DE2363776B2

DE2363776B2 - Verfahren zum Herstellen einer hitzebeständigen Auskleidung

Info

Publication number: DE2363776B2
Application number: DE2363776A
Authority: DE
Inventors: Crawford Brown Pittsburgh Pa. Murton (V.St.A.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-01-04
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1980-08-07
Also published as: IT1002472B; ATA1079673A; JPS4999708A; FR2213124A1; NL7400064A; GB1458216A; CA1016962A; LU69110A1; SE403725B; IE40377B1; DE2363776A1; BE809170A; NO740002L; NO137765C; IE40377L; NO137765B

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer hitzebeständigen Auskleidung für einen über einer Temperatur von mindestens 12O⁰C gehaltenen metallurgischen Behälter, wobei ein aus Quarzit, Ton und einem Bindemittel bestehendes Gemisch zur Herstellung einer feuchten Spritzmasse mit Wasser versetzt und auf die Wand des Behälters gespritzt wird.

Es ist allgemein bekannt, hitzebeständige Auskleidungen für Heißmetallöfen und Gießpfannen aus hitzebeständigen Ziegelsteinen aufzubauen, die dabei mit Hilfe von Mörtel festgelegt werden. Nach wiederholtem Gebrauch wird die Auskleidung abgetragen bzw. erodiert, so daß die verbleibende dünne Schicht durch eine neue Auskleidung ersetzt werden muß. Beim π normalen Gebrauch derartiger metallurgischer Behälter werden außerdem bestimmte Bereiche besonders stark beansprucht, so daß eine Ausbesserung dieser Bereiche unumgänglich ist.

Sowohl zum Ausbessern als auch zur Herstellung t>o einer Auskleidung eines metallurgischen Behälters bzw. eines Schmelzofens ist es bereits bekannt, Spritzmaschinen zu verwenden. Dabei finden sowohl Naßspritzmittel als auch Trockenspritzmittel Verwendung. Es zeigt sich jedoch, daß das Auskleiden von metallurgischen Behältern, insbesondere von Gießpfannen mit einer feuchten Spritzmasse größte Schwierigkeiten bereitet, wenn die Gießpfanne sich auf Temperaturen von mehr als 90° C befindet Aus diesem Grund ist es sehr schwierig, eine Auskleidung herzustellen, ohne die Wandung des Behälters auf eine Temperatur unter mindestens 180°C zu bringen, was mit dem Nachteil verbunden ist, daß der Behälter für eine Reparatur oder für die Anbringung einer neuen Auskleidung verhältnismäßig lang aus dem Betrieb genommen werden muß.

Mit den genannten Schwierigkeiten geht das Problem einher, daß sich herkömmliche hitzebeständige Materialien mit einer Spritzmaschine nicht einfach auf die heißen Wände metallurgischer Brennofen oder Gießpfannen aufbringen lassen. Die primäre Schwierigkeit besteht dabei in der Notwendigkeit, große Mengen Wasser mit den herkömmlichen Materialien mischen zu müssen, was in erster Linie deshalb geschah, um die Grenzfläche zwischen der alten Auskleidung und dem neu aufgebrachten Material auf eine niedrigere Temperatur als die Temperatur abzukühlen, bei der sich Wasserdampf bildet. Tatsächlich sind herkömmliche Werkstoffe üblicherweise auf mechanische Unebenheiten wie Risse und Sprünge in der alten Wandung angewiesen, damit das neu eingebrachte Material haften kann. Bei einer glatten, senkrechten Wand ist die Haftung zwischen der Wand und der Auskleidung so unsicher, daß sich normalerweise wieder sehr rasch Beschädigungen an der Auskleidung einstellen. Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer hitzebeständigen Auskleidung für einen metallurgischen Behälter verwendet eine Spritzmasse aus einem hitzebeständigen Material sowie einem organischen Bindemittel, das bei höheren Temperaturen verbrennt und ein Kohlenstoffgerüst bildet (AT-PS 2 09 791). Um dieses Gemisch jedoch spritzfähig zu machen, sind mindestens 15 Gew.-% Wasser nötig, damit ein vorzeitiges Verbrennen des organischen Bindemittels verhindert wird. Die Verwendung einer solchen im verhältnismäßig hohen Umfang wasserhaltigen Spritzmasse kann für das Auskleiden von Behältern, die sich auf einer verhältnismäßig hohen Temperatur befinden, und zwar auf Temperaturen zwischen etwa 12O⁰C bis etwa 1650° C nicht verwendet werden, da wegen des hohen Feuchtigkeitsgehaltes Dampfexplosionen entstehen, die nicht nur ein Abplatzen der neu aufgebrachten Auskleidung, sondern auch eine Zerstörung bzw. Beschädigung der bereits vorhandenen Auskleidung verursachen können. Es ist daher unumgänglich, daß der Behälter vor dem Aufbringen der Auskleidung auf eine niedrige Verarbeitungstemperatur gebracht wird, wodurch sich auch die Notwendigkeit ergeben kann, die neu aufgebrachte Auskleidung sorgfältig zu trocknen, ehe der Behälter wieder mit flüssigem Metall gefüllt werden kann. So wurde beispielsweise festgestellt, daß eine im kalten Zustand auf die Wandung einer Stahl-Gießpfanne mit einer Stärke zwischen etwa 10 bis 15 cm aufgebrachten Auskleidung etwa 6 bis 15 Stunden benötigt, damit der Feuchtigkeitsgehalt auf einen annehmbaren Wert verringert wird und sich die Festigkeit ergibt, die der Beanspruchung durch den ferrostatischen Kopf standhält.

Die Verwendung von Quarz, Ton und Bindemitteln ist generall in der Fachwelt bekannt (Fachbuch »Feuerfestkunde« von Harders/Kienow, S. 320, 651, 6ί·5 und 656, Springerverlag 1960). Die Analysenangaben und das Fehlen eines organischen Binders lassen jedoch darauf schließen, daß die Spritzmasse nicht zum Verspritzen auf die Innenwandung von metallurgischen Behältern geeignet ist, die sich auf einer erhöhten Temperatur befinden. Es wird auch empfohlen, nur sehr dünne

Schichten und die aufeinanderfolgenden Lagen erst in längeren Zeitabständen nacheinander aufzubringen.

Die Verwendung von Spritzmassen mit einem Wassergehalt unter 10% ist ebenfalls bekannt (Zeitschrift »Gießerei«, Heft 15,1952, S. 357 biu 362), wobei 5 jedoch über die Mengenverhältnisse von Quarz und Ton in der Spritzmasse sehr unterschiedliche und sich widersprechende Angaben gemacht werden.

Schließlich ist auch ein Trockenspritzverfahren bekannt (DE-AS 17 96 037), bei dem zwei Bindemittelkomponenten Verwendung finden, wovon die eine Komponente ein organisches Bindemittel in Mengen von 10 bis 30 Gew.-% und die andere Komponente ein anorganisches Bindemittel in Mengen von 5 bis 15 Gew.-% ist Dieser Mischung wird ein Flußmittel in Mengen von 0,5 bis 2 Gew.-% zugegeben. Dieses Trockenspritzverfahren hat einen wesentlichen Nachteil, da beim Verarbeiten, d. h. beim Aufschleudern ein sehr hoher Materialverlust durch Abfallen und Abprallen auftritt und nur eine verhältnismäßig kleine Menge der Trockenspritzmasse eine Verbindung mit der zu beschichtenden Wand eingeht Dieser Effekt ist umso größer, je geringer die Arbeitstemperatur ist, wobei bei Temperaturen unter 800° C eine wirtschaftliche Anwendung nicht mehr möglich ist

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahreu zum Herstellen einer hitzebeständigen Auskleidung für metallurgische Behälter zu schaffen, das eine Aufbringung des hitzebeständigen Materials bei erhöhten Temperaturen von etwa 120° C bis etwa 1650°C zuläßt, wobei die Standzeiten für die behandelten metallurgischen Behälter möglichst kurz gehalten werden und insbesondere auch zwischen dem Aufbringen der einzelnen Schichten keine Wartezeiten anfallen. Trotz der Verwendung einer feuchten Spritzmasse soll dafür Sorge getragen werden, daß keine Wasserdampfexplosionen entstehen, wenn die Spritzmasse auf eine Wanderung mi*, verhältnismäßig hoher Temperatur aufgebracht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einem Gemisch aus 12 bis 72 Gew.-% Quarzpartikeln und 20 bis 80 Gew.-% Tonpartikeln Natriumsilikat in Anteilen von 0,5 bis 4 Gew.-% sowie ein organisches Bindemittel mit einem Schmelzbereich zwischen etwa 120" und 200⁰C in Anteilen von 0,5 bis 4 Gew.-% beigemischt werden, und daß das trockene Gemisch mit 4 bis 6 Gew.-% Wasser zur Spritzmasse vermischt wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Die Maßnahmen gemäß der Erfindung ermöglichen das Herstellen von hitzebeständigen Auskleidungen metallurgischer Behälter, die sich auf einer verhältnismäßig hohen Temperatur befinden, wobei sich in vorteilhafter Weise eine Verringerung der benötigten Materialmenge ergibt und die Standfestigkeit der Auskleidung zusätzliche Chargengänge ermöglicht.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit einer Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Gießpfanne mit einer darin angeordneten, mit Hilfe von Zentrifugal- bo kräften arbeitenden Auftragseinrichtung, und

Fig.2 in vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäß mit einer neuen Abkleidung versehene Wandung der Gießpfanne der F i g. 1.

In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ist tv> davon auszugehen, daß nach dem Ausgießen einer Charge geschmolzenen Metalls aus einer Gießpfanne die Gießpfanne normalerweise umgekehrt wird, um jegliche verbliebene Schlacke herausfallen zu lassen. Anschließend werden die Stopfenstange und der 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 so weit 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.

Das Verfahren zum Auftragen einer Erneuerungs-Abkleidung entsprechend der Erfindung enthält folgende Schritte:

(1) Halten einer neu auszukleidenden Gießpfanne auf einer Temperatur von mindestens 120° C;

(2) Aufbringen eines Gemisches aus hitzebeständigem Material auf die Innenfläche der Gießpfanne in der gewünschten Stärke; und

(3) Halten der Gießpfanne für eine Zeit die zum Austreiben jeglicher eingeschlossener Feuchtigkeit und zum Schmelzen und Karbonieren des organischen Bindemittels in dem Gemisch ausreicht.

Die in F i g. 1 aufrecht wiedergegebene Gießpfanne •veist einen Boden 12 und eine im Querschnitt kreisförmige Seitenwandung 14 auf, die normalerweise aus entsprechend der gewünschten Form hergestellten Metallplatten aufgebaut ist Die gebrauchte Gießpfanne 10 weist auch eine zurückbleibende hitzebeständige Seiten-Auskleidung 16 auf, die unmittelbar an die Innenfläche der Wandung 14 anschließt In ähnlicher Weise ist der Boden 12 mit einer Bodenauskleidung 18 versehen.

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung beginnt damit daß eine Zentrifugal-Schleudervorrichtung 20 in das offene obere Ende der Gießpfanne 10 abgesenkt wird. Das obere Ende der Schleudervorrichtung 20 weist normalerweise einen Ring 22 auf, mittels dessen sie an dem Haken eines darüber verlaufenden Krans befestigt werden kann. Die Schleudervorrichtung 20 weist ferner einen Drehantrieb wie einen Motor 24 mit einer drehbaren Welle 26 auf, die mindestens zwei gleiche seitliche Arme 28 hat 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 Abwärtsrichtung gelangt.

Beim Umlauf der Schleudervorrichtung 20 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 20 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. Nach im wesentlichen koaxialer Ausrichtung der Welle 26 in bezug auf die vertikale Wandung 14 kann die Welle in Drehung versetzt werden, wie mit dem Pfeil 34 angedeutet, und die Schleudervorrichtung wird wie mit

dem Pfeil 36 angedeutet mit einer Geschwindigkeit angehoben, die so berechnet ist, daß die Abkleidung 32 mit der gewünschten Stärke aufgebracht wird. Die Stärke der Abkleidung 32 schwankt normalerweise zwischen etwa 6 mm und 50 mm. Ebenso können auch Abkleidungen mit größerer Stärke von bis zu 25 cm aufgebracht werden, soweit dies notwendig ist.

Das Verfahren nach der Erfindung ist nicht allein mittels der umlaufenden Schleudervorrichtung 20 sondern auch mit Hilfe einer »Pneumatischen Kanone«, einer mechanischen Wurfvorrichtung (Riemen- oder Gurttyp), Fall durch Schwerkraftwirkung, manuelle Aufgabe mit Hilfe einer Kelle oder auch durch Aufsprühen breiförmiger Gemische durchführbar. Allgemein eignen sich alle diese Verfahren, um die Abkleidung 16 auf die seitliche Wandung der Gießpfanne aufzubringen, und das Fallenlassen unter Schwerkraftwirkung eignet sich insbesondere zum Auftrag der Abkleidung 18 auf den Boden 12. Wo im übrigen andere Einrichtungen als eine Zentrifugal-Schleudervorrichtung verwendet werden wie pneumatische Kanonen, kann die Gießpfanne sich auch in anderen Lagen befinden, beispielsweise seitlich aufliegen oder auf dem Kopf stehen.

Die Temperatur der Gießpfanne 10 mit der verbliebenen Seiten-Auskleidung 16, der Bodenauskleidung 18 sowie dem Boden 12 und der Wandung 14 kann beim Aufbringen der neuen Abkleidung 32 zwischen etwa 200 und 1650⁰C schwanken. Die untere Temperatur ist der Schmelzpunkt der meisten organischen Bindemittel, wie sie in dem hitzebeständigen Gemisch verwendet werden. Die obere Temperatur von ca. 1650⁰C kann die Gießpfannentemperatur unmittelbar nach dem vorangegangenen Ausgießen einer Metallcharge sein. Das zunächst zur Bildung der Abkleidung 32 aufgebrachte hitzebeständige Gemisch enthält die organischen Bindemittel, Natriumsilikat, Ton und Quarzit als Grundbestandteile. Die angegebenen Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht Bei den organischen Bindemitteln kann es sich um Materialien wie Pech, Teer, Harze, Polyvinylchloride, Polyäthyltetrachlorid sowie Gemische daraus handeln. Diese Bindemittel haben Schmelzpunkte zwischen etwa 120° C und 200° C. Die Partikelgröße der Bindemittel beträgt vorzugsweise weniger als 0,6 cm. Die organischen Bindemittel liegen in geeigneten Mengen vor, die zwischen 0,5% und 4% des gesamten trockenen Gemisches schwanken. Ein bevorzugter Bereich für die Bindemittel liegt zwischen 13 bis 23%, mit einem Optimum bei etwa 2%. Unterhalb von 03% ist das Bindemittel nicht wirksam, d.h. es ist nicht in einer ausreichenden Menge vorhanden, um als Haftmittel und zufriedenstellendes Bindemittel wirksam zu sein. Oberhalb 4% führt das Bindemittel, insbesondere Pech, zur Bildung größerer Dampfmengen, bei hoher Anfälligkeit gegenüber Oxydation. Der Zweck der organischen Bindemittel besteht darin, den größten Teil des Wassers zu ersetzen, das in zuvorbestehenden Gemischen enthalten ist, die auf kalte Flächen aufgebracht wurden, nachdem eine Gießpfanne auf eine Temperatur von beispielsweise 38⁰C gekühlt wurde. Durch Ausscheidung des gesamten oder zumindest im wesentlichen gesamten Wassergehalts aus dem Gemisch werden die Explosionen vermieden, wie sie sich aus dem Dampf ergeben, der entsteht, wenn geschmolzener Stahl die neu aufgebrachte Abkleidung berührt Die organischen Bindemittel werden jedoch in einer Menge von weniger als 4% des Gesamtgemisches vorgesehen, das beim Auftreffen auf die heiße Oberfläche der Gießpfanne schmilzt und daher eine kleberige Fläche bildet, die anschließend aufgebrachtes und auf den gleichen Bereich auftreffendes Material hält Die Wärme veranlaßt die Bindemittel, Kohlenstoff zu bilden, und hinterläßt eine mosaikartige Struktur kristallinen Kohlenstoffs, gemischt mit den anderen Bestandteilen der Abkleidung, die, wenn sie in Partikelform aufgebracht werden, einen mechanischen Aufbau ergeben,

ίο der zwischen der alten Auskleidung 16 und der neuen Abkleidung 32 durch Haftung festgelegt ist

Natriumsilikat ist in geeigneten Mengen anwesend, die zwischen 0,5% bis 4% schwanken, mit einem bevorzugten Bereich zwischen 13 und 23% und einer optimalen Menge von etwa 2%. Das Natriumsilikat ist anwesend, um eine in hohem Maße viskose Flüssigkeit zu bilden, die nach Verfestigung eine glasartige oder in einen glasförmigen Zustand übergegangene Sperrschicht gegenüber Oxydationsreaktionen zwischen dem Kohlenstoff in der Abkleidung und dem Sauerstoff bildet, der in dem geschmolzenen Stahl und der Schlacke gelöst ist, die mit der Gießpfannenauskleidung in Berührung kommen. Während des Gebrauchs geht das Natriumsilikat in einen glasförmigen Zustand über, nachdem Stahl in die Gießpfanne gegossen wird. Wenn Natriumsilikat in Mengen von mehr als 4% vorhanden ist, bildet sich ein Glas mit einer viel niedrigeren Schmelztemperatur und mit einer geringeren Schutzwirkung als bei Mengen von weniger als 4%. Liegt das Natriumsilikat in Mengen von weniger als 03% vor, so ist es als Oxydationshemmer nicht wirksam. Darüber hinaus können Silikate anderer Alkalimetalle wie Kaliumsilikat anstelle von Natriumsilikat oder in Verbindung damit verwendet werden.

Ton ist in geeigneten Mengen anwesend, die zwischen 20 und 80% des gesamten trockenen Gemisches schwanken. Der bevorzugte Bereich des Tons liegt zwischen 45% und 70%, und die optimale Menge beträgt etwa 60%. Die bevorzugten Tonmaterialien sind

ίο Aluminiumoxid- und Siliziumoxidverbindungen. Die Tonverbindungen, insbesondere Bindemittel-Tone, haben beim anfänglichen Auftrag eine feuchte Festigkeit, und der Ton verdichtet sich nach dem Auftrag, um das gesamte Gemisch zu halten, bis alle organischen Bindemittel schmelzen und Kohlenstoff bilden, so daß der mosaikartige Aufbau kristallinen Kohlenstoffs entsteht, der der neuen Abkleidung 32 die Grundstärke verleiht

Quarzit ist in geeigneten Mengen vorhanden, die zwischen 12% und 72% des trockenen Gemisches schwanken. Der bevorzugte Bereich des Quarzitanteils liegt zwischen 25 und 50%, bei einem Optimum von etwa 36%. Typische Quarzitverbindiingen enthalten 98% Siliziumdioxid (S1O2) mit etwa 03% Aluminium-OXId(Al₂O₃). Das Quarzit wirkt als Füllstoff.

Dem Gemisch aus den organischen Bindemitteln, Natriumsilikat, Ton und Quarzit kann Wasser entweder durch Vormischen oder beim Aufbringen des Gemisches zugesetzt werden. Die Wassermenge kann zwischen 4 und 6% des gesamten trockenen Gemisches schwanken. Es sei bemerkt, daß Tonverbindungen gewöhnlich etwa 4% Wasser in verschiedener Gestalt enthalten, etwa in Form von Kristallwasser, das dann bei Aufstockung durch den Zusatz von zwischen 4 bis 6% Wasser insgesamt etwa 10% Wasser für das gesamte Gemisch ausmacht Höhere Wassermengen rufen häufig Dampfexplosionen hervor. Wasser ist in erster Linie geeignet, sofern das Gemisch auf seitliche oder

vertikale Wandungen aufgetragen wird, wo das Wasser als vorübergehendes Bindemittel wirkt, um die Gemischpartikel zu fixieren, bis das organische Bindemittel schmilzt und die Natriumsilikat-, Ton- und Quarzitpartikel festlegt. Somit hindert das Wasser die Partikel daran, von ihrer einmal auf den vertikalen Seitenwandungen eingenommenen Lage aus herabzufallen. Wo jedoch das Gemisch auf den Gießpfannenboden aufgebracht wird, besteht naturgemäß keine Möglichkeit, daß die Gemischpartikel herabfallen. Insoweit ist Wasser nicht notwendig, um als vorübergehendes Bindemittel zur Verfügung zu stehen. Die horizontalen Flächen wie einem Gießpfannenboden oder einem Ofenboden zugeführten Gemische bleiben für die kurze Zeit, bis die organischen Bindemittel schmelzen, an ihrer ursprüngiichen Stelle und halten die Masse zusammen.

Wenn das Gemisch die Schleudervorrichtung oder eine andere geeignete Auftragvorrichtung verläßt, so bringt die latente Wärme der Gießpfanne einen Großteil des Wassers dazu zu verdampfen, ehe es auf die Gießpfannenwandung auftrifft. Es wird jedoch genügend Wasser zurückbehalten, um den Ton als Bindemittel wirksam werden zu lassen, bis die Auskleidung vollständig gebildet worden ist.

Wenn das Gemisch aus hitzebeständigem Material zunächst auf die heiße Oberfläche der Gießpfannenabkleidung 16 auftrifft, so veranlaßt die in der Auskleidung enthaltene Wärme die organischen Bindemittel wie Pech unmittelbar zu schmelzen und eine klebrige Oberfläche zu bilden, an der anschließend aufgebrachte Partikel haften. Nach dem Aufbau der Auskleidung 32 dient die anfängliche Abkleidung jedoch als Wärmeisolator. Zu diesem Zeitpunkt dient der feuchte, plastische Ton als das primäre Bindemittel für einen Aufbau von Partikeln des Gemisches, die sich anschließend bis auf die gewünschte Stärke ansammeln.

Schließlich überwindet jedoch die latente oder Rest-Wärme in der Gießpfannen-Auskleidung 16 die Isolierwirkung der Ausgangslage aus organischem Bindemittel, so daß mehr und mehr der nachfolgend aufgetragenen organischen Bindemittel-Partikel schmelzen. Gleichzeitig wird das Wasser verdampft und aus der neuen Auskleidung 32 ausgetrieben. Unter der weiteren Einwirkung der Wärme auf die Auskleidung 32 wird das Wasser verdampft, und die organischen Bindemittel schmelzen weiter nach außen hin. Bevor das Gemisch auf die Gießpfannen-Oberfläche auftrifft, löst das Wasser (unabhängig davon, ob es sich um zugesetztes Wasser oder nur Kristallwasser handelt) das Natriumsilikat Nach dem Auftreffen auf die Gießpfannen-Oberfläche verkocht das Wasser und das Natriumsilikat härtet aus. In der Zwischenzeit kommt es zu einer Kohlenstoffbildung der zuerst zugeführten Teile oder organischen Bindemittel und dabei zur Bildung eines mosaikartigen Gefüges aus kristallinem Kohlenstoff, gemischt mit den Aluminiumoxid- und Siliziumdioxidpartikeln in dem Quarzit und Ton. Das sich ergebende Gefüge enthält eine kontinuierliche Phase mosaikartigen Kohlenstoffs und den Ton, der die räumlich voneinander getrennten Partikel des Siliziumdioxids des Quarzits enthält, welches die diskontinuierliche Phase darstellt. Der Zweck des Natriumsilikats besteht darin, ein hochviskoses Glas in Nähe der Grenzfläche zu bilden, die an das geschmolzene Metall angrenzt Das Natriumsilikat bedeckt die Kohlenstoffpartikel und verhindert eine Oxidation bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur, so daß der Übergang von Sauerstoff vom geschmolzenen Metall in die aufgebrachte Lage und eine Oxidation des Kohlenstoffs in der Auskleidung verhindert werden. Somit erhöht Natriumsilikat, obwohl es im Vergleich zu herkömmlichen Gemischen, wie sie für den kalten Auftrag von hitzebeständigem Material eingesetzt werden, in kleinen Mengen Verwendung findet, die mechanische Festigkeit der aufgetragenen Auskleidung bei niedrigen und Zwischentemperaturen. Diese mechanische Wirkung erweist sich als wertvoll in Bereichen der Gießpfanne, die einer hohen Beaufschlagung oder einer starken mechanischen Erosionswirkung ausgesetzt sind, d. h. dort, wo der Zustrom von einem Konverter oder einem Ofen auf den Boden oder die Seitenwandungen auftrifft

Bei der Bildung des endgültigen Aufbaus der Abkleidung 32 erfährt die Abkleidung eine Farbänderung, die einem Beobachter anzeigt, wann das endgültige Gefüge der Abkleidung 32 endgültig gebildet worden ist. Beim anfänglichen Auftragen hat das hitzebeständige Material ein hellgraues Aussehen. Wenn das gesamte Wasser, einschließlich Kristallwasser, verdampft ist, nimmt das Material eine dunkelgraue Färbung an, die anzeigt, daß das Wasser verdampft worden ist. Anschließend, wenn die organischen Bindemittel verkohlen, 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 bis 15 min, je nach der Dicke und Temperatur der Gießpfanne beim Aufbringen der Abkleidung.

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

Wenngleich die Stärke der aufgebrachten Abkleidung 32 zwischen 0,6 cm und 25 cm oder mehr schwanken kann, so wurde doch gefunden, daß die üblicherweise aufzubringende Dicke zwischen etwa 0,6 cm bis 3,8 cm je Auftrag liegt Eine Abkleidung mit einer Stärke zwischen etwa 0,6 cm und 3,8 cm eignet sich für mindestens zwei Chargen, ehe eine erneute Abkleidung notwendig ist Eine Eisen-Gießpfanne, die normalerweise bei Temperaturen zwischen 1260 und 1430° arbeitet kann mit Abkleidungen kleineren Volumens und geringerer Stärke als eine Stahl-Gießpfanne ausgestattet werden, die bei 1510 bis 1590° C betrieben wird. Stahlherstellungsvorgänge, bei denen vorwiegend Qualitäten mit niedrigem Kohlenstoffgehalt erzeugt werden, zeigen einen normalen Gießpfannen-Auskleidungsabtrag von etwa 0,6 cm je 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 mit

einer Abkleidung von 1,2 cm Stärke drei oder vier Chargen gefahren werden können.

Zum Vergleich der Zeit, die notwendig ist, um eine Auskleidung entsprechend dem Verfahren nach der Erfindung auszuwechseln, mit den Zeiten, die mit den

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bekannten Verfahren benötigt werden, bei denen (1) mit herkömmlichen Ziegelstein- und Mörtel-Abkleidungen, (2) Beschüß der kalten Gießpfanne und (3) auf die kalte Gießpfanne aufgespritzten Abkleidungen gearbeitet wird, wird auf die nachstehende Tabelle I verwiesen:

Tabelle I

Zeit für den Austausch der Gießpfannen-Auskleidungen Heiße Gieß- Ziegelstein und
pfanne- Mörtel-

Verfahren Verfahren

Kaltes Aufspritzen- Kaltes Auf-Verfahren schießen-Verfahren

Kühlen und Vorbereitung
Neuabkleidung je Gießpfanne
Neuabkleidung je Charge
Trocknung je Gießpfanne
Trocknung je Charge
Gesamtverzögerung je Charge

0	6+ h	6+h	0
10 min.	8+ h	4+h	8h
5 min.	24 min.	10 min.	1,6-2 h
15 min.	15 h	15 h	15 h
7,5 min.	45 min.	45 min.	3,0-3,75 h
12,5 min.	1 h, 27 min.	1 h, 15 min.	4,6-5,75 h

Wie der Tabelle zu entnehmen, ermöglicht das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung einen Ersatz oder Austausch der Abkleidung einer heißen Gießpfanne innerhalb einer Zeitspanne (12,5 min. je Charge), durch die die Zeit, für die eine Gießpfanne für den Betrieb ausfällt, eine beträchtliche Verringerung erfährt, verglichen mit den Zeiten für das Neuabkleiden entsprechend herkömmlichen Verfahren. Das herkömmliche Auskleidungsverfahren vom Ziegelstein-/ Mörteltyp erfordert die Verwendung vorgebrannter Gießpfannen-Ziegelsteine und entsprechenden Mörtel, wobei der Aufbau der Abkleidung innerhalb der Gießpfanne von Hand vorgenommen werden muß. Das Kaltaufschießverfahren bedingt ein Beschießen des Gießpfanneninneren mit einer pneumatischen Ausrüstung auf eine Stärke von annähernd 30 mm. Dabei muß dieser Vorgang zur Gewährleistung einer wirksamen Arbeitsweise für alle vier oder fünf Chargen wiederholt werden. Das Kaltaufspritzverfahren zur Auskleidung von Gießpfannen bedingt den Aufbau einer zur Verarbeitung von hitzebeständigem Material geeigneten Anlage und Arbeitsraum für den Aufbau der Spritzeinrichtung. 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 ebenso angewendet werden kann, um ähnliche Abkleidungen auf die Wandungen verschiedener Arten metallurgischer Behälter oder Gefäße wie Tief- oder Brennofen aufzubringen. 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. Die Einstellung der Eigenschaften des hitzebeständigen Materials hängt von dem gewünschten AbOs-Gehalt des Gemisches wie folgt ab:

Gemisch

AI2O3

Stahl-Gießpfanne 8-40%

Tief- und Brennofen 10—12%

Eisen-Gießpfanne und Oberform 12—25%

Wenn somit der gewünschte AbOß-Gehalt durch einen Ton mit 20 bis 35% A^Oa-Gehalt zur Verfügung gestellt wird, so werden die Gemische proportional dazu ausgestaltet

Typische Beispiele für die Bereiche und bevorzugte Zusammensetzungen des infrage kommenden Natriumsilikats, organischen Bindemittels, Tons und Quarzits sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Tabelle II Zusammensetzungsbereich (Gew.-%)	Natriumsilikat	Organisches Bindemittel	Ton	Quarzit
	0,5-4 (2) 0,5-4 (2) 0,5-4 (2)	0,5-4 (2) 0,5-4 (2) 0,5-4 (2)	20-80 (60) 50-60 (55) 60-70 (65)	12-72 (36) 38-48 (43) 28-38 (33)
Stahl-Gießpfanne Tiefofen Eisen-Gießpfanne und Oberkasten

(In Klammern gesetzte Zahlen sind bevorzugte Prozentwerte).

Der Einsatz von Gemischen hitzebeständiger Stoffe, in denen organische Bindemittel den dominierenden Anteil an Wasser ersetzen, sorgt für eine Beseitigung der bisher bestehenden Probleme beim Ersetzen der Abkleidung eines Ofens, einer Gießpfanne oder eines Tiefofens in einem Zeitminimum, so daß die Einrichtung so schnell wie möglich wieder in Betrieb genommen werden kann.

Das Material und das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung gewährleisten ein sicheres Anhaften des auf heiße Flächen aufgebrachten hitzebeständigen

Materials und sorgen für eine Anzeige durch Farbänderung, wenn der Wassergehalt im wesentlichen vollständig abgeführt worden ist. Somit werden die heißen metallurgischen Geräte nicht unzulässig abgekühlt, so daß auch keine anschließenden langen Aufheizzeiten erfordclich sind, um zu der richtigen Betriebstemperatur zurückzukehren. Darüber hinaus werden durch geeignete Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen die Probleme beseitigt, wie sie mit dem herkömmlichen Dreizonen-Abkleidungsaufbau verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer hitzebeständigen Auskleidung für einen über einer Temperatur von mindestens 120° C gehaltenen metallurgischen Behälter, wobei ein aus Quarzit, Ton und einem Bindemittel bestehendes Gemisch zur Herstellung einer feuchten Spritzmasse mit Wasser versetzt und auf die Wand des Behälters gespritzt wird, dadurch gekennzeichnet,

— daß einem Gemisch aus 12 bis 72 Gew.-% Quarzpartikeln und 20 bis 80 Gew.-% Tonpartikeln Natriumsilikat in Anteilen von 0,5 bis 4 Gew.-% sowie ein organisches Bindemittel mit einem Schmelzbereich zwischen etwa 120° und 200° C in Anteilen von 0,5 bis 4 Gew.-°/o beigemischt werden.

— und daß das trockene Gemisch mit 4 bis 6 Gew.-°/o Wasser zur Spritzmasse vermischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

— daß das Gemisch aus hitzebeständigem Material, im wesentlichen aus 1,5% bis 24% Natriumsilikat, 1,5% bis 2,5% organischem Bindemittel, 25% bis 50% Quarzit und 45% bis 70% Ton besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

— daß das Gemisch aus hitzebeständigem Material, im wesentlichen aus 2% Natriumsilikat, 2% organischem Bindemittel, 36% Quarzit und 60% Ton besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

— daß das organische Bindemittel eine Verbindung aus der Pech, Teer, Harz, Polyvinylchlorid, Polyäthyltetrachlorid und Gemische daraus enthaltenden Gruppe ist.