DD224099A1

DD224099A1 - Keramische beschichtung und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DD224099A1
Application number: DD26092484A
Authority: DD
Inventors: Werner Goehr; Peter Hilme; Beate Morgenstern; Ulrich Morgenstern; Hubert Pacholik; Hans Strutzke; Ernst-Karl Vollbrecht
Original assignee: Florin Stahl Walzwerk
Priority date: 1984-03-15
Filing date: 1984-03-15
Publication date: 1985-06-26

Abstract

Keramische Beschichtung und Verfahren zu deren Herstellung fuer Industrieoefen und Waermeaggregate in allen Zweigen der Volkswirtschaft mit dem Ziel, fuer die Innenflaechen der feuerfesten Auskleidung eine verschleissfeste, das Emissionsvermoegen erhoehende keramische Beschichtung zu schaffen, um den Wirkungsgrad zu erhoehen und den Energieverbrauch zu senken. Die Aufgabe besteht in der Schaffung einer keramischen Beschichtung in Form eines bindemittelhaltigen Metalloxidueberzuges mit einem Emissionsgrad 0,93, die auch bei oxidierender Atmosphaere bestaendig ist und je nach eingesetztem feuerfestem Material die Auskleidung anwendbar ist. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe dadurch geloest, dass der bindemittelhaltige Metalloxidueberzug aus 55 bis 99 Masse-% feinteiligen Eisenoxiden oder feinteiligen Eisenoxiden und Beimengungen bis zu 5 Masse-% Oxide der Metalle Chrom und/oder Nickel und/oder Titan und/oder Mangan und/oder Molybdaen und 0,2 bis 40 Masse-% feinteilige Tonerde bzw. hochtonerdehaltige Materialien oder feinteiliges Magnesiumoxid bzw. Materialien mit einem hohen Magnesiumoxidgehalt oder einem feinteiligen Tonerde/Magnesiumoxidgemisch und einem in der Keramik ueblichen Bindemittel besteht, wobei als Metalloxid vorrangig Zunder von Eisen und/oder Eisenlegierungen, insbesondere chrom-, nickel-, mangan- und titanhaltiger Eisenlegierungen oder Ferroschlacke, wie sie beim Erwaermungsprozess von Stahlbloecken anfaellt, enthalten ist.

Description

Erfinder γα 170

Werner Göhr

Peter Hilme

Dipl.-Chem. Beate Morgenstern

Dipl.-Ing. Ulrich Morgenstern

Dipl.-Ing. Hubert Pacholik

Dipl.-Ing. Hans Strutzke

Dipl.-Ing.-Ernst-Karl Vollbrecht

Ursprungsbetrieb F 27 D 1/00

YSB Stahl- und Walzwerk

"Wilhelm Florin" . .

im YSB Qualitäts- und Edelstahl-Kombinat Büro für Schutzrechte

1422 Hennigsdorf

YeItener Straße

Titel der Erfindung;

Keramische Beschichtung und Verfahren zu deren Herstellung

.Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft eine keramische Beschichtung und Verfahren zu deren Herstellung für die Innenflächen der feuerfesten Auskleidung von Industrieöfen und Wärmeaggregaten wie Wärmetauscher und Feuerräume von Feuerungen sov.^fie Brennersteinen und sonstigem im Innenraum derartiger Anlagen befindlichen Elemente, die in allen Bereichen der Industrie, der Landwirtschaft und der Dienstleistungen vorhanden sind. ' ·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Industrieöfen und Wärmeaggregate besitzen zum Zweck dsr ftärmeisolation und als Wärmeübertragungsfläche eine feuer-^: feste Hülle oder Auskleidung. Diese Auskleidung kann aus feuerfestem'Mauerwerk, monolithischer oder Blockzustellung in Ein- oder Mehrschicht bauweise bestehen.

In neuerer Zeit kommt die Leichtbauweise zur Anwendung, >bei der die feuerfeste Auskleidung aus feuerfestem anor- '. ganischem Fasermaterial besteht. -

Dieses Fasermaterial wird in Form "von Matten, Platten oder Modulen in verschiedenen Stärken zur Auskleidung benutzt.

Bekannt geworden ist auch, daß diese Faserelemente auf schon bestehende Auskleidungen in Schwerbauweise'auf der Innenseite¹ zum Z^eck der zusätzlichen Wärmeisolation und damit Snergieeinsparung aufgebracht werden.. Diese Losung ist bei Wärmeanlagen mit diskontinuierlichem Betrieb sehr effektiv, da neben der Wandverlust.senkung noch- ein geringerer Speicherwärmeverlust auftritt.

Das Gesamtemissiönsverniögen der in diesen Wärmeanlagen für die Auskleidung eingesetzten feuerfesten Baustoffe ist sehr unterschiedlich, liegt jedoch bei Anwendungstemperaturen im Hochtemperaturbereich beiif -^ 0,75 (Angaben einzelner Autoren schwanken) ., Sine Ausnahme bilden Kohlenstoff; enthaltende feuerfeste'Materialien„wie Siliciumkarbid--. und Graphitsteine, die ein £ ^ 0,88 besitzen.

Bei der Lösung nach DE-AS 13 Q2 596 werden feuerfeste Überzüge, die eine Glasphase bilden aus einem Stoffgemisch hergestellt, bestehend aus Xalziumfluorid, Siliciumdioxid, !Calciumoxid, Natriumkarbonat, Hatriümf.luorid,. Natriumsili- kat sowie Siliciumkarbid und/oder Molybdänkarbid und/oder Graphit.. Da diese Masse relativ dick aufgetragen-wird,, werden große Mengen benötigt und ein Auftrag auf Fasern erschwert. TJeiterhin ist eine Wandauskleidung für Heiz-' . öfen bekannt (DE-PS 3 016 377)j um eine weitere Verbesserung der wirtschaftlichen Energieausnutzung zu bewirken, indem zwischen dem bindemittelhaltigem SiC-Überzug und der Innenseite der Heizofenwand eine Schicht aus einem anorganischem faserförmigem wärmeisolierendem Material sich befindet, Dieser-SiG-überzug hat, den Fachteil, daß das SiG-. bei oxidierender Atmosphäre im Hochtemperaturbereich mit dem Sauerstoff reagiert und demzufolge nicht oxidations- . beständig ist. Außerdem ist ein SiC-Überzug relativ teuer.

Bekannt ist weiterhin, daß sich das Emissionsvermögen der feuerfesten Baustoffe'während seines Einsatzes in den Wärmeanlagen verändert (s. Izvestija vyrsich ucebuych zavedenij Cernaja Metallurgija (1980) 7, S. III-II3).

Diese Veränderung kommt einmal durch strukturelle Veränderungen im ff-Material selbst infolge Druck- und l'ärmeeinwirkung sowie durch die sich anlagernden Stäube aus der im Wärmeühertragungsraum sich befindlichen Atmosphäre und/oder des thermisch zu behandelnden Gutes.

In metallurgischen Wärmöfen wurde festgestellt, daß das Gesamtemissionsvermögen einer hochtonerdehaltigen Aus- kleidung nach 2,5-jährigem Betrieb von ca. 0,52 auf ca. 0,91 anstieg.(s. Izvestija mps. uceba Zaved. Cernaja Metallurgyja (1980) 7, S. 111-113.) . '

Ziel der Erfindung '

Das Ziel der Erfindung besteht darin, durch das Aufbringen einer keramischen Beschichtung in Form eines bindemittel-, haltigen Metalloxidüberzuges auf die Innenflächen der feuerfesten Auskleidung oder der in den VJärme Übertragungsräumen angeordneten feuerfesten Elementen von Industrieöfen und , 7/ärmeaggregaten in den Zonen und 7'ärmeübertragungsräumen, wo die Wärme auf das Wärmgut bzw. die zu erwärmende Oberfläche überwiegend nach dem Prinzip der indirekten Strahlungswärmeübertragung über die als Sekundärheizfläche wirkende Innenwand der feuerfesten Auskleidung übertragen wird, das Emissionsvermögen dieser Plächen vom Beginn der Ofenreise an zu erhöhen und durch die damit verbundene Intensivierung des Strahlungswärmeüberganges einen effektiveren Wirkungsgrad und somit eine Senkung des Energieverbrauches bei gleichzeitiger Minderung des Verschleißes der feuerfesten Auskleidung zu erreichen. Durch das Aufbringen der keramischen Beschichtung auf feuerfeste Oberflächen, wo Verbrennungsreaktionen stattfinden, wie z. B. Brennersteine, kann der Verbrennungsprozeß in der Grenzschicht aktiviert werden, was zur Temperaturerhöhung der

a.b strahl enden Oberfläche führt ·

Darlegung des Wesens,der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine keramische Beschichtung und Verfahren zu deren Herstellung für Industrieöfen und Wärmeaggregate, durch Aufbringen eines fest haftenden verschleißfesten, bis über I7OO K thermisch beständigen bindemittelhaltigen Metalloxidüberzuges das Emissionsvermögen der Auskleidung vom Beginn der Ofenreise an zu erhöhen und einen Emissionsgrad gleich oder größer 0,93 zu erreichen· Der durch die Erhöhung des Emissionsgrades der feuerfesten Auskleidung, einschließlich anorganisches Fasermaterial oder feuerfester verschäumbarer-Leicttbaustoff, eintretende- energetische und verschleißmindernde, Effekt wird auch bei oxidierender Ofenatmosphäre wirksam. ' . ^..

Erfindungsgemäß wird diese. Aufgäbe dadurch gelöst, daß eine keramische Beschichtung aus. einem bindemittelhaltigen' Metalloxidüberzug, bestehend aus feinteiligen Eisenoxiden mit geringfügigen Beimengungen von Oxiden der Metalle Chrom und/oder Kiekel und/oder Titan und/oder Mangan und/oder Molybdän und feinteiliger Tonerde bzw. hochtonerdehaltigen Materialien oder feinteiliges Magnesiumoxid bzw. Materialien mit einem hohen Magnesiumoxidgehalt oder einem feinteiligen Tonerde/Magnesiumoxidgemisch und einem in der Keramik üblichem Bindemittel, wobei als Metalloxid' vorrangig Zunder von Eisen und/oder Eisenlegierungen, insbesondere chrom-, niekel- und titanhaltiger Eisenlegierungen oder feinteilige Perr.oschlacke,,wie sie beim Erwärmungsprozeß von Stahlblöcken anfällt, auf die Innenflächen der feuerfesten Auskleidung von Industrieöfen und Wärmeaggregaten sowie Brennersteine und sonstige im Innenraum befindlichen feuerfesten Elemente aufgebracht, wird. Die feuerfeste Auskleidung kann auch nur aus ITasermaterialien bestehen. Die Teilchengröße des Metalloxids bzw. der trockenen bindemittelhaltigen Metalloxidmischung ist ^- 1 mm, wobei bis zu 70Masse-% der Teilchen

eine Größe J> 250/te^ bis 1 mm besitzen können.

Der Effekt der Snergieeinsparung wird bedeutend erhöht, wenn zwischen den;. Innenflächen der feuerfesten Auskleidung und dem bindend.ttelhaltigem Metalloxidüberzug eine Schicht aus wärmeisolierendem feuerfesten anorganischen faserförmigen Material oder eine Schicht aus einem verschäumbaren wärmeisolierenden feuerfesten Leichtbaustoff vorgesehen ist.

Unter bestimmten Ofenraumbedingungen und bei bestimmten Materialien der feuerfesten Auskleidung ist es von Vorteil, um einem voreilenden Verschleiß vorzubeugen, wenn zwischen dem bindemittelhaltigem Metalloxidüberzug und der feuerfesten Auskleidung oder der Faserschicht bzw. eines Faservlieses oder einem-verschäumbaren wärmeisolierendem Leichtbaustqff eine zusätzliche, auch die Poren und Risse des feuerfesten Materials verschließende, feuerfeste Blockierungsschicht aus· feinteiligem Material auf der Basis hochtonerdehaltiger (^> 5CMa3s&-% Tonerde) oder magnesiumoxidhaltiger Stoffe oder ein Gemisch der vorgenannten Komponenten mit oder ohne Binde- und Dispergiermittel vorgesehen ist.

Als Bindemittel für den Metallöxidüberzug ist Ton sehr gut geeignet.

Die keramische Beschichtung mittels bindemittelhaltigem Metalloxidüberzug wird nach folgenden Verfahrensschritten hergestellt,

Nach der NeuEUstellung der feuerfesten Auskleidung wird der bindend, ttelhaltige Metalloxidüberzug als (Jberzugsdispersion mittels Spritzen, Sprühen, Streichen, Rollen oder falzen auf die feuerfesten Innenflächen aufgebracht und nach dem ) üblichen Trocknen und Aufheizen des Industrieofens oder des 77ärmeaggre gates sintert die keramische Beschichtung oberhalb 800 °C durch.

Der bindemittelhaltige hetallöxidüberzug kann auf die Faser- . schicht außerhalb des Ofens aufgebracht werden und die Faserplatten, -matten, -module oder -elemente können anschließend auf den Innenflächen des Ofens befestigt werden.

Ebenfalls kann, der blndemittelhaltige Metalloxidüberzug auf einen dünnen anorganischen Faservlies aufgebracht. werden und dieser wird dann auf die Innenflächen der feuerfesten Auskleidung wie eine Art Tapete aufgeklebt. Das ist besonders vorteilhaft bei kleinen Ofenräumen, wo die Auftragsverfahren schwer anzuwenden sind ode^yr die- bindemittelhaltige; Metalloxidmischung z. B. mit SiG-Heiζstäben beim Auftrag in Berührung kommen kann. Diese: beschichteten Faservliese können auch konfektioniert zu Rollen vorliegen. Zum Zweck der'besseren Haftung des bindemittelhaltigen Metalloxidüberzuges bei Umgebungstemperatur kann der Mischung zusätzlich ein chemisches Bindemittel,, wie z. B. Sulfitablauge- zugesetzt werden» Der mit dem bindemittelhaltigen Metalloxidüberzug versehene "Faservlies kann vorteilhaft mit einem, feuerfesten Kleber auf die Innenflächen der feuerfesten. Auskleidung aufgebracht werden, der gleichzeitig als Blockierungsschicht wirkt. '..

Ausführongsbeispiel ,

Die erfindungsgemäße keramische Beschichtung und das Ver- fahren zu, deren Herstellung wird nachstehend anhand von vier Ausführungsbeispielen näher erläutert.:

Beispiel .1 (Fig. 1): .' · Ein unterbeheizter Knüppelstoßofen mit einer Herdfläche ,

p '

von 140 m wird auf der Innenfläche der feuerfesten Auskleidung 3 der Decke und der Wand (Schamotte Ix) nach der Zustellung mit einem bindemittelhaltigem Metalloxidüberzug mittels Spritzen überzogen. Die Überzugsmischung besteht für die Decke aus einem feinteiligem Gemisch von 75Masse-% Zunder, wovon 20Masse-% des Zunders eine Teilchengröße W bis 1mm besitzt und die Teilchengröße der restlichen 'Zundermenge unter 25Ö^J-/tt liegt,', sowie_ 20Masse-% fein-. teiligem Al₂O^ und 5Masse-% Bindeton.'Für die ii'änäe betrug die gesamte Teilchengröße des Zunders ^ 250^^ . Das Metalloxidgemisch wird, bis zum Erreichen der Farbkonsistenz mit Wasser versetzt. ·'.·.,.- ",· '

Die spezifische Trockenmenge der Überzugsdispersion beträgt z· B. für die Wand 0,35 kg/m. Die Auftragsstärke war 0,1 bis 0,2 mm.

Der Stoßofen ist mit Brennern einer schwach leuchtenden " Brdgasflamme -ausgerüstet.

Die Snergieeinsparung gegenüber einem neu zugestellten Ofen ohne keramische Beschichtung beträgt 8 %♦

Beispiel 2 (Fig. 2, 3 und 4)

Ein Herdwagenglühofen mit Ofenraumtemperaturen von max. 1100 ⁰C wurde auf der Innenseite des Gewölbes (Schamotte) mit einer Faserschicht (Platte) 5 in einer Dicke von 4 cm ausgekleidet. Die Innenseiten der Wände 3 wurden mit einem verschäumbaren Leichtbaustoff 7 versehen und die Rückwand war mit Feuerleichtbetonblöcfeen, die einen hohen SiOp und CaO-Gehalt > besitzen, zugestellt. Diese Feuerleichtbetonblöcke wurden zunächst mit einer feuerfesten Blockierungsschicht 9 von ca. 0,2 mm Stärke aus feinteiligem dispergierfähigen hoch tonerdehaltigen Material beschichtet. Danach ..wurde die bindemittelhaltige Metalloxiddispersion mit 93Masse-% feinteiligem" Eisenoxid (Zunder), 2Büasse-% Cr^O^, iMasse-% Al^O^ und 4Masse-% Bindeton in einer Schichtstärke von ca. 0,2 mm aufgespritzt. Die Teilchengröße der trockenen bindend.ttelhaltigen Metalloxidmischung war< 250/^^ Die Energieeinsparung gegenüber dem nicht zusätzlich innen mit wärmeisolierendem Material und der keramischen Beschichtung mit einem bindeinittelhaltigen Metalloxidübersug ausgestatteten Ofen .-betrug 18 %.

Beispiel 3.(Fig. 5)

Auf einen feuerfesten Faservlies.6 wurde die in Beispiel 2 verwendete bindemittölhaltige Metalloxiddispersion mit ei-, nem Zusatz von 2Masse-% Sulfitablauge aufgesprüht und an-¹ schließend in einem mit SiC-Heizstäben ausgerüsteten Laborofen mit einem hochtonerdehaltigen feuerfesten Sieber, der gleichzeitig als Blockierungsschicht 10 wirkt, an die Decke geklebt.

Beispiel 4 (Fig.. .6)

Die ITlammenbegrenzungsflachen eines Strahlungsbrennersteins 11, der als, Deckenstrahlungsbrenner eingesetzt ist, werden bis zum Mischkopf mit dem bindemittelhaltigen Metalloxid· nach Beispiel 1 für die Wand besprüht. Die übrige Innenfläche der Decke wird mit der bindemittelhaitigen Metalloxiddispersion in. einer Schichtstärke von 0,2 bis 0,3 mm gerollt. '

Claims

Erfindungsanspruch ^:

1. Keramische Beschichtung für die Innenflächen der feuerfesten Auskleidung (3) von Industrieöfen und Wärmeaggregaten sowie Brennersteine und sonstige im Innenraum befindlichen Elemente, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Beschichtung aus einem bindemittelhaltigen Metalloxidüberzug (4) mit 55 bis 99Masse-% feinteiligen Eisenoxiden oder feinteiligen Bisenoxiden und Beimengun-,gen bis 5Masse-?S Oxide der Metalle Chrom und/oder Nickel und/oder Titan und/oder Mangan und/oder Molybdän und 0,2 bis 40Masse-% feinteilige Tonerde bzw. hochtonerdehaltige Materialien oder feinteiliges Magnesiumoxid oder einem feinteiligen Tonerde/Magnesiumoxidgemisch und einem in der Keramik üblichen Bindemittel besteht, wobei a*ls Metalloxid vorrangig Zunder von Eisen und/oder Eisen- legierungen, insbesondere chrom-, nickel-, mangan- und titanhaltiger Eisenlegierungen oder Ferroschlacke, wie sie z. B. beim Erwärmen von Stahiblöcken anfällt, enthalten ist. ' . . ·
2. Keramische Beschichtung nach Pkt. 1 dadurch gekennzeichnet, daß.die Teilchengröße des Metalloxids bzw. der binde-

• 'mittelhaltigen Metalloxidmischung ^ 1 m ist.
3. Keramische Beschichtung nach Pkt. 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß 'bis zu 70Masse-% des Metalloxids oder der "bindemittelhaltigen Metalloxidmischung eine Teilchengröße > 250/tm bis 1 mm besitzen. .

Keramische Beschichtung nach Pkt. 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Innenflächen der feuerfesten Auskleidung (3) und dem bindemittelhaltigen Metalloxidüberzug (4) eine Schicht aus wärmeisoIierenden feuerfesten anorganischen faserförmigen Material (5) vorgesehen ist. ?ig. 2 "

. . . . _t 10
5. Keramische Beschichtung nach Pkt. 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet", daß zwischen den Innenflächen der feuerfesten Auskleidung (3) und dem bindemittelhal- ..-..

tigen Metall'oxLduberzug (A-) eine Schicht aus einem νerschäumbaren wärmeisolierenden feuerfesten Leichtbaustoff (7) vorgesehen ist. Fig. 3
6. Keramische. Beschichtung nach Pkt 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet,- daß zwischen dem bindemittelhaltigen MetalloxLdüberzug (4) und den Innenflächen der feuerfesten Auskleidung (3) oder einer wärmeisolierenden Faserschicht (5) bzw. eines Faservlieses (6) oder einer Schicht*aus einem verschäumbaren wärmeisolierenden Leichtbaustoffs (7) eine zwischenliegende feuerfeste Blockierungsschicht (9) aus feinteiligem Material auf . der Basis hochtonerdehaltiger (_> 50 % Tonerdegehalt) oder magnesiümozidhaltiger Stoffe oder ein Gemisch der

- vorgenannten Komponenten mit oder ohne Bindemittel und ."' Dispergiermittel vorgesehen ist.
7. Keramische Beschichtung nach Pkt. _1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel vorzugsweise 1 bis

\ 10Mässe-% 5on verwendet wird,

8'* ' Verfahren zur Herstellung .einer keramischen Beschichtung dadurch gekennzeichnet, daß der bindemittelhaltige MetalloxLdüberzug (4) als Überzugsdispersion mittels . Spritzen, Sprühen, Streichen, Rollen oder Walzen auf die , Innenflächen der feuerfesten. Auskleidung (3) oder der Faserschicht (5) bzw. des Faservlieses (6) oder des ver-, schäumbaren'Leichtbaustoffs (7) oder anderer im Innenraum befindlichen Elemente aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Pkt. 8, dadurch gekennzeichnet, daß der bindemittelhaltige Metalloxidüberzug (4) auf eine zwischenliegende wärmeisolierende Faserschicht (5) oder Brennersteine oder anderer im Innenraum befindlicher ' Elemente aufgebracht wird, bevor diese im Innenraum des Industrieofens oder des Wärmeaggregates befestigt bzw. eingebracht werden..
10. Verfahren nach Pkt. 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der bindemittelhaltige Metalloxidüberzug (4) auf einen dünnen anorganischen Faservlies aufgebracht wird und dieser auf die Innenflächen der feuerfesten Auskleidung (3) oder anderer feuerfesten Flächen im Innenraum aufgeklebt wird. .
11. Verfahren nach Pkt. 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet,, daß der bindemittelhaltigen Metalloxiddispersion zusätzlich bis zu 5Masse-% eines chemischen Bindemittels, vorzugsweise Sulfitablauge zugegeben wird.
12. Verfahren nach Pkt. 8, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß für das Anbringen des mit dem bindemittelhaltigen Metalloxidüberzuges (4) versehenen Faservlieses (6) auf die Innenflächen der feuerfesten Auskleidung (3).ein feuerfester Kleber verwendet wird, der als Blockierungsschicht wirkt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen