DE2640207C3 - Verfahren zum Schutz von Oberflächen - Google Patents
Verfahren zum Schutz von OberflächenInfo
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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:
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.
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 (8)
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.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| DE2640207B2 DE2640207B2 (de) | 1980-03-06 |
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Families Citing this family (1)
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