DE2148325A1

DE2148325A1 - Metallurgischer behaelter

Info

Publication number: DE2148325A1
Application number: DE2148325A
Authority: DE
Inventors: Crawford B Murton
Original assignee: Air Repair Inc
Current assignee: Air Repair Inc
Priority date: 1970-10-01
Filing date: 1971-09-28
Publication date: 1973-08-02
Also published as: GB1364538A; US3737489A

Description

DIPL.-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düssetdorf 1 · Schadowplatz 9

•Düsseldorf, 27. Sept. 1971

US 77 059
71 105

Air Repair Inc.
Pittsburgh., Pa., V.St.A.

'Metallurgischer Behälter

'Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen metallurgischen Behälter mit einer hitzebeständigen Auskleidung und insbesondere auf das Aufbringen der hitzebeständigen Auskleidung bei einer erhöhten Temperatur von etwa 200 - etwa 165O°C auf die Innenfläche des Behälters.

Es ist bereits versucht worden, einen metallurgischen Behälter im heißen Zustand mit einer hitzebeständigen Abkleidung neu auszustatten. Unter den Begriff eines metallurgischen Behälters sollen im vorstehenden Zusammenhang beispielsweise eine metallurgische Gießpfanne, ein Tiefofen, Brennofen oder ein Kupolofen fallen. Solche metallurgischen Behälter weisen hitzebeständige Abkleidungen aus hitzebeständigen Ziegeln auf, die mit Hilfe von Mörtel festgelegt sind. Nach mehrfachem Gebrauch wird die Abkleidung stark abgetragen, bis nur noch eine dünne Auskleidung zurückbleibt, so daß eine Erneuerung derselben vorgenommen werden muß.

Während der normalen Lebensdauer erforderten außerdem bestimmte Bereiche besonders starker Beanspruchung eine Ausbesserung, indem die schadhaften Gebiete entfernt und durch neue Ziegelsteine ersetzt wurden.

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Tclt-ton (O2 11) 32O8 58

Telegramme Custopat

- 2 - 2148375 .

Das erfolgreiche Aufbringen von Beton im Bereich der Bauindustrie mittels den Beton durch Rohre treibender Druckluft gab bald auch Anlaß zu versuchen, in gleicher Yieise hitzebeständige Abkleidungen an metallurgischen Behältern vorzusehen. Wenngleich diese Versuche sich für das Anbringen hitzebeständiger Abkleidungen an kalte Gießpfannen und Öfen als zufriedenstellend erwiesen, blieben die meisten Versuche, hitzebeständige Abkleidungen an heißen Ofen anzubringen, die sich auf Temperaturen von etwa 90° C und mehr befanden, ohne solche befriedigende Ergebnisse. In Verbindung mit metallurgischen Gießpfannen, insbesondere Eisen- und Stahl-Gieß-

~ pfannen,blieben Versuche, diese heiß auszukleiden, vollständig

" ohne Erfolg.

Infolgedessen wurden die Vorteile, das hitzebeständige Material mit Druckluft durch Rohre als neue Abkleidung in verhältnismäßig kurzer Zeit auf heiße Gießpfannen und Brennofen aufbringen zu können, dadurch weitgehend zunichte gemacht, daß die Auskleidung nicht zum Anhaften an der heißen Oberfläche gebracht werden konnte, ohne eine Abkühlung der Wandungen auf eine Temperatur mindestens unterhalb etwa 180° C abzuwarten. Dementsprechend blieb ein Brennofen oder eine Gießpfanne lange Zeit außer Betrieb, wenn sie auf die für einen Austausch oder eine Reparatur der Abkleidung notwendige Temperatur abkühlte.

Mit den vorstehenden Schwierigkeiten ging das Problem einher, herkömmliche Stoffe zum Ersatz der Abkleidungen aufbringen zu können. Die herkömmlichen hitzebeständigen Stoffe ließen sich durch Zentrifugalkräfte einfach nicht auf heiße Wände metallurgischer Brennofen oder Gießpfannen aufbringen. Eine Schwierigkeit bestand bei herkömmlichen Stoffen in der Notwendigkeit, große Mengen Wasser mit den herkömmlichen Materialien mischen zu müssen, was in erster Linie deswegen geschah, um die Grenzfläche zwischen der alten Auskleidung und dem neu aufgebrachten Material auf eine niedrigere Temperatur als die Temperatur abzukühlen, bei desich Dampf bildet. Tatsächlich sind herkömmliche Werkstoffe üblicherweise auf mechanische Ausbildungen wie Risse oder Sprünge in der alten Wandung angewiesen, um das Material für die Neuaus-

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kleidung zu halten. Bei Auftrag des Materials auf eine glatte senkrechte Wand ist die Haftung zwischen dieser Wand und der Auskleidung unsicher, so daß es normalerweise zu vorzeitigen Störungen kommt.

Wenn herkömmliche Stoffe zur hitzebeständigen Auskleidung auf kalte Flächen gebracht werden, muß die Abkleidung genügend Anfangsfeuchtigkeit aufweisen, um für eine Verschmelzung und Verbindung des Stoffes bei seinem Aufbringen auf die heiße Wandfläche sowie eine Verbindung der die Abkleidung bildenden Bestandteile nach deren Anbringen zu sorgen. Im allgemeinen macht der Wassergehalt herkömmlicher Gemische mindestens etwa 10 - 20 Gew% aus. Infolgedessen war es notwendig, die neu aufgebrachte Abkleidung sorgfältig trocknen zu lassen, bevor der metallurgische Behälter wieder in Betrieb genommen werden konnte.

Beispielsweise wurde gefunden, daß bei kaltem Anbringen einer Abkleidung in einer Stahl-Gießpfanne mit einer Stärke von 10 15 cm 6 - 15 Std. vergehen müssen, um den Feuchtigkeitsgehalt auf einen annehmbaren Wert zurückzuführen, bei dem eine ausreichende Haftfestigkeit gewährleistet ist, um den Anforderungen an die Belastung zu genügen. In gleicher Weise sind für Tiefofen und Vorneiz-Brennöfen Heizzeiten in der Größenordnung von 24 - 72 Std. erforderlich. Ohne derartige Trocknungs- und Aufheizmaßnahraen war das Verhalten der aufgebrachten Abkleidung ungewiß.

Die meisten der im Handel erhältlichen hitzebeständige Materialien, die mittels Druckluft durch Rohre oder mittels Zentrifugalschleudern zur Auskleidung aufgebracht wurden, enthielten einen hohen Anteil an Al_o0„-Bindemittel oder an anderen Bindemitteln, die bei Raumtemperatur eine mechanische Festigkeit ergeben. Die meisten als Abkleidungen auf Brennöfenwandungen, Gießpfannen oder Tiefofen durch "Aufschießen" oder mittels anderer Verfahren aufgebrachten hitzebeständigen Materialien mußten bei Temperaturen aufgebracht werden, die gegenüber den Temperaturen der metallurgischen Behälter niedrig waren. Bei Versuchen, herkömmliche hitzebeständige Materialien bei erhöhten Temperaturen pneumatisch

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"aufzuschießen" oder mittels Zentrifugalschleudern aufzubringen, wurde ein übermäßiger Verlust in der Größenordnung von 20 - 90. % des insgesamt zugeführten Materials durch Abfallen beobachtet. Daher muß der Verlust großer Mengen hitzebeständigen Materials in Kauf genommen werden, bis die mit dem Auskleidungsmaterial zu beschichtende Oberfläche ausreichend kühl ist, um eine Dampfbildung zu verhindern und damit zu ermöglichen, daß das Material sich aufzuschichten beginnt.

Mechanische oder pneumatische Mittel für das Aufbringen hitzebeständiger Abkleidungen wurde hauptsächlich für Anordnungen ein- ψ gesetzt, die auf Raumtemperatur vorgekühlt waren, um einen Verlust des größten Teils des zugeführten Materials und Schaden infolge Schrumpfung zu vermeiden.

Es wurde ferner gefunden, daß beim Eingießen geschmolzenen Stahls mit Temperaturen von 1540 - 1650 ° C in eine Gießpfanne nach dem Trocknen ein Schnitt durch die Wand die Ausbildung dreier unterschiedlicher Zonen zeigt. Zunächst ist eine innere Schmelzzone mit hochviskosen glasartigen Eigenschaften zu erkennen, an die sich eine Zwischenzone aus gesinterten Reaktionskomponenten der Feststoffphase anschließt, die der hitzebeständigen Abkleidung Dauerfestigkeit verleiht. An der Außenseite verläuft eine äußere kalte Zone, die keine genügend hohe Temperatur erreicht, um ein Sintern einzuleiten. Die kalte Zone hat einen Festigkeitsgradienten, der sich zu der kalten Seite des Ofens oder der Gießpfanne erstreckt und in einem gewissen Abstand von der gesinterten Zone einen Minimalwert hat. Da die meisten Brennofen oder Gießpfannen extrem großen zyklischen Temperaturänderungen unterliegen, schafft der Aufbau der Wandung aus drei gesonderten Zonen infolge deren unterschiedlicher thermischer Ausdehnung, unterschiedlicher thermischer Leitung und unterschiedlicher Festigkeit erhebliche Probleme.

Insgesamt bedingt das kalte Anbringen einer hitzebeständigen Auskleidung eine Vielzahl von Schwierigkeiten. Dazu zählt beispielsweise die Tatsache, daß die mit den neuen Abkleidungen versehenen

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metallurgischen Behälter über lange Zeit trocknen und daher außer Betrieb bleiben müssen. Ferner fehlen praktisch brauchbare Hilfsmittel, um bestimmen zu können, wann alle Feuchtigkeit aus dem hitzebeständigen Material entwichen ist. Sodann treten Schrumpfungen auf, die das aufgebrachte hitzebeständige Material dazu neigen lassen zu springen, die neue Abkleidung weist keine zufriedenstellende Haftung an der alten Auskleidung auf. Schließlich stellt die Bildung dreier gesonderter Zonen nach der Erhitzung eine weitere Schwierigkeit dar, die zum vorzeitigen Auftreten von Fehlern führt.

Wegen des Dreizonenaufbaus, wie er sich bei der Verwendung herkömmlicher hitzebeständiger Materialien einstellt, ist es notwendig gewesen, die neuen Auskleidungen in übermäßiger Stärke aufzubringen, um eine gesinterte Zone zu erhalten, deren Stärke den beim Gebrauch auftretenden mechanischen Beanspruchungen genügt. Beispielsweise würde eine auf eine Fläche aufgebrachte extrem dünne Schicht die minimale Festigkeit des Materials beim Trocknen haben und zu zerbrechlich sein, um als Auskleidung dienen zu können. Daher sind dickere Schichten erforderlich, um eine normale Abnützung zu ermöglichen und immer noch eine ausreichende Dicke zur Verfügung zu haben, damit sich die geschmolzene, die gesinterte und die getrocknete Zone bilden können.

Ein weiteres Problem beim herkömmlichen Aufbringen von Abkleidungen durch pneumatisches oder mechanisches "Aufschießen" besteht in der Bestimmung, in welcher Dicke eine neue Abkleidung aufgebracht worden ist. Der mit dem pneumatischen Aufbringen hitzebeständiger Materialien vertraute Fachmann weiß,daß Schwankungen in der Materialstärke zwischen ± 10 % eher die Regel als die Ausnahme darstellen, weil das Aufbringen normalerweise visuell überwacht wird. Eine Ausnahme gilt hinsichtlich der für Schleuderpfannen verwendeten Verfahren, wo eine zentral angeordnete Form verwendet wird, um zwischen dem Pfannenmantel und der Form einen ringförmigen Baum zu bilden.

Jedoch läßt sich bezüglich aller herkömmlichen Möglichkeiten, d.h.

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-G-

Ziegelauskleidungen, kalt pneumatisch 'aufgeschossener^fI Auskleidungen oder mechanisch geschleuderter Gießpfannen-Ausbesserungsoder Neubildungsverfahren allgemein feststellen, daß diese auf dem Gesamtverbrauch der hitzebeständigen Abkleidung und dem anschließenden Herausreißen der Abkleidung beruhen, wenn diese so dünn geworden ist, daß sie unsicher ist. Mit anderen V/orten, die Stärke der anfänglichen Abkleidung muß so groß sein, daß die Leistung des metallurgischen Behälters gegenübercer optimalen Dicke der Abkleidung in Übereinstimmung mit den Sicherheitsvorschriften, Wärmegleichgewicht und Maximierung der Behälterleistung bzw. -kapazität geschmälert wird. Diese Schmälerung oder Verringerung der Gesamtleistung kann zu einem Produktionsverlust im Bereich von 8 - 17 % führen. Dieser Verlust ergibt sich daraus, daß ein Behälter verwendet wird, bis die Abkleidung gefährlich dünn geworden ist, daß dann die alte Auskleidung herausgerissen wird, eine neue Abkleidung erfolgt und schließlich für eine lange Zeit von gewöhnlich 15 Std. getrocknet wird. Es ist somit Kapazität bzw. Leistung für einige zusätzliche Chargen geopfert worden. Es ist besser, die optimale Wandstärke zu bestimmen und dann den metallurgischen Behälter periodisch auszubessern und somit fortlaufend ein maximales Chargengewicht und minimale Ausfallzeiten für den Behälter aufrechtzuerhalten.

Erfindungsgemäß ist daher ein metallurgischer Behälter gekennzeichnet durch eine bei erhöhter Temperatur von 200 - 1650° C als Erneuerungsabkleidung geeignete hitzebeständige Auskleidung, die hitzebeständige Bestandteile einer Zusammensetzung von etwa 40 - 70 % Ton, etwa 28 - 58 % Quarzit und etwa 0,25 - 4,0 % organisches Bindemittel aufweist, das im wesentlichen aus Pech, Teer, Harz, Polyvinylchlorid und Polyäthyltetrachlorid besteht, wobei die Auskleidung eine Mosaikstruktur kristallinen Kohlenstoffs hat.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehör: gen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

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-τ- ■ 2UB325

Fig. 1 einen Radialschnitt durch eine Gießpfanne, in die eine mögliche Ausführungsform einer Schleudervorrichtung eingesetzt ist; und

Fig. 2 in vergrößertem Haßstab einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäß mit einer neuen Abkleidung versehene Wand der Gießpfanne der Fig. 1.

In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Gießpfanne 10, die in aufrechter Stellung mit einer neuen Abkleidung versehen werden soll. In den Hohlraum der Gießpfanne 10 ist senkrecht und im wesentlichen koaxial eine zentrifugal arbeitende Schleudervorrichtung 20 eingesetzt, die mit einer genügend hohen Drehzahl umläuft, um ein Gemisch hxtzebeständxgen Materials mit einer von der gewünschten Dicke und der Geschwindigkeit der vertikalen Verschiebung der Schleudervorrichtung abhängigen Geschwindigkeit auf die Innenfläche der Gießpfanne 10 aufzubringen. Die Gießpfanne wird dabei lange genug in ihrer Lage festgehalten, um jegliche eingeschlossene Feuchtigkeit auszutreiben und das in dem Gemisch enthaltene organische Bindemittel schmelzen und verkohlen zu lassen.

Nach dem Ausgießen einer Charge flüssigen Metalls aus der Gießpfanne wird diese normalerweise umgekehrt, um noch zurückgebliebene Schlacke auslaufen zu lassen. Anschließend werden eine Stopfenstange und ein Stopfenausguß entfernt und ersetzt. Die Gießpfanne kann dann erneut eingesetzt werden, sobald genügend Zeit verstrichen ist, um einen eingesetzten Stopfenausguß austrocknen zu lassen. Wenn die Gießpfanne häufig genug, beispielsweise für 15 - 20 Chargen,benutzt worden ist, ist die Auskleidung normalerweise soweit abgetragen, daß eine Erneuerung erforderlich ist. Nachdem die Abkleidung zu 70 % ihrer normalen Lebensdauer abgenutzt worden ist, kann eine neue Abkleidung an der Innenfläche der Gießpfanne entsprechend der Erfindung angebracht werden.

Die in Fig. 1 aufrecht wiedergegebene Gießpfanne weist einen Boden 12 und eine im Querschnitt kreisförmige Seitenwandung 14 auf, die normalerweise aus entsprechend der gewünschten Form her-

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gestellten Metallplatten aufgebaut ist. Die gebrauchte Gießpfanne 10 weist auch eine zurüdbleibende hitzebeständige Seiten-Auskleidung 16 auf, die unmittelbar an die Innenfläche der Wandung 14 anschließt. Ich ähnlicher Weise ist der Boden 12 mit einer Bodenauskleidung 18 versehen.

Die Schleudervorrichtung 20 weist an ihrem oberen Ende einen Ring 22 auf, mittels dessen sie an dem Haken eines darüber verlaufenden Kranes befestigt werden kann. Ferner weist die Schleudervorrichtung 20 eine Antriebsvorrichtung wie einen Motor 24 mit einer drehbaren Welle 26 auf, die in mindestens zwei seitliche Arme 28 übergeht, die sich vorzugsweise in zueinander entgegengesetzten Richtungen erstrecken. Die Welle 26 ist als Rohrleitung ausgebildet, durch die das Gemisch hitzebeständigen Materials von einer Zuführleitung 30 aus in Abwartsrichtung zu den seitlichen Armen 28 gelangt.

Wenn die Schleudervorrichtung 20 umläuft, so tritt das Gemisch hitzebeständigen Materials in die Arme 28 ein, von deren äußeren Enden aus es auf die Innenfläche der verbliebenen Seiten-Auskleidung 16 geschleudert wird. Dadurch wird eine neue Abkleidung 32 gebildet, deren Stärke von der Drehzahl der Welle 26 und der Geschwindigkeit abhängt, mit der die Schleudervorrichtung k- in axialer Richtung weiterbewegt wird. Grundsätzlich kann die Abkleidung 32 sowohl durch Abwärts- als auch durch Aufwärtsbewegung der Schleudervorrichtung 20 aufgebracht werden, jedoch erfolgt das Anbringen der Abkleidung 32, indem die Schleudervorrichtung zunächst abgesenkt wird, bis die Arme 28 sich in Nähe des Bodens 12 befinden. Die Welle 26 erstreckt sich im wesentlichen koaxial zu der vertikalen Wandung 14, worauf sie - wie durch den Pfeil 34 angedeutet - in Drehung versetzt wird. Dabei wird die Schleudervorrichtung wie mittels des Pfeils 36 angedeutet mit einer Geschwindigkeit angehoben, bei der die Abkleidung 32 mit der gewünschten Stärke aufgebracht wird. Die Stärke der Abkleidung 32 kann dabei zwischen 0,6 und etwa 3,0 cm schwanken. Ebenso können auch Abkleidungen größerer Stärke von bis zu 25 cm aufgebracht werden, soweit dies notwendig ist.

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Die Temperatur der Gießpfanne Io mit der verbliebenen Seiten-Auskleidung IC, der Bodenauskleidung 18 sowie dem Boden 12 und der Wandung 14 kann beim Aufbringen der neuen Abkleidung 32 zwischen etwa 200 und 1650° C schwanken.

Das zunächst zur Bildung der Abkleidung 32 aufgebrachte hitzebeständige Gemisch enthält als drei Grundbestandteile organische Bindemittel, Ton und Quarzit. Bei den organischen Bindemitteln kann es sich um Materialien wie Pech, Teer, Harze, Polyvinylchloride und Polyäthyltetrachlorid handeln. Diese Bindemittel haben Schmelzpunkte zwischen etwa 120 und 200° C. Die Partikelgröße der Bindemittel beträgt weniger als 0,6 cm. Die organischen Bindemittel liegen in einer Menge vor, die sich zwischen etwa 1,5 4,0 Gew% des Gesamtgemisches bewegt. Die organischen Bindemittel haben den Zweck, den größten Teil des Wassers zu ersetzen, der in früher vorhandenen Gemischen enthalten ist, die auf kalte Flächen aufgebracht wurden, nachdem die Gießpfanne auf beispielsweise 40° C abgekühlt war. Durch Beseitigung des gesamten oder im wesentlichen gesamten Wassergehalts des Gemisches werden die Explosionen vermieden, wie sie sonst der Dampf hervorruft, der bei Berührung des geschmolzenen Stahls mit der neu aufgebrachten hitzebeständigen Schicht entsteht. Die organischen Bindemittel sind jedoch in einer Menge von weniger als 4 Gew% des Gesamtgemisches vorgesehen und schmelzen beim Auftreffen auf die heiße Fläche der Gießpfanne, so daß eine klebrige Fläche gebildet wird, an der nachfolgend zugeführtes und in dem gleichen Gebiet auftreffendes Material haften kann. Die Restwärme der in Gebrauch gewesenen Gießpfanne läßt die Bindemittel verkohlen und eine Mosaikstruktur kristallinen Kohlenstoffs entstehen, der mit den

wird anderen Bestandteilen der Abkleidung gemischt./, wenn diese in PaxtLkelform aufgebracht wird, so daß sich eine mechanische Zwischenschicht ergibt, die zwfechen der alten Seiten-Auskleidung 16 und der neuen Abkleidung 32 haftet. Ton liegt in einer Menge vor, die zwischen 40 und 70 Gew%cfes Gesamtgemisches schwankt. Die bevorzugten Tonmaterialien sind Al₀O₀- und SiO_n-Verbindungen. Die Tonverbindungen weisen beim anfänglichen Aufbringen eine Naßfestigkeit auf und sorgen dafür, daß das gesamte Gemisch festgehalten wird,

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bis alle organischen Bindemittel schmelzen und verkohlen, so daß die Mosaik-Kristallstruktur entsteht, die der neuen Abkleidung 32 die grundsätzliche Festigkeit verleiht.

Quarzit liegt in einer zwischen 28 und 58 Gew% der Gesamtmenge schwankenden Menge vor. Typische Quarzit-Verbindungen enthalten 98 % SiO₂ mit etwa 0,5 % Al₂O₃. Das Quarzit dient als Füllstoff.

Dem Gemisch aus organischen Bindemitteln, Ton und Quarzit kann entweder durch Vormischen oder beim Durchlauf des Gemisches durch die Schleudervorrichtung Wasser zugesetzt werden. Die Wassermenge P kann zwischen 4 und 6 Gew% des Gesamtgemisches sehwanken. Tonverbindungen enthalten gewöhnlich etwa 4 % Wasser in unterschiedlichen Formen, wie etwa Hydratwasser und Kristallwasser, das nach Ergänzung durch eine weitere Menge von 4-6 Gew> Wasser etwa 10 Gew% Wasser für das Gesamtgemisch ergibt. Höhere Wasseranteile rufen häufig Dampfexplosionen hervor.

Wenn das Gemisch die Schleudervorrichtung verläßt und sich über die Gießpfanne hinwegbewegt, so läßt die Restwärme der in Gebrauch gewesenen Gießpfanne einen Großteil des Wassers verdampfen, bevor es auf die Wand der Gießpfanne auftrifft. Es bleibt jedoch genügend Wasser zurück, um den Ton als Bindemittel wirksam werden zu lassen, fc bis die Abkleidung sich vollständig ausgebildet hat.

Wenn das Geraisch hitzebeständigen Materials die heiße Oberfläche der Seiten-Auskleidung 16 der Gießpfanne zunächst erreicht, so läßt die in der Auskleidung enthaltene Restwärme die organischen Bindemittel unmittelbar schmelzen und eine zähe oder klebrige Basis für nachfolgende Partikel bilden, die an dem klebrigen Bindemittel haften. Nach dem Aufbau der Abkleidung 32 dient die anfängliche Abkleidung jedoch als Wärmeisolator. Dann dient der Plastizität aufweisende feuchte Ton als hauptsächliches Bindemittel für einen Aufbau der Partikel des Gemisches, die sich anschließend auf die gewünschte Stärke ansammeln, wenn die Schleudervorrichtung in vertikaler Richtung aufsteigt.

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Schließlich überwinfet jedoch die Restwärme in der Seiten-Auskleidung 16 der Gießpfanne die Isolierwirkung der anfänglichen Lage aus organischem Bindemittel, so daß die nachfolgend aufgebrachten Partikel des organischen Bindemittels mehr und mehr zum Schmelzen gebracht werden. Gleichzeitig wird das Wasser verdampft und aus der neuen Abkleidung 32 ausgetrieben. Entsprechend der weiteren Einwirkung der Wärme auf die Abkleidung 32 wird das Wasser weiter verdampft, während die organischen Bindemittel fortfahren, nach außen hin zu schmelzen. In der Zwischenzeit verkohlen die zuerst zugeführten Teile des organischen Bindemittels, wobei sie kristallinen Kohlenstoff mit Mosaikstruktur bilden, der mit den Al₃O₃- und SiOg-Partikeln im Quarzit und Ton gemischt ist. Der resultierende Aufbau weist eine kontinuierliche Kohlenstoffphase mit Mosaikstruktur und den Ton auf, der die im Abstand voneinander angeordneten SiOg-Partikel des Quarzits enthält, was die diskontiuierliche Phase darstellt.

Während der Bildung des endgültigen Aufbaus der Abkleidung 32 durchläuft die Abkleidung eine Farbänderung, die einem Beobachter zeigt, wann die endgültige Struktur der Abkleidung 32 vollständig gebildet worden ist. Wird das hitzebeständige Gemisch zunächst aufgebracht, so hat es ein hellgraues Aussehen. Nachdem das ganze Wasser verdampft ist, nimmt das Material eine dunkelgraue Färbung an, die das Verdampfen des Wasser anzeigt. Anschließend, wenn das organische Bindemittel verkohlt, geht die Farbe der Abkleidung wieder in eine helle, beige Färbung über, die die vollständige Bildung der Abkleidung 32 anzeigt. Diese Farbänderungen erfolgen sehr rasch in der Größenordnung von etwa 10 - 15 min, je nach der Dicke und Temperatur der Gießpfanne beim Aufbringen der Abkleidung.

Der endgültige Aufbau einer typischen Abkleidung 32 ist mit Fig. 2 wiedergegeben. Die auf der zuvor vorhandenen Seiten-Auskleidung 16 angeordnete Abkleidung 32 wird typischerweise in einer Stärke aufgebracht, die zwischen etwa 0,6 cm und 2,5 - 3,8 cm schwankt. Jedoch können, wie bereits erwähnt, Stärken bis zu 25 cm aufgebracht werden, wo dies sinnvoll ist.

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Der hitzebeständige Stoff wird durch geeignete Wahl der miteinander zu vereinigenden Komponenten hergestellt und zum unmittelbaren Anhaften an heißen Flächen gebracht, ohne dabei auf den Massenkühleffekt von Wasser und Material zurückzugreifen, wie dies in Verbindung mit herkömmlichen hitzebestäridigen Materialien der Fall war. Der Bereich empfohlener Stoffe ist weit und umfaßt basische, saure und neutrale hitzebeständige Materialien, die den Bindemitte leffekt von Ton mit dem organischer Bindemittel vereinigen, nämlich Kohlenwasserstoff-Natriumsilicat, Kohlenwasserstoff-Phosphat, Kohlenwasserstoff-Chromsäure, Kohlenwasserstoff-Ton, kohlenwasserstoff-Siliziumdioxid, Kohlenwasserstoff-Aluminiumoxid F o. dgl. Eine Synthese aller dieser Bindemittel ist wesentlich für das Anhaften des hitzebeständigen Stoffes bei seinem Anbringen.

Zwar kann, wie erwähnt, die Stärke der angebrachten Abkleidung zwischen 0,6 und etwa 25 cm schwanken, jedoch wurde gefunden, daß die üblicherweise aufzubringende Dicke zwischen etwa 0,6 und 2,5 - 3,8 cm je Auftrag liegt. Eine Abkleidung mit einer Stärke zwischen O,6 und 2,5 - 3,8 cm reicht mindestens für zwei Chargen aus, ehe eine Erneuerung erforderlich ist. Eine Eisen-Gießpfanne, die normalerweise zwischen 1260 und 1430° C betrieben wird, kann mit Abkleidungen kleineren Volumens und geringerer Stärke als

eine Stahl-Gießpfanne ausgestattet werden, die bei 1510 - 159O° arbeitet. Stahlherstellungsvorgänge, bei denen vorwiegend mit niedrigem Kohlenstoffgehalt gearbeitet wird, verursachen einen normalen Abtrag der Gießpfannen-Abkleidung von etwa 0,6 mm pro Charge. Eine Abkleidungsstärke von 1,2 cm pro Auftragsvorgang entsprechend der Erfindung ermöglicht daher mindestens zwei Chargen, bevor eine neue Abkleidung notwendig ist. Vorläufige Ergebnisse lassen den Schluß zu, daß drei oder vier Chargen mit einer Abkleidung von 12 mm Stärke gefahren werden können.

Für einen Vergleich der Zeit, die für das Ersetzen einer Auskleidung entsprechend der Erfindung gegenüber den bekannten Verfahren notwendig ist, sei auf die nachstehende Tabelle I verwiesen.

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Zum Vergleich sind dabei die Möglichkeiten herangezogen, eine Abkleidung (1) mit Hilfe von Ziegeln und Mörtel,(2) durch "Aufschießen" von Abkleidungsmaterial auf eine kalte Gießpfanne und (3) durch Aufschleudern auf eine kalte Gießpfanne zu erzielen.

Tabelle I

Zeit für die Erneuerung von Gießpfannen-Abkleidungen

Kühlung und
Vorbereitung

Abkleidung je Pfanne
Abkleidung je Charge
Trocknung je pfanne
Trocknung je Charge

Gesamtzeit je Charge

heiße Ziegel u. kaltes kaltes Gießpfanne Mörtel Schleudern Aufschießen

O	6+ Std.	6+ Std.	0
lO min	8 ^lf	4 "	8 Std.
5 "	24 min	10 min	1,6-2 Std
15 "	15 Std.	15 Std.	15 Std.
7,5 "	45 min	45 min	3,0-3,75 Std.
12,5 "	1 Std./ 27 min	1 Std./ 15 min	4,6-5,75 Std.

Es erscheint ohne weiteres ersichtlich, daß erfindungsgemäß eine Möglichkeit zur Abkleidung einer Gießpfanne in einer Zeit (12,5 min je Charge) geschaffen wird, die die Ausfallzeit gegenüber den bisher bekannten Verfahren erheblich verringert. Das bekannte Verfahren, eine Abkleidung mit Hilfe von Ziegeln und Mörtel vorzusehen, erfordert vorgebrannte Gießpfannen-Ziegel und Mörtel, wobei die Abkleidung selbst innerhalb der Pfanne von Hand hergestellt werden muß. Für das kalte "Aufschießen" muß die Innenseite der Gießpfanne mit Hilfe einer pneumatischen Ausrüstung bis zu einer Stärke von etwa 3,8 cm aufgebracht werden. Um wirksam arbeiten zu können, muß dieser Vorgang nach jeder vierten oder fünften Charge wiederholt werden. Ein Kaltschleudervorgang zur Abkleidung

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von Gießpfannen bedingt den Aufbau einer zur Handhabung von hitzebeständigem Material geeigneten Anlage sowie entsprechenden Betriebsraum für den Aufbau einer Schleudermaschine. Es sind hohe Kapitalinvestitionen notwendig, und das Verfahren ist teuer, insbesondere, wenn alle Ziegelschichten entfernt wurden und das System zusammenbricht.

Bisher wurde das Verfahren nach der Erfindung in seiner Anwendung für die Abkleidung bzw. den Austausch einer Auskleidung von Stahl-Gießpfannen beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß das Verfahren nach der Erfindung sich ebenso einsetzen läßt, wenn gleichartige Abkleidungen an Wandungen verschiedener Arten metallurgischer Behälter wie Tief- oder Brennofen angebracht werden sollen. Wegen der unterschiedlichen Arbeitstemperaturen von Gießpfannen, Tief- und Brennofen ergeben sich Abweichungen hinsichtlich des Gemisches hitzebeständigen Materials.

Das Gemisch enthält für unterschiedliche Anwendungszwecke verschiedene Anteile der Komponenten. Der Einsatzbereich des organischen Bindemittels liegt zwischen etwa 0,25 - etwa 4,0 Gew%, wobei optimale Ergebnisse zwischen 1,0 und 2,5 Gew% liegen und der optimale Anteil etwa 2,0 Gew% beträgt. Die Einstellung der hitzebeständigen Eigenschaften hängt von dem gewünschten Al₀O-Gehalt des Gemisches wie folgt ab:

Gemisch	^Ä12°3
Stahl-Gießpfanne	8-10
Tief- und Brennofen	10 - 12
Eisen-Gießpfanne und Oberform	12 - 14

Wenn somit der gewünschte Al„Oo-Gehalt von einem 2O % ^A1 ₂°s enthaltenen Ton gestellt wird, so werden die Gemische proportional dazu gemacht.

Typische Beispiele für die Arbeitsbereiche und die bevorzugten

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en

Zusammensetzung¹'des in Frage kommenden organischen Bindemittels, Tons und Quarzits sind in der folgenden Tabelle II zusammengestellt:

Tabelle II

Zusammensetzungsbereich CGe \v%)

Gesamter

Gehalt des Gemxsches

^A12°3-

Organisches Bindemittel

Ton

Quarzit

Stahl-Gießpfanne 8-10 Tiefofen 10 - 12

Eisen-Gießpfanne

2
2

und Oberkasten

12 - 14

40-50 (47) 48-58 (51) 50-60 (55) 38-48 (43)

60-70 (65) 28-38 (33)

(In Klammern gesetzte Zahlen sind bevorzugte Prozentwerte)

Der Einsatz von Gemischen hitzebeständiger Stoffe, so daß organische Bindemittel den dominierenden Anteil des Wassers ersetzen, wie es in bisherigen herkömmlichen hitzebeständigen Stoffen verwendet wurde, macht es möglich, das bisherige Problem langer Ausfallzeiten zu überwinden und nunmehr die Abkleidung eines Brennofens, einer Gießpfanne oder eines Tiefofens innerhalb minimaler

Oil

Zeit/zu ersetzen, so daß die auszukleidenden Vorrichtungen unverzüglich wieder in Betrieb genommen werden können.

Das Material und das Verfahren nach der Erfindung gewährleisten ein sicheres Anhaften des auf heiße Flächen aufgebrachten hitzebeständigen Materials und eine Anzeige durch Farbänderung, sobald der Wasseranteil im wesentlichen vollständig abgeführt worden ist. Somit werden die neu abzukleidenden heißen metallurgischen Geräte nicht unzulässig abgekühlt, so daß auch keine anschließenden langen Aufheizzeiten erforderlich sind, um zu der richtigen Betriebstemperatur zurückzukehren. Darüber hinaus treten durch geeignete Anwendung des Materials bzw. Verfahrens nach der Erfindung auch die

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Probleme nicht mehr auf, wie sie sich in Verbindung mit den herkömmlichen Methoden durch die Bildung einer dreischichtigen Auskleidung ergeben.

Patentansprüche

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Claims

-17- 2UB32S Patentansprüche;

1. Metallurgischer Behälter, gekennzeichnet durch eine bei erhöhter Temperatur von 200 - 1650 C als Erneuerungsabkleidung geeignete hitzebeständige Auskleidung, die hitzebeständige Bestandteile einer Zusammensetzung von etwa 40 70 % Ton, etwa 28 - 58 % Quarzit und etwa 0,25 - 4,0 % organisches Bindemittel aufweist, das im wesentlichen aus Pech, Teer, Harz, Polyvinylchlorid und Polyäthyltetrachlorid besteht, wobei die Auskleidung eine Mosaikstruktur kristallinen Kohlenstoffs hat.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erneuerungsabkleidung eine Zusammensetzung von etwa 40 - 50 Gew% Ton, etwa 38 - 53 Gew% Quarzit und etwa 1,O- 2,5 Gew% organisches Bindemittel hat.

3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erneuerungsabkleidung eine Zusammensetzung von etwa 47 Gew% Ton, etwa 51 Gew% Quarzit und etwa 2 Gew% organisches Bindemittel hat.

4. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erneuerungsabkleidung eine Zusammensetzung von etwa 50 - 60 Gew% Ton, etwa 38 - 48 Gew% Quarzit und etwa 2 Gew% organisches Bindemittel hat.

5. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erneuerungsabkleidung eine Zusammensetzung von etwa 55 Gew% Ton, etwa 43 Gew% Quarzit und etwa 2 Gew% organisches Bindemittel hat.

6. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erneuerungsabkleidung eine Zusammensetzung von etwa 50 - 70 Gew% Ton, etwa 28 - 33 Gew% Quarzit und etwa 2 Gew% organisches Bindemittel hat.

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7. Behälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erneuerungsabkleidung eine Zusammensetzung von etwa 65 Gew% Ton, etwa 33 Gew% Quarzit und etwa 2 Gew% organisches Bindemittel hat.

8. Verfahren zum Auskleiden eines Behälters nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die Erneuerungsabkleidung auf die Innenfläche des Behälters bei

ο
einer Temperatur von 200 - 165O C aufgebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das

™ hitzebeständige Material mit Hilfe einer zentrifugalen Schleudej vorrichtung (20) aufgebracht wird, die sich im wesentlichen koaxial zu dem Behälter bewegt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleudervorrichtung unter Einhaltung ihrer koaxialen Zuordnung zu dem Behälter im wesentlichen vertikal verschoben wird.

KN/sb 5

309831 /0007