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Verfahren zur Herstellung haltbarer Blaslanzen für Sauerstoff-Schmelzprozesse
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lierungswirkung besitzt, verhindert die anhaftende Schlacke das Schmelzen des Lanzenmaterials und der alitierten Überzugsschicht und unterbricht gleichzeitig die Wärmeübertragung auf die Innenfläche der
Blaslanze, so dass die Temperatur der inneren Teile der Lanze herabgesetzt und damit auch eine plötzli- che Verzunderung und Abbrennen durch Kontakt der Lanzeninnenwand mit dem Sauerstoffgas bei hohen
Temperaturen vermindert wird. Wenn hingegen die Schlacke nicht an der Aussenfläche der Lanze haftet, gelangt diese in direkten Kontakt mit dem geschmolzenen Stahl, wobei die Verzunderung an der Innen- wand und das Abbrennen unter gewissen Umständen beschleunigt werden, obwohl die Innenfläche durch den Sauerstoff gekühlt wird.
Gleichzeitig besteht die Gefahr eines Schmelzens des Lanzenmaterials und der aufgebrachten alitierten Schicht.
4. Die Haltbarkeit der alitierten Schicht steigt normalerweise mit ihrem Gehalt an Aluminium, wo- bei jedoch gleichzeitig der Schmelzpunkt allmählich sinkt. Unter den Betriebsbedingungen wird daher, wenn der Aluminiumgehalt eine gewisse Grenze überschreitet, der Schmelzpunkt der alitierten Schicht der Temperatur an der Innenseite der Lanzenspitze während des Betriebes gleichkommen oder tiefer sein und die alitierte Schicht beginnt zu schmelzen. Die Haltbarkeit einer mit alitierter Schicht versehenen Blaslanze ist daher von sich aus begrenzt und kann unmöglich noch weiter erhöht werden.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Blaslanzen, welche keinen der vorerwähnten Nachteile aufweisen und wodurch die Haltbarkeit der alitierten Stahllanzen auf das 2- bis 3fache erhöht wird.
Erfindungsgemäss werden zuerst die Weichstahlblaslanzenrohre mit verdünnter Schwefelsäure oder einem andern Beizmittel abgebeizt und vollkommen entzundert. Sodann werden die gebeizten Rohre in der Retorte mit dem Eisen-Aluminiumlegierungspulver oder einem Gemisch aus Aluminium- und Tonerdepulver in Berührung gebracht. In diesem Falle ist es notwendig, dass der Aluminiumgehalt des Legierungspulvers in einem Bereich von 20 bis 450/0 liegt und dass das ganze Pulver durch ein Sieb mit 325 Ma- schen/cnr hindurchgeht. Gleichzeitig wird Ammoniumchlorid in einer Menge von weniger als 2% der Gesamtmenge des Legierungspulvers zugesetzt und gut vermischt.
Hierauf wird die Hitzebehandlung bei einerTemperatur im Bereich von 950 bis 1100 C 6-20 h lang, je nach der Stärke des erforderlichen Überzuges, durchgeführt. Es kann eine alitierte Schicht auf diesen Rohren, deren Stärke zwischen 0, 2 und 1 mm schwanken kann, erhalten werden.
Anschliessend werden die so alitierten Rohre gleichmässig an ihrer inneren und äusseren Oberfläche mit besonders zusammengesetzten, hitzefeste Materialien überzogen. Der äussere und der innere Überzug werden wie folgt hergestellt :
1. Äusserer Überzug der Lanze : Man bildet ein Gemisch von 30 Teilen eines feinteiligen Pulvers im Bereich von etwa 3280 bis 9150 Siebmaschenfcnr aus Silikaten oder hitzefesten Materialien, wie Mullit, Spinell, Forsterit, Kaolin oder Agalmatolit, und 70 - 30 Teilen grobkörnigem Quarz von etwa 900 bis 3280 Siebmaschen/cm. 100 Teile dieses Gemisches werden mit 20-30 Teilen Natrium-oder Kaliumsilikat als Bindemittel versetzt und gut vermischt. Sodann wird diese Aufschlämmung gleichmässig auf die Aussenfläche der Lanze in einer Stärke von 0, 3 bis 2 mm aufgetragen und luftgetrocknet.
2. Innerer Überzug der Lanze : Man bildet ein Gemisch von 30 bis 70 Teilen eines grobkörnigen
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wie Kaolin, Gaerome-Ton als Mahlzusatz, 10 - 30 Teilen Natrium- oder Kaliumsilikat als Bindemittel, 10-30 Teilen Wasser, um die Mischung flüssiger zu machen, und 1 - 10 Teilen Graphit-, Siliciumcarbid-oder Metallpulver zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit versetzt und innig vermischt. Sodann wird diese Aufschlämmung gleichmässig auf die Innenfläche der Lanze aufgetragen und luftgetrocknet.
Gaerome-Ton ist eine besondere Art von Ton, welche in Japan in der Keramikindustrie verwendet wird und aus Kaolin, welcher Quarzsand enthält, besteht. Nach dem Auftragen der Schichten werden diese in Heissluft bei 50-1000C mehrere Stunden lang weiter getrocknet.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Blaslanze darstellt, welche an der Aussen- und an der Innenseite mit dem erfindungsgemässen hitzebeständigen Überzug versehen ist, Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die gleiche Blaslanze.
Gemäss vorliegender Erfindung wird eine Weichstahlblaslanze alitiert und werden auf das Rohr 1, wie oben beschrieben, die weiteren Schutzschichten auf der Aussen- und Innenfläche aufgebracht. In der
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Zeichnung bedeutet 1 das Grundmetall, 2 und 3 die alitierten Schichten, 4 den Innenüberzug und 5 den Aussenüberzug.
Bei der Verwendung einer solchen Blaslanze zum Sauerstoffblasen in einem Martin- oder Elektroofen wird die Aussenseite des Rohres von ihrer Spitze her immer mehr von dem geschmolzenen Stahl, der geschmolzenen Schlacke sowie den Ofengasen umgeben ; gleichzeitig wird die Innenseite durch Wärmeüber- tragung aus dem äusseren Teil auf eine hohe Temperatur erhitzt, während gasförmiger Sauerstoff von grosser Reinheit mit hoher Geschwindigkeit durch das Rohr strömt. Die Betriebsbedingungen an der Aussen- und der Innenfläche der Blaslanze sind daher beträchtlich voneinander verschieden. Gemäss der Erfindung sind zwei verschiedene Arten von hitzebeständigen Überzügen mit deutlich unterschiedbaren Eigenschaf- ten an der Innen- bzw. Aussenseite der Blaslanze vorgesehen.
Die aussen aufgebrachte hitzebeständige
Schicht besitzt eine sehr hohe Hitzebeständigkeit, einen sehr hohen Schmelzpunkt und grosse Haftfestig- keit, so dass auch heftiger Temperaturwechsel keine Sprünge oder Absplittern hervorruft, und weist ausser- dem eine grosseAffinität zu Herdofen-Qder Elektroofenschlacke auf, so dass eine grössere Menge Schlacke daran haften bleibt und dabei die Wärmeisolierungswirkung der Schicht noch erhöht.
Im Verlauf des
Schmelzprozesses haftet immer mehr Schlacke an der Aussenseite der mit dem Überzug versehenen Blaslanze, wodurch zufolge der kombinierten Wirkung der anhaftenden Schlacke und des wärmeisolierenden Überzuges die Wärmeübertragung von aussen verzögert und damit die Temperaturerhöhung an der Innenseite der Lanze auf ein Minimum herabgesetzt wird, was sich günstig in der Unterdrückung der heftigen chemischen Reaktion zwischen dem durchströmenden Sauerstoff und der Innenseite der Blaslanze auswirkt. Überdies wird durch die Verwendung vonsiliciumdioxyd von grösserer Korngrösse als derjenigen der andern hitzebeständigen Bestandteile der Schicht eine richtige Verteilung der Körner der hitzebeständigen Mischungsbestandteile erreicht und dadurch die Festigkeit der ganzen Schicht erhöht.
Infolgedessen sind bei der erfindungsgemässen Blaslanze ein Absplittern oder die Bildung von Sprüngen durch mechanischen Schock oder Reibung bei normaler Temperatur oder durch raschen Temperaturwechqel bei der Verwendung in einem Herdofen oder Elektroofenweitestgehend vermieden und auch beim Herausziehen der Blaslanze während des Betriebes splittert die Überzugsschicht samt der anhaftenden Schlacke nicht ab.
Die gemäss der Erfindung aufgebrachte innere Schicht besitzt ebenfalls sehr grosse Hitzebeständigkeit, hohen Schmelzpunkt und sehr grosse Haftfestigkeit, so dass Rissbildung und Absplittern bei raschem Temperaturwechsel vermieden sind. Sie besitzt weiters eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit und Oxydationsbeständigkeit, so dass die Kühlwirkung des rasch durch das Rohr strömenden Sauerstoffes nicht verringert wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Verzundern und Verbrennen der Lanze durch den Sauerstoff an der Innenwand der Blaslanze bei hoher Temperatur weitgehend gemildert wird.
Durch Verwendung der keramischen Stoffe des inneren Überzuges in den angegebenen Korngrössen wird die Festigkeit des Überzuges erhöht. Der hohe Reinheitsgrad von über 99 ? o für den einen Bestandteil wurde deshalb gewählt, weil die weniger reine Substanz eine geringere Wärmeleitfähigkeit besitzt und die Kühlwirkung des durchströmenden Sauerstoffes vermindert, so dass die Haltbarkeit der Blaslanze nachteilig beeinflusst wird.
Der Zusatz von Wasser unter Verminderung der Menge an Haftmittel erfolgt deshalb, weil durch überschüssiges Haftmittel nicht nur die Trocknungsgeschwindigkeit herabgesetzt wird, sondern auch während der Trocknung Sprünge im Überzug auftreten können und das im Überzug zurück- bleibende Kristallwasser auf hohe Temperatur erhitzt wird, so dass sich der Überzug plötzlich ausdehnt und durch den Sauerstoff weggeblasen und damit unwirksam wird. Diese Effekte werden vollständig dadurch vermieden, dass die Menge des Haftmittels nach Möglichkeit verringert und eine geeignete Menge W2sser zugesetzt wird ; dann tritt bei der Verwendung der Blaslanze in einem Martin- oder Elektroofen keine Beschädigung des Überzuges auf.
Der Zusatz geeigneter Mengen von Graphit, Siliciumcarbid oder Metallpulvern zu dem sonst fast ganz einheitlich zusammengesetzten Produkt erfolgt zu dem Zweck, eine bessere Wärmeleitfähigkeit des inneren Überzuges zu gewährleisten und die Kühlwirkung des Sauerstoffes auf die Innenfläche der Blaslanze noch zu verbessern, wodurch die Haltbarkeit erhöht wird.
Von Wichtigkeit ist auch die Massnahme, nach der normalen Trocknung der innen und aussen aufgebrachten keramischen Überzugsschichten eine Heisslufttrocknung vorzunehmen, weil anders eine genügende Festigkeit des Überzuges im getrockneten Zustand nicht erreicht werden kann.
In der nachstehenden Tabelle sind die Ergebnisse von Haltbarkeitsprüfungen bei einer erfindungsgemäss behandelten Blaslanze im Vergleich mit üblichen Blaslanzen wiedergegeben.
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Abbrand <SEP> Abbrand <SEP> Ha. <SEP> ltbarkeitsverhältnis <SEP>
<tb> 0/0 <SEP> mm/min
<tb> Weichstahlrohr <SEP> 100 <SEP> 400 <SEP> 1 <SEP>
<tb> Bekannte <SEP> Verfahrenalitiertes <SEP> Rohr <SEP> 30-20 <SEP> 60 <SEP> 3-5
<tb> Erfindung <SEP> Rohr <SEP> mit <SEP> Keramiküberzug <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 10
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Die in der Beschreibung gewählte Bezeichnung "Silikate oder feuerfeste Materialien" umfasst Mullit, Spinell, Forsterit, Talkum, Kaolin, Agalmatolit, Gaerome-Ton u. dgl, unter der Bezeichnung Oxyde,
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:Nitride : TiN, ZrN, CrN, Si3N4
Carbide : TiC, ZrC, Cr C , BeC, SiC, ThC ThC
Boride : TiB, TiB, ZrB, CrB, CrB.