WO2013014257A1 - Beschichtete hochofensteine - Google Patents

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WO2013014257A1
WO2013014257A1 PCT/EP2012/064747 EP2012064747W WO2013014257A1 WO 2013014257 A1 WO2013014257 A1 WO 2013014257A1 EP 2012064747 W EP2012064747 W EP 2012064747W WO 2013014257 A1 WO2013014257 A1 WO 2013014257A1
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coating
carbon brick
ceramic
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Janusz Tomala
Christian Wiebel
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SGL Carbon SE
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    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/44—Refractory linings

Definitions

  • the present invention relates to a carbon brick for the inner lining of melting and reduction furnaces, a melting and reducing furnace containing such a carbon brick and a method for producing such a carbon brick.
  • these melting and reduction furnaces blast furnaces for the production of pig iron.
  • melting and reduction furnaces designed as blast furnaces several superimposed zones, wherein in the so-called melting zone, prevail in the temperatures in the range of about 1600 ° C, the molten pig iron and slag is.
  • Inner linings of smelting and reduction furnaces are often made in the region of the melting zone of carbon stones, which are usually constructed essentially of amorphous and / or graphitic carbon material and / or graphite.
  • the carbon stones in contact with the molten metal, eg pig iron, and the slag are subject to high chemical and mechanical wear, for example, caused by the solubility of the carbon in carbon-unsaturated pig iron, the penetration of metal, for example, pig iron into the pore system of Carbon stones, which causes cracks in the stones, by movement of the molten metal, for example, pig iron, and the slag and by reaction of the carbon with slag constituents and / or alkalis.
  • the above-mentioned wear mechanisms significantly reduce the life of carbon bricks in melting and reduction furnaces. For example, in order to be economical, melting and reduction furnaces designed as blast furnaces should be able to operate for 15 years or more without major repairs.
  • the solutions proposed in the past have not led to a satisfactory increase in the life of carbon stones for the inner lining of melting and reduction furnaces and were often also expensive to produce.
  • the object of the present invention is therefore to propose a carbon brick for the inner lining of melting and reduction furnaces, which has an increased wear resistance.
  • the object of the invention is also to propose a melting and reduction furnace with extended life.
  • the idea of the invention is to increase the wear resistance of carbon bricks to the inner lining of melting and reduction furnaces in a reliable and cost-effective manner by applying to the surface of the base body in the region containing the molten metal, in particular pig iron, and / or to provide the slag with the process side in contact, a protective coating comprising a wear reducing ceramic topcoat is applied.
  • a coating is to be understood in this patent application at least one layer which is formed by applying a formless material on a substrate and firmly connected to the substrate.
  • amorphous carbon is understood as meaning a carbon material which contains anthracite and / or coke and not more than 70% by weight of graphite and which was exposed in its entirety to a temperature of 2000 ° C. or less.
  • graphitic carbon is understood as meaning a carbon material which contains more than 70% by weight of graphite and which was exposed in its entirety to a temperature of 2000 ° C. or less.
  • graphite is understood as meaning synthetic graphite or natural graphite or a mixture thereof.
  • melting and reduction furnaces which may be included in the invention. These may be, for example, melting and reduction furnaces for the production of ferroalloys, such as ferro-silicon, ferro-manganese, ferro-chromium, ferro-nickel,
  • the protective coating additionally comprises an intermediate coating arranged between the surface of the main body and the topcoat, which in the temperature range from 20 ° C to at least 1600 ° C has a thermal expansion, which lies between the thermal expansion of the body and the ceramic topcoat.
  • the formation of cracks in the protective coating and the resulting flaking of the protective coating can be reduced, if not prevented, since high thermal stresses in the cover coating which comes into contact with the metal, for example pig iron, are reduced or even prevented.
  • a main body constructed essentially of carbon material generally has a lower thermal expansion in the temperature range from 20 ° C. to at least 1600 ° C. than a ceramic material suitable for the top coat, which is resistant to mechanical and chemical wear by molten metal, in particular pig iron, and / or slag can withstand carbon materials at 1000 ° C, for example, have a thermal expansion coefficient of about 3xl0 6 / K whereas, for example, alumina at this temperature has a coefficient of thermal expansion of about 8.5xl0 6 / K, can in a protective coating without intermediate coating in operation, high thermal stresses occur, which can lead to cracking in the top coat and thus to their premature failure.
  • the intermediate coating serves as a buffer between the divergent thermal expansion behavior of carbon body and topcoat.
  • the topcoat is preferably selected so that it fulfills at least one, preferably several and particularly preferably all of the following functions with respect to a carbon block which, apart from the absence of the protective coating, is constructed identically to the carbonstone according to the invention: higher resistance to liquid metal, in particular pig iron, higher resistance to alkalis, higher stability against oxidizing atmosphere, higher resistance to mechanical wear
  • the intermediate coating is preferably selected such that, in addition to its thermal expansion in the temperature range from 20 ° C. to at least 1600 ° C. between that of the main body and that of the topcoat, it comprises at least one, preferably several and most preferably all of the following functions fulfilled: good connection to the surface of the main body good connection to the top coating permanent applicability at temperatures up to at least 1600 ° C, ie, for example, no structural changes, no phase transitions
  • a further particularly preferred embodiment of the invention provides that the protective coating is formed only of the intermediate coating and the top coat, i.
  • the protective coating comprises no further coatings than the intermediate coating and the topcoat.
  • the carbon brick has the protective coating only in the region of its surface which provides the process side.
  • the carbon brick is provided in addition to the process side on the opposite side of the process side of its surface with the protective coating. This is particularly useful when the carbon stone is arranged in the region of the tap hole of the furnace formed as a blast furnace and reduction, since in this area liquid pig iron is tapped and from the interior of the furnace to the outside, the so-called. Cold side occurs. As a result, the cold side of the furnace comes into contact with the molten pig iron and is thus subjected to high wear. By providing the coating of the carbon brick both on its process side and on its side providing the outside of the furnace, the wear previously described can thus be reduced.
  • the carbon brick comprises a tap hole
  • another preferred embodiment of the invention provides that the interior of the tap hole itself has the protective coating already described.
  • the intermediate coating is formed by one or more intermediate layers.
  • the ceramic cover coating is formed by a single or by a plurality of ceramic cover layers.
  • various combinations are possible.
  • both the top coat and the intermediate coat are each formed of only a single coat.
  • the intermediate coating of a single layer and the top coat are formed of several layers.
  • the top coat is formed of a single layer and the intermediate coat of multiple layers.
  • both the top coat and the intermediate coat are each formed from several layers.
  • the ceramic topcoat may include or be formed from one or more oxidic or carbidic or more carbidic or boridic or more boridic or nitricidal or more nitridic ceramic materials or mixtures thereof.
  • the intermediate coating may be one or more metals or one oxide or more oxide or one carbide or more carbidic or one boridic or more boridic or one nitridic or more nitridic Ceramic material (s) or mixtures thereof contain or be formed from it.
  • a cover layer of the top coat consists of a mixture of the above-mentioned materials as it is also possible, for example.
  • the top coat is composed of several cover layers is possible that a cover layer of the top coat only one of the consists of the above materials and another cover layer of the top coat of another of the above materials or of several of the above materials.
  • the intermediate coating in which both an intermediate layer of only one or more of the above materials may be formed or may contain these materials, as it is also possible that an intermediate layer consists of only one material whereas another intermediate layer consists of several of the above-mentioned materials. Furthermore, it can be provided that the intermediate coating is formed from a single or a plurality of metals.
  • At least one intermediate layer is formed from a single material and / or at least one cover layer is formed from a single material.
  • the intermediate coating and the top coat provides, for example, that the intermediate coating of a single layer of molybdenum and the top coating of a single layer of alumina are formed. It is also conceivable in this connection that the intermediate coating consists of a single layer of aluminum nitride and the top coating of a single layer Titanium carbide are formed. Further, it is also possible, for example, for the intermediate coating to consist of a single layer of tungsten carbide and the topcoat of a single layer of titanium diboride.
  • the topcoat has a thickness in the range of 50 ⁇ to 1500 ⁇ , preferably 100 ⁇ to 1000 ⁇ , more preferably 400 ⁇ to 700 ⁇ .
  • a thickness in the range of 50 ⁇ to 1500 ⁇ preferably 100 ⁇ to 1000 ⁇ , more preferably 400 ⁇ to 700 ⁇ .
  • the intermediate coating has a layer thickness in the range of 10 ⁇ to 600 ⁇ .
  • the individual intermediate layers can each have a layer thickness in the range of 10 ⁇ to 200 ⁇ .
  • the carbon material of the main body preferably contains or is preferably formed from, amorphous carbon such as anthracite and / or coke, graphitic carbon, synthetic graphite, natural graphite or a composition of several of the aforementioned materials.
  • the material composition of the base body may contain one or more ceramic constituents, the proportion of all ceramic constituents being lower in the material composition than the proportion of the carbon material.
  • the material composition preferably contains more than 60% by weight of the carbon material.
  • ceramic constituents for example, one or more oxidic (s), a or a plurality of carbidic, one or more nitridic, one or more boridic ceramic material (s), or mixtures of several of the foregoing materials.
  • a melting and reducing furnace in particular a blast furnace, designed as a shaft furnace, having a melting zone in which molten metal, in particular pig iron, and / or slag is present during operation of the furnace.
  • the shaft furnace has an inner furnace lining, which is in contact with the molten metal, in particular pig iron, and / or the slag during operation of the furnace in the region of the melting zone.
  • the inner furnace lining at least in the region of the melting zone contains at least one carbon block according to the invention, which points with its process side into the interior of the shaft furnace.
  • a preferred embodiment of the invention provides that in the region of the at least one taphole at least one further inventive carbon stone is provided with its process side at least partially the outside or cold side of the furnace in the Provides the tap hole area.
  • the furnace therefore has a plurality of carbon stones according to the invention, of which at least one with its coated process side, the inside of the furnace and at least another with its coated process side provides the outside of the oven.
  • At least one carbon brick in addition to the coating on the process side, at least partially on the process side opposite cold side of its surface has a protective coating and that the at least one carbon stone in the tap hole is arranged so that the coated process side into the interior of the furnace and is in contact with the molten pig iron and the coated cold side provides part of the outside of the furnace in the region of the tap hole.
  • the protective coating forming part of the outside of the furnace is constructed the same as the protective coating of the carbon brick of the process side.
  • a method for producing a carbon brick for the inner lining of melting and reducing furnaces comprising the following steps:
  • the shaping can be done for example by vibration compression (vibromolding) or extrusion.
  • the firing of the green body can be carried out at temperatures in the range of about 800 ° C to 1300 ° C.
  • the metallic additives may be, for example, silicon (Si), titanium (Ti) or zirconium (Zr), which are at least partially converted into a ceramic material in the subsequent firing and / or graphitization process.
  • the ceramic additives may, for example, be silicon carbide (SiC), titanium dioxide (T1O2) or aluminum oxide (Al2O3) or aluminum silicates.
  • the protective coating is applied by first applying an intermediate coating to at least one area of the roughened surface and subsequently applying a topcoat to at least one area of the intermediate coating.
  • the surface to be coated of the carbon body obtained after the firing process and the mechanical processing can be roughened by sand blasting, for example.
  • Methods for applying the intermediate layer and the cover layer may be, for example, methods such as plasma spraying, flame spraying, chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD) or the like.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • a suspension is provided for the production of the ceramic topcoat and / or the intermediate coating, which is applied, for example, by a coating, spraying or dipping process on the area of the surface of the base body to be coated and below for the conversion of the suspension in the topcoat or the intermediate coating is subjected to a temperature treatment.
  • the suspension may in this case, for example, contain a polymeric liquid and ceramic particles.
  • Figure 1 shows an embodiment of an inventive
  • Figure 2 shows a reduction and melting furnace according to the invention in
  • FIG. 1 shows a carbon brick 1 for the inner lining of melting and reduction furnaces.
  • the shown carbon brick 1 has a surface 2, which provides a process side 3 of the carbon brick 1 on a section.
  • the process side 3 is brought into contact with molten metal, in particular pig iron, and / or slag.
  • the illustrated carbon brick 1 has a base body 4 containing a carbon material with a surface 5 on which a protective coating 6 is applied in an area 5 ' for providing the process side 3.
  • the protective coating 6 shown in the present embodiment is characterized by a wear-reducing ceramic top coat 7 and a between the surface 5 of the base body 4 and the top coat 7 arranged intermediate coating 8 is formed.
  • the intermediate coating 8 as well as the ceramic top coating 7 are each formed by a single layer, wherein the intermediate layer 8 forming intermediate layer of the metal molybdenum and the cover layer 7 forming cover layer of the ceramic is alumina.
  • the intermediate coating 8 and the top coat 7 are adjusted so that in the temperature range of 20 to at least 1600 ° C, the thermal expansion of the intermediate coating 8 is greater than the thermal expansion of the base body 4 and smaller than the extent of the ceramic top coat. 7
  • the intermediate coating 8 is applied directly to the surface 5 of the main body 2 and the ceramic top coating 7 is applied directly to the intermediate coating 8.
  • the top coat 7 of the present embodiment has a thickness of about 500 ⁇ and the thickness of the intermediate coating 8 is about 100 ⁇ .
  • the base body 4 is produced from a mixture which contains about 40% by weight of anthracite, about 40% by weight of graphite, about 10% by weight of silicon and about 10% by weight of aluminum oxide in the dry mixture , wherein the green body produced therefrom was burned at about 1200 ° C for the production of the carbon body.
  • the carbon brick is provided with the protective coating 6 only in that section of its surface 2 which provides the process side 3.
  • 2 shows a reduction and smelting furnace 9 according to the invention, which is designed in the present embodiment as a blast furnace in shaft construction.
  • a blast furnace pig iron is obtained by reduction from iron ores, which serves as an energy source and reducing agent predominantly coke and the slag formation and lowering of the melting temperature various additives such as quartz sand, lime are buried.
  • the blast furnace 9 has in its lower part a designated as a stop 10 and as a frame 1 1 section, which in the present case surrounding the molten zone 12 of the blast furnace 9.
  • molten zone 12 is in operation molten pig iron and slag.
  • a temperature in the range of about 1600 ° C. prevails in the molten zone 12.
  • hot air is blown through so-called wind nozzles 13 in the molten zone 12, which are supplied via a loop 14.
  • the slag is passed through a tap hole 15 and the pig iron is fed out of the molten zone 12 via a tap hole 16.
  • the entire molten zone 12 is enclosing interior lining, i. the directed into the furnace interior side at least partially, preferably completely constructed of the carbon bricks 1 according to the invention.
  • the external wall forming the outside of the blast furnace 9 is formed at least in sections by carbon blocks 1 according to the invention, which with their process side 3 provide the outside of the blast furnace in the region of the tap holes 15 and 16.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kohlenstoffstein zur Auskleidung, insbesondere Innenauskleidung, von Schmelz- und Reduktionsöfen, insbesondere Hochöfen, der eine Oberfläche hat, wobei ein Bereich der Oberfläche eine Prozessseite des Kohlenstoffsteins bereitstellt, die bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Kohlenstoffsteins mit flüssigem Metall, insbesondere Roheisen, und/ oder Schlacke in Kontakt gebracht ist und der Kohlenstoffstein einen Kohlenstoffmaterial enthaltenden Grundkörper mit einer Oberfläche hat. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung der Prozessseite des Kohlenstoffsteins zumindest auf einem Bereich der Oberfläche des Grundkörpers eine Schutzbeschichtung aufgebracht ist, die eine den Verschleiß reduzierende, keramische Deckbeschichtung umfasst oder daraus gebildet ist.

Description

Beschichtete Hochofensteine
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kohlenstoffstein zur Innenauskleidung von Schmelz- und Reduktionsöfen, einen Schmelz- und Reduktionsofen der einen solchen Kohlenstoffstein enthält sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kohlenstoffsteins. Insbesondere sind diese Schmelz- und Reduktionsöfen Hochöfen zur Herstellung von Roheisen.
Bspw. besitzen als Hochöfen ausgebildete Schmelz- und Reduktionsöfen mehrere übereinander angeordnete Zonen, wobei sich in der sogenannten Schmelzzone, in der Temperaturen im Bereich von ca.1600 °C vorherrschen, das schmelzflüssige Roheisen und Schlacke befindet.
Innenauskleidungen von Schmelz- und Reduktionsöfen sind im Bereich der Schmelzzone oftmals aus Kohlenstoffsteinen ausgeführt, die in der Regel im Wesentlichen aus amorphem und/ oder graphitischem Kohlenstoffmaterial und/ oder Graphit aufgebaut sind.
Die in Kontakt mit dem schmelzflüssigen Metall, bspw. Roheisen, und der Schlacke befindlichen Kohlenstoffsteine unterliegen hierbei einem hohen chemischen und mechanischen Verschleiß bspw. hervorgerufen durch die Löslichkeit des Kohlenstoffs in kohlenstoffungesättigtem Roheisen, das Eindringen von Metall, bspw. Roheisen, in das Porensystem der Kohlenstoffsteine, was zu Rissen in den Steinen führt, durch Bewegung des schmelzflüssigen Metalls, bspw. Roheisens, und der Schlacke sowie durch Reaktion des Kohlenstoffs mit Schlackebestandteilen und/ oder Alkalien. Durch die oben genannten Verschleißmechanismen wird die Lebensdauer von Kohlenstoffsteinen in Schmelz- und Reduktionsöfen deutlich verringert. Um wirtschaftlich zu sein, sollten bspw. als Hochöfen ausgebildete Schmelz- und Reduktionsöfen 15 Jahre oder mehr ohne größere Reparaturen in Betrieb sein können. Durch einen vorzeitigen Verschleiß selbst nur einiger der Kohlenstoffsteine im Bereich der Schmelzzone wird aber die Lebensdauer des gesamten Schmelz- und Reduktionsofens begrenzt, was zu einem vorzeitigem Ende der Ofenreise und somit zu verringerter Wirtschaftlichkeit des Ofens führt. Kohlenstoffsteine müssen daher an allen Positionen im Ofen an denen diese zum Einsatz kommen - auch im Bereich der hoch belasteten Schmelzzone - eine hohe Lebensdauer haben.
In der Vergangenheit wurde versucht, die Lebensdauer von Kohlenstoffsteinen für die Innenauskleidung von als Hochöfen ausgebildeten Schmelz- und Reduktionsöfen bspw. dadurch zu verbessern, indem auf die Kohlenstoffsteine an der mit dem schmelzflüssigen Roheisen in Kontakt tretenden Prozessseite Keramikkacheln aufgeklebt wurden. Solche Lösungen sind beispielsweise aus der US2005/025443 und der EP1975258 bekannt, wo Kacheln aus Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid auf den Grundkörper aus Kohlenstoffmaterial aufgeklebt sind und die Prozessseite des Kohlenstoffsteins bereitstellen. Diese Lösungen sind aber durch den zusätzlichen Klebeschritt aufwändig und daher teuer. Ferner ist eine Klebeverbindung unter den herrschenden Bedingungen nicht dauerhaft stabil, wodurch sich die Kacheln vom Kohlenstoffgrundkörpern lösen, wodurch die erhoffte Schutzwirkung deutlich reduziert wird.
Die in der Vergangenheit vorgeschlagenen Lösungen haben nicht zu einer zufriedenstellenden Erhöhung der Lebensdauer von Kohlenstoffsteinen zur Innenauskleidung von Schmelz- und Reduktionsöfen geführt und waren zusätzlich oftmals kostspielig in deren Herstellung. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Kohlenstoffstein zur Innenauskleidung von Schmelz- und Reduktionsöfen vorzuschlagen, der eine erhöhte Verschleißbeständigkeit hat.
Aufgabe der Erfindung ist es ferner einen Schmelz- und Reduktionsofen mit verlängerter Standzeit vorzuschlagen.
Aufgabe der Erfindung ist es darüber hinaus ein Verfahren zur kostengünstigen Herzustellung eines verschleißbeständigen
Kohlenstoffsteins zur Innenauskleidung von Schmelz- und Reduktionsöfen vorzuschlagen.
Die oben genannten Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 , 12 und 15 gelöst.
Die Idee der Erfindung besteht darin, die Verschleißbeständigkeit von Kohlenstoffsteinen zur Innenauskleidung von Schmelz- und Reduktionsöfen dadurch zuverlässig und auf kostengünstige Art und Weise zu erhöhen, indem auf die Oberfläche des Grundkörpers in dem Bereich, der die spätere mit dem schmelzflüssigen Metall, insbesondere Roheisen, und/ oder der Schlacke in Kontakt kommende Prozessseite bereitstellen soll, eine Schutzbeschichtung aufgebracht wird, die eine Verschleiß reduzierende, keramische Deckbeschichtung umfasst.
Unter einer Beschichtung soll in dieser Patentanmeldung zumindest eine Schicht verstanden werden, die durch Aufbringen eines formlosen Stoffs auf einem Substrat gebildet und mit dem Substrat fest verbunden ist.
Durch die Bereitstellung einer Schutzbeschichtung, die eine keramische Deckbeschichtung umfasst, kann das Kohlenstoffmaterial des Grundkörpers und somit der Kohlenstoffstein effektiv und kostengünstig vor Verschleiß im Schmelz- und Reduktionsofen geschützt werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Unter amorphem Kohlenstoff wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Kohlenstoffmaterial verstanden, welches Anthrazit und/ oder Koks und nicht mehr als 70 Gew.-% Graphit enthält und das in seiner Gesamtheit einer Temperatur von 2000 °C oder weniger ausgesetzt war.
Unter graphitischem Kohlenstoff wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Kohlenstoffmaterial verstanden, welches mehr als 70 Gew.-% Graphit enthält und das in seiner Gesamtheit einer Temperatur von 2000 °C oder weniger ausgesetzt war.
Unter Graphit wird im Sinne der vorliegenden Erfindung synthetischer Graphit oder Naturgraphit oder eine Mischung davon verstanden.
Wenn im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung von einem Hochofen die rede ist, soll ein Hochofen zur Herstellung von Roheisen verstanden wird.
Es gibt aber auch noch andere Schmelz- und Reduktionsöfen, die von der Erfindung umfasst sein können. Hierbei kann es sich beispielsweise um Schmelz- und Reduktionsöfen zur Herstellung von Ferrolegierungen, wie Ferro-Silizium, Ferro-Mangan, Ferro-Chrom, Ferro-Nickel,
Speziallegierungen (u. a. FeV, FeNb, FeW, FeMo), sowie zur Herstellung von Nichteisenlegierungen wie Calziumcarbid und Calzium-Siliziu handeln. Die vorgenannten Öfen, die keine Hochöfen sind, werden auch als sog. „Submerged Are Furnaces" (SAF) bezeichnet.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schutzbeschichtung zusätzlich eine zwischen der Oberfläche des Grundkörpers und der Deckbeschichtung angeordnete Zwischenbeschichtung umfasst, die im Temperaturbereich von 20 °C bis zumindest 1600 °C eine thermische Ausdehnung hat, die zwischen der thermischen Ausdehnung des Grundkörpers und der der keramischen Deckbeschichtung liegt.
Durch diese bevorzugte Ausführungsform kann die Bildung von Rissen in der Schutzbeschichtung und daraus resultierende Abplatzungen der Schutzbeschichtung reduziert, wenn nicht gar unterbunden werden, da hohe thermische Spannungen in der mit dem Metall, bspw. Roheisen, in Kontakt tretenden Deckbeschichtung reduziert oder sogar unterbunden werden.
Da ein im Wesentlichen aus Kohlenstoffmaterial aufgebauter Grundkörper in der Regel im Temperaturbereich von 20 °C bis zumindest 1600 °C eine geringere thermische Ausdehnung hat als ein für die Deckbeschichtung geeignetes Keramikmaterial, welches dem mechanischen und chemischen Verschleiß durch schmelzflüssiges Metall, insbesondere Roheisen, und/ oder Schlacke standhalten kann -Kohlenstoffmaterialien können bei 1000 °C bspw. einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von ca. 3xl0 6/K haben wohingegen bspw. Aluminiumoxid bei dieser Temperatur einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von ca. 8,5xl0 6/K hat-, können bei einer Schutzbeschichtung ohne Zwischenbeschichtung im Betrieb hohe thermische Spannungen auftreten, die zu einer Rissbildung in der Deckbeschichtung führen können und damit zu deren vorzeitigem Versagen. Bei der vorliegenden Ausführungsform dient die Zwischenbeschichtung als Puffer zwischen dem voneinander abweichenden thermischen Ausdehnungsverhalten von Kohlenstoffgrundkörper und Deckbeschichtung.
Durch die bevorzugte Ausführungsform ist es ferner möglich, eine optimale Anbindung der die Schutzwirkung gegen den Verschleiß durch schmelzflüssiges Metall, insbesondere Roheisen, und Schlacke bereitstellenden Deckbeschichtung und dem Grundkörper herzustellen und ferner das Material für die Deckbeschichtung optimal an die spezifische Aufgabe der Schutzwirkung auszuwählen.
Die Deckbeschichtung wird vorzugsweise so ausgewählt, dass diese zumindest eine, bevorzugt mehrere und besonders bevorzugt sämtliche der folgenden Funktionen gegenüber einem Kohlenstoffstein erfüllt, der bis auf das Fehlen der Schutzbeschichtung identisch wie der erfindungsgemäße Kohlenstoffstein aufgebaut ist: höhere Beständigkeit gegen flüssiges Metall, insbesondere Roheisen, höhere Beständigkeit gegen Alkalien, höhere Stabilität gegen oxidierende Atmosphäre, höhere Beständigkeit gegenüber mechanischem Verschleiß
Geringere Infiltration von flüssigem Metall, insbesondere Roheisen,
Stärkere Bildung einer„natürlichen" Schutzschicht aus anhaftendem Metall, insbesondere Roheisen, und/ oder Schlacke
Die Zwischenbeschichtung wird vorzugsweise so ausgewählt, dass diese - zusätzlich dazu, dass deren thermische Ausdehnung im Temperaturbereich von 20 °C bis zumindest 1600 °C zwischen der des Grundkörpers und der der Deckbeschichtung liegt- zumindest eine, bevorzugt mehrere und besonders bevorzugt sämtliche der folgenden Funktionen erfüllt: gute Anbindung an die Oberfläche des Grundkörpers gute Anbindung an die Deckbeschichtung dauerhafte Einsetzbarkeit bei Temperaturen bis zumindest 1600 °C, d.h. beispielsweise keine Gefügeänderungen, keine Phasenübergänge
Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schutzbeschichtung nur aus der Zwischenbeschichtung und der Deckbeschichtung gebildet ist, d.h. gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Schutzbeschichtung keine weiteren Beschichtungen als die Zwischenbeschichtung und die Deckbeschichtung. In diesem Zusammenhang ist insbesondere vorgesehen, dass die Zwischenbeschichtung unmittelbar auf der Oberfläche des Grundkörpers und die keramische Deckbeschichtung unmittelbar auf der Zwischenbeschichtung aufgebracht sind.
Grundsätzlich wäre es möglich, die gesamte Oberfläche des Grundkörpers mit der Schutzbeschichtung zu versehen. Dies ist aber nicht notwendig und oftmals auch nicht gewünscht, da die Schutzbeschichtung zum Einen Mehrkosten mit sich bringt und zum Anderen an Oberflächenabschnitten, an denen diese nicht gebraucht wird, wie bspw. der Ober- oder der Unterseite des Kohlenstoffsteins, wo die Steine zur Ausbildung der Innenauskleidung vertikal übereinander angeordnet werden, eher hinderlich ist. Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht daher vor, dass der Kohlenstoffstein nur in dem die Prozessseite bereitstellenden Bereich seiner Oberfläche die Schutzbeschichtung hat.
Denkbar ist aber auch, dass der Kohlenstoffstein zusätzlich zur Prozessseite auch an der der Prozessseite gegenüberliegenden Seite seiner Oberfläche mit der Schutzbeschichtung versehen ist. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Kohlenstoffstein im Bereich des Abstichlochs des als Hochofen ausgebildeten Schmelz- und Reduktionsofens angeordnet ist, da in diesem Bereich flüssiges Roheisen abgestochen wird und vom Inneren des Ofens zu dessen Außenseite, der sog. kalten Seite, tritt. Hierdurch kommt die kalte Seite des Ofens mit dem schmelzflüssigen Roheisen in Kontakt und ist somit einem hohen Verschleiß unterworfen. Durch die Bereitstellung der Beschichtung des Kohlenstoffsteins sowohl an seiner Prozessseite als auch an seiner die Außenseite des Ofens bereitstellenden Seite, kann somit der vorher beschriebene Verschleiß reduziert werden.
Umfasst der Kohlenstoffstein ein Abstichloch, so sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Innere des Abstichlochs selbst die bereits beschriebene Schutzbeschichtung hat.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Zwischenbeschichtung durch eine einzige oder durch mehrere Zwischenschichten gebildet ist. Ferner ist es grundsätzlich denkbar, dass die keramische Deckbeschichtung durch eine einzige oder durch mehrere keramische Deckschichten gebildet ist. In diesem Zusammenhang sind verschiedenste Kombinationen möglich. So ist es möglich, dass sowohl die Deckbeschichtung als auch die Zwischenbeschichtung jeweils aus nur einer einzigen Schicht gebildet sind. Denkbar ist auch, dass die Zwischenbeschichtung aus einer einzigen Schicht und die Deckbeschichtung aus mehreren Schichten gebildet sind. Ferner ist es möglich, dass die Deckbeschichtung aus einer einzigen Schicht und die Zwischenbeschichtung aus mehreren Schichten gebildet sind. Darüber hinaus kann auch angedacht sein, dass sowohl die Deckbeschichtung als auch die Zwischenbeschichtung jeweils aus mehreren Schichten gebildet sind.
Die keramische Deckbeschichtung kann ein oxidisches oder mehrere oxidische oder ein carbidisches oder mehrere carbidische oder ein boridisches oder mehrere boridische oder ein nitiridisches oder mehrere nitridische Keramikmaterial(ien) oder Mischungen davon enthalten bzw. daraus gebildet sein. Ferner kann die Zwischenbeschichtung ein oder mehrere Metalle oder ein oxidisches oder mehrere oxidische oder ein carbidisches oder mehrere carbidische oder ein boridisches oder mehrere boridische oder ein nitridisches oder mehrere nitridische Keramikmaterial(ien) oder Mischungen davon enthalten oder daraus gebildet sein.
In diesem Zusammenhang ist es sowohl möglich, dass eine Deckschicht der Deckbeschichtung aus einer Mischung der oben genannten Materialien besteht wie es auch bspw. im Falle, dass die Deckbeschichtung aus mehreren Deckschichten aufgebaut ist möglich ist, dass eine Deckschicht der Deckbeschichtung nur aus einem einzigen der oben genannten Materialien besteht und eine andere Deckschicht der Deckbeschichtung aus einem anderen der oben genannten Materialien oder aber aus mehreren der oben genannten Materialien besteht.
Die vorgenannten Überlegungen gelten in gleichem Maße für die Zwischenbeschichtung, bei der sowohl eine Zwischenschicht aus nur einem oder aus mehreren der oben genannten Materialien gebildet sein kann bzw. diese Materialien enthalten kann, wie es auch möglich ist, dass eine Zwischenschicht nur aus einem Material besteht wohingegen eine andere Zwischenschicht aus mehreren der oben genannten Materialien besteht. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Zwischenbeschichtung aus einem einzigen oder mehreren Metallen gebildet ist.
Demzufolge kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Zwischenschicht aus einem einzigen Material gebildet ist und/ oder zumindest eine Deckschicht aus einem einzigen Material gebildet ist.
Eine beispielhafte und nicht abschließende Aufzählung möglicher konkreter Ausführungen für die Zwischenbeschichtung und die Deckbeschichtung sieht beispielsweise vor, dass die Zwischenbeschichtung aus einer einzigen Schicht aus Molybdän und die Deckbeschichtung aus einer einzigen Schicht aus Aluminiumoxid gebildet sind. Denkbar in diesem Zusammenhang ist auch, dass die Zwischenbeschichtung aus einer einzigen Schicht aus Aluminiumnitrid und die Deckbeschichtung aus einer einzigen Schicht aus Titancarbid gebildet sind. Ferner ist es beispielsweise auch möglich, dass die Zwischenbeschichtung aus einer einzigen Schicht aus Wolframcarbid und die Deckbeschichtung aus einer einzigen Schicht aus Titandiborid gebildet sind.
Vorzugsweise hat die Deckbeschichtung eine Dicke im Bereich von 50 μπι bis 1500 μπι, bevorzugt 100 μηι bis 1000 μπι, besonders bevorzugt 400 μηι bis 700 μπι. Versuche haben gezeigt, dass ab Schichtdicken von mehr als 1500 μπι gegenüber dünneren Schichtdicken keine Verbesserung der Schutzwirkung mehr eintritt, sondern eher eine Verschlechterung, da Deckbeschichtungen mit solch hohen Schichtdicken mehr zur Rissbildung neigen als dünnere. Weiter haben Versuche gezeigt, dass Deckbeschichtungen mit Schichtdicken ab 400 μπι bereits ausreichenden Verschleißschutz bieten.
Vorzugsweise hat die Zwischenbeschichtung eine Schichtdicke im Bereich von 10 μπι bis 600 μπι. Im Fall, dass die Zwischenbeschichtung aus mehreren Zwischenschichten besteht, können die einzelnen Zwischenschichten jeweils eine Schichtdicke im Bereich von 10 μπι bis 200 μπι haben.
Das Kohlenstoffmaterial des Grundkörpers enthält vorzugsweise zum größten Teil, bzw. ist vorzugsweise gebildet aus, amorphen Kohlenstoff wie bspw. Anthrazit und/ oder Koks, graphitischen Kohlenstoff, synthetischen Graphit, Naturgraphit oder eine Zusammensetzung aus mehreren der vorgenannten Materialien. Ferner kann die Materialzusammensetzung des Grundkörpers zusätzlich zu dem Kohlenstoffmaterial ein oder mehrere keramische Bestandteile enthalten, wobei der Anteil aller keramischen Bestandteile geringer in der Materialzusammensetzung ist als der Anteil des Kohlenstoffmaterials. Die Materialzusammensetzung enthält hierbei vorzugsweise mehr als 60 Gew.-% des Kohlenstoffmaterials. Als keramische Bestandteile sind beispielsweise ein oder mehrere oxidische(s), ein oder mehrere carbidische(s), ein oder mehrere nitridische(s), ein oder mehrere boridische(s) Keramikmaterial(ien), oder Mischungen aus mehreren der vorgenannten Materialien möglich.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein als Schachtofen ausgebildeter Schmelz- und Reduktionsofen, insbesondere Hochofen, vorgeschlagen, der eine Schmelzzone hat, in der sich im Betrieb des Ofens schmelzflüssiges Metall, insbesondere Roheisen, und/ oder Schlacke befindet. Der Schachtofen hat eine innere Ofenauskleidung, die im Betrieb des Ofens im Bereich der Schmelzzone mit dem schmelzflüssigen Metall, insbesondere Roheisen, und/ oder der Schlacke in Kontakt ist. Gemäß dem weiteren Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die innere Ofenauskleidung zumindest im Bereich der Schmelzzone zumindest einen erfindungsgemäßen Kohlenstoffstein enthält, der mit seiner Prozessseite ins Innere des Schachtofens weist.
Im Bereich des Abstichlochs wird flüssiges Roheisen und/ oder Schlacke abgestochen und tritt auf der sog. kalten Seite des Ofens aus dem als Hochofen ausgebildeten Schmelz- und Reduktionsofen aus. Hierdurch kommt die kalte Seite des Ofens im Bereich des Abstichlochs mit dem flüssigen Roheisen und/ oder der Schlacke in Kontakt, wodurch die in diesem Bereich angeordneten Kohlenstoffsteine auf der kalten Seite in Kontakt mit dem flüssigen Roheisen und/oder der Schlacke kommen. Um den dadurch hervorgerufenen Verschleiß auf der kalten Seite zu verringern, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass im Bereich des zumindest einen Abstichlochs zumindest ein weiterer erfindungsgemäßer Kohlenstoffstein vorgesehen ist, der mit seiner Prozessseite zumindest bereichsweise die Außenseite bzw. kalte Seite des Ofens im Bereich des Abstichlochs bereitstellt. Gemäß dieser Ausführungsform hat der Ofen also mehrere erfindungsgemäße Kohlenstoffsteine, wovon zumindest einer mit seiner beschichteten Prozessseite die Innenseite des Ofens und zumindest ein anderer mit seiner beschichteten Prozessseite die Außenseite des Ofens bereitstellt.
Gemäß einer zur o.g. Ausführungsform alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest ein Kohlenstoffstein, zusätzlich zur Beschichtung auf der Prozessseite, auf einer der Prozessseite gegenüberliegenden kalten Seite seiner Oberfläche zumindest bereichsweise eine Schutzbeschichtung hat und dass der zumindest eine Kohlenstoffstein im Bereich des Abstichlochs so angeordnet ist, dass die beschichtete Prozessseite ins Innere des Ofens weist und mit dem schmelzflüssigen Roheisen in Kontakt steht und die beschichtete kalte Seite einen Teil der Außenseite des Ofens im Bereich des Abstichlochs bereitstellt. Vorzugsweise ist hierbei die einen Teil der Außenseite des Ofens bildende Schutzbeschichtung gleich wie die Schutzbeschichtung des Kohlenstoffsteins der Prozessseite aufgebaut.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstoffsteins zur Innenauskleidung von Schmelz- und Reduktionsöfen vorgeschlagen, das die folgenden Schritte umfasst:
- Herstellung einer Mischung die mehrere Bestandteile enthält, ausgewählt aus der Gruppe der Anthrazite, Kokse, Graphite, metallische oder keramische Additive, Bindemittel aus der Gruppe der Teere, Peche, Bitumen,
- Formgebung der Mischung zum Erhalt eines Grünkörpers,
Brennen und optional nachfolgend Imprägnieren und/ oder Graphitieren des Grünkörpers zum Erhalt eines Kohlenstoffkörpers,
- Mechanisches Bearbeiten des Kohlenstoffkörpers zum Erhalt eines Grundkörpers des Kohlenstoffsteins mit einer Oberfläche - Auftauen der Oberfläche des Grundkörpers zumindest in dem Abschnitt, der eine spätere Prozessseite des Kohlenstoffsteins bereitstellen soll,
- Aufbringen einer Schutzbeschichtung auf zumindest einen Abschnitt der aufgerauten Oberfläche.
Die Formgebung kann beispielsweise durch Vibrationsverdichten (Vibromolding) oder Extrudieren erfolgen. Das Brennen des Grünkörpers kann bei Temperaturen im Bereich von ca. 800 °C bis 1300 °C erfolgen.
Bei den metallischen Additiven kann es sich bspw. um Silizium (Si), Titan (Ti) oder Zirkonium (Zr) handeln, die bei dem nachfolgenden Brenn- und/oder Graphitierungsvorgang zumindest teilweise zu einem Keramikmaterial umgewandelt werden. Bei den keramischen Additiven kann es sich bspw. um Siliziumcarbid (SiC), Titandioxid (T1O2) oder Aluminiumoxid (AI2O3) oder Aluminiumsilikate handeln. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schutzbeschichtung aufgebracht, indem zuerst eine Zwischenbeschichtung auf zumindest einen Bereich der aufgerauten Oberfläche und nachfolgend eine Deckbeschichtung auf zumindest einen Bereich der Zwischenbeschichtung aufgebracht wird.
Die zu beschichtende Oberfläche des nach dem Brennvorgang und der mechanischen Bearbeitung erhaltenen Kohlenstoffkörpers kann beispielsweise durch Sandstrahlen aufgeraut werden. Verfahren zum Aufbringen der Zwischenschicht und der Deckschicht können beispielsweise Verfahren wie Plasmaspritzen, Flammspritzen, Abscheidung aus der Gasphase (CVD, Chemical Vapor Deposition), Aufdampfen (PVD, Physical Vapor Deposition) oder dergleichen sein. In diesem Zusammenhang ist es bspw. denkbar, dass zur Herstellung der keramischen Deckbeschichtung und/ oder der Zwischenbeschichtung eine Suspension bereitgestellt wird, die bspw. durch einen Streich-, Sprüh- oder Tauchprozess auf den zu beschichtenden Bereich der Oberfläche des Grundkörpers aufgebracht wird und nachfolgend zur Umwandlung der Suspension in die Deckbeschichtung oder die Zwischenbeschichtung einer Temperaturbehandlung unterzogen wird. Die Suspension kann hierbei bspw. eine polymere Flüssigkeit und Keramikpartikel enthalten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen die
Figur 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Kohlenstoffsteins in Seitenansicht,
Figur 2 einen erfindungsgemäßen Reduktions- und Schmelzofen im
Längsschnitt.
Die Figur 1 zeigt einen Kohlenstoffstein 1 zur Innenauskleidung von Schmelz- und Reduktionsöfen. Der gezeigte Kohlenstoffstein 1 hat eine Oberfläche 2, die auf einem Abschnitt eine Prozessseite 3 des Kohlenstoffsteins 1 bereitstellt. Die Prozessseite 3 ist bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Kohlenstoffsteins 1 mit schmelzflüssigem Metall, insbesondere Roheisen, und/ oder Schlacke in Kontakt gebracht.
Der dargestellte Kohlenstoffstein 1 hat einen Kohlenstoffmaterial enthaltenden Grundkörper 4 mit einer Oberfläche 5 auf der zur Bereitstellung der Prozessseite 3 in einem Bereich 5' eine Schutzbeschichtung 6 aufgebracht ist. Die im vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigte Schutzbeschichtung 6 ist durch eine den Verschleiß reduzierende keramische Deckbeschichtung 7 sowie eine zwischen der Oberfläche 5 des Grundkörpers 4 und der Deckbeschichtung 7 angeordnete Zwischenbeschichtung 8 gebildet.
Vorliegend sind die Zwischenbeschichtung 8 wie auch die keramische Deckbeschichtung 7 jeweils durch eine einzige Schicht gebildet, wobei die die Zwischenbeschichtung 8 bildende Zwischenschicht aus dem Metall Molybdän und die die Deckbeschichtung 7 bildende Deckschicht aus der Keramik Aluminiumoxid ist.
Die Zwischenbeschichtung 8 und die Deckbeschichtung 7 sind so abgestimmt, dass im Temperaturbereich von 20 bis zumindest 1600 °C die thermische Ausdehnung der Zwischenbeschichtung 8 größer ist als die thermische Ausdehnung des Grundkörpers 4 und kleiner als die Ausdehnung der keramischen Deckbeschichtung 7.
Vorliegend sind die Zwischenbeschichtung 8 unmittelbar auf der Oberfläche 5 des Grundkörpers 2 und die keramische Deckbeschichtung 7 unmittelbar auf der Zwischenbeschichtung 8 aufgebracht. Die Deckbeschichtung 7 des vorliegenden Ausführungsbeispiels hat eine Dicke von ca. 500 μπι und die Dicke der Zwischenbeschichtung 8 beträgt ca. 100 μπι.
Vorliegend ist der Grundkörper 4 aus einer Mischung hergestellt, die ca. 40 Gew.-% Anthrazit, ca. 40 Gew.-% Graphit, ca. 10 Gew.-% Silizium und ca. 10 Gew.-% Aluminiumoxid in der Trockenmischung enthält, wobei der daraus hergestellte Grünkörper zur Herstellung des Kohlenstoffkörpers bei ca. 1200 °C gebrannt wurde.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Kohlenstoffstein nur in dem die Prozessseite 3 bereitstellenden Abschnitt seiner Oberfläche 2 mit der Schutzbeschichtung 6 versehen. Die Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Reduktions- und Schmelzofen 9, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Hochofen in Schachtbauweise ausgeführt ist.
In einem Hochofen wird Roheisen durch Reduktion aus Eisenerzen gewonnen, wobei als Energieträger und Reduktionsmittel überwiegend Koks dient und zur Schlackebildung und Senkung der Schmelztemperatur verschiedene Zuschlagstoffe wie Quarzsand, Kalk beigesetzt werden. Der Hochofen 9 hat in seinem unteren Bereich einen als Rast 10 und einen als Gestell 1 1 bezeichneten Abschnitt, die vorliegend die Schmelzzone 12 des Hochofens 9 umgeben. In der Schmelzzone 12 befindet sich im Betrieb schmelzflüssiges Roheisen und Schlacke. Hierbei herrscht in der Schmelzzone 12 eine Temperatur im Bereich von ca. 1600 °C. Während des Betriebs wird heiße Luft über so genannte Winddüsen 13 in die Schmelzzone 12 eingeblasen, die über eine Ringleitung 14 versorgt werden. Die Schlacke wird über ein Abstichloch 15 und das Roheisen wird über ein Abstichloch 16 aus der Schmelzzone 12 geführt. Beim dargestellten Hochofen 9 ist die gesamte Schmelzzone 12 einfassende Innenauskleidung, d.h. die in das Ofeninnere gerichtete Seite zumindest teilweise, bevorzugt vollständig aus den erfindungsgemäßen Kohlenstoffsteinen 1 aufgebaut.
Ferner ist im Bereich der beiden Abstichlöcher 15 und 16 die die Außenseite des Hochofens 9 bildende Außenmauer zumindest abschnittweise durch erfindungsgemäße Kohlenstoffsteine 1 gebildet, die mit ihrer Prozessseite 3 die Außenseite des Hochofens im Bereich der Abstichlöcher 15 und 16 bereitstellen.

Claims

Patentansprüche
1. Kohlenstoffstein zur Auskleidung, insbesondere Innenauskleidung, von Schmelz- und Reduktionsöfen, insbesondere Hochöfen, wobei der Kohlenstoffstein eine Oberfläche hat und ein Bereich der Oberfläche eine Prozessseite des Kohlenstoffsteins bereitstellt, die bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Kohlenstoffsteins mit flüssigem Metall, insbesondere Roheisen, und/ oder Schlacke in Kontakt gebracht ist und der Kohlenstoffstein einen Kohlenstoffmaterial enthaltenden Grundkörper mit einer Oberfläche hat, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung der Prozessseite des Kohlenstoffsteins zumindest auf einem Bereich der Oberfläche des Grundkörpers eine Schutzbeschichtung aufgebracht ist, die eine den Verschleiß reduzierende, keramische Deckbeschichtung umfasst oder daraus gebildet ist.
2. Kohlenstoffstein nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzbeschichtung zusätzlich eine zwischen der Oberfläche des Grundkörpers und der Deckbeschichtung angeordnete Zwischenbeschichtung umfasst, die im Temperaturbereich von 20 °C bis zumindest 1600 °C eine thermische Ausdehnung hat, die zwischen der thermischen Ausdehnung des Grundkörpers und der der keramischen Deckbeschichtung liegt.
3. Kohlenstoffstein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenbeschichtung unmittelbar auf der Oberfläche des Grundkörpers und die keramische Deckbeschichtung unmittelbar auf der Zwischenbeschichtung aufgebracht ist.
4. Kohlenstoffstein nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzbeschichtung aus der Zwischenbeschichtung und der Deckbeschichtung gebildet ist.
5. Kohlenstoffstein nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass im Temperaturbereich von 20 °C bis zumindest 1600 °C die thermische Ausdehnung der Zwischenbeschichtung größer ist als die thermische Ausdehnung des Grundkörpers und kleiner als die thermische Ausdehnung der keramischen Deckbeschichtung.
6. Kohlenstoffstein nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Deckbeschichtung ein oder mehrere oxidische(s), ein oder mehrere carbidische(s) oder ein oder mehrere boridische(s) oder ein oder mehrere nitridische(s) Keramikmaterial bzw. Keramikmaterialien oder Mischungen enthält oder daraus gebildet ist und/ oder dass die Zwischenbeschichtung ein oder mehrere metallische(s) Material oder ein oder mehrere oxidische(s), ein oder mehrere carbidische(s), ein oder mehrere boridische(s) oder ein oder mehrere nitridische(s) Keramikmaterial bzw. Keramikmaterialien oder Mischungen davon enthält oder daraus gebildet ist.
7. Kohlenstoffstein nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckbeschichtung eine Dicke im Bereich von 50 μπι bis 1500 μπι, bevorzugt 100 μπι bis 1000 μπι, besonders bevorzugt 400 μπι bis 700 μπι hat.
8. Kohlenstoffstein nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenbeschichtung eine Dicke im Bereich von 10 μπι bis 600 μπι hat, und im Fall, dass die Zwischenbeschichtung aus mehreren Zwischenschichten besteht die einzelnen Zwischenschichten jeweils eine Dicke im Bereich von 10 μπι bis 200 μπι haben.
9. Kohlenstoffstein nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenstoffmaterial des Grundkörpers amorphen Kohlenstoff oder graphitischen oder graphitierten Kohlenstoff oder eine Mischung davon enthält.
10. Kohlenstoffstein nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper zusätzlich zu dem Kohlenstoffmaterial einen oder mehrere keramische Bestandteil(e) enthält, die zusammen mit dem Kohlenstoffmaterial eine Materialzusammensetzung bilden und zu einem geringeren Anteil in der Materialzusammensetzung vorhanden sind als das Kohlenstoffmaterial.
1 1. Kohlenstoffstein nach einem der Ansprüche 1- 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffstein nur in dem die
Prozessseite bereitstellenden Abschnitt seiner Oberfläche die Schutzbeschichtung hat.
12. Als Schachtofen ausgebildeter Schmelz- und Reduktionsofen, insbesondere Hochofen, der eine Schmelzzone hat, in der sich im Betrieb des Ofens schmelzflüssiges Metall, insbesondere Roheisen, und/ oder Schlacke befindet, sowie mit einer inneren Ofenauskleidung, die im Betrieb des Ofens im Bereich der Schmelzzone mit schmelzflüssigem Metall, insbesondere Roheisen, und/ oder Schlacke in Kontakt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Ofenauskleidung zumindest im Bereich der Schmelzzone zumindest einen Kohlenstoffstein nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 enthält und der mit seiner Prozessseite ins Innere des Schachtofens weist.
13. Schmelz- oder Reduktionsofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen zumindest ein Abstichloch hat, durch welches das schmelzflüssige Metall, insbesondere Roheisen, und/ oder die Schlacke von der Schmelzzone heraus zur Außenseite des Ofens geführt werden kann, wobei im Bereich des zumindest einen Abstichlochs zumindest ein weitere Kohlenstoffstein nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 vorgesehen ist, der mit seiner Prozessseite zumindest bereichsweise die Außenseite des Ofens im Bereich des Abstichlochs bereitstellt.
14. Schmelz- oder Reduktionsofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen zumindest ein Abstichloch hat, durch welches das schmelzflüssige Metall, insbesondere Roheisen, und/ oder die Schlacke von der Schmelzzone heraus zur Außenseite des Ofens geführt werden kann, dass zumindest ein Kohlenstoffstein, zusätzlich zur Beschichtung auf der Prozessseite, auf einer der Prozessseite gegenüberliegenden kalten Seite seiner Oberfläche zumindest bereichsweise eine Schutzbeschichtung hat und dass der zumindest eine Kohlenstoffstein im Bereich des Abstichlochs so angeordnet ist, dass die beschichtete Prozessseite ins Innere des Ofens weist und die beschichtete kalte Seite einen Teil der Außenseite des Ofens im Bereich des Abstichlochs bereitstellt.
15. Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstoffsteins zur Innenauskleidung von Schmelz- und Reduktionsöfen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a. Herstellung einer Mischung die mehrere Bestandteile enthält, ausgewählt aus der Gruppe der Anthrazite, Kokse, Graphite, metallische und/ oder keramische Additive, Bindemittel aus der Gruppe der Teere, Peche, Bitumen, b. Formgebung der Mischung zum Erhalt eines Grünkörpers, c. Brennen und optional nachfolgend Graphitieren des Grünkörpers zum Erhalt eines Kohlenstoffkörpers, d. Mechanisches Bearbeiten des Kohlenstoffkörpers zum Erhalt eines Grundkörpers des Kohlenstoffsteins mit einer Oberfläche e. Auftauen der Oberfläche des Grundkörpers zumindest in dem Abschnitt, der eine spätere Prozessseite des Kohlenstoffsteins bereitstellen soll, f. Aufbringen einer Schutzbeschichtung auf zumindest einen Abschnitt der aufgerauten Oberfläche
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzbeschichtung aufgebracht wird, indem a. zuerst eine Zwischenbeschichtung auf zumindest einen Abschnitt der aufgerauten Oberfläche und b. nachfolgend einer Deckbeschichtung auf zumindest einen Teil der Zwischenbeschichtung aufgebracht wird.
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