DE2419584A1 - NOZZLE FOR BLOWED MANHOLE FURNITURE AND PROCESS FOR THEIR PRODUCTION - Google Patents
NOZZLE FOR BLOWED MANHOLE FURNITURE AND PROCESS FOR THEIR PRODUCTIONInfo
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BERLIN : DIPL.-ING. R. MÜLLER-BÖRNER MÜNCHEN: DIPL.-ING. HANS-H. WEYBERLIN: DIPL.-ING. R. MÜLLER-BORNER MUNICH: DIPL.-ING. HANS-H. WEY
München, den 23. April 1974Munich, April 23, 1974
26 18426 184
Toyo Calorizing Ind. Co., Ltd., Kobe (Japan)Toyo Calorizing Ind. Co., Ltd., Kobe (Japan)
Düsenstöcke für Gebläse-Schachtöfen und Verfahren zu ihrer Herstellung Nozzle assemblies for fan shaft furnaces and processes for their manufacture
Die Erfindung betrifft Düsenstöcke für Gebläse-Schachtöfen mit ausgezeichneter Wärmeschockbeständigkeit und langer Lebensdauer sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.The invention relates to nozzle assemblies for fan shaft furnaces having excellent thermal shock resistance and long life, and a method for their production.
Im allgemeinen werden Düsenstöcke, die aus Kupfer oder Kupferlegierungen als Substrat bestehen und durch die heiße Luft in einen Gebläse-Schachtofen eingeblasen wird, ausschließlich mit Wasser gekühlte Da Jedoch der untere Teil des Düsenstockes in den Gebläse-Schachtofen hineinragt und somit den in dem Ofen herrschenden strengen Bedingungen ausgesetzt ist, ist er infolge Überhitzung durch die Berührung mit Eisenschmelze oder Schlacke besonders zerstörungs-In general, nozzle rods, which are made of copper or copper alloys as a substrate and through the hot Air is blown into a fan-shaft furnace, exclusively water-cooled because, however, the lower part of the nozzle assembly protrudes into the fan shaft furnace and thus the strict conditions prevailing in the furnace exposed, it is particularly destructive due to overheating from contact with molten iron or slag.
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anfällig. Folglich können durch das Herauslecken von Wasser, das zur Kühlung des Düsenstockes eingesetzt wird, Explosionsunfälle vorkommen, und außerdem treten W$rmeverluste und eine beträchtliche Verminderung der Abstichmenge durch Herabsetzung der Temperatur im Inneren des Ofens auf. Außerdem ist das Auswechseln des zerstörten Düsenstockes ein gefährlicher Vorgang, der einen großen Arbeits- und Zeitaufwand erfordert. In einem großtechnischen Gebläse-Schachtofen neuerer Art beträgt die Temperatur der in den Ofen eingeblasenen Luft mehr als 1300° C, und außerdem werden Schweröl und Sauerstoff eingeblasen und anspruchsvolle Arbeitsgänge durchgeführt, so daß die Anwendungsbedingungen des Düsenstockes noch strenger werden. Deshalb wird es immer wichtiger, eine Technik zum Verhindern der Zerstörung der Düsenstöcke für Gebläse-Schachtöfen zu entwickeln, insbesondere wenn es sich um großtechnische Öfen handelt.subsceptible. Consequently, by leaking out water that is used to cool the nozzle assembly, Accidents involving explosions do occur, and there is also heat loss and a significant reduction in the amount of tapping by lowering the temperature inside the oven. In addition, the replacement of the destroyed Nozzle assembly a dangerous process that requires a great deal of work and time. In a large-scale Newer type of fan shaft furnace, the temperature of the air blown into the furnace is more than 1300 ° C, and moreover Heavy oil and oxygen are blown in and demanding operations are carried out, so that the application conditions of the nozzle assembly are even more stringent. That's why it is becoming more and more important to develop a technique to prevent the destruction of the nozzle assemblies for fan shaft furnaces, especially when it comes to large-scale ovens.
Bisher wurden verschiedene Versuche mit einem Düsenstock gemacht, der durch Auftragen einer Metallschicht 2 auf das Kupfersubstrat 1 des Düsenstockkörpers und Auftragen einer keramischen Deckschicht 3 auf die Metallschicht 2 erhalten wurde, wobei Bezug auf Fig. 1 der beigefügten Zeichnung genommen wird, die, wie später noch erläutert wird, eine Querschnittansicht durch einen Düsenstock bekannter Art zeigt. Als einigermaßen erfolgreiches Beispiel dieser Versuche ist ein Düsenstock bekannt, der aus einem Kupfersubstrat, einer 60 bis 62 % Nickel, 12 bis 15 % Chrom und Rest Eisen, Mangan und Kohlenstoff bestehenden Metallschicht und einer keramischen Deckschicht aus geschmolzenem Aluminiumoxid (Al2O3) zugaramengesetzt ist, wobei die Dicke der Metallschicht 0,0127 bis 0,508 mm, vorzugsweise 0,0508 bis 0,1778 ram, und die der keramischen Schicht 0,0254 bis 1,016 mm, vorzugsweise 0,127 bis 0,381 mm, beträgt. Bei diesem Beispiel besteht die Metallschicht aus Austenitstählen mit dem AlSI-Standard 301, 302, 302B, 303,So far, various attempts have been made with a nozzle assembly obtained by applying a metal layer 2 to the copper substrate 1 of the nozzle assembly body and applying a ceramic cover layer 3 to the metal layer 2, reference being made to Fig. 1 of the accompanying drawings, which, as later will be explained, shows a cross-sectional view through a nozzle assembly of known type. As a reasonably successful example of these attempts, a nozzle assembly is known which consists of a copper substrate, a metal layer consisting of 60 to 62% nickel, 12 to 15% chromium and the remainder iron, manganese and carbon and a ceramic cover layer made of molten aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is added, the thickness of the metal layer from 0.0127 to 0.508 mm, preferably from 0.0508 to 0.1778 ram, and that of the ceramic layer from 0.0254 to 1.016 mm, preferably from 0.127 to 0.381 mm. In this example, the metal layer consists of austenitic steels with the AlSI standard 301, 302, 302B, 303,
409844/0824409844/0824
304, 303, 309, 310, 316, 321, 347 usw., Chromstählen mit dem AlSI-Standard 403, 405, 406, 410, 420, 430, 431, 440A, 440B, 440C, 442,443, 446, 501, 502 usw., oder reinem Nickel. Allerdings haben diese Metalle keine chemische304, 303, 309, 310, 316, 321, 347 etc., chrome steels with the AlSI standard 403, 405, 406, 410, 420, 430, 431, 440A, 440B, 440C, 442,443, 446, 501, 502, etc., or pure nickel. However, these metals have no chemical
Affinität gegenüber dem Kupfersubstrat, sondern sie werden mechanisch mit dem Substrat verbunden, so daß sie sich xeicht von dem Substrat abschälen und für die Praxis nicht sonderlich geeignet sind.Affinity for the copper substrate but they will mechanically bonded to the substrate so that they will easily peel off the substrate and not in practice are particularly suitable.
Um weiterhin die keramische Deckschicht auf die Metallschicht aufzutragen, ist es bekannt, hierzu keramische Stoffe, wie Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Calciumoxid, Ceroxid, Chromoxid, Chromit, Magnesia, Siliciumdioxid, Strontiumoxid, Zirkonoxid, Zirkonoxidsilikat u. dgl·, zu verwenden.In order to continue to apply the ceramic cover layer to the metal layer, it is known to use ceramic Substances such as aluminum oxide, beryllium oxide, calcium oxide, cerium oxide, chromium oxide, chromite, magnesia, silicon dioxide, Strontium oxide, zirconium oxide, zirconium oxide silicate and the like are to be used.
Außerdem ist gemäß dem Stand der Technik der Ausdehnungskoeffizient der Metallschicht (z.B. der Ausdehnungskoeffizient der vorstehend genannten Legierung: etwa 14 bis 15 χ 10" ) so definiert, daß er zwischen den Ausdehnungskoeffizienten des Kupißersubstrats (Ausdehnungskoeffizient von reinem Kupfer: 16,5 χ 10" ) und der Keramikschicht (Ausdehnungskoeffizient der Keramik: etwa 7,5 bis 9,0 χ 10*" ) liegt. Die Differenz zwischen den Ausdehnungskoeffizienten der Metallschicht und der Keramikschicht ist jedoch in der Praxis beträchtlich groß; deshalb schält sich bei der praktischen Anwendung eines solchen Düsenstockes die Keramikschicht an der beschichteten Oberfläche von der Metallschicht ab, so daß die Lebensdauer eines solchen Düsenstockes nicht sehr viel läager ist als die eines Düsenstockes, der nur aus einem Kupfersubstrat besteht.In addition, according to the prior art, the coefficient of expansion is the metal layer (e.g. the coefficient of expansion of the above alloy: about 14 to 15 χ 10 ") so that it is between the expansion coefficients the copper substrate (expansion coefficient of pure copper: 16.5 χ 10 ") and the ceramic layer (Expansion coefficient of the ceramic: about 7.5 to 9.0 χ 10 * ") lies. However, the difference between the expansion coefficients of the metal layer and the ceramic layer is in Practice considerably large; therefore, when such a nozzle assembly is used in practice, the Ceramic layer on the coated surface from the metal layer, so that the life of such Nozzle assembly is not very much in stock than that of a nozzle assembly that consists only of a copper substrate.
Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Lösung der vorstehend erläuterten Probleme der konventionellen Schutzaethoden für Düsenstöcke und eine wesentliche Verlängerung der Lebensdauer der Düsenstöcke.The object of the invention is therefore to solve the above-mentioned problems of the conventional protection methods for Nozzle holders and a significant extension of the life of the nozzle holders.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung von Düsenstöcken für Gebläse-Schachtöfen mit gegenüber den konventionellen Düsenstöcken verbesserter Wärmeschockbeständigkeit und längerer. Lebensdauer.Another object of the invention is to provide nozzle assemblies for fan shaft furnaces with compared to the conventional Nozzle holders improved thermal shock resistance and longer. Lifespan.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch Düsenstöcke für Gebläse-Schachtöfen gelöst, die aus einem Düsenstocksubstrat aus Kupfer oder Kupferlegierung, einer auf die Oberfläche dieses Substrats aufgesprühten selbstfliebenden Legierungsschicht auf Nickel- oder Kobaltbasis, einer auf die Oberfläche dieser Legierungsschicht aufgesprühten Cermetschicht auf Zirkonoxid- oder Aluminiumoxidbasis und einer auf diese Cermetschicht aufgesprühten Keramikschicht bestehen.According to the invention, these objects are achieved by nozzle assemblies for Fan shaft furnaces made up of a nozzle stock substrate made of copper or copper alloy, one on the surface This substrate is sprayed with a self-floating nickel or cobalt-based alloy layer, one on the surface this alloy layer sprayed cermet layer based on zirconium oxide or aluminum oxide and one on top of this Cermet layer consist of a sprayed-on ceramic layer.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeich* nung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung ist:The invention is explained below with reference to the accompanying drawing * explained in detail. In the drawing is:
Fig. 1 eine schematische Querschnittansicht eines konventionellen Düsenstockes für Gebläse-Schachtöfen, und1 shows a schematic cross-sectional view of a conventional nozzle assembly for fan shaft furnaces, and
Fig. 2 eine schematische Querschnittansicht einer Ausführungsform eines Düsenstockes nach der Erfindung.Fig. 2 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a nozzle assembly according to the invention.
Die erfindungsgemäßen Düsenstöcke werden auf folgende Weise hergestellt:The nozzle assemblies according to the invention are manufactured in the following way:
1) Die Oberfläche eines hauptsächlich aus Kupfer bestehenden Düsenstocksubstrates wird zunächst mechanisch aufgerauht und dann mit Stahl- oder Alurainiumoxidschleifschlamm abgestrahlt, UM eine noch weitergehende Aufrauhung und Reinigung zu bewirken.1) The surface of a nozzle stock substrate mainly made of copper is first mechanically roughened and then sandblasted with steel or aluminum oxide grinding sludge, UM an even more extensive roughening and cleaning cause.
2) Eine selbstfließende Legierung auf Nickelbasis, die im wesentlichen aus 65 bis 90 Gew.-% Nickel, 10 bis 35 Gew.-% Chrom, 1,5 bis 4,5 Gew.-% Silicium und 1,5 bis 4,5 Gew.-% Bor besteht, oder eine selbstfließende Legierung auf Kobaltbasis, die im wesentlichen aus 40 bis 60 Gew.-% Kobalt,2) A self-fluxing nickel-based alloy consisting essentially of 65 to 90% by weight nickel, 10 to 35% by weight Chromium, 1.5 to 4.5% by weight silicon and 1.5 to 4.5% by weight Boron, or a self-fluxing cobalt-based alloy consisting essentially of 40 to 60% by weight of cobalt,
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bis 21 Gew.-% Chrom, 1,5 bis 4,5 Gew.-% Silicium und 1,5 bis 4,5 Gew.-% Bor besteht und eine kleine Menge an Nickel und Wolfram enthält, wird zur Bildung einer Legierungsschicht auf die Oberfläche des Düsenstocksubstrats in geeigneter Dicke durch eine Sprühvorrichtung unter Verwendung eines Plasmastrahls oder einer Sauerstoff-Actetylen-Flamme als Wärmequelle aufgebracht.up to 21% by weight chromium, 1.5 to 4.5% by weight silicon and 1.5 to 4.5% by weight of boron and a small amount of Nickel and tungsten are used to form an alloy layer on the surface of the nozzle stem substrate in a suitable thickness by a spray device using a plasma jet or an oxygen-acetylene flame applied as a heat source.
3) Eines der folgenden drei Cermetpulver wird zur Bildung einer Cermetschicht auf die Oberfläche der erhaltenen Legierungsschicht in geeigneter Dicke mit Hilfe einer Sprühvorrichtung unter Verwendung eines Plasmastrahls oder einer Sauerstoff-Acetylen-Flamme als Wärmequelle aufgebracht:3) One of the following three cermet powders is used to form a cermet layer on the surface of the obtained Alloy layer of suitable thickness with the aid of a spray device using a plasma jet or a Oxygen-acetylene flame applied as a heat source:
a) ein Cermetpulver auf Basis Zirkonoxid oder Aluminiumoxid, das aus einem Gemisch aus Zirkonoxid oder Aluminiumoxid mit einer Reinheit von mehr als 90 % und Nickel-Chrom-Legierung mit im wesentlichen 65 bis 90 Gew.-% Nickel und 10 bis 35 GeWo-% Chrom besteht, wobei das Mischungsverhältnis 30:70 bis 70:30 beträgt,a) a cermet powder based on zirconium oxide or aluminum oxide, which consists of a mixture of zirconium oxide or aluminum oxide with a purity of more than 90 % and a nickel-chromium alloy with essentially 65 to 90% by weight of nickel and 10 to 35% by weight Chromium, with a mixing ratio of 30:70 to 70:30,
b) ein Cermetpulver auf Basis Zirkonoxid oder Aluminiumoxid, das aus einem Gemisch aus Zirkonoxid oder Aluminiumoxid mit einer Reinheit von mehr als 90 % und der unter 2) erläuterten selbstfließenden Legierung auf Nickel- oder Kobaltbasis besteht, wobei das Mischungsverhältnis 30:70 bis 70:30 beträgt,b) a cermet powder based on zirconium oxide or aluminum oxide, which consists of a mixture of zirconium oxide or aluminum oxide with a purity of more than 90% and the self-fluxing alloy explained under 2) on nickel or Cobalt base, with a mixing ratio of 30:70 to 70:30,
c) ein Cermetpulver auf Basis Zirkonoxid oder Aluminiumoxid, das aus einem Gemisch aus Zirkonoxid oder Aluminiumoxid mit einer Reinheit von mehr als 90 % und Nickel-Aluminium-Legierung mit im wesentlichen 80 bis 95 Gew.-% Nickel und 20 bis 5 Gew.-% Aluminium besteht, wobei das Mischungsverhältnis 30:70 bis 70:30 beträgt.c) a cermet powder based on zirconium oxide or aluminum oxide, which consists of a mixture of zirconium oxide or aluminum oxide with a purity of more than 90 % and a nickel-aluminum alloy with essentially 80 to 95% by weight of nickel and 20 to 5% by weight. % Aluminum, the mixing ratio being 30:70 to 70:30.
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4) Zirkonoxid oder Aluminiumoxid mit einer Reinheit von mehr als 90 % werden zur Bildung einer abschließenden keramischen Deckschicht auf die Oberfläche der erhaltenen Cermetschicht in geeigneter Dicke mit Hilfe einer Sprühvorrichtung unter Verwendung eines Plasmastrahls oder einer Sauerstoff-Acetylen-Flamme als Wärmequelle aufgebracht.4) Zirconia or alumina with a purity greater than 90% are used to form a final ceramic Cover layer on the surface of the cermet layer obtained in a suitable thickness with the aid of a spray device applied using a plasma jet or an oxygen-acetylene flame as a heat source.
Eine Kombination von Stoffen für jede Stufe des vorstehend erläuterten Verfahrens kann wahlweise aus der folgenden Tabelle ausgewählt werden:A combination of materials for each step of the above process can be selected from the following Table can be selected:
Legierungsschicht Alloy layer
CermetschichtCermet layer
Keramische
DeckschichtCeramic
Top layer
Selbstfließende Legierung auf Ni-BasisSelf-fluxing Ni-based alloy
ItIt
IlIl
IlIl
titi
Selbstfließende Legierung auf Co-BasisSelf-fluxing Co-based alloy
ItIt
ItIt
(Selbstfließende Legierung auf Ni-Basis + Zirkonoxid)(Self-fluxing Ni-based alloy + zirconium oxide)
(Selbstfließende Legierung auf Ni-Basis + Aluminiumoxid(Ni-based self-fluxing alloy + aluminum oxide
(Ni-Cr-Legierung + Zirkonoxid)(Ni-Cr alloy + zirconium oxide)
(Ni-Cr-Legierung + Aluminiumoxid)(Ni-Cr alloy + aluminum oxide)
(Ni-Al-Legierung + Aluminiumoxid)(Ni-Al alloy + aluminum oxide)
(Selbstfließende Legierung auf Co-Basis + Zirkonoxid)(Self-fluxing Co-based alloy + zirconium oxide)
(Selbstfließende Legierung auf Co-Basis + Aluminiumoxid(Co-based self-fluxing alloy + aluminum oxide
(Ni-Al-Legierung + Aluminiumoxid(Ni-Al alloy + aluminum oxide
Zirkonoxid
AluminiumoxidZirconium oxide
Alumina
Zirkonoxid
Aluminiumoxid Aluminiumoxid ZirkonoxidZirconium oxide
Alumina alumina zirconia
Aluminiumoxid AluminiumoxidAlumina alumina
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Den Aufbau des erfxndungsgemäßen Düsenkopfes zeigt Fig. der Zeichnung. In dieser bedeutet 1 das Kupfersubstrat, 5 die selbstfließende Legierungsschicht, 4 die Cermetschicht und 3 die keramische Deckschicht.The structure of the nozzle head according to the invention is shown in FIG. 1 of the drawing. In this 1 means the copper substrate, 5 the self-fluxing alloy layer, 4 the cermet layer and 3 the ceramic top layer.
Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß selbstfließende Legierungen, bei denen Silicium und Bor zu der hitzebeständigen Hauptlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis, wie sie vorstehend erläutert ist,.zugesetzt sind, um die Legierung selbstfließend zu machen, als die auf das Kupfersubstrat aufzusprühende Legierung verwendet werden.An essential feature of the present invention is to be seen in the fact that self-fluxing alloys in which Silicon and boron to form the main refractory alloy based on nickel or cobalt, as discussed above is, are added to make the alloy self-fluxing can be used as the alloy to be sprayed on the copper substrate.
Wenn eine hitzebeständige Legierung, die kein Silicium und Bor enthält, wie es gemäß dem Stand der Technik der Fall ist, auf das Kupfersubstrat aufgesprüht wird, werden während des Sprühverfahrens auf der mit Legierung beschichteten Oberfläche Metalloxide und eine daraus resultierende Legierungsschicht gebildet, so daß die Eigenschaften der Legierungsschicht selbst verloren geheno Außerdem haftet die Legierung an dem Kupfer nur durch eine mechanische Verbindung, so daß die Bindefestigkeit gering ist und sich die Legierung leicht von dem Kupfersubstrat abschälen kann.When a refractory alloy which does not contain silicon and boron, as is the case in the prior art, is sprayed onto the copper substrate, metal oxides and a resulting alloy layer are formed on the alloy-coated surface during the spraying process, so that the properties of the alloy layer itself go lost o in addition, the alloy to which copper adheres only by a mechanical connection, so that the bonding strength is low and the alloy can be easily peeled off from the copper substrate.
Wenn im Gegensatz dazu die selbstfließende, Silicium und Bor enthaltende Legierung nach der Erfindung auf das Kupfersubstrat aufgesprüht wird, liegen Metalloxide in der mit Legierung beschichteten Oberfläche und der erhaltenen Legierungsschicht nur in geringer Menge vor, und die Lefcierungsschicht ist auch mit hoher Bindefestigkeit an das Substrat gebunden und schält sich schwer ab. Diese Tatsache läßt sich durch die folgenden Gründe erklären: Da Silicium und Bor Metalle sind, die bei erhöhter Temperatur stark reduzierend wirken, wenn das Kupfer und die den Hauptbestandteil der selbstfließenden Legierung bildenden Komponente unter Bildung von Oxiden oxidiert werden, werden dieseIn contrast, if the self-fluxing, silicon and boron containing alloy according to the invention on the copper substrate is sprayed, there are metal oxides in the alloy-coated surface and the surface obtained Alloy layer in front of only a small amount, and the Lefcierungsschicht is also bound to the substrate with high bonding strength and is difficult to peel off. this fact can be explained by the following reasons: Since silicon and boron are metals, they become strong at elevated temperature have a reducing effect if the copper and the component forming the main constituent of the self-fluxing alloy are oxidized with the formation of oxides, these become
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gebildeten Oxide durch das Silicium und das Bor unverzüglich zu den Metallen reduziert, und gleichzeitig werden Silicium und Bor entsprechend oxidiert. Diese beiden letzteren Oxide bilden ein eutektisches Oxid mit einem Schmelzpunkt, der niedriger ist als der eines jeden Oxids selbst, so daß sie auf der Oberfläche der Legierungsschicht zerfließen, was zur Folge hat, daß nur geringe Mengen an Metalloxiden in der legierungsbeschichteten Oberfläche und der Legierungsschicht vorliegen. Mit anderen Worten: Wenn entweder Silicium oder Bor verwendet werden, so trägt das jeweils eingesetzte Element zur Reduktion der Metalloxide bei, jedoch hat das erhaltene Silicium- oder Boroxid einen höheren Schmelzpunkt undzerfließt nicht auf der Oberfläche der Legierungsschicht, so daß in dieser Schicht und in der legierungsbeschichteten Oberfläche ein Oxid vorhanden ist und außerdem die Eigenschaften der Legierungsschicht und der legierungsbeschichteten Oberfläche verloren gehen.Oxides formed are immediately reduced to metals by silicon and boron, and at the same time they become silicon and boron is oxidized accordingly. These latter two oxides form a eutectic oxide with a melting point that is lower is than that of each oxide itself, so that they dissolve on the surface of the alloy layer, with the result that only small amounts of metal oxides are present in the alloy-coated surface and the alloy layer. With others In other words: If either silicon or boron are used, the element used in each case contributes to the reduction of the Metal oxides, but the silicon or boron oxide obtained has a higher melting point and does not flow on the surface of the alloy layer, so that an oxide is present in this layer and in the alloy-coated surface and also the properties of the alloy layer and the alloy-coated surface are lost.
Der Grund, warum die Verbindung zwischen dem Kupfersubstrat und der seHbitiäiBßenden, Silicium und Bor enthaltenden Legierung sehr viel besser ist als die zwischen einem Kupfersubstrat und einer hitzebeständigen Legierung, die kein Silicium und Bor enthält, ist offenbar auf die Tatsache zurückzuführen, daß der Schmelzpunkt der selbstfließenden Legierung niedriger ist und im Bereich von 1020 bis 1100° C liegt. Außerdem können Silicium und Bor leicht intermetallische Verbindungen nicht nur mit Nickel, Chrom, Kobalt usw. eingehen, die die hitzebeständige Legierung bilden, sondern auch mit dem Kupfersubstrat, und die Bindung zwischen den beiden intermetallischen Verbindungen ist sehr viel fester als die zwischen Kupfer und der hitzebeständigen Legierung. So bewirkt offenbar die Gegenwart von Silicium und Bor, daß die Bindung zwischen dem Kupfersubstrat und der hitzebeständigen Legierung fester wird.The reason why the bond between the copper substrate and the semi-permanent silicon and boron containing alloy is much better than that between a copper substrate and a refractory alloy containing no silicon and boron is apparently due to the fact that the Melting point of the self-fluxing alloy is lower and is in the range of 1020 to 1100 ° C. In addition, silicon and boron easily form intermetallic compounds not only with nickel, chromium, cobalt, etc., which are the most heat-resistant Form alloy, but also with the copper substrate, and bond between the two intermetallic compounds is much stronger than that between copper and the refractory alloy. This is apparently the effect of the presence of Silicon and boron that the bond between the copper substrate and the refractory alloy becomes stronger.
Wenn bei der praktischen Anwendung der Düsenstock nach der Erfindung in den Gebläse-Schachtofen einmontiert und der erhöhten Ofentemperatur ausgesetzt wird, diffundiert die selbstfließende Legierungsschicht sowohl in das Kupfersubstrat als auch in die Cermetschicht und bildet metallurgische Bindungen, so daß die Bindefestigkeit beträchtlich größer wird.When in practical use of the nozzle assembly according to the invention is installed in the fan shaft furnace and exposed to the increased furnace temperature, diffuses the self-fluxing Alloy layer in both the copper substrate and the cermet layer and forms metallurgical bonds so that the bond strength becomes considerably greater.
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Die zuzusetzenden Mengen an Silicium und Bor betragen vorzugsweise jeweils 1,5 bis 4,5 Gew.-%. Wenn die Menge kleiner als 1,5 % ist, nimmt die Metalloxidmenge in der Legierungsschicht und der legierungsbeschichteten Oberfläche zu, während die Ausbildung intermetallischer Verbindungen mit Silicium und Bor abnimmt und außerdem der Schmelzpunkt der Legierungsschicht hoch ist, so daß die mechanische Verbindung unzureichend ist und die Legierungsschicht sich leicht von dem Kupfersubstrat abschälen kann. Wenn dagegen die Menge mehr als 4,5 % beträgt, werden die Eigenschaften der Legierungsschicht selbst schlechter, und der Schmelzpunkt sinkt zu stark ab, so daß die Hitzebeständigkeit gering ist.The amounts of silicon and boron to be added are preferably 1.5 to 4.5% by weight each. When the amount is less than 1.5%, the amount of metal oxide in the alloy layer and the alloy-coated surface increases, while the formation of intermetallic compounds with silicon and boron decreases and also the melting point of the Alloy layer is high, so that the mechanical connection is insufficient and the alloy layer is easy can peel off from the copper substrate. If, on the other hand, the If the amount is more than 4.5%, the properties of the alloy layer itself deteriorate and the melting point becomes worse drops too much, so that the heat resistance is poor.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Ausbildung einer Cermetschicht auf der selbstfließenden Legierungsschicht· Erfindungsgemäß wird nämlich Zirkonoxid oder Aluminiumoxid als hitzebeständige Substanz mit einer selbstfließenden Legierung auf Nickel- oder Kobaltbasis, mit Nickel-Chrom-Legierung, Nickel-Aluminium-Legierung od. dgl. als Bindemittel vermischt, und das erhaltene Gemisch wird auf die selbstfließende Legierungsschicht in geeigneter Dicke mit Hilfe einer Sprühvorrichtung unter Verwendung eines Plasmastrahls oder einer Sauerstoff-Acetylen-Flamme als Wärmequelle zur Ausbildung einer Cermetschicht aufgesprüht. Another important feature of the invention is the formation of a cermet layer on the self-fluxing alloy layer According to the invention namely zirconium oxide or Aluminum oxide as a heat-resistant substance with a self-fluxing alloy based on nickel or cobalt, with Nickel-chromium alloy, nickel-aluminum alloy or the like. Mixed as a binder, and the resulting mixture is on the self-fluxing alloy layer in a suitable thickness with the aid of a spray device using a plasma jet or an oxygen-acetylene flame as a heat source to form a cermet layer.
Bei den bekannten Düsenstöcken wird eine Keraraiksehicht auf einer lediglich hitzebeständigen Legierung ausgebildet, die sich von der erfindungsgemäßen selbstfließenden hitzebeständigen Legierung auf die vorstehend erläuterte Weise unterscheidet und die sich in der Praxis als nicht sonderlich geeignet erwiesen hat. Außerdem wird ein Metall mit einem Ausdehnungskoeffizienten, der zwischen den Ausdehnungskoeffizienten des Kupfersubstrats und der keramischen Deckschicht liegt, zur Ausbildung einer Metallschicht auf das Kupfersubstrat aufgesprüht, jedoch ist der Unterschied zwischen dem Ausdehnungskoeffizienten der MetallschichtIn the known nozzle sticks, a Keraraik layer is used formed on a merely heat-resistant alloy that differs from the self-fluxing heat-resistant alloy according to the invention Alloy differs in the way explained above and which in practice does not differ as much has proven suitable. In addition, a metal with an expansion coefficient between the expansion coefficients of the copper substrate and the ceramic cover layer is to form a metal layer on the Copper substrate sprayed, however, the difference between the expansion coefficient of the metal layer
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—6
(etwa 14,0 χ 10 ) und dem der keramischen Deckschicht (7,7 bis 8,8 χ 10" ) sehr groß, so daß die Bindungsfläche
zwischen den beiden Schichten beträchtlich schwankt und es sehr schwierig wird, ein Abschälen der keramischen Deckschicht
von der Metallschicht zu verhindern t -6
(about 14.0 10) and that of the ceramic top layer (7.7 to 8.8 χ 10 ") very large, so that the bonding area between the two layers fluctuates considerably and it becomes very difficult to peel off the ceramic top layer to prevent the metal layer t
Erfindungsgemäß wird jedoch ein Gemisch aus Zirkonoxid oder Aluminiumoxid als hitzebeständiger keramischer Substanz und einer der vorstehend genannten Legierungen als Bindemittel in einem Mischungsverhältnis von 30:70 bis 70:30 eingesetzt. Dieses Bindemittel kann sich nicht nur fest mit der selbstfließenden Legierungsschicht, sondern auch mit der hitzebeständigen keramischen Substanz verbinden. Deshalb hat die erhaltene Dermetschicht eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit, Antioxidations- und Wärmeschockbeständigkeit sogar bei über 1000° C liegenden Temperaturen.According to the invention, however, a mixture of zirconium oxide or Alumina as a heat-resistant ceramic substance and one of the aforementioned alloys as a binder used in a mixing ratio of 30:70 to 70:30. This binder can bond not only to the self-fluxing alloy layer, but also to the heat-resistant one connect ceramic substance. Therefore, the dermet layer obtained has excellent mechanical properties Strength, antioxidation and thermal shock resistance even at temperatures above 1000 ° C.
Erfindungsgeeäß wird ein keramischer überzug als Deckschicht auf der Cermetschicht ausgebildet. Der thermische Ausdehnungskoeffizient der -Cermetschicht ist kleiner als der der selbstfließenden Legierungsschicht und grüßer als der der keramischen Deckschicht. Außerdem ändert sich der thei'mische Ausdehnungskoeffizient von einer Schicht zur anderen allmählich, im Gegensatz zu der starken Änderung bei den bekannten Strukturen mit nur der Metallschicht und der keramischen Deckschicht, so daß das Abschälen der keramischen Deckschicht infolge des Unterschiedes zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Cermetschicht und dem der keramischen Deckschicht ganz besonders beachtlich herabgesetzt werden kann. Darin besteht das weitere wichtige Merkmal der Erfindung. Die Keramik, die für die keramische Deckschicht eingesetzt wird, ist zweckmäßigerweise von derselben Qualität wie die hitzebeständige Substanz der Cermetschicht, so daß, wie vorstehend erläutert, hauptsächlich Zirkonoxid oder Aluminiumoxid zum Einsatz gelangen.According to the invention, a ceramic coating is used as the top layer formed on the cermet layer. The coefficient of thermal expansion the cermet layer is smaller than that of the self-fluxing alloy layer and larger than that of the ceramic top layer. In addition, the thermal expansion coefficient changes gradually from one layer to another, in contrast to the strong change in the known structures with only the metal layer and the ceramic layer Cover layer, so that the peeling of the ceramic cover layer due to the difference between the thermal expansion coefficient the cermet layer and that of the ceramic cover layer are reduced very particularly considerably can. This is another important feature of the invention. The ceramic used for the ceramic top layer is expediently of the same quality as the heat-resistant substance of the cermet layer, so that, As explained above, mainly zirconium oxide or aluminum oxide are used.
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Die Dicke der selbstfließenden Legierungsschicht beträgt 50 bis 150/U, vorzugsweise 70 bis 130/U, am zweckmäßigsten etwa 100/U. Die Cermetschicht hat dieselbe Dicke wie die selbstfließende Legierungsschicht, wobei eine Dicke von etwa 100/U am vorteilhaftesten ist. Die Dicke der keramiscl Deckschicht beträgt vorzugsweise 100 bis 300 ,n. The thickness of the self-fluxing alloy layer is 50 to 150 / U, preferably 70 to 130 / U, most expediently about 100 / U. The cermet layer is the same thickness as the self-fluxing alloy layer, with a thickness of about 100 / U being most advantageous. The thickness of the ceramic cover layer is preferably 100 to 300 , n.
Die Dicken dieser drei Schichten sind aus den folgenden Gründen auf die vorstehend angegebenen Bereiche beschränkt:The thicknesses of these three layers are limited to the ranges given above for the following reasons:
Die selbstfließende Legierungsschicht und die Cermetschicht sind nämlich überzüge zum Verbessern der Haftung mit der nächstfolgenden Schicht, so daß sie dünner gehalten werden können. Wenn jedoch die Dicke zu gering ist, vermitteln sie keine ausreichende Wärmeschockbeständigkeit. Deshalb müssen sie ausreichend dick sein, um den Wärmeschock zu dämpfen. Aus diesen Gründen hat sich herausgestellt, daß die Dicke dieser Schichten mindestens 50,u und höchstens 150yU betragen sollte.Namely, the self-fluxing alloy layer and the cermet layer are coatings for improving the adhesion with the next layer so that they can be kept thinner. However, if the thickness is too small, they mediate insufficient thermal shock resistance. Therefore, they have to be thick enough to dampen the thermal shock. the end For these reasons it has been found that the thickness of these layers should be at least 50μ and at most 150yU.
Die keramische Deckschicht ist für Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Antioxidation erforderlich, so daß ihre Dicke notwendigerweise mindestens 1Oo/U betragen sollte, damit diese Anforderungen erfüllt sind. Wenn jedoch die Gesamtdicke der genannten drei Schichten sehr groß ist, können sie sich von dem Kupfersubstrat abschälen, so daß in allen Fällen aus Sicherheitsgründen die Gesamtdicke nicht mehr als 600 ,u betragen sollte, woraus sich ergibt, daß die keramische Deckschicht eine Dicke von höchstens 300 ,u haben sollte.The ceramic top layer is required for heat resistance, corrosion resistance and antioxidation, so its thickness should necessarily be at least 10o / rev in order for these requirements to be met. However, if the total thickness of the three layers mentioned is very large, they can peel off from the copper substrate, so that in all cases, for safety reasons, the total thickness should not be more than 600 µ, with the result that the ceramic top layer has a thickness of at most 300 , u should have.
Bei allen Aufsprühstufen ist es aus den folgenden beiden Gründen äußerst angebracht, das Plasmastrahlverfahren anzuwenden: At all spraying stages, it is extremely advisable to use the plasma jet process for the following two reasons:
1) Bei dem Plasmastrahlverfahren wird ein Inertgas, wie Stickstoff, Argon, Helium od. dgl., als Arbeitsgas verwendet, so daß die aufzusprühenden Stoffe und die Oberfläche des KupferSubstrats während des Aufsprühens nicht oxidiert werden.1) In the plasma jet process, an inert gas such as nitrogen, argon, helium or the like is used as the working gas, so that the substances to be sprayed on and the surface of the Copper substrate are not oxidized during spraying.
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2) Die Temperatur der Wärmequelle ist bei der Plasmastrahlanlage beträchtlich höher als bei einer Pulverspriihanlage unter Verwendung einer Sauerstoff-Acetylen-Flamme (die der ersteren beträgt gewöhnlich 8500 bis 10 000° C, während die der letzteren maximal 3000° C beträgt), so daß die aufzusprühenden Stoffe vollständig geschmolzen werden. Außerdem ist bei dem Plasmastrahlverfahren die Aufsprühgeschwindigkeit höher (annähernd Schallgeschwindigkeit), so daß die kinetische Energie der aufgesprühten geschmolzenen Teilchen größer wird. Dadurch wird nicht nur die Bindefestigkeit zwischen dem Überzug zu der Substratoberfläche, sondern auch die Bindekraft zwischen den den Überzug bildenden Teilchen beträchtlicher gesteigert, als es bei dem Sauerstoff-Acetylen» Verfahren der Fall ist. Außerdem kann die Porosität auf wenige Prozent eingeschränkt werden.2) The temperature of the heat source is considerably higher with the plasma jet system than with a powder spray system using an oxygen-acetylene flame (that of the the former is usually 8500 to 10,000 ° C, while that of the latter is a maximum of 3000 ° C), so that the to be sprayed Substances are completely melted. In addition, in the plasma jet method, the spray speed is higher (approximately the speed of sound), so that the kinetic energy of the sprayed molten particles increases. This not only increases the bond strength between the coating and the substrate surface, but also the bond strength between the particles forming the coating is considerably increased than is the case with the oxygen-acetylene » Procedure is the case. In addition, the porosity can increase a few percent are restricted.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels im einzelnen erläutert, das jedoch keinerlei Einschränkung des Erfindungsbereiches bedeutet.The invention is explained in detail below with the aid of an example, but this is not in any way restrictive of the scope of the invention means.
Ein üblicherweise für Düsenstöcke verwendetes Kupfersubstrat wurde verschiedenen Beschichtungsbehandlungen unterzogen, und die erhaltenen Düsenstöcke wurden auf Wärmeschockbeständigkeit untersucht.A copper substrate commonly used for nozzle sticks has been subjected to various plating treatments, and the obtained nozzle sticks were examined for thermal shock resistance.
Wärmeschocktest: Die Düsenstöcke wurden auf etwa 800° CThermal shock test: The nozzle sticks were set to about 800 ° C
erhitzt und dann abgeschreckt (z.B. mit Wasser gekühlt). Dieser Vorgang wurde wiederholt.heated and then quenched (e.g. cooled with water). This process was repeated.
Versuchsergebnisse:Test results:
Bei dem konventionellen Düsenstock, wie er in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt ist und bei dem das Substrat 1 aus Kupfer, die Metallschicht aus Nickelaluminid, Austenitstahl oder Chromstahl und die keramische Deckschicht ausIn the conventional nozzle assembly, as shown in FIG Drawing is shown and in which the substrate 1 made of copper, the metal layer made of nickel aluminide, austenitic steel or chrome steel and the ceramic top layer
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Aluminiumoxid bestand, trat bereits nach zweimaliger Durchführung des Tests teilweises Abschälen auf.Alumina existed, occurred after performing it twice partial peeling of the test.
Auf der anderen Seite trat bei den folgenden vier Düsenstöcken der Erfindung mit dem in Fig„ 2 der Zeichnung dargestellten Aufbau auch nach 8-maliger Wiederholt des Tests kein Abschälen auf, so daß der Versuch nach 8-maliger Wiederholung abgebrochen wurde.On the other hand, the following four nozzle assemblies of the invention occurred with that shown in FIG. 2 of the drawing Build-up showed no peeling even after repeating the test 8 times, so that the test was terminated after repeating the test 8 times became.
Düsenstock A: Dieser bestand aus dem Kupfersubstrat, derNozzle assembly A: This consisted of the copper substrate that
selbstfließenden Legierungsschicht auf Nickelbasis, der Cermetschicht auf Aluminiumoxidbasis, die selbstfließende Legierung auf Nickelbasis enthielt, und der Aluminiumoxiddeckschicht.self-fluxing alloy layer based on nickel, the cermet layer based on aluminum oxide, the self-fluxing nickel-based alloy and the alumina topcoat.
Düsenstock B: Dieser bestand aus dem Kupfersubstrat, derNozzle assembly B: This consisted of the copper substrate that
selbstfließenden Legierungsschicht auf Nickelbasis, der Cermetschicht auf Zirkonoxidbasis, die selbstfließende Legierung auf Nickelbasis enthielt, und der Zxrkonoxiddeckschicht.self-fluxing alloy layer based on nickel, the cermet layer based on zirconium oxide, the self-fluxing nickel-based alloy and the zinc oxide topcoat.
Düsenstock C: Dieser bestand aus dem Kupfersubstrat, derNozzle holder C: This consisted of the copper substrate that
selbstfließenden Legierungsschicht auf Kobaltbasis, der Cermetschicht auf Aluminiumoxidbasis, die selbstfließende Legierung auf Kobaltbasis enthielt, und der Aluminiumoxiddeckschichto self-fluxing cobalt-based alloy layer, the alumina-based cermet layer containing cobalt-based self-fluxing alloy, and the alumina top layer or the like
Düsenstock D: Dieser bestand aus dem Kupfersubstrat, derNozzle holder D: This consisted of the copper substrate that
selbstfließenden Legierungsschicht auf Kobaltbasis, der Cermetschicht auf Zirkonoxidbasis, die selbstfließende Legierung auf Kobaltbasis enthielt, und der Zxrkonoxiddeckschicht.self-fluxing alloy layer based on cobalt, the cermet layer based on zirconium oxide, the self-fluxing alloy based on cobalt and the zinc oxide top layer.
Die Düsenstöcke für Gebläse-Schachtöfen der Erfindung sind besonders wirkungsvoll bei höheren Heißlufttemperaturen von mehr als 1300° C. In der Tat beträgt die durchschnittlicheThe nozzle sticks for fan shaft furnaces of the invention are particularly effective at higher hot air temperatures of more than 1300 ° C. In fact, the average
409844/0824409844/0824
Lebensdauer von konventionellen, nichtbeschichteten Kupferdüsenstöcken etwa vier Monate, während die Lebensdauer der erfzndungsgemäßen Düsenstöcke mehr als sechs Monate beträgt. Daraus ergibt sich eine beträchtliche Verbesserung der Produktivität der Gebläse-Schachtöfen.Lifetime of conventional, uncoated copper nozzle holders about four months, while the service life of the nozzle assemblies according to the invention is more than six months. This results in a considerable improvement in the productivity of the fan shaft furnaces.
Bei einem gebräuchlichen Gebläse-Schachtofen für die Eisen- und Stahlerzeugung mußten 40 Düsenstöcke alle vier Monate durch neue ersetzt werden, gleichgültig, ob sie noch intakt waren oder nicht. Darüber hinaus ist auch während dieser Zeit die Gefahr der Zerstörung der Düsenstöcke stets gegeben, und in einem solchen Fall müssen die zerstörten Düsenstöcke durch neue ersetzt werden.In the case of a conventional fan shaft furnace for the iron and steelmaking had to replace 40 nozzle assemblies with new ones every four months, whether or not they were still intact were or not. In addition, there is always the risk of destruction of the nozzle assemblies during this time, and in such a case, the destroyed nozzle assemblies must be replaced with new ones.
Wenn dagegen erfindungsgemäße Düsenstöcke eingesetzt werden, so treten innerhalb der Benutzungszeit der Düsenstöcke von vier Monaten, nach der sie ausgewechselt werden, keinerlei Beschädigungen an den Düsenstöcken mehr auf, woraus sich ein beträchtliches wirtschaftliches Verdiaist der Erfindung ergibt.If, on the other hand, nozzle holders according to the invention are used, so within the period of use of the nozzle rods of four months after which they are replaced, nothing occurs Damage to the nozzle stems more, from which a considerable economic merit of the invention results.
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Claims (1)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4501773 | 1973-04-23 | ||
| JP48045017A JPS5222724B2 (en) | 1973-04-23 | 1973-04-23 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2419584A1 true DE2419584A1 (en) | 1974-10-31 |
| DE2419584B2 DE2419584B2 (en) | 1977-06-02 |
| DE2419584C3 DE2419584C3 (en) | 1978-01-19 |
Family
ID=
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2820699A1 (en) * | 1977-05-12 | 1978-11-16 | Kawasaki Steel Co | FURNACE WINDFORM |
| DE3724995A1 (en) * | 1987-02-26 | 1988-09-08 | Radex Heraklith | Process for manufacturing a composite body and the composite body itself |
| US4898368A (en) * | 1988-08-26 | 1990-02-06 | Union Carbide Corporation | Wear resistant metallurgical tuyere |
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| DE3724995A1 (en) * | 1987-02-26 | 1988-09-08 | Radex Heraklith | Process for manufacturing a composite body and the composite body itself |
| US4898368A (en) * | 1988-08-26 | 1990-02-06 | Union Carbide Corporation | Wear resistant metallurgical tuyere |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB1417375A (en) | 1975-12-10 |
| JPS5222724B2 (en) | 1977-06-20 |
| DE2419584B2 (en) | 1977-06-02 |
| FR2226469A1 (en) | 1974-11-15 |
| JPS49130810A (en) | 1974-12-14 |
| FR2226469B1 (en) | 1978-03-31 |
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