DE2640207C3

DE2640207C3 - Verfahren zum Schutz von Oberflächen

Info

Publication number: DE2640207C3
Application number: DE19762640207
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 6520 Worms Busch; Ernst Dr.Rer.Nat. 6710 Wattenheim Mueller
Original assignee: CHAMOTTE- und TONWERK KURT HAGENBURGER 6719 HETTENLEIDELHEIM
Current assignee: CHAMOTTE- und TONWERK KURT HAGENBURGER 6719 HETTENLEIDELHEIM
Priority date: 1976-06-22
Filing date: 1976-09-07
Publication date: 1980-10-30
Also published as: DE2640207A1; ATA452376A; AT357707B; DE2640207B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz von Erosion, Hitzeeinwirkung und/oder Korrosion von schmelzflüssigen Metallen. Schlacken oder heißen Gasen ausgesetzten Oberflächen durch Aufbringen eines Überzuges.

In den verschiedenen Industriezweigen, die sich mit der Verarbeitung schmelzflüssiger und gasförmiger Medien befassen, sind die Bau-, Werk- und Formstoffe unterschiedlich starker Erosion, Hitzebelastung und/ oder Korrosion ausgesetzt. In der Gießereiindustrie ist es bekannt, den erosiven und korrosiven Verschleiß der Werkstoffe, die mit schmelzflüssigen Metallen und Schlacken in Berührung kommen, durch Schutzschichten herabzusetzen, indem man die Oberflächen der Werkstoffe mit sogenannten Schlichten überzieht. In der Stahlindustrie trachtet man, die Haltbarkeil von feuerfestem Mauerwerk durch aufgespritzte oder aufgestampfte Schutzschichten zu verlängern. So überzieht man z. B. die feuerfeste Auskleidung von Zwischengefäßen in Stranggießanlagen vor jedem Einsatz mit einer basischen Schutzmasse, damit

> während des Betriebes der flüssige Stahl und die Schlacke die Auskleidung nicht so stark angreifen, daß der sogenannte Restbär nach beendetem Gießen nicht mehr gezogen werden kann.

Es ist weiters bekannt, die Haltbarkeit der Ausklei-) dung von Zwischengefäßen durch eingehängte Isolierplatten zu verlängern. Diese haben aber den Nachteil, daß sie aufgrund ihrer organischen Bindung, die uei den Temperaturen des flüssigen Stahls zerstört wird, sehr leicht erodiert werden. Auch beim Kokillenguß besteht

> die Schwierigkeit, daß die Kokillenbodenplatte durch den aufprallenden Stahl stark erodiert und korrodiert wird, weil der flüssige Stahl Kohlenstoff aus der Bodenplatte herauslöst. Gleiches gilt auch für den Fußbereich der Stahlwerkskokillen. Zum Schutz dieser

> Teile hat man versucht, durch Anstriche sogenannter »Kokillenlacke« und »Kokillenschlichten« den Verschleiß zu vermindern. Schließlich besteht das gleiche Problem auch bei vielen metallurgischen Öfen, deren Auskleidung mit überhitztem flüssigen Stahl und aggressiver Schlacke in Berührung kommt. Zum Schutz dieser Stellen wurden Stampfmassen und Reparaturmassen verwendet.

Bei allen bisherigen Versuchen, durch schmelzflüssige Medien und heiße Gase gefährdete Oberflächen von

ι anorganische und metallischen Werkstoffen durch Aufbringen von Schutzmassen, wie Schlichten, Stampfmassen und Reparaturmassen, zu schützen, hat sich der grundsätzliche Mangel gezeigt, daß die physikalischen Eigenschaften der Überzüge unbefriedigend sind, weil

> sie an jene von durch Pressen verdichteten Steinen bei weitem nicht herankommen. Hinzu kommt, daß in vielen Fällen die geometrische Form und Gestalt der Schmelzgefäße, öfen und Gießformen, die zu schützen sind, ein ordnungsgemäßes Einbringen und Verdichtungen der Schutzmassen nicht zuläßt.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zum Schutz von Oberflächen zu schaffen, bei welchem der aufgebrachte

• Überzug einen zuverlässigen Schutz gegen schmelzflüssige und gasförmige Medien gewährleistet, wobei in außerordentlich kostengünstiger Weise auch an sich teure Roh- und Zuschlagstoffe, die für die Schutzwirkung optimale physikalische und chemische Eigenschaften besitzen, zum Einsatz kommen können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß der Überzug auf die zu schützenden Oberflächen in Form einer Vielzahl von vorgefertigten,

, dichtgepreßten und keramisch gebundenen, dünnen Flächenelementen, aufgebracht wird.

Vorteilhaft werden diese dünnen Flächenelemente mosaikartig auf die zu schützenden Oberflächen aufgeklebt.

ι Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß die dünnen Flächenelemente auf Trägern aufgeklebt und die Träger ihrerseits auf die zu schützenden Oberflächen aufgeklebt werden.

Zweckmäßig sind die dünnen Flächenelemente an ihren Kanten abgerundet, um gekrümmte Oberflächen, die geschützt werden sollen, abdeckend zu überziehen.

Vorzugsweise werden dünne Flächenelemente in Form von vieleckigen Plättchen verwendet.

Eine wehere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß die dünnen Flächenelemente vor oder nach ihrem Aufbringen auf die zu schützenden Oberflächen mit Stoffen versehen werden, die die Grenzflächeneigenschaften im Sinne einer Nichtbenetzung durch die agressiven Metall- und Schlackenschmelzen beeinflussen und die ferner durch katalytische Wirkungen die Reaktionsgeschwindigkeit der chemischen und physikalischen Erosions- und Korrosionsreaktionen so stark verzögern, daß sie ihren agressiven Charakter verlieren. Im Sinne dieser Reaktionsverzögerung wirken komplexe Metallhydride, mit denen die erfindungsg^mäßen Flächenelemente getränkt werden. Durch die Verwendung solcher Hydride wird u. a. der Effekt erzielt, daß unter Wasserstoffabspaltung die sich bildenden Oxidhäute zerstört werden und die Fließ- und Steigegeschwindigkeit positiv beeinflußt wird.

Als keramische Rohstoffe bei der Herstellung der dünnen flächenelemente können die folgenden vrwendet werden: Quarzsande, Schamotte mit 18 bis 54% Al₂O₃, Korund, Sintertonerde, Sintermullit, Periklas, Sintermagnesit, Sinterdolomit, Chromit; im Prinzip alle handelsüblichen Feuerfest-Rohstoffe. Ferner können auch an sich teure oxidische und nicht-oxidische Rohstoffe, wie Zirkonoxid, Quarzgut, Siliziumkarbid, Bornitrid und Siliziumnitrid verwendet werden. Man braucht im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens nur geringe Mengen dieser Stoffe zu verwenden, so daß dieses Verfahren einen wirtschaftlichen Einsatz dieser teureren Rohstoffe in bisher nicht bekanntem Umfang ermöglicht.

In besonderen Fällen können als Zuschlagstoffe auch die folgenden verwendet werden: Graphit, vorzugsweise in Form von Silbergraphit, mit einem Gehalt von über 90% Kohlenstoff, Vanadinpentoxid, Bortrioxid; auch hier genügen kleine Mengen, u. zw. etwa 5 bis 20% Graphit. Durch die Zugabe von Graphit oder einem anderen C-haltigen Additiv ist es möglich, Aufkohlungseffekte in den Randzonen von Gußerzeugnissen zu erzielen. Vanadinpentoxid wird in einer Menge von maximal 10% verwendet, u. zw. kann es eingesetzt werden als technisch reines Oxid oder in Form von Vanadinschlacke; Bortrioxid wird maximal in einer Menge von 5% in Form des technisch reinen Oxides verwendet.

Die dünnen Flächenelemente gemäß der Erfindung werden im einzelnen in folgender Weise erzeugt:

Die Rohstoffe werden über Brecher vorzerkleinert und über Grobmühlen, wie einer Prallmühle, und Feinmühlen, wie einer Kugelmühle, auf die gewünschte Endkörnung gebracht. Die Körnung liegt üblicherweise im Bereich von 0 bis 0,5 mm, sie darf 1,5 mm nicht übersteigen. Den gekrönten Rohstoffen werden Bindemittel zugesetzt, u. zw. kommen organische oder anorganische Bindemittel in Frage. Bei Verwendung von Schamotte oder Rohstoffen des Systems SiO₂-AI₂Oj wird vorzugsweise plastischer Bindeton (Sichtton) mit etwa 33% Tonerdegehalt, vorteilhaft in einer Krönung von feiner als 0,4 mm und in einer Menge zwischen 5 und 25%, eingesetzt. Werden basische Rohstoffe, wie Chromit, Periklas, Sinterdolomit u. dgl. verwendet, so können als Bindemittel mit Vorteil Bittersalz, organische Binder, wie Ligninsulfonsäure, Dextrin oder Polyvinylpyrolidon, eingesetzt werden.

Die Formgebung der erfindungsgemäCen dünnen Flächenelemente erfolgt unter hohem Preßdruck, z. B. in Hochdruckformpressen, wobei der Preßdruck über 100 t liegen soll. Am besten geeignet sind doppelt wirkende ölhydraulische Pressen. In einem Preßvorgang können in einer Preßmatrize 100 bis 200 Plättchen hergestellt werden. Als Format haben sich quadratische Plättchen mit den Maßen 2x2 crn und einer Dicke von 3 mm bewährt. Es können aber auch größere Formate bis ca. 10 χ 10 cm zum Einsatz kommen. Ein anderes bevorzugtes Format sind sechseckige Plättchen in einer Größe, daß sich ein Kreis mit dem Radius von 20 mm einschreiben läßt. Diese sind, besonders wenn ihre Kanten abgerundet werden, zur Auskleidung von Rundungen gut geeignet. Die gepreßten Formlinge werden in Brennkassetten abgesetzt und bei einer Temperatur von etwa 300°C getrocknet Anschließend erfolgt der keramische Brand, wobei die Temperatur je i nach den verwendeten Rohstoffen zu wählen ist. Wenn Schamotte als Hauptbestandteil verwendet wurde, beträgt die Brenntemperatur 1300 bis 1400⁰C, bei Korundzusätzen 1600 ois 1650⁰C und bei MgO-Zusätzen 1650 bis 1700°C. Wurden Siliziumnitrid oder

2u Graphit als Zuschlagstoffe verwendet, muß der Brand in reduzierender Atmosphäre durchgeführt werden. Die gebrannten Plättchen können sodann mit Metallhydriden imprägniert werden, wozu man eine Tränkungslösung mit einer wässerigen ¹Ao bis V₄ normalen NaBH₄-Lösung vorteilhaft verwenden kann. Die imprägnierten Plättchen werden anschließend bei 100°C getrocknet. Es ist. auch möglich, die komplexen Metallhydride in Form eines dünnen Breies auf die Flächenelemente aufzutragen und einzutrocknen.

Schließlich können die Plättchen auf einen Folienträger aufgeklebt werden. Als Folienträger kommen Glasvlies, Glasfasergewebe, Wabenpapier oder eine Kunststoffolie in Betracht. Diese Folienträger können ein- oder vorteilhaft beidseitig klebend sein. Sie werden auf die zu schützenden Oberflächen aufgeklebt. Dabei is· zu beachten, daß der Folienkleber ein Glühverlust von nicht höher als 0,0125 g/cm² Plättchenfläche haben soll, da sonst bei der Berührung mit dem schmelzflüssigen Medium Gasblasenbildungen auftreten können.

■10 In den folgenden Beispielen sind die Zusammensetzung und Herstellung erfindungsgemäßer dünner Flächenelemente noch näher erläutert:

Beispiel 1

v, 75 Gew.-% Schamotte mit einer Korngröße von weniger als 0,4 mm werden mit 23 Cew.-% plastischem Bindeton und 2 gew.-% Polyvinylpyrolidion vermischt. Diese Masse enthält 3 Gew.-% Wasser, bezogen auf Trockensubstanz. Anstelle von Schamotte können alle

■io Rohstoffe des Systems SiO₂-AI₂Oj verwendet werden.

Die Masse wird, wie beschrieben, gemischt und Plättchen im Format 2 χ 2 cm geformt. Nach Trocknung und keramischem Brand bei 1305⁰C werden die Plättchen in '/|₀ /?-NaBH₄-Lösung getränkt, getrocknet

ν; und auf eine beidseitig klebende PVC-Folie aufgeklebt. Diese Folie wird sodann zum Schutz einer Kokillenbodenplatte verwendet.

Die Folien können auch zum Schutz von Gießformen im Stahl-, Sphäro-, Grau- und Nichtmetalleisenguß

wi eingesetzt werden. Vorzugsweise werden mit diesen Folien Kerne und die Teile der Gießform ausgekleidet, die einer starken Erosion durch das durchfließende Metall ausgesetzt sind. Das Befestigen der Folie auf der Gießform kann durch Kleben, Einformen und Nageln

ι,·· <■' »Igen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet in das sogenannte Vollformverfahren. Hier werden die Folien auf einem Styropormodell befestigt. Zum Hinterfüllen des Styropormodells sind dann nicht mehr hochwertige

Formsande, wie ζ. B. Chromerzsand und Zirkonsand. notwendig. Ein weilerer Vorteil dieser Arbeitsweise besteht darin, daß das bisher übliche Schlichten nicht mehr notwendig ist, da diese Folien die Schlichtefunktion mitübernehmen. Da bei derr Verfahren nur noch einfache Quarzsande Verwendung finden, ergibt sich für die Gießerei ein wesentlich einfacherer und damit billigerer Altsandumlauf, bei dem ein i'ast hundertprozentiges Recycling erreicht wird. Damit ist ebenfalls eine erhebliche Verringerung der Umweltbelastung durch Altsand verbunden.

Beispiel 2

93,2Gew.-°/o Sintermagnesit mit einer Korngröße von 0 bis 1,5 mm werden mit 4 Gcw.-% plastischem Bindeton, 2 Gew.-°/o Bittersalz, 0,3 Gew.-% kaustischer Magnesia, 1,5Gew.-% Dextrin oder Ligninsulfonat gemischt. Anstelle von Sintermagnet können ganz oder teilweise andere basische Rohstoffe, wie Chromit. Periklas oder Dolomit verwendet werden. Die Masse hat nach der Mischung einen Wassergehalt von 2 Gew.-°/o, bezogen auf Trockensubstanz-Aus der Masse werden, wie beschrieben. Plättchen im Sechseckformat mit einer Seitenlänge von 2 cm und einer Schichtdicke von 3 mm geformt. Die Plättchen werden getrocknet und bei 1700⁰C gebrannt. Anschließend werden sie mit Vt₀ n-NaBH-i-Lösung imprägniert und wieder getrocknet. Sie werden auf einen Folienträger aufgeklebt und zum Schutz der Auskleidung eines Zwischengefäßes einer Stranggießanlage verwendet.

Das erfindungsgemäßc Verfahren zeichnet sich besonders dadurch aus, daß die dünnen Flächenelemente aus höhetwerligen Roh- und Zuschlagstoffen hergestellt werden können als der zu schützende Werkstoff. Dennoch ist der spezifische Verbrauch an den hochwertigen Roh- und Zuschlagstoffen sehr gering, weshalb das erfindungsgimäße Verfahren bei hoher Effizienz nur geringe Kusien verursacht. Im Rahmen des erfindungsgeniäßen Verfahrens ist es in einfacher Weise möglich, teure Metalloxide, wie Titanoxid. Zirkonoxid. oder hochwertige Karbide, wie Borkarbid, einzusetzen, die bisher aus Kostengründen als Schutzmaterialien nicht in Frage gekommen sind Dadurch, daß die dünnen Flächenelemente mosaikartig zusammengesetzt werden, kann man den an verschiedenen Stellen der zu schützenden Oberflächen herrschenden unterschiedliche Erosions-. Korrosions- ur:d Wärmebelastungsbedingungen jeweils Flächenelemente mit gezielten, optimalen Eigenschaften entgegensetzen. Da die dünnen Flächenelemente hoch verdichtet und dann keramisch gebunden werden, besitzen sie, verglichen mit den bisher verwendeten Schlichten oder Reparaturmassen, keinen störenden Wassergehalt. Es können sich daher keine schädlichen Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen bilden.

Überdies ist es erfindungsgemaß möglich, nicht nur die das flüssige Medium ^nehmenden Werkstoffe verläßlich zu schützen. ·■■ .ndern es ist auch möglic'- das Medium selbst zu beeinflussen. Durch Zugabe >un kohlenstoffhaltigen Zuschlagstoffen können, wie schon erwähnt. Aufkohlungseffekte erzielt werden: durch Zugabe von Hydriden wird die Benetzbarkeit günstig beeinflußt und die Fließgeschu indigkeit des damit in Berührung siehenden flüssigen Metalls erhöht. Hervorzuheben ist auch, daß die dünnen Flächenelemente mit guten Wärmeleitfähigkeitseigenschaften hergestellt werden können, so daß sie sich sehr gut zum Schutz von Kühlkokillen eignen. Schließlich können sie im sogenannten Vollformverfahren eingesetzt werden, wobei Styroporformen mit Mosaikplättchen gemäß der Erfindung in der Arbeitsvorbereitung fertig hergestellt werden können.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schutz von Erosion, Hitzeeinwirkung und oder Korrosion von schmelzflüssigen Metallen, Schlacken oHer heißen Gasen ausgesetzten Oberflächen durch Aufbringen eines Überzuges, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug auf die zu schützenden Oberflächen in Form einer Vielzahl von vorgefertigten, dichtgepreßten und keramisch gebundenen, dünnen Flächenelementen aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen Flächenelemente mosaikartig auf die zu schützenden Oberflächen aufgeklebt werden

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen Flächenelemente auf Trägern aufgeklebt und die Träger ihrerseits auf die zu schützenden Oberflächen aufgeklebt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß an ihren Kanten abgerundete dünne Flächenelemente verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dünne Flächenelemente in Form von vieleckigen Plättchen verwendet werden

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen Flächenelemente vor oder nach ihrem Aufbringen auf die zu schützenden Oberflächen mit die Grenzflächeneigenschaften gegenüber den Metall- oder Schlackenschmelzen verändernden und/oder die Erosionsbzw. Korrosionsreaktionen katalytisch verzögernden Stoffen, insbesondere mit komplexen Metallhydriden, imprägniert werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als keramische Rohstoffe bei der Herstellung der dünnen Flächenelemente die folgenden verwendet werden: Quarzsande, Schamotte mit 18 bis 54% AIiO), Korund, Simmonerde, Sintermullit. Periklas, Sintermagnesit, Sinterdolomit. Chromit: ferner Zirkonoxid, Quarz, Siliziumkarbid, Bornitrid. Siliziumnitrid.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Zuschlagstoffe folgende verwendet werden: Graphit, vorzugsweise in Form von Silbergruphit, mit einem Gehalt von über W/n Kohlenstoff, Vanadinpentoxid, Bortrioxid.