DE2251590A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von schutzueberzuegen auf gegenstaenden aus kohlenstoff - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von schutzueberzuegen auf gegenstaenden aus kohlenstoff

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Description

Patt .,tanwälte Dipl.-Ing. F. "V1Ze ic km α ν ν,
Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Hüber
8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH S60 820
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39.21/22
<983921/22>
CASE: P/7294
BRITISH STEEL CORPORATION 33 Grosvenor Place, London, England
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schutzüberzügen auf Gegenständen aus Kohlenstoff.
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Schutzuberzügen auf den Oberflächen von Gegenständen aus Kohlenstoff. Die Erfindung ist eine Verbesserung des in den Britischen Patentschriften 026 055 und 1 151 071 beschriebenen Verfahrens. In diesen Patentschriften sind Verfahren beschrieben, mit deren Hilfe Gegenstände aus Kohlenstoff mit Aluminiumschichten versehen v/erden und dann auf die Aluminiumschicht eine Schicht aus wärmebeständigem Material aufgebracht wird. Bisher wurde gemäß diesen Verfahren das Alu minium so aufgebracht, daß man mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens das Aluminium atomisierte und mit Preßluft das atomisierte Aluminium auf die Oberfläche des Kohlenstcffgegen ctandes blies. Dann ließ man den Gegenstand genügend abkühlenf
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um auf die Aluminiunoberfläche eine Aufschlämmung aufzustreichen, die wärmebeständiges Material enthielt.
Es wurde nun gefunden, daß es nicht nur möglich ist, das v/ärnis beatändigc: Material auf den Aluminiumüberzug aufzusprühen sondern daß die tsie.en Beschichtungsschritte in einer einzigen Operation durchgeführt werden können, v/as Zeit und Kühe spart.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Schutzül)crzuges auf der Oberfläche eines Gegenstandes aus Kohlenstoff ist dadurch gekennzeichnet, daß in einer einzigen Operation Aluminium im geschmolzenen Zustand auf die Oberfläche aufgesprüht und sofort wärmebeständiges Material auf den so gebildeten Aluminiumüberzug aufgesprüht wird.
Die Sprühköpfe mit denen das Aluminium und das wärmebeständige Material aufgesprüht v/erden, können sich nebeneinander befinden und relativ zur Kohlenstoffelektrode simultan bewegt werden, wobei der Abstand dbr Sprühköpfe ausreicht, um zu gewähileisten, daß zwischen den Sprühnebeln aus Aluminium und wärmebeständigem Material praktisch keine Überschneidung stattfindet und auch gewährleistet ist, daß die Wärme des geschmolzenen Aluminiums das wärmebeständige Material nicht austrocknet bevor es die Oberflache des Kohlenstoffgegenstandes erreicht hat.
Bei dem Sprühnebel aus wärmebeständigem Material handelt es sieh vorzugsweise im einen Proßluft-Sprühnebel und das wärmebeständige Material befindet sich in einer Aufschlämmung, die Wasser als Grundstoff und ein Verdickungsmittel enthält. Ein bevorzugtos Verdickungsmittel ist Cellofas B.50, das von Imperial Chemical Industries Ltd. hergestellt wird. Cellofas B. 50 ist Uatriurn-ccrboxymethylcellulose und ist sowohl in granulierter als auch in Pulverform zu haben. Sin wärmebeständiges Ilatsrial, das im Rahmen der Erfindung verwendet werden: kann, umfaßt Aluminiunpulver, Titandioxyd, Silizium-
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metall-pulver, Siliciumcarbid, Borsälure, Ferrochrom, Chromtrioxid (Mchromium trioxyde) und Zirkonsilicat.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Auftragung eines Sehutsüberäuges auf die Oberfläche eines Gegenstandes aus Kohlenstoff, "bestehend aus Einrichtungen sum Halten und Drehen des'Kohlenütoffgegenstandes und zwei Sprühköpfen, einer für Aluminium und der andere für värmebeständiges Material, wobei die Sprühköpfe auf einem Wagen befestigt sind, der entlang des Gegenstandes aus Kohlenstoff bewegt werden kann, der Abstand der Sprühköpfe so bemessen ist, daß zwei Sprühnebel die Oberfläche des Kohlenstoffgegenstandes ohne gegenseitige Überschneidung erreichen können und auch so bemessen ist, daß die Wärme des geschmolzenen Aluminiums das wärmefeste Material nicht austrocknet bevor es den Gegenstand aus Kohlenstoff erreicht. Nun zu den beiliegenden Zeichnungen:
Figur 1 ist eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Schutzübersuges auf der Oberfläche einer großen Kohlenstoffelektrode.
Figur 2 ist ein Seitenriß, teilweise im Schnitt, in verkleinertem Maßstab, der gleichen Vorrichtung.
Eine Kohlenstoffelektrode der Art, die in großen elektrischen Öfen für die Stahlveredelung verwendet wird, wird auf etwa 100 - 1-50° C vorgewärmt, um Feuchtigkeit zu entfernen und um zu gewährleisten, daß wenn anschließend Material auf die Elektrode aufgesprüht wird, es rasch trocknet.
Die drei Phasen des Beschichtens werden dann eingeleitet. In der ersten Phase gibt es drei Schritte:
a) Aluminium wird auf die Elektrodenoberfläche aufgesprüht.
b) Wärmebeständige Materialien werden auf die mit Aluminium beschichtete Oberfläche aufgesprüht.
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c) Es v/ird ein elektrischer Lichtbogen angewendet, um das wärmefeste Material und das Aluminium zu verschmelzen.
Die zweite Phase wiederholt die ersten drei Schritte identisch. In der dritten Phase wird kein wärmefestes Material aufgesprüht sondern es v/ird Graphit aufgesprüht. Die dritte Phase besteht daher aus folgenden Schritten:
a) Es wird Aluminium aufgesprüht.
b) Es wird Graphit aufgesprüht.
c) Man verschmilzt den Graphit und das Aluminium mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens.
Wie in den Zeichnungen dargestellt, v/ird während der Sprühoperationen die zu besprühende Elektrode 10 in einer Drehbank gehalten. Zur'Befestigung der Elektrode 10 wird ein Nippel 11 in die zentrale Bohrung an jedem Ende der Elektrode 10 eingeschraubt. Diese zentrale Bohrung besitzt bereits ein Gewinde, da sie normalerweise dafür verwendet wird, eine Elektrode mit der nächsten zu verbinden, sobald sie verbraucht ist. Die Elektrodenoberfläche wird vorbereitet, indem man Schmutz* Anstrich und Fett durch eine sehr schwache maschinelle Bearbeitung entfernt. Bei diesem Prozeß werden gramophonartige Rillen 12 gebildet, die die Bindung des Materiales später unterstützen und auch die Oberfläche vergrößern.
Die Oberfläche der Kohlenstoffelektrode wird dann mit Aluminium mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogenverfahrens besprüht, wobei Aluminiumstäbe 13, die auf Trommeln 13a aufgewickelt sind, in einen Spalt 14 zwischen Lichtenbogenelektroden 15 eingeführt werden und das atomisierte Aluminium mit Hilfe eines LuftStrahles auf die Oberfläche der Kohlenstoffelektrode geblasen wird. Während des Aufsprühens Μ±τά die Kohlenstoffelektrode 10 langsam gedreht und ein etwa 2,54 cm (1. inch) breites Band aus Aluminium wird so aufgesprüht, daß es einen kontinuierlichen spiraligen Überzug aus Aluminium auf der
1 309817/1091 bad orig(/val
_ 5 —
Elektrodenoberfläche "bildet. Ein Sprühkopf für wärmebeständiges Material "befindet sich neben dem Aluminiuin-Sprühkopf, etwa ■10,16 - 12,7 cm (4-5 inch) seitlich versetzt von dem Aluminium-Sprühkopf. Ein 2,54 cm (1 inch) breites Band aus wärmebeständigem Material-wird auf das Aluminium aufgesprüht während gleichzeitig das Aluminium v/eiter entlang der Elektrode aufgesprüht wird. Der "Zwischenraum zwischen den beiden Sprühnebeln ist aus zwei Gründen erforderlich. Erstens wird dadurch vermieden, daß wesentliche Überlagerung zwischen den Sprühnebelri aus. Aluminium und wärmebeständigem Material stattfindet und zweitens wird der Trocknungseffekt der Wärme des Aluminiumsprühnebels auf den Sprühnebel des wärmebeständigen Materiales vermieden. Wehndie beiden Sprühnebel einander näher kämen würde der Sprühnebel aus wärmebeständigem Material austrocknen bevor er die Aluminiumoberflache erreichen würde:
Die Abstände, die die beiden Sprühnebel trennen, sind wichtig, sie sind jedoch variabel und sind von der Geschwindigkeit abhängig, mit der der Aluminiumsprühknopf arbeitet, beispielsweise benötigt der Generator für Aluminiumsprühnebel bei geringerer Stromstärke, z. B. etwa 2OQ Ampere, ein geringeres Luftvolumen für die Abscheidung des Aluminiums auf der Elektrode, was ein viel geringeres Übersprühen bedingt, infolgedessen könnte in diesem Falle die Spritzpistole für das wärmebeständige Material viel näher befestigt sein, in einem Abstand von ungefähr 7,62 cm (3 inch). Wird dagegen bei 450 - 500 Ampere gesprüht, muß der trennende Abstand mindestens 12,7 cm (5 inch) betragen. In allen Fällen sind die Sprühköpfe In der vertika- ' · len Ebene um ungefähr 10,16 cm (4 inch) getrennt.
Die Sprühköpfe für Aluminium und wärmebeständiges Material sind beide auf einem Wagen 20 befestigt, der von einer ausgekehlten Schiene 21 und einem Rad 22, das in einer anderen Schiene 23 läuft, getragen wird. Der-Wagen wird automatisch mit Hilfe der Führungssehraube 24 quer bewegt.
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Der Sprühnebel aus würmebesbändigein Material v/ird mit Hilfe einer normalen Preßluft-Farbspritzpistole erzeugt, die einen Sprühkopf V] und Schläuche 18 für die Zuführung von Luft und 19 für die Zuführung von wärmebeständigem Material aufweist, wobei dan wärmebeständige Material in Form einer Aufschlämmung vorliege, die sich in einem normalen Farb-Druckgefäß befindet. Die Aufschlämmung kann z. B. a\is Aluminiumpulver, Siliciumcarbid, Silizium, Titandioxid, Borsäure, ]?errochrom, Chromtrioxyd (M.chromium trioxyds), Zirkonsilicat, V/asser und Cellofas bestehen. Cellofas ist ein Verdickungsmittel und wird als erstes mit dem Wasser vermischt. Die anderen Bestandteile werden gepulvert und zusammengemischt und dann sorgfältig in das Cellofas/V/asser gemischt.
Diese Sprühtechnik tritt an die Stelle einer Technik, bei der wärmebeständiges Material per Hand auf das Aluminium aufgestrichen wurde. Ein Handanstrich dauert viel langer und man mußte warten bis die Elektrode vollständig mit Aluminium überzogen war bevor man mit dem Ilandanstrich beginnen konnte und man mußte auch warten bis die Elektrode abgekühlt war. Der Sprühnebel aus wärmebeständigem Material kann gleichzeitig mit dem Aluminium-Sprühnebel angewendet werden, wodurch einer der Schritte des Produktionsprozesses entfällt. Die Zeitersparnis ist besonders wertvoll nach der Auftragung des zweiten Aluminiumüberzuges, da in diesem Stadium ziemlich viel Zeit für das Abkühlen benötigt v/ird, bevor man einen Ilandanstrich auftragen kann.
In der dritten Phase des Prozesses v/ird der Graphit vorzugsweise durch Aufsprühen aufgebracht.
Bei der Herstellung der Materialien für das Aufsprühen ist es sehr wichtig, daß die wärmebeständigen Materialien gleichmäßig in der Aufschlämmung verteilt sind. Das Titan neigt dazu kleine Kügelchen zu bilden, die die Sprühdüse verstopfen, dien kann durch entsprechendes Vermischen des Titans mit
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anderen gepulverten Materialien überwunden werden, bevor sie
in das Cellofas/V/asser-Gemisch eingemischt werden. Das Cellofas/Wasser-Gemisch wird zubereitet, indem man 2 ~Z 1/2 Gew.^ Gellofas in warmes Wasser bei einer Temperatur von etwa 60
bis 80 C einmischt, was gewährleistet, daß sich das Cellofas rasch auflöst. Einige der verwendeten Materialien sind
folgende:
Aluminiumpulver Ferrochrom
Sitandioxyd Borsäure
Siliziummetallpulver Chromtrioxyd (Bichromium Trioxyde)
Siliciumcarbid Zirkonsilicat
Diese Komponenten v/erden sorgfältig in trockener Pulverform
vermischt. 1250 g der trockenen Mischung werden dann in 1250 crn V/asser eingemischt, das bereits 2-2 1/2 (Jew.$ Cellofas enthält. Diese Aufschlämmungsmenge genügt, um eine Elektrode von 2,438 m (8') länge und 61 cm (24") Durchmesser, das sind etwa 4,65 m (50 sq.ft.) Oberfläche, zu überziehen. Die obige Mischung wird für die wärmebeständige Sprühbeschichtung verwendet.
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Claims (6)

CASB: P/7294 PATENT A Il SPRÜCHE
1. Verfahren sui Herstellung eines Schutzüberzuges, der Schichten aus Aluminium und wärmebeständigen Materialien auf der Oberfläche eines Gegenstandes aus Kohlenstoff einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß in einer einzigen Operation Aluminium in geschmolzenem Zustand auf die Oberfläche aufgesprüht und sofort wärmebeständiges "Material auf den so hergestellten Aluminiumüberzug aufgesprüht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühkopfe (15, 17) mit denen das Aluminium und das wärmebeständige Material aufgesprüht wird, nebeneinander angeordnet sind und sich simultan relativ zur Kohlenstoffelektrode (10)· bewegen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Sprühköpfe (15, 17) ausreicht um zu gewährleisten, daß keine oder praktisch keine Überlagerung der Sprühnebel aus Aluminium und v/ärm eb es tändigem Material stattfindet und der Abstand auch so groß ist, daß gewährleistet ist, daß die Warne des geschmolzenen Aluminiums das wärmebestandige Material nicht austrocknet bevor es die Oberfläche des Kohlenstoff gegenstandes (10) erreicht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß rn öl· ücr, *.::l;.")::]jrrrU-ndi r,d Material j.n einer Aufschlämmung
3 U 9 B i / / 1 G 9 1 BAD ORIG-NAt
— Q _
"befindet, die Wasser als Grundmaterial und ein Verdickungsmittel, vorzugsweise ltfatriTim-carbo^iiethylcellulooe, enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmebeständige Material Aluminiumpulver,. ütandioxyd, Siliziurometallpulver, Siliciumcarbid und Borsäure, Perrochrom, Chromtrioxyd (bichromium trioxyde) und Zirkonsilicat.einschließt.
6. Vorrichtung zur Auftragung eines Schutzüberzuges auf die Oberfläche eines Gegenstandes aus Kohlenstoff, bestehend aus Einrichtungen zum Halten und Drehen des Kohlen-Stoffgegenstandes und z\^ei Sprühköpfen, einer für Aluminium und der andere für wärmebeständiges Material, wobei die Sprühköpfe auf einen V/ag en befestigt sind, der entlang des Kohlenstoffgegenstandes bewegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Sprühköpfe so bemessen ist, daß zwei Sprühnebel die Oberfläche des Kohlenstoffgegenstandes (10) erreichen können, ohne daß sie sich überlagern bzw. stören und auch so bemessen ist* daß die Wärme des geschmolzenen Aluminiums den Sprühnebel aus wärmebeständigem Material nicht austrocknet bevor er den Gegenstand aus Kohlenstoff erreicht.
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