DE2601727A1

DE2601727A1 - Schutzueberzug fuer extrem waermebeanspruchte werkstueckflaechen

Info

Publication number: DE2601727A1
Application number: DE19762601727
Authority: DE
Inventors: Guenter Bender
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-01-19
Filing date: 1976-01-19
Publication date: 1977-07-21

Description

"Schutzüberzug für zugfürextrem wärmebeanspruchte Werkstück-
flächen " Die Erfindung betrifft einen Schutzüberzug für extrem wärmebeanspruche Werkstückflächen, insbesondere für die Austrittsenden von Blasformen in Hochöfen.
Zur Einführung des Heißwindes in den Hochofen sind am oberen Gestellrand Windformen in einer Ebene gleichmäßig über den Umfang des Ofens verteilt angeordnet. In diesem Bereich des eintretenden Heißwindes stellt sich eine geschlossene ringförmige Verbrennungszone ein. Die Austrittsenden der Windformen werden durch die Blasformen gebildet, die zumindest nach einer bestimmten Betriebsdauer ein Stück in das Ofeninnere hineinragen. An diesem inneren Ende ist die Blasform extrem hohen Temperaturen ausgesetzt, denn der Verbrennungsprozeß in diesem Ofenbereich spielt sich in der Größenordnung um 2000 0C ab. Bekannte Blasformen bestehen aus Kupfer bzw.
Kupferlegierungen, die eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen, oder auch aus Stahl, Stahlguß oder Stahllegierungen und sind doppelwandig ausgeführt, um eine Wasserkühlung zu ermöglichen.
Um Zerstörungen an dem in den Ofen ragenden Ende der Blasform in erträglichen Grenzen zu halten, ist es unter anderem bekannt, die Blasformoberfläche in diesem Bereich durch Aufschweißen von besonders hitzebeständigen Materialien aufzupanzern.
Trotz derartiger Schutzmaßnahmen ist die Standzeit der Blasformen immer noch sehr gering, denn die hohen Umgebungstemperaturen sowie das auf das Blasformende tropfende flUssige Material erzeugen einen rasch voranschreitenden Angriff, der dazu führt, daß die Blasform undicht und damit unbrauchbar wird. Die Blasformen müssen daher häufig ausgewechselt werden, wodurch sehr unangenehme Ofenstillstandszeiten in Kauf genommen werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schutzüberzug für extrem wärmebeanspruchte Werkstückflächen zu schaffen, durch den die Standzeiten dieser Werkstückflächen erhöht werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in die Werkstückoberfläche Teilchen aus hochschmelzenden Metallkarbiden eingebunden bzw. eingeschmolzen werden.
Diese in die Oberfläche eingebundenen bzw. eingeschmolzenen und zum Teil über .die Oberfläche hinausragenden Metallkarbid-Teilchen, die vorzugsweise die Form von Körnern aufweisen, bieten einen sehr gluten Schutz gegen Zerstörung. Als Material eignet sich sehr gut Wolframkarbid. Die Durchmesser bzw. die maximalen Abmessungen der Körner können zwischen etwa 0,5 und 5 mm, und betragen vorzugsweise etwa 3 mm.
Der Oberflächenschutz wird dadurch erzielt, daß die aufgebrachten Teilchen selbst aus extrem hochwarmfestem und verschleißfestem Material bestehen, welches unter den Bedingungen, wie sie im Hochofen herrschen, nicht angegriffen werden. Zum anderen kann sich zwischen den Teilchen ein Gaspolster ausbilden, welches eine zusätzliche Wärmeisolation darstellt. Wenn flüssiges : erial auf den Überzug tropft, wird es von den vorspringend'# teilchen festgehalten, die sich erwärmen, dem flüssigen Metal@ dabei Wärme entziehen und es erstarren lassen. Das an der Cberfläche erstarrte Metall, welches von Zeit zu Zeit wieder abplatzen kann, bildet einen zusätzlichen Schutz fir das Grun@-material der Blasform.
Die Metallkarbid-Teilchen sind vorzugsweise in eine zusätz#.ich aufgebrachte Schicht eingebunden. Diese zusätzlich aufgebrachte Schicht muß so gewählt sein, daß sie sich mit dem Grundmaterial verträgt und sich mit diesem verbinden läßt. Vorzugsweise besteht diese Schicht daher aus dem gleichen Material wie das Grundmetall oder aus einem solchen Material, welches mit der Grundretall eine homogene Verbindung eingeht. Wenn für die zusätzlich aufzubringende Schicht ein Material gewählt werden soll, welches mit dem Grundmaterial keine homogene Verbindung eingeht, so ist es auch möglich, die Schicht über eine z-sitzasche Pufferschicht aufzubringen, die sowohl mit dem Grundmetall als auch mit der Auftrags schicht eine homogene Verbindung ##rgehen kann.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung des Uberzuges besteht darin, daß das Grundmetall aufgeschmolzen wird und die Metallkarbid-Teilchen in das erstarrende Material eingebunden werden. Vorzugsweise werden die Metallkarbid-Teilchen in eine auf das Grundmetall aufgeschweißte bzw. aufgebrachte Schicht eingebunden, die aus dem gleichen Material besteht wie das Grunirnetall oder auch aus einem Material, welches mit dem Grundmetall bzw. einer auf das Grundmetall aufgebrachten Kupfer schicht eine homogene Verbindung eingeht. Bei diesem Verfahren wird also die Metallschmelze, in welche die Teilchen eingebunden werden sollen, zusätzlich auf die Werkstückoberfläche aufgebracht, mit der sie sich fest und innig verbindet.
Im Falle einer Auftrags schweißung wird vorzugsweise Schutzgas und/oder ein geeignetes Flußmittel angewandt.
Die Auftragsschweißung kann im Lichtbogen unter Zuhilfenahme einer Wolframelektrode vorgenommen werden, wobei die aufzutragende Schicht durch einen Zusatzstab aufgebracht wird, der im Lichtbogen abschmilzt.
Der Zusatzstab besteht vorzugsweise aus einem beidseitig verschlossenen Rohr aus demjenigen Material, welches für die Auftragsschicht vorgesehen ist, wobei das Rohr mit den aufzubringenden Metallkarbid-Teilchen gefüllt ist. GleIchzeitig kann das Rohr auch ein Flußmittel enthalten, in welches die Metallkarbi#d-Teilchen eingebettet sind.
Für Metallkarbid-Körner mit einer Größe von etwa 3 sm wird zweckmäßig ein Rohr gewählt, welches einen Außendurchmesser von etwa 15 mm und eine Wandstärke von etwa 1,5 mm aufweist. Das Rohr ist vorzugsweise an beiden Enden verschlossen, bei spielsweise durch Flachdrücken. Die Abmessungen des gewählten Rohrs sind zumindest teilweise von der Größe und Form der Metallkarbld-Teilchen abhängig.
Wenn die Blasform bzw. das Werkstück, von dem mindestens einige Oberflächenbereiche mit dem erfindungsgemäßen Schutzüberzug versehen werden sollen, ein Gußteil ist, so kann ein anderes Verfahren angewe#:idet werden. Dieses Verfahren besteht vorzugsweise darin, daß die auf die gefährdeten Bereiche des Gußteils aufzubringenden Metallkarbid-Teilchen vor dem Eingießen der Schmelze innerhalb der Gußform derart angeheftet werden, daß sie beim Eingießen der Schmelze von dieser teilweise umspült und beim Erstarren der Schmelze in die Oberfläche des Gußteils eingebunden werden.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Blasform, die in der Auskleidung eines Hochofens sitzt, Fig. 2 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch eine mit dem erfindungsgemäßen Überzug versehene Oberfläche und Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Zusatzstab für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand einer Blasform 2 dargestellt, die in der Höhe des oberen Gestellrandes in die Auskleidung 4 eines Hochofens eingesetzt ist. Die Blasform besteht aus einem doppelwandigen, zum Austrittsende hin konisch zulaufenden Hohlkörper, -durch dessen Innenraum 6 Heißwind in die Verbrennungszone des Hochofens geblasen wird. Zwischen den Wänden der Blasform ist ein sich über die gesamte Formlänge erstreckender umlaufender Hohlraum 8 vorgesehen, durch den ein Kühlmittel geleitet wird.
Im Bereich ihres in den Ofenraum ragenden Ausgangsendes ist die Blasform 2 mit einem Überzug 10 versehen, der sich über die Außenfläche 12, die Stirnfläche 14 sowie die Innenfläche 16 erstreckt. An der Außenfläche 12 ist der Überzug 10 weiter nach hinten gezogen, damit auch beim Entstehen von Auswaschungen in der Ofenauskleidung 4 das freiliegende Grundmaterial der Blasform 2 geschützt bleibt.
Die Blasform 2 besteht beispielsweise aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung, während der Überzug aus Wolframkarbid-Körnern 18 gebildet ist. Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Körner in eine auf das Grundmaterial 20 aufgetragene Schicht 22 eingebunden bzw. eingeschmolzen, die aus dem gleichen Material besteht wie das Grundmaterial 20 und beispielsweise in Form einer Auftragsschweißung aufgebracht werden kann.
Die Wolframkarbid-Körner 18 weisen einen Durchmesser von etwa 3 mm auf und sind in dichter Verteilung an der Oberfläche angeordnet.
Das Aufbringen des Überzuges 10 auf das Werkstück 2 erfolgt mit Hilfe einer Lichtbogenschweißung, wobei zur Erzeugung des Lichtbogens eine in der Zeichnung nicht dargestellte Wolframelektrode verwendet wird, in deren Lichtbogen ein in Fig. 3 ausschnittweise dargestellter Zusatzstab 24, gegebenenfalls unter einer Schutzgasatmosphäre, geschmolzen wird. Der Zusatzstab 24 umfaßt ein etwa ein Meter langes Rohrende 26, welches aus dem gleichen Material besteht wie das Grundmaterial 20 des Werkstücks2, auf welches der Überzug 10 aufgebracht werden soll.
Das Rohrende 26 hat einen Außendurchmesser von etwa 15 mm und eine Wandstärke von etwa 1,5 mm und ist mit den aufzubringenden im Durchmesser etwa 3 mm großen Wolframkarbid-Körnern gefüllt, die in ein Rußmittel 28 eingebettet sind. Die beiden Enden des Rohrs 26 sind verschlossen, und zwar durch einfaches Breitquetschen des Rohrs, wie in Fig. 3 veranschaulicht.
Während der Auftragsschweißllung, bei der der Zusatzstab 24 abschmilzt, bildet sich aus dem Material des Rohrs 26 die in Fig. 2 dargestellte Auftragsschicht 22, die bei ihrer Erstarrung mit dem Grundmaterial 20 homogen verschweißt und die Wolframkarbid-Körner 18 fest in sich einbindet.
Der erfindungsgemäße Schutzüberzug eignet sich nicht nur als Beschichtung der Austrittsenden von Blasformen, sondern kann auf allen Werkstückflächen angebracht werden, die ähnlichen Bedingungen ausgesetzt sind und deren Standzeiten erhöht werden sollen. Ein besonders geeigneter Anwendungsfall wär#beispielsweise die Düsen spitzen von Sauerstoffaufblaslanzen.

Claims

Patentansprüche Schutzuberzug für extrem wärmebeanspruchte Verkstückflächen, insbesondere für die Austrittsenden von Blasformen in Hochöfen, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Teilchen (18) aus hochschmelzenden Metallkarbiden, die in die Werkstückoberfläche eingebunden bzw. eingeschmolzen sind.
2. Schutzuberzug nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die mit Metallkarbid-Teilchen (18) aus Wolframkarbid bestehen.
3. Schutzüberzug nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Metallkarbid-Teilchen Körner sind.
4. Schutztiberzug nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Metallkarbid-Körner (18) einen Durchmesser von etwa 0,5 bis 5 mm aufweisen.
5. Schutzüberzug nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Metallkarbid-Körner (18) einen Durchmesser von ca. 3 mm aufweisen.
6. Schutzüberzug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Metallkarbid-Teilchen (18) in eine zusätzlich auxgetragene Schicht (22) eingebunden sind.
7. Schutzüberzug nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die zusätzlich aufgebrachte Schicht (22) aus dem gleichen Material besteht wie das Grundmaterial (20).
8. Schutzüberzug nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die zusätzlich aufgebrachte Schicht (22) aus einem Material besteht, welches mit dem Grundmaterial (20) eine homogene Verbindung eingeht.
9. Schutzüberzug nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die zusätzlich aufgetragene Schicht (22) über eine Pufferschicht aufgebracht ist, die sowohl mit dem Grundmetall (20) als auch mit der Auftragsschicht (22) eine homogene Verbindung eingeht.
10. Verfahren zur Herstellung eines Schutzüberzuges nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t, daß das Grundmetall aufgeschmolzen wird und daß die Metallkarbid-Teilchen in das erstarrende Material eingebunden werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Metallkarbid-Teilchen in eine auf das Grundmetall auftragsgeschweißte Schicht eingebunden werden, die aus dem gleichen Material wie das Grundmaterial oder aus einem Material besteht, welches mit dem Grundmetall dw. einer auf das Grundmetall aufgebrachten Rfferschicht eine homogene Verbindung eingeht.
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Auftragsschweißung unter Schutzgas erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e -k e n n z e ich n e t, daß bei der Auftragsschweißung ein Flußmittel verwendet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Auftragsschweißung im Lichtbogen unter Zuhilfenahme einer Niolframelektrode erfolgt und daß die aufzutragende Schicht durch einen Zusatzstab aufgebracht wird.
15. Verfahren zur Herstellung eines Schutzüberzuges nach Anspruch an einem Gußteil, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die auf die gefährdeten Bereiche des Gußteils aufzubringenden Metallkarbid-Teilchen vor dem Eingießen der Schmelze innerhalb der Gußform derart angeheftet werden, daß sie beim Eingießen der Schmelze von dieser teilweise umspült und beim Erstarren der Schmelze in die Oberfläche des Gußteils eingebunden werden.
16. Zusatzstab für das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß dieser aus einem beidseitig verschlossenen Rohr (26) aus dem gleichen Material wie das Grundmaterial oder aus einem Material besteht, welches mit dem Grundmetall bzw.

einer auf das Grundmetall aufgebrachten Pufferschicht eine homogene Verbindung eingeht, und daß das Rohr (26) mit den Metallkarbid-Teilchen (18) gefüllt ist.
17. Zusatzstab nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n nz e i c h net, daß das Rohr (26) außer die Metallkarbid-Teilchen (18) auch ein Flußmittel (28) enthält.
18. Zusatzstab nach Anspruch 15 oder 16 der mit Metallkarbid-Körnern von etwa 3 mm Durchmeser gefüllt ist, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Rohr (26) einen Außendurchmesser von etwa 15 mm und eine Wand stärke von etwa 1,5 mm aufweist.
19. Zusatzstab nach einem der Ansprüche 15 bis 17, d a -d u rc h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Rohr an beiden E#nden durch Quetschungen verschlossen ist.
20. Blasform, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß diese zumindest in den am stärksten beanspruchten Bereichen mit einem Schutzüberzug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 versehen ist.
21. Blasform nach Anspruch 20, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß das Austrittsende mit dem Schutzüberzug (10) versehen ist.