DE2820684A1 - Verfahren zur verbindung von zumindest zwei keramischen materialien - Google Patents

Verfahren zur verbindung von zumindest zwei keramischen materialien

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Description

SCHIFF ν. FCINER STREHL SCHOBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von zumindest zwei keramischen Materialien, besonders von Formstücken aus Schamotte und Aluminiumoxid, vor allem zur Vergrößerung der Abrieb- und Korrosionswiderstandsfähigkeit feuerfester Platten von Schieberverschlussen bei Gußpfannen.
Die Mehrzahl der erzeugten Stähle wird heute noch aus Gußformen gegossen, die mit einer Stange und Pfropfen versehen sind. Diese einfache Einrichtung weist jedoch eine ganze Reihe von Nachteilen auf. Nach jeder vorgenommenen Schmelze muß die Stange, die aus Rohren und einem Pfropfen besteht, ausgewechselt werden. Der große Verbrauch an Pfropfenrohren begrenzt die Möglichkeit der Anwendung hochqualitativen keramischen Materials. Die üblichen Materialien wie Schamotte oder Schamottegraphit, sichern nicht eine volle Zuverlässigkeit des Pfropfenmechenismus. Es erfolgt z.B. ein Abschmelzen der Pfropfen, der Pfropfenrohre und Pfropfenstangen, so daß beim Gießen Störungen auftreten. Weitere Nachteile müssen in der umständlichen Vorbereitung gesehen werden. Denn die Pfanne muß jedes Mal abgekühlt sein. Dies beeinflußt die Lebensdauer der Ausmauerung ungünstig oder es muß eine Formgrube angewandt werden, wodurch die Arbeiten der Bedienung erschwert werden. Ein Erwärmen der Gußpfannen mit einem Pfropfenmechanismus auf hohe Temperaturen ist nicht durchführbar, denn das keramische Material an der Pfropfenstange würde Risse erhalten, was Gußdefekte zur Folge hätte.
Die Entwicklung der modernen technologischen Vorgänge, wie z.B. bei vakuumbehandeltem Stahl und das kontinuierliche Gießen, erfordern eine unverzügliche Bereitstellung eines
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neuen Verfahrens beim Schließen der Gußpfannen. Um die Nachteile eines Pfropfenverschlusses der Gußpfannen zu beseitigen, wurde ein Schieberverschluß entwickelt, dessen Platten aus keramischen Materialien auf der Basis von Korund, Zirkonsilikat oder eventuell Magnesit gefertigt werden. Die diesbezügliche Fertigungstechnologie ist sehr anspruchsvoll und erfordert eine spezielle Einrichtung und insbesondere ein Ausbrennen auf hohe Temperaturen über 16000C.
Im Verlaufe des Gußzyklus erfolgt ein vielfaches Verschieben der beweglichen Schieberplatte auf der festen Platte. Die Oberfläche der Schieberplatte wird deshalb abgeschürft und rauh. Dies vermindert jedoch das Dichthalten des Verschlusses. Die Ausflußöffnung in den Schieberplatten wird infolge der Erosionswirkung des Stahls abgenützt, so daß die Öffnung unkontrollierbar erweitert wird und die Gußgeschwindigkeit sich ändert.
Diese Nachteile werden heute so beseitigt, daß das Grundmaterial mit einer Schicht eines weiteren Materials mit einer größeren Abriebfestigkeit und Korrosionswiderstandsfähigkeit versehen wird. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß beide Materialien ungenügend miteinander verbunden sind. Selbst wenn das obere Material (Deckmaterial) bessere Eigenschaften aufweist als das Grundmaterial, werden diese Eigenschaften infolge der ungenügenden Verbindung nicht voll ausgenützt, so daß die erzielten Vorteile nicht groß sind.
Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der Nachteile der bisherigen Lösungen und eine wesentliche Wirkungserhöhung, d.h. eine bessere Verbindung des Grundmaterials und des Deckmaterials. Dadurch wird die Abriebfestigkeit und der Korrosionswiderstand des Deckmaterials vollständig ausgenützt. Auch die Zuverlässigkeit und Lebensdauer gegenüber der heutigen Technik wird somit wesentlich verbessert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verbindung von zumindest zwei Schichten aus keramischem Material dadurch gelöst, daß man das eine Material auf 800 bis 140O0C und das zweite Material auf 2100 bis 60000C erwärmt. Dann wird das zweite Material dem ersten Material mit einer kinetischen
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Energie von 0,5 χ 10 ' bis 100 χ 10 ' Joule zugeführt. Als erstes Material bezeichnet man vorzugsweise das Grundmaterial und dementsprechend als zweites das Deckmaterial. Bin weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das erste Material vor dem Aufbringen des zweiten Materials in eine Tiefe von 1 bis 2 mm angeschmolzen wird. Ein weiteres Merkmal ist, daß das zweite Material vor dem Auftragen auf das erste Material in einen reaktiven Zustand versetzt wird. Ferner wird das auf eine Temperatur von 2100 bis 6000°C erwärmte zweite Material, zwecks Erwärmung auf diese Temperatur , in Kontakt mit einem durch einen Lichtbogen erzeugten und durch Wasser stabilisierten Plasmastrom gebracht.
Durch die Vorwärmung des ersten hitzebeständigen Materials auf 800 bis 14000C, eventuell unter gleichzeitigem Schmelzen seiner Oberfläche in einer Tiefe von 1 bis 2 mm und das darauffolgende Inkontaktbringen mit dem zweiten auf 2100 bis 60000C erwärmten Material und ferner durch Zufuhr der
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kinetischen Energie von 0,5 χ 10 ' bis 100 χ 10 ' Joule, wird eine wesentlich höhere Wirkung der Verbindung beider Materialien erreicht als dies bei den bisher bekannten Verfahren der Fall war. Durch die bisherigen Verfahren gelang es bloß, eine Verbindung beider Schichten aufgrund mechanischer Kräfte zu erreichen, was besonders durch die Rauhheitsstufe des Grundmaterials beeinflußt wird.
Eine höhere Wirkung wird durch die Erfindung auch dadurch erreicht, daß beim Auftragen des zweiten Materials bei den angeführten Temperaturen auf die vorgewärmte und insbesondere teilweise geschmolzene Unterlage auch physikalischchemische Prozesse stattfinden, besonders eine Diffusion,
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was die Bildung einer Reaktionszwischenschicht zur Folge hat.
Im Vergleich zum Grundmaterial wird durch die erfindungsgemäße Lösung der Mullitgehalt in der Reaktionszwischenschicht zumindest verdoppelt. Gleichzeitig wird auch infolge der angeführten Werte der kinetischen Energie eine wesentlich höhere Kompaktheit erzielt, als beide Materialien einzeln bei einer mechanischen Kombination aufweisen. Der höhere Mullitgehalt, d.h. 3 Al-j0^.2 SiO2 und die vergrößerte Dichte der Reaktionsschicht wirken sich günstig auf die gewünschten Eigenschaften aus, besonders was die für die Lebensdauer der Schieberverschlüsse wichtigen Eigenschaften anbelangt. Es wird nämlich eine vorzügliche Verankerung der Oberflächenschicht und Haftung erreicht, die das Zwei- bis Dreifache des ursprünglichen Wertes aufweist.
Falls die erfindungsgemäßen Schieberverschlüsse bei Gußpfannen Anwendung finden, wird das Herausreißen von Teilchen der Oberflächenschicht in der Nähe der Gußöffnung allmählich wesentlich begrenzt, selbst wenn der Schieber sehr oft betätigt wird. Die dichte Mullitzwischenschicht gewährt ferner einen wesentlich besseren Schutz vor dem Durchdringen der Schlacke im Vergleich mit den heute angewandten verhältnismäßig porösen Schichten der beiden miteinander verbundenen Materialien. So wird die Bildung von niedrig schmelzbaren eutektischen Schmelzen an der Schichtengrenze verhindert, was bei der ursprünglichen mechanischen Kombination nicht der Fall war, so daß nach einiger Zeit eine Korrosion und Zerstörung der mechanischen Verbindung beider Schichten verursacht wurde. Die Überführung des zweiten aufgetragenen Materials in einen reaktiven Zustand vor der Verbindung der beiden Materialien unterstützt außerdem vorteilhaft die Bildung eines sekundären Mullits.
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Beispiel
Bei der Fertigung von Schieberplatten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde zuerst mittels einer Presse für die laufende Fertigung eine Grundplatte auf der Basis eines aluminiumoxidhaltigen, feuerfesten Materials hergestellt und bei 1450 bis 150O0C gebrannt. Dann wurde diese Grundplatte auf 12500C erwärmt. Auf diese Grundplatte wurde das zweite, auf 50000C erwärmte Material aufgetragen. Dieses zweite Material wurde mit einer kinetischen Energie von 25 x 10 Joule aufgebracht. Vor Zuführung der kinetischen Energie wurde das zweite Material in einen reaktiven Zustand versetzt. Als aufgetragenes Material wurde Korund verwendet. Beim Auftragen des zweiten Materials verwendete man einen Plasmabrenner.
Im Laufe der durchgeführten Prüfungen wurde festgestellt, daß der Schieberverschluß, bei dem die Grundplatte und das aufgetragene Material erfindungsgemäß miteinander verbunden wurden, vollkommen zuverlässig arbeitete und ein vielfaches Öffnen und Schließen des Schiebers und eine vielfache Anwendung der so gefertigten Schieberplatte ermöglicht. Während des Betriebes erfolgte auch nicht ein Abreißen der Oberflächenschicht.
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Claims (5)

  1. SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FlNCK
    MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSEzPOSTFACH 95 O1 6O1 D-8OOO MÖNCHEN 95
    I V
    Vysoka skola chemickotechnologicka Praha
    KARL LUDWICä SCHIPF
    DIPL. CHEM. DR. ALEXANDER V. FÜNER
    DIPL. ING. PETER STREHL
    DIPL. CHEM. DR. URSULA SCHÜBEL-HOPF
    DIPL. INQ. DIETER ESBINaHAUS
    DR. INS. DIETER FINCK
    TELEFON (Ο8Θ) 48 20 Bi
    telex b-ss 566 auro d
    auromarcpat München
    DA-18563 11. Mai 1978
    VERFAHREN ZUR VERBINDUNG VON ZUMINDEST ZWEI KERAMISCHEN MATERIALIEN
    Patentansprüche
    (i). Verfahren zur Verbindung von zumindest zwei keramischen Materialien, besonders von Schamotte und Aluminiumoxid, vor allem zur Vergrößerung der Abrieb- und Korrosions-widerstandsfähigkeit feuerfester Platten von Schiebeverschlüssen bei Gußpfannen, dadurch. gekennzeich net, daß man das eine Material auf 800 bis 1400°C und das zweite Material auf 2100 bis 600O0C erwärmt und dann das zweite Material auf das erste Material mit einer kinetischen Energie von 0,5 x 10~7 bis 100 χ 10"^ Joule aufträgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
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    ORIGINAL INSPECTED
    kennzeichnet, daß man das Grundmaterial auf die niedere und das Deckmaterial auf die höhere Temperatur erhitzt.
  3. 3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das erste Material vor dem Auftragen des zweiten Materials in eine Tiefe von 1 bis 2 mm schmilzt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man das zweite Material vor dem Auftragen auf das erste in einen reaktiven Zustand versetzt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das zweite Material zwecks Erwärmen in Kontakt mit einem Plasmastrom bringt, der durch eine Lichtbogen geschaffen und durch Wasser stabilisiert ist.
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