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Basische, feuerfeste Steine
Die Erfindung betrifft basische, feuerfeste Steine, die in ungebranntem Zustand verwendet werden können und aus Mischungen von totgebrannter Magnesia, unter welchem Begriff auch Schmelzmagnesia verstanden werden soll, und Chromerz hergestellt sind.
Die Erfindung zielt darauf ab, die Widerstandsfähigkeit von solchen Steinen gegen Spalling und gegen die sich unter dem Einfluss von auf sie während des Ofenbetriebes einwirkenden Kräften ergebenden Zerstörungen, die ansonst auf Grund von während der Verwendung der Steine in deren Innerem auftretenden Sprüngen bzw. Rissen ein Absplittern von grossen Teilen der Steine an der heissen Steinfläche bewirken, zu ver- bessern.
Ferner zielt die Erfindung darauf ab, die Widerstandsfähigkeit von solchen Steinen gegen die Bildung von in ihrem Inneren in der Nähe der heissen Steinfläche auftretenden Rissen, welche auf eine Wanderung von Silikatverunreinigungen von der heissen Steinfläche her in das Innere der Steine mit einer anschliessenden Anhäufung in der Steinzone, in der innere Sprünge auftreten, zurückzuführen sind, zu erhöhen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung von Steinen, welche eine innere Struktur aufweisen, die sie befähigt, die sich auf Grund der Wanderung der Silikate ergebenden Wirkungen mit einem Minimum 'an in ihrem Inneren auftretenden Sprüngen bzw. Rissen zu ertragen ; dieses Ziel wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Korngrösse des Steinmaterials so eingeregelt wird, dass in dem Teil der'Steine, welcher gegen Rissbildung besonders empfindlich ist, ein niedriger Young-Modul vorliegt.
Die Erfindung bezweckt weiters die Her-
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feuerfesten Steinen mit einem verbesserten Widerstand gegen Rissbildung, welche aus Chromerz, totgebrannter'Magnesia und einem Bindemittel bestehen und bei welchen gröbere Körnungen und feinere Körnungen vorliegen.
Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht in. der Schaffung von basischen, feuerfesten Steinen der oben erwähnten Type, in welchen die ausser den Chromerzteilchen vorliegenden gröberen Körnungen im wesentlichen zur Gänze aus Magnesiateilchen bestehen.
Einen anderen Gegenstand der Erfindung bilden feuerfeste Steine, welche gegen die kombinierte Einwirkung von eindringenden Silikaten, die in Chromerz und Magnesia enthaltenden Steinen zur Rissbildung Anlass geben, widerstandsfähig sind und gleichzeitig einen geeigneten Gehalt an Magnesia aufweisen, der sie befähigt, mit durch das Steinmaterial während des Ofenbetriebes aufgenommenen Eisenoxyd Magnesiaferrit-Spinell zu bilden, so dass ein feuerfester Stein vorliegt, der Eisenoxyd in hohem Masse absorbieren kann und dennoch sowohl gegen ein Schmelzen bei den höchsten während des Ofenbetriebes auftretenden Temperaturen, als auch gegen eine Bildung von eine Zerstörung herbeiführenden Rissen widerstandsfähig ist.
Schliesslich zielt die Erfindung auch noch darauf ab, feuerfeste Steine zu schaffen, welche in ihrem Inneren und/oder an den Aussenflächen mitverformte Metallbewehrungen auf- weisen, wie dies z. B. in der amerikanischen Patentschrift'2, 652. 793 (Refractory Furnace Roof Brick Resistantto Spalling) beschrieben ist.
-. In den beiliegenden Zeichnungen, die Kurven darstellen, ist als Ordinate der YoungModul (mit- 106 zu multiplizieren) in psi (pound per square inch) und als Abszisse der Durchschnittsabstand von der heissen Steinfläche in Zoll aufgetragen. Alle im folgenden angegebenen Siebzahlen beziehen sich auf den amerikanischen Tyler-Siebsatz.
Den Gegenstand der Erfindung bilden nun feuerfeste Steine, die ohne Brennen verwendet werden können, aus einer Mischung von feuerfestem Material auf der Grundlage von grobkörnigeren Chromerzteilchen und grobkörni- geren und feinkörnigeren Teilchen aus ge :
' brantKer Magnesia, mit einem'Zusatz an
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Bindemitteln, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass das feuerfeste Material, das aus den grobkörnigeren Chromerzteilchen, grobkörnigeren und feinkörnigeren Magnesiateilchen aufgebaut ist, praktisch von Teilchen einer dazwischenliegenden mittleren Korngrösse frei ist, wobei der Anteil an Grobkorn 65 bis 90
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festen Materials ausmacht und ferner mehr als 90 % des Grobkorns eine Korngrösse von über 0, 589 mm (28 Maschen/Zoll) besitzen und das Feinkorn in einer Korngrösse von unter 0, 295 mm (48 Maschen/Zoll) vorliegt und im wesentlichen von Chromerz frei ist, wogegen das Grobkorn über 10 Gew. %, bezogen auf das feuerfeste Material, an Chromerz enthält.
Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung können die Steine in der Weise aufgebaut sein, dass der Grobkornanteil von über 0, 589 mm (28 Maschen/Zoll) 65 bis 75 Gew. 0/"der feuerfesten Teilchen beträgt und 30 bis 80 Gew. % des Grobkornes aus Chromerz einer Korngrösse von über 2, 362 mm (8 Maschen/Zoll) bestehen und die Feinkornteilchen, die in einer Korngrösse von unter 0, 295 mm vorliegen (48 Maschen/Zoll), 25 bis 35 Gew. % des Steines ausmachen.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass die Grobkornteilchen eine solche Korngrösse besitzen, dass mehr als 90 Gew. % von ihnen eine Korngrösse von über 0, 589 mm (28 Maschen/Zoll) und mehr als 40 Gew. /, eine Korngrösse von über 2, 362 mm (8 Maschen/Zoll) aufweisen, wobei die Grobkornteilchen 65 bis 90 Gew. % und die Feinkornteilchen 10 bis 25 Gew. % des feuerfesten Materials ausmachen und 10 bis 40 Gew. % des feuerfesten Materials aus grobkörnigen Chromerzteilchen bestehen.
Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich zunächst auf die an erster Stelle genannte Ausführungsform der Erfindung. Die an zweiter Stelle erwähnte Ausführungsform wird dann im Anschluss an die erste näher erläutert.
Basische feuerfeste Steine, die aus einer Mischung von totgebrannter Magnesia oder Schmelzmagnesia, welche mitunter auch als Periklas bezeichnet werden und im folgenden totgebrannte bzw. gebrannte Magnesia genannt werden, und Chromerz aufgebaut sind, werden für die Zustellung von metallurgischen und andern Ofen und insbesondere für den Aufbau von Decken, Wänden, Herden, Schächten und andern Teilen von SiemensMartin-Ofen in grossem Umfang verwendet.
Solche Steine können vor ihrer Verwendung in Ofen gebrannt werden oder sie können auch, wenn eine geeignete chemische Bindung vorgesehen ist, welche die gewünschten physi-
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ohne vorheriges Brennen verwendet werden.
Gebrannte feuerfeste Steine dieser Art sind in der österr. Patentschrift Nr. 144. 314 be- schrieben. Ihre Herstellung erfolgt in der
Weise, dass eine Mischung von etwa 70 Ge- wichtsteilen pulverisiertem, etwa 18 % CaO enthaltendem Magnesiaklinker, dessen Teil- chengrösse 1 mm nicht übersteigt, mit unge- fähr 30 Gewichtsteilen pulverisiertem Chrom- erz einer Korngrösse zwischen 1 mm und et- wa 2, 5 mm nach Zusatz eines Bindemittels zu Steinen verformt wird und die Steine ge- trocknet und gebrannt werden.
Bei einer Aus- führungsform des Verfahrens zur Herstellung dieser Steine wird eine Mischung verwendet, die 30 % grobkörnigere Chromerzteilchen und
30 % Magnesiateilchen einer Korngrösse von etwa 1 bis 2 mm, 20 % feinkörnigere Ma- gnesiateilchen einer Korngrösse von 0 bis
0, 30 mm und 20 % Magnesiateilchen mit ei- ner dazwischenliegenden Korngrösse von 0, 3 bis 1 mm enthält. Bei diesem bekannten Ver- fahren soll entweder von vornherein ein Ma- gnesiaklinker mit einem Kalkgehalt von et- wa 18 0, le verwendet werden oder dieser Kalk- gehalt soll im Falle der Verwendung von kalkärmeren Magnesiten durch Zuschläge ein- gestellt werden. Auf diese Weise hergestellte
Steine besitzen jedoch einen übermässigen
Gehalt an Kalk, der sich nachteilig auswirkt.
Ungebrannte feuerfeste Materialien dieser
Art sind in den amerikanischen Patentschriften
2, 443. 424 und 2, 087. 107 beschrieben. Aus der amerikanischen Patentschrift 2, 289. 911 sind ferner ungebrannte Steine mit metallischen
Aussenplatten, die bei der Herstellung der
Steine mitverformt wurden, bekannt. Diese
Steine haben sich in vielen Fällen gegen
Spalling als widerstandsfähiger erwiesen als gebrannte Steine. Solche mit Metallbewehrung versehene Steine werden für die Zustellung von Ofenwänden, Decken und Schächten ver- wendet und sind insbesondere für den Aufbau von sogenannten Hängekonstruktionen gut ge- eignet.
Es wurde nun festgestellt, dass insbesondere im Falle von Deckenkonstruktionen die ver- wendeten Steine eine Neigung zur Ausbildung von Sprüngen in ihrem Inneren parallel zur heissen Fläche der Decke und etwa in einem
Abstand von 1 oder 2 Zoll (2, 54 oder 5, 08 cm) von der heissen Fläche besitzen. Diese Risse bewirken ein selbsttätiges Ablösen des er- hitzten Endes von den Steinen und tragen daher stark zur Zerstörung der Steine bei.
Es wurde ferner festgestellt, dass durch Mit- verformen von metallischen Innenplatten, die senkrecht zur heissen Steinfläche verlaufen,
Steine erhalten werden, deren Neigung zur
Rissbildung sehr gering ist ; doch selbst bei dieser verbesserten Ausführungsform erfolgt emmer noch in einer Entfernung von 1 oder
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2 Zoll (2, 54 oder 5, 08 cm) von der heissen Steinfläche ein Auftreten von Rissen.
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Faktoren zu dieser Rissbildung beiträgt und es kann dafür, ohne dass die vorliegende Erfindung sich auf die Gültigkeit dieser Theorie gründet, die folgende wahrscheinliche Er. klärung gegeben werden :
Einer der Gründe für die Zerstörung der Steine dürfte der Temperaturwechsel sein, der während des Ofenbetriebes bei jedem Er- hitten auftritt.
Ein. weiterer Grund liegt wahrscheinlich in den bei der heissen Steinfläche durch Anhäufung von Eisenoxyd, das sich an den Steinen absetzt und von der Ofenbeschickung stammt, hervorgerufenen änderngen in struktureller Hinsicht. Die Wanderung der Silikate von der heissen Steinfläche gegen die Zone der Rissbildung zu trägt noch weiter zur Zerstörung der Steine bei.
Zur Verringerung der Auswirkungen des Temperaturwechsels muss der Ofenbetrieb so eingeregelt werden, dass die Temperatur- änderungen gering werden ; die Temperatur- änderungen können aber sehr selten, und ins. besondere nicht in einem Siemens-Martin* Ofen, in welchem kalte Beschickungsmaterialien verwendet werden, ausgeschaltet werden.
Es ist daher von wesentlicher Bedeutung, in den feuerfesten Steinen eine Verträglichkeit gegen Temperaturwechsel zu entwickeln.
Um die Nachteile, die sich durch die Anhäufung von Eisenoxyd ergeben, zu beseitigen, ist ein Stein mit erhöhter Widerstands. fähigkeit gegen Bursting durch Eisenoxyd hergestellt worden, der aus einer Mischung von gröberen Körnungen aus Chromerz und feineren Körnungen aus Magnesia aufgebaut ist, wobei die feineren Körnungen frei von Chromerz sind und die Mischung keine Körnung mit dazwischenliegenden Korngrössen aufweist, wie dies in der oben angeführten amerikanischen Patentschrift 2, 087. 107 beschrieben ist.
Zur Verringerung der sich auf Grund der Wanderung der Silikate ergebenden Nach. teile werden für die Herstellung der Steine Materialien verwendet, welche nur geringe Mengen an Kieselsäure enthalten, und ferner wird in manchen Fällen in dem Stein ein gewisses Kalk-Kieselsäure-Verhältnis eingestellt, um die Bildung von Monticellit, der eine Neigung zur Wanderung besitzt, zu verhindern. Die Einregelung der chemischen Zu. sammensetzung der Steine bringt jedoch keinen allzu grossen Erfolg mit sich, da während des Ofenbetriebes bzw. während der Heizperiode Schlackentröpfchen gegen das feuerfeste Material geschleudert werden. Trotz des Umstandes, dass es sich um einen Ofen mit basischer Schlacke handelt, erfolgt die Erhitzung noch während der Bildung der Schlacke und das auf dem feuerfesten Material abgelagerte Material ist wahrscheinlich verhältnismässig sauer.
Es wurde festgestellt, dass die von den Steinen aufgenommene Schlacke ein Kalk-Kieselsäure-Verhältnis von etwa l : l aufweist. Wenn diese Schlacke von den Stei. nen absorbiert wird, verursacht sie eine starke Silikatanhäufung in einer Zone, die etwa 1 bis 2 Zoll (2, 54 bis 5, 08 cm von der heissen Steinfläche entfernt ist. Ein Stein, der in ei'- nem Siemens-Martin-Ofen verwendet worden ist, zeigt in bezug auf die Schlackenwanderung und die Aufnahme an Schlacke etwa fol, gende Werte :
Millimeter hinter d.
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<tb>
<tb>
Zone <SEP> heissen <SEP> Steinfläche <SEP> SlO <SEP> % <SEP> CaO <SEP> %
<tb> A <SEP> Q-30 <SEP> 7, <SEP> 9 <SEP> 4, <SEP> 2 <SEP>
<tb> B <SEP> 31- <SEP> 60 <SEP> 10, <SEP> 5 <SEP> 4, <SEP> 7 <SEP>
<tb> C <SEP> 6180 <SEP> 7, <SEP> 7 <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP>
<tb> D <SEP> 8. <SEP> 1-135 <SEP> *) <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 6 <SEP>
<tb>
*) unveränderter Stein.
Aus diesen Werten geht hervor, dass Versuche, die Wirkung der Silikatwanderung durch Verwendung von sorgfältig augewählten Rohmaterialien zu beseitigen, nur einen beschränkten Erfolg zeitigten. Ferner sind ausgewählte Rohmaterialien teuer und in besonderen Fällen schwer erhältlich.
Es wurde nun festgestellt, dass die Widerstandsfähigkeit von basischen, feuerfesten Steinen gegen Rissbildung in einer Entfernung von etwa 1 oder 2 Zoll (2, 54 oder 5, 08 cm) von der heissen Steinfläche durch Anwendung einer inneren Struktur der Steine, welche gegen die Wirkungen der Schlackenwanderung weniger empfindlich ist, erhöht werden kann.
Es ist auf diese Weise möglich, gewöhnliches Chromerz und totgebrannte Magnesia zu verwenden und eine viel bessere Widerstandsfähigkeit gegen die Aufnahme von Silikatschlacken zu erreichen. Dieser Vorteil ist insbesondere für den Fall von Bedeutung, wenn ungebrannte, basische, feuerfeste Steine verwendet werden und im besonderen Masse dann, wenn mitverformte Stahl- bzw. Metallbe- wehrungen, die entweder im Inneren der Steine oder aussen oder sowohl innen als auch aussen angeordnet sind, vorhanden sind.
Zur Illustration des gemäss der vorliegenden Erfindung erhaltenen besseren Ergebnisses sollen zuerst die Eigenschaften eines basischen, feuerfesten Steines der Type, wie sie in der amerikanischen Patentschrift 2, 087. 107, die bereits oben erwähnt wurde, beschrieben ist, erläutert werden.
In einem typischen Fall kann das für die Herstellung des feuerfesten Satzes verwendeten Material aus einer Mi, schung von 70 Gewichtsteilen philippinischem Chromerz, dessen Körnungen durch ein Sieb mit. 6 Maschen/Zoll (lichte Maschen. weite 3, 327 mm) hindurchgehen und auf eiikem Sieb mit 20 Maschen/Zoll (lichte Ma-
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schenweite 0, 833 mm) zurückbleiben, 30 Gewichtsteilen totgebranntem österreichischem Magnesit in Form von feinen Körnungen, die durch ein Sieb mit 48 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 0, 295 mm) hindurchgehen, einem Gewichtsteil Kaolin, 1, 1 Gewichtsteilen Schwefelsäure und 2, 7 Gewichtsteilen Wasser aufgebaut werden. Die Mischung kann dann unter einem Druck von etwa 1054, 61 kg/cm2 verformt werden.
Ein auf diese Weise erhaltener Stein zeigt nach einer Behandlung mit Kohlendioxyd, wie dies in der amerikanischen Patentschrift 2, 547. 323 beschrieben ist, und Trocknen bei 1100 C typischerweise einem Bruchmodul von 140, 61 kg/cm2 und einen Young-Modul von 0, 56 x 106 kg/cm2..
Zur Bestimmung der Eigenschaften solcher Steine bei der Verwendung in Ofendecken oder Ofenwänden, wo ein Temperaturabfall auftritt, wurden diese Steine in einen Behälter eingebracht, wobei Steine einer Grösse von 9x4, 5x3 Zoll (22, 86x11, 43x7, 62 cm) in der ersten Reihe verwendet wurden. Der Behälter wurde in einem Ofen von der Art gemäss dem A. S. T. M. Spalling-Test C-38-49 24 Stunden lang bei 16500 C erhitzt, wie dies in A. S. T. M.
C 122-47 und C 38-49 beschrieben ist. Nach Beendigung des Erhitzens wurde der Ofen durch Abschalten der Brennstoffzufuhr gekühlt und die Steine wurden an Ort und Stelle abkühlen gelassen. Der Kühlbehälter wurde dann abgezogen und die einzelnen Steine wurden herausgenommen. Hierauf wurde der Teststein mit Hilfe einer senkrecht quer zur Längsachse des Steines angeordneten Schneidevorrichtung, die an fünf voneinander in einem Abstand von 1 Zoll (2, 54 cm) befindlichen Stellen und in einem Abstand von 1 Zoll (2, 54 cm) von der heissen Steinfläche angesetzt wurde, in Stücke einer Grösse von 4, 5x3 Zoll (11, 43x7, 62 cm) geteilt.
Der Schneidvorgang wurde dann mit weiteren Steinen wiederholt, wobei die Schneidvorrichtung so angeordnet war, dass fünf Stücke von der beim ersten Versuch erhaltenen Art gebildet wurden, jedoch mit der Abweichung, dass beim ersten Schnitt ein Stück mit der halben Dicke bei der heissen Steinfläche vorlag und dieses Stück verworfen wurde und die nächsten fünf Stücke in einem Abstand von 1 Zoll (2, 54 cm) voneinander lagen.
Auf diese Weise wurden 10 Stücke erhalten, von welchen jedes eine Grösse von 4, 5 x 3 x 7/8 Zoll, d. s. 11, 43x7, 62x2, 22 cm (für die
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und wobei der durchschnittliche Abstand jedes Stückes von der heissen Steinfläche serienweise von 1, 77 cm bis auf 12, 7 cm bei bei einer Steigerung der jeweiligen Entfernung um 1, 77 cm anstieg.
Der Young-Modul (E) von jedem dieser Segmente wurde nach der üblichen Schallmethode bestimmt.
In Fig. 1 zeigt die Kurve A die erhaltenen Ergebnisse, wobei die Werte des Young-Moduls (die mit 106 zu multiplizieren sind) als Ordinate gegen den Durchschnittsabstand von der heissen Steinfläche als Abszisse aufgetragen sind. Der Gesamtgehalt in Gew. % an grobkörnigen Teilchen betrug etwa 70 % und der Prozentgehalt an feinen Teilchen, die durch ein Sieb mit 48 Maschen/Zoll hin-
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bestanden zu 100 Gew. % aus Chromerz.
Aus Kurve A ist ersichtlich, dass durch die Einwirkung von Hitze auf die ungebrannten Steine eine Änderung der chemischen Bindung. die ursprünglich durch Schwefelsäure, Kohlendioxyd und Feuchtigkeit gebildet war, hervorgerufen wurde. Die Steine zeigen in der kälteren Zone in einem Abstand von etwa 11, 43 cm (4, 5 Zoll) von der heissen Steinfläche einen Young-Modul von etwa 0, 038.
106 kg/cm2 (0, 54. 106 psi), ein Modul, der durchaus zufriedenstellend ist. An der äussersten heissen Fläche besitzen die Steine einen ähnlichen niedrigen Young-Modul, jedoch in dem dazwischenliegenden Bereich 20 erfolgt ein starker Anstieg der E-Werte gerade hinter der heissen Steinfläche auf nahe- -zu 0, 42. 106 kg/cm2 (6, 106 psi).
Es wurde nun festgestellt, dass es möglich ist, den Anstieg des Young-Moduls in der Zone, die sich 1 Zoll bis 2 Zoll (2, 54 bis 5, 08 cm) von der heissen Steinfläche entfernt befindet, unabhängig von dem Kieselsäuregehalt der Steine zu verringern. Dieses Ergebnis wird nicht durch Verringerung des Kieselsäuregehaltes in der angeführten Zone, sondern durch Wahl einer Struktur in dem Stein erreicht, durch welche die nachteiligen Wirkungen, die sich bei der Silikatwanderung ergeben, aufgehoben werden.
Statt grobkörnige Chromerzteilchen zu verwenden, die durch ein Sieb mit 6 Maschen/ Zoll (lichte Maschenweite 3, 327 mm) hindurchgehen, wie dies bei dem in Kurve A erfassten Stein der Fall ist, werden zu diesem Zweck Chromerzteilchen verwendet, die zu gross sind, um durch ein Sieb mit 6 Maschen/ Zoll (lichte Maschenweite 3, 327 mm) hindurchzugehen, z. B. Körnungen, die einen Durchmesser von 3, 3 mm haben. Diese Körnungen sollen zweckmässig in bezug auf ihre Grösse möglichst gleich sein und sollen z. B. klein genug sein, um durch ein Sieb mit 4 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 4, 699 mm) hindurchzugehen, d. h. sie sollen kleiner als etwa 4, 7 mm sein.
Bei Verwendung von
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körnungen einer Korngrösse von unter 6 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 3, 327 mm), die nach Korngrössen bis zu einer Grösse von 20 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 0,833 mm) klassiert sind, die Verteilung des Porenraumes in den Steinen, in welche die Silikate eindringen können, günstiger und in der in Betracht gezogenen Zone erfolgt nur ein geringer Anstieg des Young-Moduls.
Die besten Werte in bezug auf den YoungModul können bei Verwendung einer Mischung erhalten werden, die grobkörnige Magnesiateilchen, die zweckmässig eine Korngrösse von unter 4 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 4, 699 mm) besitzen, und grobkörnige Chromerzteilchen einer Korngrösse von über 6 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 3, 327 mm). enthält. Durch. Erhöhung, des Gehaltes an Magnesia sinkt das Maximum des Young-Moduls ab, wie dies in Fig. 1 aus Kurve B und in Fig. 2 aus den Kurven C und D ersichtlich ist. In den feuerfesten Steinen, die der oben beschriebenen Prüfung unterzogen wurden. und die als Grundlage für den Erhalt der Kurven B, C und D dienten, machten die grobkörnigen Teilchen 70 Gew.
% der Masse aus. In Kurve B betrug der Anteil an grobkörnigen Chromerzteilchen 71 Gew. % der gesamten grobkörnigen Bestandteile, in Kurve C betrug der Anteil an grob-
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ten die grobkörnigen Chromerzteilchen 43 Gew. % deys gesamten Grobkornes aus, wobei in allen Fällen der Rest der grobkörnigen, Anteile aus Magnesia bestand.
Bei überprüfung der Kurven B,. C und D ist ersichtlich, dass die betreffenden. Steine, wenn sie einem Temperaturwechsel. unterworfen werden, einen viel besseren. Widerstand gegen Rissbildung zeigen als die in Kurve A wiedergegebenen Steine.
Es ist nicht zweckmässig, wesentlich weniger als 30 Gew. o/o der groben Körnungen in Form von grobkörnigem Chromerz zu verwenden, da ein übermässiger. Überschuss an grobkörniger Magnesia den. sich auf Grund der
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gemeinen sollen die Anteile an grobkörnigen Chromerzteilchen 30 bis 80 Gew. % des gesamten Grobkornes ausmachen.
Die Teilchen des Magnesiagrobkornes können die gleiche Korngrösse wie die grobkörnigen Chromerzteilchen besitzen oder gegebenenfalls etwas kleiner sein. Bei der Kurve E in Fig. 3'sind die grobkörnigen Magnesiateilchen zu gross, um durch ein Sieb
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sind die grobkörnigen Magriesiateilchen zu gross, um durch ein Sieb mic 1Q Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 1,651 mm) hindurchzugehen. In beiden Fällen enthalten die Steine 57 /o des Grobkornes in Form von Chromerzteilchen, die durch ein Sieb mit 4 Maschen/ Zoll (lichte Maschenweite 4, 699 mm) hindurchgehen und auf einem Sieb mit 6 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 3, 327 mm) zurückbleiben.
Die Gesamtmenge an Grobkorn, die in diesen Steinen verwendet wurde, betrug 70 Gew. % und die kleineren, feinkörnigeren Anteile bestanden aus Magnesiateilchen einer Korngrösse, die durch ein Sieb mit 48 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 0, 295 mm) hindurchging.
Das Problem der Herstellung von Teilchen bestimmter Korngrösse ist in wirtschaftlicher Hinsicht auf die Auswahl der Korngrössen von Einfluss. Eine Schwierigkeit, die beim Auswählen von Chromerzteilchen der gewünschten Korngrösse auftritt, besteht darin, dass die feinen Körnungen, die beim Zerkleinern und Mahlen des grobstückigen Chromerzes anfallen, für die Herstellung von Steinen gemäss der vorliegenden Erfindung nicht verwendet werden können.
Glücklicherweise können Steine auf Chromit-MagnesiaGrundlage für Zustellungen verwendet werden, bei welchen der Widerstand gegen Spalling nicht von wesentlicher Bedeutung ist, und bei solchen Steinen wird im allgemeinen Chromerz verwendet, das auf eine Korngrösse zerkleinert wurde, die durch ein Sieb mit 6 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 3, 327 mm) hindurchgeht, so dass die kleinere Korngrösse des Chromerzes verwendet werden kann. Beim Mahl-'und Siebvorgang für die Gewinnung von Teilchen mit einer Korn-
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schenweite 3, 327 mm) bleibt ein grosser Teil des Materials. zurück, der zu grob ist,'um durch ein Sieb mit 6 Maschen/Zoll hindurchzugehen, und dieses Material musste bei Anwendung der früher. üblichen Arbeitsweise nochmals gemahlen werden..
Beim Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung wird dieses nach der bisherigen Arbeitsweise zurückbleibende Material verwendet und es wurde festgestellt, dass ein wesentlicher Teil davon 1 durch ein Sieb mit 4 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 4, 699 mm) hindurchgeht. Auf diese Weise werden Chromerzkörnungen von weniger als 4, 7 mm und mehr als 3,3 mm bei der Herstellung von andern feuerfesten Steinen als Nebenprodukt'erhalten, und dies ohne zusätzliches Mahlen und'ohne einen Anfall'von nicht verwendbaren feinkörnigen Teilchen.
An Magnesiateilchen können alle feinen 1 Körnungen für die Herstellung von Steinen gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Bei der Herstellung von gewissen) Formen von Magnesia jedoch, wie z. B. bei
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der Gewinnung von Magnesia aus Magnesiahydrat, das aus Sole oder aus Seewasser er halten wurde, ist einem Zusatz von Körnungen einer Grösse von über 3, 3 mm eine Grenze gesetzt. Es ist daher zweckmässig, feinkörnigere Magnesiateilchen, z. B.
Teilchen einer Korngrösse, die durch ein Sieb mit 5 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite etwa 4, 00 mm) hindurchgehen und auf einem Sieb mit 10 Maschenl,'Zoll (lichte Maschenweite 1, 651 mm) zurückbleiben oder Teilchen, die durch ein Sieb mit 6 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite etwa 3, 3 mm) hindurchgehen
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als grobe Magnesiateilchen zu verwenden.
Bei der Herstellung der Steine werden die gewünschten Grobkornanteile an Chromerzund Magnesiateilchen und die Feinkornanteile an Magnesia getrennt aufbereitet, u. zw. gewöhnlich mit Hilfe von schräg gestellten, vibrierenden Sieben.
Für den Aufbau des Grobkornanteiles werden 30 bis 8Q 0/0 Chromerzteilchen verwendet, deren Korngrösse mehr als 8 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 2, 362 mm) und insbesondere mehr als 6 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 3, 3 mm) beträgt. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sind die Chromerzteilchen kleiner als 4 Maschen/Zoll, d. h. kleiner als 4, 7 mm, und grösser als 3, 3 mm.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform besteht der Rest des Grobkornes aus Magnesiateilchen einer Korngrösse von über 28 Ma- schen/Zoll (lichte Maschenweite 0, 589 mm) und alle Grobkornteilchen liegen über dieser Grösse. Ferner sind alle Grobkornteilchen vorzugsweise kleiner als etwa 4, 7 mm (4 Maschen/Zoll). Gegebenenfalls können die Körnungen des gesamten Grobkornes über 10 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 1, 6 mm)
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samtgewicht an feuerfesten Bestandteilen, 65 bis 75 % Grobkorn und 25 bis 35 % an feinkörnigen Magnesiateilchen, deren Korngrösse unter 0, 3 mm (48 Maschen/Zoll) liegt.
Bei dieser Arbeitsweise, bei welcher getrennt hergestellte Grobkornteilchen und/ oder getrennt hergestellte Feinkornteilchen verwendet werden, besitzt die Mischung einen unnatürlich niedrigen Gehalt an Korngrössen einer dazwischenliegenden Grösse, nämlich einer Grösse zwischen 48 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 0, 295 mm) und 28 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 0, 589 mm), da solche Teilchen nicht miteingeschlossen sind. Ein geringer Anteil von Teilchen mit einer dazwischenliegenden Korngrösse liegt jedoch in der Mischung noch immer vor, da aus Gründen der Siebtechnik oder der Trennungstech- nik oder auch aus andern Gründen einem gänzlichen Ausschluss solcher Korngrössen Grenzen gesetzt sind. Der Anteil an Teilchen einer mittleren Korngrösse soll jedoch 10 % des Gesamtgewichtes der fertigen Steine nicht überschreiten.
Für die Schaffung der vorzugsweise angewendeten Bindung wird in eine Mischpfanne eine Lösung von Schwefelsäure in einer solchen Menge gegeben, dass 1, 1 Gewichtsteile Säure und 2, 7 Gewichtsteile Wasser auf 65 bis 75 Gewichtsteile Grobkorn und 25 bis 35 Gewichtsteile Feinkorn vorhanden sind. Die angegebene Menge an Wasser ist jene Menge, die für die Erzielung einer guten Pressung erforderlich ist. In manchen Fällen kann ferner noch ein mineralisches Bindemittel, wie z B. fein gemahlener Kaolin (in Mengen von etwa 1 Gew. %) und/oder Eisenpulver (in Mengen von etwa 5 Gew. %) zugesetzt werden. Die bezüglich dieser Bindemittel angegebenen Mengen sind auf das Gesamtgewicht an feuerfesten Bestandteilen bezogen und kommen demnach zu den 100 Gewichtspro- zent an feuerfesten Bestandteilen noch hinzu.
Die Mischung wird unter einem Druck von über 351, 53 kg/cm2 Zu Steinen verpresst ; es kann auch ein Druck von bis zu 1054, 61 kg/cm2 und darüber angewendet werden.
Im folgenden soll nun die Ausführungsform der Erfindung näher erläutert werden, bei welcher die Grobkornteilchen eine solche
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eine Korngrösse von über 2, 362 mm (8 Maschen/Zoll) aufweisen, wobei die Grobkornteilchen 65 bis 90 Gew. % und die Feinkorn teilchen 10 bis 35 Gew. des feuerfesten Materials ausmachen und 10 bis 45 Gew."/a, vorzugsweise 10 bis 40 Gew. %, des feuerfesten Materials aus grobkörnigen Chromerzteilchen bestehen.
Das im Zusammenhang mit der zuerst erläuterten Ausführungsform allgemein Vorgebrachte, die dort beschriebenen Testmetho- den und die in den Zeichnungen dargestellten Kurven haben in gleicher Weise auch für die nun zu besprechende Ausführungsform Geltung.
Die besten Werte in bezug auf den YoungModul können bei dieser Ausführungsform bei Verwendung einer Mischung erhalten werden, deren grobkörnige Magnesiateilcher zweckmässig eine Korngrösse von unter 4 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 4,699 mm) und über 6 Maschen/Zoll (lichte Maschenwei. te 3, 327mm) oder 8 Maschen/Zoll (lichte Ma. schenweite 2, 362mm) aufweisen.
Durch Erhöhung des Gehaltes an Magnesia sinkt das Maximum des Young-Moduls ab, wie dies in Fig. 1 aus Kurve B und in Fig. 2
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aus den Kurven C und D ersichtlich ist. In den feuerfesten Steinen, die der oben bet schriebenen Prüfung unterzogen wurden und die als Grundlage für den Erhalt der Kurven B, C und D dienten, machten die grobkörni- gen Teilchen 70 Gew. % der Masse aus. In Kurve B betrug der Anteil an grobkörnigen Chromerzteilchen 72 Gew. % der gesamten grobkörnigen Bestandteile in Kurve C betrug der Anteil an grobkörnigen Chromerzteilchen 57 Gew. % des gesamten Grobkornes und in Kurve D machten die grobkörnigen Chromerzteilchen 43 Gew, % des gesamten Grobkornes aus, wobei in allen Fällen der Rest der grobkörnige11. Anteile. aus Magnesia bestand.
Bei überprüfung der Kurven B, C und D ist ersichtlich, dass die betreffenden Steine, wenn sie einem Temperaturwechsel unterworfen werden, einen viel besseren Widerstand gegen Rissbildung zeigen als die in Kurve A wiedergegebenen Steine.
Es ist nicht zweckmässig, wesentlich weniger als 10 % des Grobkornes in Form von grobkörnigem Chromerz zu verwenden. Im allgemeinen soll der Anteil an grobkörnigen Chromerzteilchen 10 bis 45 Gew."/o oder vorzugsweise 10 bis 40 Gew. 01"der feuer- festen Bestandteile in der Mischung ausmachen.
Die Magnesiagrobkornteilchen können die gleiche Korngrösse wie die Chromerzgroh- kornteilchen oder gegebenenfalls eine etwas kleinere Korngrösse aufweisen. Bei der in Fig. 3 dargestellten Kurve E sind die Ma-. gnesiagrobkornteilchen im wesentlichen zur Gänze zu gross, um durch ein Sieb mit 20 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 0, 833mm) hindurchzugehen und in Kurve F sind im wesentlichen alle Magnesiagrobkornteilchen zu gross, um durch ein Sieb mit 10 Maschen/ Zoll (lichte Maschenweite 1, 651 mm) hindurchzugehen.
In beiden Fällen enthalten die Steine 57 Gew. /o des Grobkornanteiles in Form von Chromerzteilchen einer Korngrösse zwischen 4 Maschen/Zoll (lichte Maschenwei. te 4, 699mm) und 6 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 3, 327mm). Die Gesamtmenge an Grobkornteilchen, die in diesen Steinen verwendet wurde, betrug 70 Gew. 0[0 und die Feinkornanteile bestanden aus Magnesiateilchen einer Korngrösse, die durch ein Sieb mit 48 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 0, 295 mm) hindurchging.
Die grobkörnigen Teilchen besitzen eine derartige Korngrösse, dass mehr als 90 Gew.
"/o von ihnen auf einem Sieb mit 28 Maschen/ Zoll (lichte Maschenweite 0, 5 & 9 mm) und mehr als 40 Gew. % auf einem Sieb mit 8 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 2, 362 mm) oder vorzugsweise auf einem Sieb mit 6 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 3, 327 mm) zurückbleiben.
Für die Herstellung des feuerfesten Satzes werden 10 bis 45, vorzugsweise 10 bis 40 Gew. %, des feuerfesten Materials in Form von grobkörnigen Chromerzteilchen verwendet, welche den oben angeführten Bedingungen hinsichtlich der Korngrösse entsprechen. Die verwendeten Chromerzteilchen besitzen vorzugsweise eine Korngrösse von unter 4 Ma-
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bevorzugten Ausführungsform gemäss dieser Arbeitsweise aus Magnesiagrobkornteilchen, weiche in ihrer Korngrösse gleichfalls den oben für das Grobkorn angegebenen Bedingungen entsprechen und ebenfalls vorzugsweise eine Korngrösse von unter 4 Maschen ! Zoll (lichte Maschenweite 4, 699 mm) besitzen.
In gewissen Fällen kann es zweckmässig sein, grobkörnige Teilchen zu verwenden, von welchen alle eine Korngrösse von über 10 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 1, 651 mm) oder sogar von mehr als 6 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 3, 327 mm) besitzen.
Bei der bevorzugten Arbeitsweise nach dieser Ausführungsform besitzen 80 Gew. eider grobkörnigen Teilchen im wesentlichen zur Gänze eine Korngrösse von über 10 Maschen Zoll (lichte Maschenweite 1,651 mm) und besonders zweckmässig sind im wesentlichen alle Teilchen der 80 Gew. % des Grobkornes grösser als 3, 327 mm (6 Maschen/ Zoll).
Der feuerfeste Satz enthält dann, bezogen auf das Gesamtgewicht an feuerfesten Anteilen, 10 bis 35 Gew."/Q an feinkörnigen Magnesiateilchen, welche ; m wesentlichen zur Gänze eine Korngrösse von unter 48 Maschen Zoll (lichte Maschenweite 0, 295 mm), besitzen.
Bei der Gewinnung von Teilchen, die zu gross sind, um durch ein Sieb mit 6 oder 8 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 3"3S mm bzw. 2, 362 mm) hindurchzugehen, muss berücksichtigt werden, dass das übliche Siebverfahren bis zu dem Punkt, wo 100 % von solchen Teilchen bei einem Standard-SiebTest auf einem Sieb mit 6 oder 8 Maschenl Zoll zurückbleiben, nicht vollkommen ist. Gemäss der vorliegenden Erfindung können Grobkornteilchen verwendet werden, von welchen 10"/0 oder sogar bis zu 20 /o durch ein Sieb mit 6 oder 8 Maschen/Zoll hindurchgehen.
Bei dieser Verfahrensweise, bei der getrennt hergestellte Grobkornteilchen und/oder getrennt hergestellte Feinkornteilehon verwendet werden, besitzt'die Mischung einen unnatürlich niedrigen Gehalt an Körnungen einer dazwischenliegenden mittleren Korngrösse zwischen 48 und 28 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 0, 295 mm bzw.
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0, 589 mm), da solche Teilchen miteingeschlossen sind. Ein geringer Anteil von Teilchen mit einer dazwischenliegenden Korngrösse liegt in der Mischung jedoch noch immer vor, da aus Gründen der Trennungstechnik oder aus andern Gründen einem ganzlichen Ausschluss solcher Korngrössen Grenzen gesetzt sind. Die Grobkornteilchen sollen jedoch nicht einen Anteil von über 10 % enthalten, der durch ein Sieb mit 28 Maschen/ Zoll (lichte Maschenweite 0, 589 mm) hindurchgeht, und die Körnungen einer mittleren Korngrösse sollen nicht mehr als 10 Gew. % des Gesamtgewichtes der Steine ausmachen.
Für die Schaffung der vorzugsweise angewendeten Bindung wird in eine Mischpfanne eine Lösung von Schwefelsäure in einer solchen Menge gegeben, dass 1, 1 Gewichtsteile Säure und 2, 7 Gewichtsteile Wasser auf 65 bis 90 Gewichtsteile Grobkorn und 10 bis 35 Gewichtsteile Feinkorn vorhanden sind. Die angegebene Menge an Wasser ist jene Menge, die für die Erzielung einer guten Pressung erforderlich ist. In manchen Fällen kann ferner noch ein mineralisches Bindemittel, wie z. B. feingemahlener Kaolin (in Mengen von etwa 1 Gew. %) und/oder metallisches Eisenpulver einer Korngrösse, die durch ein Sieb mit 28 Maschen/Zoll (lichte Maschenweite 0, 589 mm) hindurchgeht (in einer Men-
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werden.
Die bezüglich dieser Bindemittel angegebenen Mengen sind auf das Gesamte wicht an feuerfesten Bestandteilen bezogen und kommen demnach zu den 100 Gew. % an feuerfesten Bestandteilen noch hinzu. Die Mischung wird unter einem Druck von über 351, 53 kg/cm2 zu Steinen verpresst ; es kann jedoch auch ein Druck bis zu 1054, 61 kg/cm2 und darüber angewendet werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können zweckmässig geformte Stahl- bzw. Metallbewehrungen in die Pressform entweder in das Innere der feuerfesten Masse. oder auf die Oberfläche der feuerfesten Masse oder auch an beiden Stellen angeordnet werden, so dass das feuerfeste Material mit den Metallbewehrungen zusammen verformt wird und die Steine mitverpresste metallische Aussenbewehrungen, vorzugsweise an ihren vier Seitenflächen oder Teilen dieser Seitenflächen. zusammen mit Inneneinlagen, vorzugsweise zwei oder mehr sich in der Längsrichtung durch den Stein erstreckenden Inneneinlagen, aufweisen. Diese Stahl- bzw.
Metallbewehrungen dienen dazu, die Neigung der Steine zum Absplittern zu vermindern und die Steine während des Transportes und des Gebrauches zu verstärken, und gleichen daher nachteilige Wirkungen, die sich auf Grund der Anwesenheit der ausserordentlich grobkörni- gen Anteile in den Steinen ergeben könnten, aus. Diese Bewehrungen sind insbesondere für einen Schutz der Ecken und Kanten der Steine, die derart grobkörnige Teilchen enthalten, von Bedeutung.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform werden die Steine nach dem Verpressen mit gasförmigem Kohlendioxyd behandelt, wie dies in der amerikanischen Patentschrift Nr. 2, 547. 323 beschrieben ist, und hierauf bei Temperaturen über 110 C getrocknet. Die Steine sind dann gebrauchsfertig.
Die Steine gemäss der vorliegenden Er- findung sind insbesondere für Decken von Siemens-Martin-Ofen und andern metallurgischen Ofen, besonders für Hängedecken, und für Hängekonstruktionen oder übliche Konstruktionen von Ofenwänden, wie z. B. Vorderwänden von Herdöfen, Rückwänden, Ofenköpfen, Schächten und andern Teilen verwendbar.
Ein feuerfester Satz von der Zusammensetzung gemäss der Erfindung kann in manchen Fällen für die Herstellung des Teiles der feuerfesten Steine verwendet werden, welcher an das heisse Steinende anschliesst, und sich in genügendem Abstand von dem heissen Steinende befindet, so dass der Teil des Steines, der der Ofentemperatur nach der Erosion des Steines ausgesetzt ist, mit eingeschlossen ist, wogegen eine andere Zusammensetzung des feuerfesten Satzes, die insbesondere für eine Verwendung am kalten Steinende geeignet ist, für die Herstellung des am kalten Steinende verwendeten Materials angewendet werden kann. In andern Fällen können die feuerfesten Steine zur Gänze aus einem gemäss der vorliegenden Erfindung aufgebauten feuerfesten Satz hergestellt sein.
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