DE2127690A1

DE2127690A1 - Verfahren zum aufbringen einer hochfeuerfesten beschichtung auf metallische formen, insbesondere auf hochofenblasformen aus kupfer, und nach dem verfahren beschichtete form

Info

Publication number: DE2127690A1
Application number: DE2127690A
Authority: DE
Inventors: Hans Kaemmerer
Original assignee: HANS KAEMMERER FA
Current assignee: HANS KAEMMERER FA
Priority date: 1971-06-04
Filing date: 1971-06-04
Publication date: 1973-01-25

Description

den 3. Juni 1971

a; KIn 7Si

Firma Hans Kämmerer

4000 Düsseldorf
Volksgartensträße 75

Verfahren zum Aufbringen einer hochfeuerfesten Beschichtung auf metallische Formen, insbesondere auf Hochofenblasformen aus Kupfer, und nach dem Verfahren beschichtete Form

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer hochfeuerfesten Beschichtung auf metallische Formen, insbesondere auf Hochofenblasformen aus Kupfer. Die Erfindung hat auch Formen zum Gegenstand, die nach dem Verfahren beschichtet worden sind.

Die zunehmend vertieften Erkenntnisse bei der Verhüttung von Eisenerz und die neuzeitlichen Werkstoffe und Mai3nahmen beim Bau von Hochöfen gestatten die Erstellung immer größerer Ofenbauwerke mit entsprechend höheren Durchsatzleistungen. Damit werden auch die Durchmesser der Hochöfen größer, und in entsprechendem Maße vermehrt sich die Zahl der für einen Hochofen erforderlichen Blasformen. Da das Auswechseln der verschlissenen Blasformen gegen neue Formen eine personalintensive Arbeit ist, die überdies den Ofenbetrieb unterbricht, gewinnt das Problem der Standzeiten der Blasformen mit größer werdendem Durchmesser der Hochöfen und damit auch vergrößerter Zahl der

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je Hochofen erforderlichen Blasformen eine steigende Bedeutung. Dies gilt im übertragenen Sinne auch für andere metallische Formen, die hohen Temperaturen ausgesetzt werden müssen, beispielsweise für Stahlguß- oder Graugußformen. Das Bestreben muß infolgedessen dahingehen, die Standzeiten der Formen nach Möglichkeit zu verlängern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesem Bestreben nachzukommen und eine Methode zu schaffen, die zu einer solchen Standzeitverlängerung verhilft, und zwar auf dem WegQÜber eine Beschichtung der Formen, wenigstens der dem Angriff der hohen Temperaturen und schädigenden Atmosphäre ausgesetzten Formenteile. ·

Die Lösung geschieht nach der Erfindung durch ein Verfahren der eingangs genannten Gattung, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Formen zuerst einer ,mechanischen Haftgrundvorbereitung mit körnigen Strahlmitteln unterzogen werden und daß dann im Wege des Aufspritzens eines Nickel enthaltenden Materials ein Haftgrund, der gleichzeitig Zunderschutz ist, in einer Schichtstärke zwischen etwa 0,25 und 0,4 mm, insbesondere von 0,35 mm, auf die Form aufgebracht wird, woraufhin als nächster Schritt ein Aufspritzen der hochfeuerfesten, und zwar oxid- oder metallkeramischen Schicht bei einem Schmelzpunkt oberhalb 2000° C in einer Schichtstärke zwischen etwa 0,4 und 1,0 mm erfolgt.

Nach Durchführungsformen des Verfahrens kann der Haftgrund und Zunderschutz erfindungsgemäß alternativ aus folgenden Verbindungen der anschließend angegebenen Zusammensetzung bestehen:

Nickelaluminid etwa 80 % Ni; 20 % Al

Nickelchrom " 80 % Ni; 20 % Cr

Nickel-Chrom-Eisen-Legierung " 65 % Ni; 15 % Cr;

20 % Fe

Nach weiteren Durchführungsformen des Verfahrens kann erfindungsgemäß die hochfeuerfeste keramische Schicht aus folgenden spritzbaren Werkstoffen bestehen:

Zirkonoxid

Thoriumoxid

Titancarbid

Wolframcarbid

Magnesiumoxid

ViToIf ramsilicid

Molybdändisilicid

Hafniumoxid

Eine Dur chführungs form des Verfahrens ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Formen im Anschluß an die Haftgrundvorbereitung auf eine Temperatur zwischen 80 und 120° C vorgewärmt und während der weiteren Durchführung des Verfahrens auf dieser Temperatur gehalten werden.

Nach weiteren Durchführungsformen des Verfahrens ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Aufspritzen der hochfeuerfesten keramischen Schicht im Wege des Flammspritzens oder im Wege des Plasmaspritzens geschieht, ferner daß die Spritzarbeit in Zeitintervallen durchgeführt wird, und zwar in Abhängigkeit von der Temperatur des Werkstückes, welche 120° C nicht überschreiten soll, ferner daß bei der Spritzarbeit ein bestimmter Abstand zwischen Spritzpistolenmündung und Werkstückoberfläche eingehalten wird, der beim Aufspritzen der ersten beiden Runden des Haftgrundes um die Hälfte bis.ein Viertel geringer ist als bei den weiteren Runden.

Beim Aufspritzen der hochfeuerfesten keramischen Schicht kann mit pulverförmiger^ oder mit stabförmigem Werkstoff gearbeitet werden, und die Beschichtung auf dem Blasformkopf wird vorteilhaft in einem Bereich aufgebracht, der etwa 150 mm weit in die

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Mündung der Blasform hineinreicht, die gesamte Stirnfläche erfaßt land den Außenmantel etwa 250 bis 350 min von der Stirnfläche aus gemessen überdeckt.

Die Erfindung hat auch eine metallische Fons, insbesondere Hochofenblasform aus Kupfer, zum Gegenstand, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hochfeuerfest beschichtet worden ist und deren Merkmale sich aus den Unteransprüchen 21 bis 34 ergeben,welche dieser Beschreibung angefügt sind.

Die Wirkungen und Vorteile, die im Gefolge der Erfindung auftreten, werden nachstehend anhand eines Beispieles erläutert, welches die hochfeuerfeste Beschichtung einer Hochofenblasform mit Zirkonoxid betrifft. Dieses Material eignet sich besonders gut für die Lösung der eingangs genannten Aufgabe und soll vorzugsweise eingesetzt werden.

Das Werkstück - die Hochofenblasform - wird zunächst an seiner Oberfläche durch Kiesen gereinigt und mit einem gewissen Verklammerungs-Feinprofil versehen, d. h. eine chemische Behandlung der Oberfläche, beispielsweise mittels Säure, entfällt. Für das Kiesen wird Stahl in gebrochenen Körnern von 0,3 bis 0,8 mm Korngröße oder Korund in entsprechender Fraktionierung verwendet» Das Kiesen .oder Strahlen erfolgt so lange, bis die behandelte Oberfläche metallisch rein und vor allem rauh ist, damit sich der anschließend aufgespritzte Haftgrund in die kleinen Krater der Werkstückoberfläche gut einnisten kann. Nach dem Kiesen wird das Werkstück auf 100° C vorgewärmt, wozu ein Azethylen-Büschelbrenner zu bevorzugen ist; die Kontrolle der richtigen Werkstücktemperatur geschieht durch Messung mit einem Oberflächenpyrometer, also mittels Tastung.

Ist die Form richtig vortemperiert, beginnt das Spritzen, lier Flammspritzen. Zuerst wird der Haftgrund für die spätere hochfeuerfeste Schicht aufgebracht, beispielsweise Nickelaluminid.

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Dabei spielt die Entfernung, aus der gespritzt wird, eine wichtige Rolle, auch die Temperatur und die Teilchengröße der auf das Werkstück auf treffenden Tropfen. Es muß erreicht werden, daß die ersten Tropfen etwas stärker "aufklatschen", um sich mehr abzuplatten und sicher in alle Unebenheiten der Fonnoberfläche einzudringen. Hierzu wird bei Drücken von etwa 3,5 atü für Sauerstoff, 1,1 atü für Azethylen und .5,0 atü für die Förderluft aus einer Entfernung von zuerst 80 bis 120 mm, später 150 bis 250, vorzugsweise 200 mm, gespritzt. Die geringere An-. fangsentfernung gilt nur für die ersten beiden Spritzrunden. Die Runden erzielen (Jeweils einen Auftrag von etwa 0,05 mm, und somit sind im ganzen sieben Runden für das Aufbringen des Haftgrundes notwendig. Jede Runde überdeckt dabei mit ihrer Spur die vorangehende Spritzspur auf etwa zwei Drittel ihrer Breite.

Ist der Haftgrund aufgebracht, wird die keramische Schicht aufgespritzt, und zwar in ähnlicher Weise wie der Haftgrund.

Im vorliegenden Beispiel wird sog. stabilisiertes ZrO₂ gespritzt, und zwar bei Drücken von 3,0 atü für O₂, 1,4 atü für C₂H₂ und 5,0 atü für Luft. Die Entfernung der Pistole beträgt während aller Runden 100 bis 200 mm, vorzugsweise 150 mm. Die endgültige Schichtdicke dieser Schicht beträgt 0,7 mm.

Solange die Spritzarbeit vonstatten geht, ist größte Sorgfalt auf die Beobachtung der richtigen Werkstücktemperatur zu legen, die 120° C nicht überschreiten soll. Immer wieder wird getastet, um möglichst die Marke von 100° C einzuhalten. Dies geschieht vorzugsweise durch sog. Intervallspritzen, d. h. zeitlich aufeinanderfolgendes Spritzen und Warten in einem Rhythmus von ungefähr 1:1. Das an den Beginn der jeweiligen Wartezeit anschließende Abkühlen der Form wird durch die Umgebungsluft bewirkt*

Wie die Versuche ergeben haben, läßt sich durch eine Beschichtung mit Zirkonoxid auf einem Haftgrund und Zunderschutz aus Nickelaluminid eine dreimal bis viermal längere Standzeit für eine Hochofenblasform aus Kupfer erzielen als mit einer unbeschichteten Blasform, wie sie bisher eingesetzt wurde. Zirkonoxid weist eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit und einen günstigen Ausdehnungskoeffizienten gegenüber Kupfer bei dem in einem Hochofen vorhandenen Temperaturgefälle auf. Die sehr geringe Wärmeleitfähigkeit des Zirkonoxids gegenüber Kupfer -

λ = 320 Kcal/mhgrd, dagegen Λ =1 Kcal/mhgrd -

Cu ZrOp gespritzt

ergibt besonders günstige Verhältnisse für die Wärmedämmung.

Infolge des großen Reflexionsvermögens von Zirkonoxid tritt ferner eine kleine Wärmeübergangszahl im Ofenraum in Erscheinung.

Beispielsweise liegt die Gesamtemmisßionszahl im Ofen für Kupfer bei € _c = 0,7 bis 0,8, dagegen für Zirkonoxid als Beschichtung ^{bei £} ZrO₂ gespritzt = °>^{2 bis} °'⁴' '

Der Schmelzpunkt von Zirkonoxid mit etwa 2.600° C ist hoch, und die Benetzbarkeit der Zirkonoxidbeschichtung durch Spritzer von Roheisen oder Schlacke ist schlecht. Ein Auflösen der Beschichtung aus Zirkonoxid kann nicht stattfinden, da in der Schlacke eine solche Verbindung oder ein anderer sich mit Zirkonoxid verbindender Bestandteil nicht vorhanden ist.

Auch eine gute Beständigkeit in reduzierender und oxydierender Atnpsphäre sowie Bestand gegen geschmolzene Metalle haben sich bei den durchgeführten Versuchen ergeben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Hochofenblasform aus Kupfer mit einer Beschichtung gemäß der Erfindung

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wiedergegeben, und zwar zeigt die Abbildung eine Blasform im teilweisen Axialschnitt, wobei die dem Inneren des Hochofens zugekehrte Mündung nach oben gerichtet ist. Der Einbau der Form geschieht jedoch regelmäßig so, daß deren Längsachse ungefähr waagerecht verläuft«

Die Form hat als ganzes eine kegelstuinpfförmige Gestalt und ist mit einem ebensolchen Durchlaß 1 für die Blasluft versehen. Der Formmantel weist einen ringförmigen Hohlraum 2 für das Kühlmittel auf. In der Mitte der ringförmigen Stirnfläche 3 befindet sich die Blasmündüng 4. Der dem Qfeninnern zugekehrte Teil der Form ist mit einer zweilagigen Beschichtung 5 versehen, die sich 150 mm in das Innere der Mündung 4 hineinerstreckt, die ringförmige Stirnfläche 3 bedeckt und von dort kappenartig den Außenmantel 6 der Form auf einer axialen Länge von 300 mm, gemessen von der Stirnfläche 3 aus, umschließt«,

Die zweilagige Beschichtung besteht einstückig nahtlos aus einer unteren, auf dem Formkupfer aufliegenden Lage von Nlckelaluminid und aus einer oberen, der Ofenatmosphäre ausgesetzten Lage von Zirkonoxid mit den erwähnten Eigenschaften.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung und in den nachfolgenden Patentansprüchen offenbarten Merkmale des

Anmeldungsgegenstandes können sowohl einzeln als auch in belie bigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Durch- und Ausführungsformen wesentlich sein.

Patentansprüche 2 0 9 8 8 4/1079

Claims

Patentansprüche

1,) Verfahren zum Aufbringen einer hochfeuerfesten Beschichtung auf metallische Formen, insbesondere auf Hochofenblasformen aus Kupfer, dadurch gekennzeichnet, daß die Formen zuerst einer mechanischen Haftgrundvorbereitung mit körnigen Strahlmitteln unterzogen werden, und daß dann im Wege des Aufspritzens eines Nickel enthaltenden Materials ein Haftgrund, der gleichzeitig Zunderschutz ist, in einer Schichtstärke zwischen etwa 0,25 und 0,4 mm, insbesondere von 0,35 mm, auf die Form aufgebracht wird, woraufhin als nächster Schritt ein Aufspritzen der hochfeuerfesten, und zwar öxid- oder metallkeramischen Schicht bei einem Schmelzpunkt oberhalb 2000° C in einer Schichtstärke zwischen etwa 0,4 und 1,0 mm erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Haftgrund'und Zunderschutz ein Nickelaluminid mit etwa 80 % Ni und etwa 20 % Al aufgespritzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Haftgrund und Zunderschutz ein Nickelchrom mit etwa 80 % Ni und 20 % Cr aufgespritzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Haftgrund und Zunderschutz eine Nickel, Chrom und Eisen enthaltende Legierung mit etwa 65 % Ni, etwa 15 % Cr und etwa 20 % Fe aufgespritzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für die hochfeuerfeste keramische Schicht Zirkonoxid, insbesondere stabilisiertes ZrOp, eingesetzt wird.

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6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für die hochfeuerfeste keramische Schicht Thoriumoxid eingesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für die hochfeuerfeste keramische Schicht Titancarbid eingesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für die hochfeuerfeste keramische Schicht Wolframcarbid eingesetzt wird,
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für die hochfeuerfeste keramische Schicht Magnesiumoxid eingesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für die hochfeüerfeste keramische Schicht Wolframsilicid eingesetzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für die hochfeuerfeste keramische Schicht Molybdändisilicid eingesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für die hochfeuerfeste keramische Schicht Hafniumoxid eingesetzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 4 sowie einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Formen im Anschluß an die Haftgrundvorbereitung auf eine Temperatur zwischen 80 und 120° C vorgewärmt und während der weiteren Durchführung des Verfahrens auf dieser Temperatur gehalten werden.

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14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufspritzen der hochfeuerfesten keramischen Schicht im Wege des Flammspritzens geschieht.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufspritzen der hochfeuerfesten keramischen Schicht im Wege des Plasmaspritzens geschieht.
16· Verfahren nach Anspruch 1 /und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzarbeit in Zeitintervallen durchgeführt wird, und zwar in Abhängigkeit von der Temperatur des Werkstückes, welche 120° C nicht überschreiten soll.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Spritzarbeit ein bestimmter Abstand zwischen Spritzpistolenmündung und Werkstückoberfläche eingehalten wird, der beim Aufspritzen der ersten beiden Runden des Haftgrundes um die Hälfte bis ein Viertel geringer ist als bei den weiteren Runden.
18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufspritzen der hochfeuerfesten keramischen Schicht mit pulverförmigem Werkstoff gearbeitet wird.
19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufspritzen der hochfeuerfesten keramischen Schicht mit stabförmigem Werkstoff gearbeitet wird.
20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung auf dem Blasformkopf in einem Bereich aufge- ■ bracht wird, der etwa 150 mm weit in die Mündung der Blasform hineinreicht, die gesamte Stirnfläche erfaßt, und den Außenmantel etwa 250 bis 350 mm von der Stirnfläche aus gemessen überdeckt.
21. Metallische Form, insbesondere Hochofenblasform aus Kupfer, mit einer hochfeuerfesten Beschichtung, die nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20 aufgebracht worden istj dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung zwei Lagen umfaßt, wobei die untere Lage aus Nickelaluminid mit einem Gehalt von etwa 80 % Ni und etwa 20 % Al besteht.
22. Metallische Form entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung zwei Lagen umfaßt, wobei die untere Lage aus Nickelchrom mit einem Gehalt von etwa 80 % Ni und etwa 20 % Cr besteht.
23. Metallische Form entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung zwei Lagen umfaßt, wobei die untere Lage aus einer Nickel, Chrom und Eisen enthaltenden Legierung mit einer Zusammensetzung von etwa 65 % Ni, etwa 15 % Cr und etwa 20 % Fe besteht.
24. Metallische Form entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung zwei Lagen umfaßt, wobei die obere, äußere Lage aus Zirkonoxid besteht.
25. Metallische Form entsprechend d=m Oberbegriff von Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung zwei Lagen umfaßt, wobei die obere, äußere Lage aus Thoriumoxid besteht.
26. Metallische Form entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung zwei Lagen umfaßt, wobei die obere, äußere Lage aus Titancarbid besteht,
27. Metallische Form entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung zwei Lagen

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umfaßt, wobei die obere, äußere Lage aus Wolframcarbid besteht.
28. Metallische Form entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung zwei Lagen umfaßt, wobei die obere, äußere Lage aus Magnesiumoxid besteht.
29. Metallisiie Form entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung zwei Lagen umfaßt, wobei die obere, äußere Lage aus Wolframsilicid besteht.
30. Metallische Form entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung zwei Lagen umfaßt, wobei die obere, äußere Lage aus Molybdändisilicid besteht.
31. Metallische Form entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung zwei Lagen umfaßt, wobei die obere, äußere Lage aus Hafniumoxid besteht,
32. Metallische Form nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß dieuitere Lage der zweilagigen Beschichtung eine Lagendicke zwischen etwa 0,25 und 0,4 mm, insbesondere von 0,35 mm, aufweist.
33. Metallische Form nach einem der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die obere, äußere Lage der zweilagigen Beschichtung eine Lagendicke von etwa 0,4 bis 1,0 mm aufweist.
34. Metallische Form, insbesondere Hochofenblasform aus Kupfer, mit einer hochfeuerfesten Beschichtung, die nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20 auf-

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gebracht worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung einen Bereich erfaßt, der sich etwa 150 mm tief in die Mündung der Form hineinerstreckt, die gesamte Stirnfläche erfaßt und den Außenmantel rundum etwa 250 bis 300 mm von der Stirnfläche aus gemessen überdeckt.

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