DE3311699A1 - Ueberzugsmasse in pulverform fuer das aufbringen mittels der flammspritztechnik und verwendung der ueberzugsmasse zum ausbessern von ofenauskleidungen aus silicasteinen - Google Patents
Ueberzugsmasse in pulverform fuer das aufbringen mittels der flammspritztechnik und verwendung der ueberzugsmasse zum ausbessern von ofenauskleidungen aus silicasteinenInfo
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Description
SHINAGAWA REFRACTORIES CO-LTD., Tokyo, Japan NIPPON KOKAN KABUSHIKI KAISHA, Tokyo, Japan
NIPPON SANSO KABUSHIKI KAISHA, Tokyo, Japan
"überzugsmasse in Pulverform für das Aufbringen mittels der
Flammspritztechnik und Verwendung der überzugsmasse zum Ausbessern von Ofenauskleidungen aus Silicasteinen."
Beanspruchte Priorität: 2.April 1982, Japan, No. 53755/1982
Die vorliegende Erfindung betrifft eine überzugsmasse in Pulverform
für das Aufbringen mittels der Flammspritztechnik und insbesondere eine Überzugsmasse,welche sich zum Ausbessern beschädigter
Teile eines.Ofens oder Kilns, beispielsweise eines Koksofens
eignet, in welchem eine Anzahl von Aufheiz- und Abkühlungszyklen durchgeführt werden.
In jüngster Zeit ist die Reparatur von Koksöfen mittels der Flammspritztechnik
durchgeführt worden und es wurden dabei überraschend gute Erfolge erzielt, insbesondere bezüglich der erforderlichen Reparaturzeit,
der Haftfestigkeit des ausgebesserten Teils, der Dauerhaftigkeit der Reparatur und dergleichen. Es ist an sich bekannt,
für diesen Zweck ein Uberzugsmaterial zu verwenden, welches etwa
70% SiO2 enthält, wobei dieses Überzugsmaterial bei Temperaturen
im Bereich von 1100 bis 12800C hitzebeständig ist.
Koksöfen sind mit Silicasteinen ausgekleidet, welche einen
Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, der sehr rasch im Temperaturbereich von 300 bis 5000C zunimmt, aber dann bei
Temperaturen' oberhalb 5000C den erreichten Wert ohne wesentliche
weitere Zunahme beibehalten.. Aufgrund dieses Sachverhaltes
zeigen Silicasteine bei der Anwendung im Temperaturbereich oberhalb 5000C eine sehr hohe Widerstandsfähigkeit
gegenüber einer thermischen Ab- oder Aufsplitterung.
Wenn jedoch Silicasteine ausgebessert werden müssen, weil .sie beschädigt worden sind und man zu diesem Zweck eine Überzugsmasse
mittels der Technik des Flaiiimspritzens aufbringt,
welche etwa 70 Gewichtsprozent SiO-enthält, dann kann derzeit keine
angemessene Dauerhaftigkeit erzielt werden. Der Grund hierfür liegt darin, daß der aufgebrachte Überzug infolge
von Unterschieden im Wärmeausdehnungsverhalten bei hohen Temperaturen im Vergleich zu den die Basis bildenden Silicasteinen
zum Abblättern neigt. Infolge der vorstehend genannten Unterschiede im Wärmeausdehnungsverhalten zwischen
dem mittels Flammspritzen aufgebrachten Überzug und den Basissteinen entstehen beträchtliche thermische Spannungen,
weil nämlich der Überzug bei Temperaturen oberhalb 10000C
im Gegensatz zu den·Silicasteinen eine eindimensionale (lineare) thermische Ausdehnung zeigt.
Aufgabe der Erfindung war es daher,.eine Überzugsmasse in Pulverform
zur Verfügung zu stellen, welche für das Aufbringen mittels der Flammspritztechnik geeignet ist und ausgezeichnete Eigenschaften im Hinblick auf die Neigung zum Abblättern
zeigt, weil ihre Wärmeausdehnung nur sehr gering ist und weil ihre Wärmeausdehnungseigenschaften bei hohen Temperaturen denjenigen
von Silicasteinen entsprechen.
Die Überzugsmasse in Pulverform für das Aufbringen mittels der Flammspritztechnik gemäß der Erfindung auf der Basis von SiO-ist
demgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie 85 bis 98 Gewichtsprozent SiO- und 2 bis 15 Gewichtsprozent CaO sowie gegebenenfalls
Li2O enthält. .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Anteil an
Li2O in den erfindungsgemäßen Überzugsmassen 0,05 bis 1,0 Gewichtsprozent.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung soll der Gehalt der überzugsmasse an herstellungsbedingten Verunreinigungen
höchstens 5 Gewichtsprozent betragen.
Die erfindungsgemäße überzugsmasse geht beim Flammspritzen in
der durch das Verbrennen einer sauerstoffhaltigen Brenngasmischung gebildeten Flamme in den halbflüssigen oder aufgeschmolzenen Zustand
über und haftet dadurch anden Wänden eines Ofens.
Die erfindungsgemäße überzugsmasse kann gemäß einer ersten Ausführungsform
dadurch hergestellt werden, daß man ein Material auf der Basis von Kieselsäure, wie Kieselsäure, kieselsäurehaltiger
Sand, ein Silicatmineral oder dergleichen mit einem Material auf der Basis von CaO-SiO2 wie Portlandzement, Wollastonit
oder Dicalciumsilikat( kombiniert. Als Rohmaterial des CaO-SiO--Typs
wird den vorstehend genannten Komponenten, wie Portlandzement, der Vorzug gegeben, weil sich CaO mittels der Flammspritztechnik
nicht verarbeiten läßt. CaCO3 und Ca(OH)2 sind
weniger bevorzugte Ausgangskomponenten, weil bei ihrer Verarbeitung mittels der Flammspritztechnik infolge ihrer Zersetzung
Gase gebildet werden, wodurch ein hoher Wärmeverlust auftritt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die überzugsmasse gemäß
der Erfindung hergestellt werden durch Kombinieren eines kieselsäurehaltigen Basismaterials und'eines Materials auf der
Basis von CaO-SiO0.wie vorstehend beschrieben, und einem Zusatz
eines lithiumhaltigen Minerals,wie Spodumen oder Petalit. Auch
in diesem Fall wird den vorstehend genannten Ausgangsmaterialien der Vorzug gegeben.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die überzugsmasse gemäß
der Erfindung ein Wärmeausdehnungsverhalten zeigt, welches demjenigen von Silicasteinen entspricht, vorausgesetzt, daß die
Masse die vorstehend angegebene Zusammensetzung hat. Wenn der CaO-Gehalt unterhalb 2 Gewichtsprozent liegt, dann läßt sich
die Viskosität des während des Flammenspritzens aufschmelzen-
den Materials nicht in einem solchen Ausmaß verringern, daß
angemessene Hafteigenschaften erzielt werden, weil die verbleibende
Si02~Komponente eine zu hohe Schmelzviskosität hat.
Infolgedessen verbleibt ein großer Teil des mittels Flammspritzen aufgebrachten Überzugs im ungesinterten Zustand und
dieser überzug zeigt eine sehr geringe mechanische Festigkeit und schlechte Hafteigenschaften. Wenn andererseits der Gehalt
an-CaO mehr als 15 Gewichtsprozent beträgt, dann würde infolge
des allmählichen Verschwindens der den Silicasteinen entsprechenden Wärmeausdehnungseigenschafteh in zunehmendem Ausmaß
eine eindimensionale (lineare) Wärmeausdehnung eintreten und das würde
zu den nicht erwünschten Eigenschaften des Abblätterns und
der dadurch verursachten Beschädigungen Anlaß geben. Wenn der Gehalt an SiO- weniger als 85 Gewichtsprozent oder mehr als
.Gewichtsprozent beträgt, treten in ähnlicher Weise nachteilige Wirkungen auf, wie sie auch dann beobachtet werden, wenn der
Gehalt an CaO oberhalb 15 Gewichtsprozent oder unterhalb 2 Gewichtsprozent
liegt. Ein Zusatz von Li-O ermöglicht hingegen, daß der durch Flammspritzen aufgebrachte überzug eine sehr geringe
Wärmeausdehnung zeigt. Wenn jedoch dieser Zusatz weniger als 0,05 Gewichtsprozent beträgt, dann lassen sich die charakteristischen
Eigenschaften einer niedrigen Wärmeausdehnung praktisch nicht erreichen. Wenn andererseits der Zusatz an Li„0 mehr
als 1 Gewichtsprozent beträgt, werden die Eigenschaften der Hitzebeständigkeit des durch Flammspritzen aufgebrachten Überzugs
beeinträchtigt. Wenn die herstellungsbedingten Verunreinigungen mehr als 5 Gewichtsprozent der erfindungsgemäßen Überzugsmassen
ausmachen, dann wird die thermische Ausdehnung eindimensional (linear),was aus den vorstehend erwähnten Gründen nicht erwünscht
ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Teilchen der Pulvermasse eine Größe von nicht mehr als 0,5 mm auf, weil sie
bei einer darüber hinaus gehenden Teilchengröße nicht mehr in der Flamme des sauerstoffhaltigen Brenngases aufschmelzen und
der größte Teil von ihnen infolge eines Rückprallverlustes verlorengeht/
wodurch dann eine geringere Menge als Überzug auf der Unterlage haften bleibt.
• ■ · ·
Die erfindungsgemäße überzugsmasse zeigt signifikante technische
Vorteile im Vergleich zu den bekannten Überzugsmassen, vor allem ist die als Überzug auf der Unterlage haften bleibende
Menge wesentlich größer, außerdem zeigt der durch Flammspritzen aufgebrachte überzug auch bei hohen Temperaturen eine
hohe mechanische Festigkeit, was auf die Verringerung der Schmelzviskosität von SiO- zurückzuführen ist, welche wiederum
durch den Zusatz von CaO und Li2O in den angegebenen Mengen
günstig beeinflußt wird. SiO _ allein ergibt eine zu hohe Schmelzviskosität und daher bleibt auch nur eine geringere
Menge der überzugsmasse an dem Untergrund haften, was wiederum zu einer geringen mechanischen Festigkeit des aufgebrachten
Überzuges führt. Die erfindungsgemäßen Überzugsmassen ermöglichen daher eine Unterdrückung der unerwünschten Neigung
zum Abblättern und der dadurch verursachten Schaden bei dem
mittels Flammspritzen aufgebrachten überzug, während dieser gleichzeitig sein Wärmeausdehnungverhalten bei hohen Temperaturen
entsprechend demjenigen der Silicasteine beibehält.
Die erfindungsgemäße überzugsmasse kann sehr gut zur Reparatur
eines Ofens bei laufendem Betrieb desselben verwendet werden.
Die nachstehenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel Ibis 4 und Vergleichsbeispiele I und II.
Es wurden Überzugsmassen gemäß den in der nachstehenden Tabelle I angegebenen Einzelheiten hergestellt und dann mittels
üblicher Flammspritztechnik als überzug auf einem Silicastein aufgebracht. Die erhaltenen Ergebnisse sind gleichfalls in
Tabelle I angegeben.
" FabelTeV
' 1 | 2 | 3 | 4' | . Schamotte | 90 | 80 | 80 | 90 | Chemische Zusammensetzung | 93,4 | 88,7 | 85,8 | 93,7 | Vergleichsbei spiele |
II | ) | 85 | 70 | 65 | 66 | |
Zusammensetzung(Komponenten | SiO2 | 5 | SiO2 | 4,8 | 9,7 | 11,4 | 2,4 | I | |||||||||||||
Beispiele | Silikatgestein | 10 | CaO | 1,8 | 1,6 | 2,8 | .3,9 | 35 | 34 | ||||||||||||
Weißer Zement | 10 | 20 | 10 | . 5 | Verunreinigungen | ||||||||||||||||
Wollastonit | Versuchsergebnisse | 100 | 80 | 75 | 90 | 10 | 6 | ||||||||||||||
Natriumsilikat wasserfrei |
Haftfestigkeit (kg/cnT)*- |
170 | 150 | 120 | 110 | 15 | 30 | 15 | 12 | ||||||||||||
Biegefestigkeit (kg/cm2)* |
70 | 85 | 80 | 70 | 75 | 80 | |||||||||||||||
anhaftende Menge (%) | kein Ab blättezr |
45 | 40 | kein Ab blättern |
20 | 15 | |||||||||||||||
"Anzahl der Zyklen, bis in ei nem thermischen Zyklen-Test Abblättern auftritt.** |
* gemessen bei 1000°C
**Substrat: Silicastein
**Substrat: Silicastein
# Ein Zyklus besteht darin, daß man die Temperatur innerhalb
von 15 Minuten zwischen 1200°C und 3000C variiert. Dieser Zyklus wird 50 mal wiederholt..
Beispiele 5 bis 9 und Vergleichsbeispiele III und IV.
In gleicher Weise wurden Überzugsmassen,wie in Tabelle II
wiedergegeben hergestellt und mittels der Flammspritztechnik in Form eines Überzugs auf einem Silicastein aufgebracht.
Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind gleichfalls in Tabelle II wiedergegeben.
5 | 6 | Zusammensetzung(Komponenten) | 90 | 94,0 | 85 | 7 | ,5 | 8 | ,2 | 9 | ,6 | Vergleichs beispiele |
IV | 85 | 75 | 65 | 66 | 10 | 6 | |
Schamotte | 2,1 | 10 | ,2 | ,5 | ,4 | III . | 15 | 12 | ||||||||||||
Beispiele | SiO2 | 0,4 | 3,5 | ,6 | ,2 | ,2 | 75 | 80 | ||||||||||||
Silicatgestein | 5 | 3,5 | 80 | ,1 | 80 | ,1 | 75 | ,8 | 35 | 34 | 20 | 15 | ||||||||
Weißer Zement | 5 | |||||||||||||||||||
Wollastonit | 95 | 1,5 | 20 | 10 | 8 | 40 | ||||||||||||||
Spodumen | 115 | 5 | 35 | 15 | 70 | I2 | 80 | |||||||||||||
Petalit | Chemische Zusammensetzung | 80 | 90 | 80 | 85 | 15 | 30 | |||||||||||||
Natriumsilicat wasserfrei |
SiO2 | 94,0 | 15 | 5 | kein Abblättern | 5 | ||||||||||||||
CaO | 2,3 | |||||||||||||||||||
Li2O | 0,06 | |||||||||||||||||||
Verunreinigungen | 3,6 | 92 | 90 | 85 | ||||||||||||||||
Versuchsergebnisse | 2 | 6 | 10 | |||||||||||||||||
Haftfestigkeit (kg/cm ) |
85 | 0 | 0 | 0 | ||||||||||||||||
Biegefestigkeit (kg/cm2)* |
100 | 4 | 3 | 3 | ||||||||||||||||
anhaftende Menge (%) | 75 | |||||||||||||||||||
Anzahl der Zyklen, bis in einem thermischen Zyklentest Abblättern auftritt.** |
1 | 1 | 1 | |||||||||||||||||
1 | 1 | 1 | ||||||||||||||||||
* gemessen bei 10000C
**Substrat: Silicastein
**Substrat: Silicastein
# Ein Zyklus besteht darin, daß man die Temperatur innerhalb von
15 Minuten zwischen 12000C und 3000C variiert. Dieser Zyklus
wird 50 mal wiederholt.
Die in den Tabellen I und II wiedergegebenen Ergebnisse bestätigen,
daß die erfindungsgemäßen Überzugsmassen sowohl eine bessere Haftfestigkeit als auch eine bessere Biegefestigkeit
zeigen, verglichen mit dem Stand der Technik, wie er sich aus dem Vergleichsbeispiel ergibt. Außerdem zeigen sie
bei dem thermischen Zyklentest, auf einem Silicastein als Untergrund, überlegene Eigenschaften im Vergleich mit dem
Stand der Technik.
Claims (5)
1. Überzugsmasse in Pulverform .für das Aufbringen mittels
der Flammspritztechnik auf der Basis von SiO-, dadurch g.ekennzeichn e.t., daß sie 85 bis
98 Gewichtsprozent SiO» und 2 bis 15 Gewichtsprozent CaO sowie gegebenenfalls Li2O enthält.
2. Überzugsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,05 bis 1,0 Gewichtsprozent Li2O enthält.
3. Überzugsmasse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich-. net, daß sie höchstens 5 Gewichtsprozent an herstellungs-
beding'teh Verunreinigungen enthält.
4. Überzugsmasse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Pulverteilchen eine Größe von nicht mehr als 0,5 mm aufweisen.
5. Verwendung der Überzugsmasse nach Anspruch 1 bis 4 zum Ausbessern
von Ofenauskleidungen aus Silicastein.
POSTSCHECKKONTO: MÖNCHEN 50175-809 · BANKKONTO: DEUTSCHE BANK A.Q. MÖNCHEN, LEOPOLDSTH. 71. KONTO-NR. 60/35
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1983
- 1983-03-30 DE DE3311699A patent/DE3311699C2/de not_active Expired
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