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Verfahren zum Oberziehen von Ofenoberflächen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Überziehen der hocherhitzten Ofenoberflächen von Industrieöfen
mit Chromerzmassen während des Betriebes und bezweckt die Verlängerung der Betriebsdauer
dieser Öfen. Das Verfahren ist von besonderer Bedeutung für die verschiedensten
feuerfesten Auskleidungen und Ofengewölbe, die gewöhnlich aus Silikasteinen- sauren
Charakters bestehen. Das -Verfahren der Erfindung ist jedoch auch für Auskleidungen
und Gewölbe -aus Ziegeln basischer Mineralien, wie einfachem Magnesit -oder Chrommagnesit
oder neutralen Chrommaterialien geeignet.
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Eine Ofenart, für welche das Verfahren besonders entwickelt wurde
und für .welche seit langem ein befriedigendes Verfahren zur Erhaltung des Dach-
oder Gewölbesystems gefehlt hat, ist die des sogenannten offenen Herdstahlschmelzofens,
der schon seit langem sehr verbreitet ist und in welchem innere Temperaturen in
der Größenordnung von etwa 1650°C oder von etwa 1550 bis 1700'C herrschen.
Eine ähnliche, jedoch weniger komplizierte Ofenart ist der bekannte Reverberierofen,
der in Kupferschmelzanlagen Temperaturen bis zu etwa 1550°C ausgesetzt ist. Diese
beiden Ofenarten werden selbst dann, wenn ihre Gewölbe aus vergüteten Silikasteinen
gebaut sind, infolge der extremen Temperaturen und den- sonstigen zerstörenden Einflüssen
innerhalb der- Öfen rasch zerstört. Diese Zerstörungen machen selbst bei bester
Instandhaltung der Öfen häufige Unterbrechungen und Abschaltungen zwecks -Ausbesserung
oder sogar zwecks Neuaufbaues der Ofenwände erforderlich. Diese Unterbrechungen
führen zu kostspieligen wirtschaftlichen Verlusten im Betrieb und zu einer bedenklichen
Herabsetzung !der Anlageausnutzung. Der Produktionsausfall nur eines Ofens beträgt
pro Jahr etwa 4200 t Stahl.
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Nur in wenigen Fällen lassen sieh kleinere- schadhafte Stellen in
den Ofenwänden während des Betriebes dadurch ausbessern, daB mit Hilfe katapultartiger
Schleudervorrichtungen ganze Ballen oder Pfropfen aus -feuerfestem Material an die
schadhaften Stellen geschleudert werden. In der Regel müssen alle Ausbesserungsarbeiten
an kalten Ofenwänden ausgeführt werden. Je nach Größe der Schäden-werden die angegriffenen
Mauerteile dann durch neue ersetzt oder durch Besprühen mit feuerfesten Massen .verglast
und verdichtet. Die feuerfesten. Massen bestehen aus Chromiten, Magnesiten, Dolomiten
usw. -Das Verdichten und Verglasen der Ofenwände während des Betriebes mit Chromiten,
die infolge ihrer thermostabilen Eigenschaften besonders geeignet sind, scheiterte
bisher an dein Unvermögen .der Chromrates an den glühenden Ofenwänden zu haften.
und mit dem Ofenmaterial zu verschmelzen. Nach dem- Verfahren der Erfindung wird
dieser Nachteil überwunden und die Haftung der Chromite an den den -Flammen ausgesetzten
feuerfesten Oberflächen eines Hochtemperaturofens während des Ofenbetriebes durch
Aufsprühen einer wäßrigen Chromerzmasse, die vorwiegend aus Chromft besteht, unter
hohem Druck ermöglicht. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß eine Chromdrzmasse
verwendet .wird, die ausreichend Eisenoxyd zur Bildung eines Eisenchromspinells
und außerdem etwa 4 bis 6 Gewichtprozent der Gesamtmasse freies Eisenoxyd enthält.
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Der bekannte Näturspinell Chromft der Formel Fe O - Cr. O. gibt dem
Überzug seinen echten Widerstandswert, In dem- Spinell sind 68 -% Chromoxyd und
321/o Eisenoxyd vorhanden. -Diese Eisenoxydmenge reicht jedoch nicht aus, um die
Chromite an den Ofenwänden zur Haftung zu bringen. Der Eisenoxydgehalt der verwendeten
Chromerzmasse muß erfindungsgemäß um ungefähr 5% höher liegen, als zur Bildung der
SpineIlkristalle: notwendig ist, und wird daher auf einen Überschuß von 4 bis 6
0/0 eingestellt. -Der Chromerzmasse können ferner. - Suspensionsmi.ttel, wie kolloidaler
Ton, Bindemittel, wie Natriumsilikat, und Dispersionsmittel, wie -sulfonierte Erdölprodukte,
zugesetzt werden. _ - Die zur Herstellung der verwendeten - Chromerzmassen besonders
geeigneten Chromerze sollen eine überwiegende Menge Chromelsenspinell enthalten.
Diese Erze enthalten oft kleinere oder größere Mengen
freier Eisenoxyde,
die bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Chrörherzmasse berücksichtigt werden
müssen. Enthält das Chromerz nicht die erforderliche Eisenoxydmenge von 4 bis 611/o,dann
müssen dem Erz die fehlenden Mengen Eisenoxyd zugeschlagen werden. Dieser -Überschuß
wird als freies Oxyd bezeichnet und bildet das F lußmittel, wobei es gleichgültig
ist, ob das freie Eisenoxyd bereits in dem Chromerz vorhanden war oder diesem erst
nachträglich zugeschlagen wird.
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Das Chromit enthaltende Chromerz kann und soll möglichst noch andere
kristalline Kombinationen, wie z. B. Magnesiaspinell MgO -A1203, enthalten, das
in enger kristalliner Beziehung zum Chrömit steht und mit diesem nicht nur Mischungen
bildet. Auch kann eine geringe Menge Kieselsäure vorhanden sein, die jedoch ein
funktionell zu vernachlässigender Faktor ist. Das Chromit oder Chromoxyd soll der
wesentliche oder hauptsächliche Bestandteil des Erzes sein. Außer S'02 und Cr2 03,
Mg 0 und A'20, ist noch ein fünftes zur Spine111ildung geeignetes Oxyd Fe203
(Ferrioxyd) zu erwähnen, das an andere Oxyde gebunden sein kann. Die Oxyde von Eisen,
Magnesium und Aluminium besitzen Schmelzpnnktfunktionen wie auch das unter anderem
vorhandene Nag O.
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Das vorzugsweise zugesetzte Bindemittel besteht aus einem oder mehreren
der üblichen und bekannten feuerfesten Bindemittel, z: B. aus einem Natriumsitikat,
welches ,der Chromerzmässe in Mengen von 6 bis 1211/o, im günstigsten Falle in einer
Menge von 8% zugesetzt wird. Das Verhältnis des Natriums zur Kieselsäure soll etwa
1 : 2, vorzugsweise 1 : 1,9, betragen. Diese kleine Differenz bewirkt, daß die Endbindefestigkeit
der behandelten Auskleidung bis zu 500% gesteigert wird. Durch das Silikat wird
die Chromerzmasse zunächst- auf der Auskleidungsoberfläche gehalten, bis sich die-chemische
Bindung vollzogen hat.
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Besonders vorteilhaft und für den vorliegenden Anwendungsfall vermutlich
neu ist ein Natriumsilikat der Formel Nag O - 1,9 S' 02. Andere geeignete Bindemittel
sind Na" O #2 S'02 und Na20 # 3,22 S'02' Als Dispersionsmittel können prinzipiell
alle bekannten Dispersionsmittel verwendet werden. Besonders geeignet sind die Metallsalze
der AmyIsulfonsäure oder sulfonierte Erdölprodukte undloder deren Salze. Diese Dispersionsmittel
können neben oder nach Vormischung mit dem Bindemittel angewandt werden, und ihre
Menge beträgt 0,25 bis 5 11/o der Bindemittelmenge. Das Dispersionsmittel verbessert
die Bindewirkung des Bindemittels der Überzugsschicht auf der Auskleidungsfläche
und verstärkt die Haft- und Kohäsionskräfte.
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Das Suspensionsmittel besteht gewöhnlich aus einem zunächst trockenen,
feinen oder kolloidalen feuerfesten Ton, jedoch kann auch ein organisches Suspensionsmittel
wie Carboxymethylcellulose oder eine verwandte Verbindung verwendet werden. Das
Mittel soll in einer Menge, die normalerweise zur Zierstellung von Suspensionen
dieser Art verwendet wird und zwischen 1 bis 611/o des Gewichtes der zu suspendierenden
Menge liegt, zugegeben werden.
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Das Mischungsverhältnis der Chromerzmasse ist von verschiedenen Faktoren,
wie beispielsweise der Temperatur der Auskleidungs- oder Gewölbefläche im Leitpunkt
der Aufbringung der Masse oder der höchsten Temperatur, welcher der feuerfeste Überzug
unter Betriebsbedingungen ausgesetzt werden wird, abhängig und kann den Betriebsbedingungen
weitestgehend angepaßt.werden. Bei der Herstellung der Chromerzmasse werden die
Bestandteile fein- pulverisiert und innig vermischt. Dann wird ausreichend Wasser
zugesetzt, um die gewünschte Fließfähigkeit zu erhalten, wobei das spezifische Gewicht
des Breies etwa 2,2 bis 2,6 betragen soll. Der Aufschluß des Breies wird durch Erhitzung
unterstützt.
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Die Behandlung der Ofenauskleidungen erfolgt mit Geräten bekannter
Konstruktionen, zweckmäßig mit sogenannten Spritz- oder Feuerfestpistolen. Mit diesen
Pistolen lassen sich alle schadhaften Stellen der Ofenwände während des Betriebes
systematisch bedecken.
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Wenn die Chromerzmasse mit den feuerfesten Ziegeln unter den hohen
Betriebstemperaturen in Berührung gebracht wird, erzeugt das freie Eisenoxyd mit
den bindenden Mitteln eine lokalisierte und begrenzte Schmelzzone. Die Schmelzung
tritt dem Zustand einer hochgelatinösen Flüssigkeit so lange entgegen, bis das ständig
wechselnde Verhältnis der Metalloxyde zur Kieselsäure derart wird, daß auf der Auskleidungsoberfläche
Verfestigung eintritt. Dann ist die gewünschte Umlagerung der Verbindungen erfolgt,
und die Erhärtung und Verfestigung ist der Endpunkt der Reaktion. Die zwischen dem
Silikastein und dem aufgebrachten feuerfesten Überzug gebildete chemische Bindung
oder Sinterbindung schließt die Chromite und - Spinelle des aufgesprühten Zementmaterials
ein.
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Ein Chromerz, das als Grundlage für die Herstellung der Überzugsmassen
verwendet werden kann, besitzt beispielsweise folgende Zusammensetzung: Beispiel
1
| Cr2 03 ....................... 44,5% |
| FeO ....................... 25,4% |
| Mg 0 ....................... 10,611/o |
| A12 03 . ..................... 14,611/o |
| Sonstige Bestandteile ........ 4,9% |
Bei der Bildung eines Spinells mit 44,5 Teilen Cr.
0, werden 20,9 Teile des
Fe 0 gebunden, während 4,5 Teile freies Fe 0 verbleiben.
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Der Überschuß an freiem Eisenoxyd liegt innerhalb des gewünschten
Überschußbereiches von 4 bis 6%, so daß kein Eisenoxyd mehr zugegeben werden muß.
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Ein anderes Beispiel ist folgendes: Beispiel 2
| Cr. 03 ...................... 45,4% |
| Fe o ....................... 15,10/0 |
| Mg 0 ....................... 13,6% |
| A12 03 ...................... 13,811/o |
| Sonstige Bestandteile ........ 12,1% |
Die Bildung eines Chromspinells mit 45,4 Teilei Cr. 03 erfordert 21,4 Teile Fe O.
Zur Bildung des Spinells fehlen daher 6,3 Teile Fe0, und freies Eisenoxyd ist nicht
vorhanden. Eine Überzugsmasse, die unter Verwendung dieses Chromerzes hergestellt
wird, erfordert zunächst die Zugabe von 6,3 Teilen FeO für die Spinellbildung. Außerdem
sind weitere 4 bis 6 Teile Fe0 notwendig, um den Gehalt an freiem Fe0 zu gewährleisten.
Insgesamt ist also ein Zusatz von 10,3 bis 12,3 Teilen Fe0 erforderlich.
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Ein Chromerz kann naturgemäß wechselnder Zusammensetzung sein, und
in ,dem Erz des Beispiels 1 können die Gehalte an Metalloxyden unter Vernachlässigung
des
vorhandenen, S'02 ungefähr in folgenden prozentualen Bereichen liegen:
| Cr203 ................. 25 bis 50% |
| Fe0 ................... -. 1'0 bis 25% |
| A1203 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 bis 26 % |
| MgO .................. 5 bis 20% |
Das feuerfeste Chromerzgrundmaterial soll vor jedem Ansatz möglich fein pulverisiert
werden. Die Teilchengrößen eines geeigneten Materials sind z. B. die folgenden: