DE102011079967A1 - Coated blast furnace stones - Google Patents
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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.The invention relates to a carbon brick for lining, in particular inner lining, of melting and reduction furnaces, in particular blast furnaces, which has a surface, wherein a portion of the surface provides a process side of the carbon stone, the normal use of the carbon stone with liquid metal, in particular pig iron, and or slag is brought into contact and the carbon brick has a carbon material containing body having a surface. The invention is characterized in that, for the provision of the process side of the carbon brick, a protective coating is applied to at least a region of the surface of the base body, which comprises or is formed from a ceramic covering coating reducing the wear.
Description
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.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. In particular, these melting and reduction furnaces blast furnaces for the production of pig iron.
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.For example. have 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.
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.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.
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.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.
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.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. By premature wear even only some of the carbon stones in the melting zone but the life of the entire melting and reduction furnace is limited, resulting in a premature end of the furnace travel and thus reduced furnace efficiency. Therefore, carbon blocks must have a long service life at all positions in the furnace where they are used - even in the area of the highly stressed melting zone.
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
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.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.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Kohlenstoffstein zur Innenauskleidung von Schmelz- und Reduktionsöfen vorzuschlagen, der eine erhöhte Verschleißbeständigkeit hat.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.
Aufgabe der Erfindung ist es ferner einen Schmelz- und Reduktionsofen mit verlängerter Standzeit vorzuschlagen.The object of the invention is also to propose a melting and reduction furnace with extended life.
Aufgabe der Erfindung ist es darüber hinaus ein Verfahren zur kostengünstigen Herzustellung eines verschleißbeständigen Kohlenstoffsteins zur Innenauskleidung von Schmelz- und Reduktionsöfen vorzuschlagen.The object of the invention is also to propose a method for the cost-effective production of a wear-resistant carbon stone for the inner lining of melting and reduction furnaces.
Die oben genannten Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1, 12 und 15 gelöst.The above objects are achieved by the features of
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.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.
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.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.
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. By providing a protective coating comprising a ceramic top coat, the carbon material of the base body, and thus the carbon stone, can be effectively and inexpensively protected from wear in the melting and reduction furnace.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the subclaims.
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.For the purposes of the present invention, 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.
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.For the purposes of the present invention, 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.
Unter Graphit wird im Sinne der vorliegenden Erfindung synthetischer Graphit oder Naturgraphit oder eine Mischung davon verstanden.Within the meaning of the present invention, graphite is understood as meaning synthetic graphite or natural graphite or a mixture thereof.
Wenn im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung von einem Hochofen die rede ist, soll ein Hochofen zur Herstellung von Roheisen verstanden wird.If in the context of the present patent application of a blast furnace is talking, a blast furnace for the production of pig iron is to be understood.
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 Arc Furnaces” (SAF) bezeichnet.However, there are also other melting and reduction furnaces which may be included in the invention. These may, for example, melting and reduction furnaces for the production of ferroalloys, such as ferro-silicon, ferro-manganese, ferro-chromium, ferro-nickel, special alloys (including FeV, FeNb, FeW, FeMo), and for the production of non-ferrous alloys such Calcium carbide and calcium silicon act. The aforementioned ovens, which are not blast furnaces, are also referred to as so-called "Submerged Arc Furnaces" (SAF).
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.According to a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the protective coating additionally comprises an intermediate coating arranged between the surface of the main body and the top coat, which has a thermal expansion in the temperature range from 20 ° C to at least 1600 ° C, which is between the thermal expansion of Body and the ceramic top coat is.
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.By this preferred embodiment, 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.
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. 3 × 10–6/K haben wohingegen bspw. Aluminiumoxid bei dieser Temperatur einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von ca. 8,5 × 10–6/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.Since a main body constructed essentially of carbon material usually 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 / For example, at 1000 ° C., carbon materials may have a thermal expansion coefficient of about 3 × 10 -6 / K, whereas, for example, aluminum oxide has a thermal expansion coefficient of about 8.5 × 10 -6 / K at this temperature In the case of a protective coating without an intermediate coating, high thermal stresses can occur during operation which can lead to cracking in the top coating and thus to its premature failure. In the present embodiment, the intermediate coating serves as a buffer between the divergent thermal expansion behavior of carbon body and topcoat.
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.By the preferred embodiment, it is also possible to produce an optimal connection of the protective effect against the wear of molten metal, in particular pig iron, and slag providing top coat and the body and also to select the material for the top coat optimally to the specific task of protection.
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
- Higher resistance to liquid metal, in particular pig iron,
- - higher resistance to alkalis,
- - higher stability against oxidizing atmosphere,
- - higher resistance to mechanical wear
- - less infiltration of liquid metal, in particular pig iron,
- Stronger formation of a "natural" protective layer of adherent metal, in particular pig iron, and / or slag
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
- - good connection to the surface of the body
- - good connection to the topcoat
- - Permanent applicability at temperatures up to at least 1600 ° C, ie, for example, no structural changes, no phase transitions
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.A further particularly preferred embodiment of the invention provides that the protective coating is formed only from the intermediate coating and the top coat, d. H. According to this embodiment, the protective coating comprises no further coatings than the intermediate coating and the topcoat. In this connection, provision is made in particular for the intermediate coating to be applied directly on the surface of the main body and the ceramic topcoat directly on the intermediate coating.
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.In principle, it would be possible to provide the entire surface of the base body with the protective coating. But this is not necessary and often not desired, since the protective coating on the one hand brings with it additional costs and on the other to surface sections where it is not needed, such as the top or the bottom of the carbon stone, where the stones for training the inner lining are stacked vertically, is more of a hindrance. A preferred development of the invention therefore provides that the carbon brick has the protective coating only in the region of its surface which provides the process side.
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.It is also conceivable that 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 subject 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.
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.If the carbon brick comprises a tap hole, a further preferred embodiment of the invention provides that the interior of the tap hole itself has the protective coating already described. In principle, it is conceivable for the intermediate coating to be formed by one or more intermediate layers. Furthermore, it is conceivable in principle that the ceramic cover coating is formed by a single or by a plurality of ceramic cover layers. In this context, various combinations are possible. Thus, it is possible that both the top coat and the intermediate coat are each formed of only a single coat. It is also conceivable that the intermediate coating of a single layer and the top coat are formed of several layers. Further, it is possible that the top coat is formed of a single layer and the intermediate coat of multiple layers. In addition, it can also be considered that both the top coat and the intermediate coat are each formed from several layers.
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 Keramikmateriali(en) oder Mischungen davon enthalten oder daraus gebildet sein.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. Further, the intermediate coating may contain or be formed from one or more metals or one or more oxidic or carbidic or more carbidic or boridic or more boridic or nitridic or more nitridic ceramic materials or mixtures thereof.
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.In this context, it is both possible that a cover layer of the top coat consists of a mixture of the above-mentioned materials as it is also possible, for example. In the case that 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.
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.The above considerations apply to the same extent for 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, can be provided that the intermediate coating is formed of a single or multiple metals.
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.Accordingly, it can be provided that at least one intermediate layer is formed from a single material and / or at least one cover layer is formed from a single material.
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.An exemplary and non-exhaustive list of possible concrete embodiments for 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 is formed from a single layer of aluminum nitride and the top coating is formed from a single layer of titanium carbide. 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.
Vorzugsweise hat die Deckbeschichtung eine Dicke im Bereich von 50 μm bis 1500 μm, bevorzugt 100 μm bis 1000 μm, besonders bevorzugt 400 μm bis 700 μm. Versuche haben gezeigt, dass ab Schichtdicken von mehr als 1500 μm 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 μm bereits ausreichenden Verschleißschutz bieten.Preferably, the topcoat has a thickness in the range of 50 microns to 1500 microns, preferably 100 microns to 1000 microns, more preferably 400 microns to 700 microns. Experiments have shown that from layer thicknesses of more than 1500 microns to thinner layer thicknesses no improvement in the protective effect more occurs, but rather a deterioration, since topcoats with such high layer thicknesses tend more to cracking than thinner. Furthermore, tests have shown that topcoats with layer thicknesses from 400 μm already provide sufficient wear protection.
Vorzugsweise hat die Zwischenbeschichtung eine Schichtdicke im Bereich von 10 μm bis 600 μm. Im Fall, dass die Zwischenbeschichtung aus mehreren Zwischenschichten besteht, können die einzelnen Zwischenschichten jeweils eine Schichtdicke im Bereich von 10 μm bis 200 μm haben.Preferably, the intermediate coating has a layer thickness in the range of 10 .mu.m to 600 .mu.m. In the case that the intermediate coating consists of several intermediate layers, the individual intermediate layers can each have a layer thickness in the range of 10 .mu.m to 200 .mu.m.
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.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. Further, in addition to the carbon material, 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. As ceramic constituents, for example, one or more oxidic (s), one or more carbidic (s), one or more nitridic (s), one or more boride (s) ceramic material (s), or mixtures of several of the aforementioned materials are possible.
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.In accordance with a further aspect of the invention, 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, is proposed. 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. According to the further aspect of the invention, it is proposed that 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.
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.In the area of the tap hole, liquid pig iron and / or slag is tapped off and exits from the so-called cold side of the furnace from the melting and reduction furnace designed as a blast furnace. As a result, the cold side of the furnace comes in contact with the liquid pig iron and / or the slag in the region of the taphole, whereby the carbon blocks arranged in this region come into contact with the liquid pig iron and / or the slag on the cold side. In order to reduce the resulting wear on the cold side, 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. According to this embodiment, the furnace therefore has a plurality of carbon stones according to the invention, of which at least one with its coated process side provides the inside of the furnace and at least one with its coated process side the outside of the furnace.
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.According to an alternative embodiment to the above-mentioned embodiment, at least one carbon brick, in addition to the coating on the process side, at least partially has a protective coating on a cold side of its surface opposite the process side, and in that the at least one carbon brick is arranged in the region of the taphole, the coated process side faces inside 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. Preferably, in this case the protective coating forming part of the outside of the furnace is the same as the one Protective coating of the carbon brick of the process side built up.
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
- – Aufrauen 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.
- Preparation of a mixture containing a plurality of constituents selected from the group of anthracites, cokes, graphites, metallic or ceramic additives, binders from the group of tars, pitches, bitumen,
- Shaping the mixture to obtain a green body,
- Firing and optionally subsequently impregnating and / or graphitizing the green body to obtain a carbon body,
- - Machining the carbon body to obtain a body of carbon with a surface
- Roughening the surface of the base body at least in the section intended to provide a later process side of the carbon stone,
- Applying a protective coating to at least a portion of the roughened surface.
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.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.
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 (TiO2) oder Aluminiumoxid (Al2O3) 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.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 (TiO 2 ) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or aluminum silicates. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, 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.
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.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.
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.In this context, it is, for example, conceivable that 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.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen dieThe invention will be explained below with reference to two drawings. It show the
Die
Der dargestellte Kohlenstoffstein
Vorliegend sind die Zwischenbeschichtung
Die Zwischenbeschichtung
Vorliegend sind die Zwischenbeschichtung
Vorliegend ist der Grundkörper
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Kohlenstoffstein nur in dem die Prozessseite
Die
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
Ferner ist im Bereich der beiden Abstichlöcher
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
| R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20140318 |