine hitzebeständige Schutzschicht benötigt wird, so beispielsweise beim Beschichten
eines Feuerziegeldaches eines Hochofens mit offener Brust. Besonders vorteilhaft
ist das erfindungsgemäße Verfahren da, wo Oberflächen zu beschichten sind, die eine
Temperatur aufweisen, die oberhalb des Siedepunktes des Wassers liegt.