AT223112B - Feuerfeste Masse zur Herstellung der Tiegel von Induktionsöfen - Google Patents

Description

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  Feuerfeste Masse zur Herstellung der Tiegel von Induktionsöfen 
Aus Gründen der Metallurgie vor allem zur Herstellung niedrig gekohlter, Cr-Ni-legierter, rostfreier
Stähle kann es nötig sein, Induktionstiegelöfen basisch zuzustellen. Die bekannten basischen Massen, die diesen Zwecken dienen, bestehen im wesentlichen aus Schmelzmagnesia oder aus Mischungen von eisen- reicher und eisenarmer gebrannter Magnesia oder auch aus einer Mischung von Magnesia mit Tonerde und entsprechenden Bindemitteln, zu denen bekanntermassen Wasserglas oder auch Borsäure zählen. 



   Die Anforderungen, die an einen solchen Tiegel gestellt werden, erhalten ihr Gepräge hauptsächlich dadurch, dass er nicht nur gegen die auftretenden, von der Schlacke herrührenden Beanspruchungen hinreichend beständig sein, sondern auch genügende Sicherheit dagegen bieten muss, dass etwa auftretende Sprünge im Tiegel nicht dazu führen, dass die Schmelze bis zur Induktionsspule durchbricht, was zu schweren Beschädigungen derselben fuhren mUsste. Um solche Durchbrüche auszuschliessen, strebt man einen Tiegel an, der einerseits eine der Schmelze zugekehrte, dicht gesinterte, mechanisch feste Zone aufweist, hinter der aber anderseits eine lockere, ungesinterte Zone ausgebildet sein muss, die allfällige   Stahleinbruche   von der Spule abhält und auch die bei den Temperaturwechseln auftretenden Spannungen der gesinterten Schicht aufnehmen kann.

   Diese Sperrzone besitzt also in physikalischer Hinsicht im wesentlichen noch die von der Stampfung herrührende Beschaffenheit   insoferne,   als ein Zusammenbacken der Körner noch nicht erfolgt ist, muss aber ausserdem bei den in ihr herrschenden Temperaturen ein starkes Wachsen aufweisen. An diese Sperrzone schliesst sich eine aus gänzlich unverändert gebliebener Stampfmasse bestehende Vorratszone an, welche in dem Masse, wie der Tiegel verbraucht wird und die Sinterzone radial nach aussen wandert, nach und nach die Funktionen der Sperrzone übernimmt, d. h. zur Sperrzone wird.

   Die Schwierigkeit besteht dabei darin, dass die Masse einerseits in der Sinterzone nicht zu stark schwinden darf, damit es nicht zur Rissbildung kommt, anderseits die Sperrzone genügende Wachstum haben soll, damit es eben zur Bildung einer Durchbrüche der Schmelze verhindernden Ansammlung einer mehr oder weniger losen Masse kommt. Würde diese Beschaffenheit durch einen Sintervorgang beseitigt werden, so wurde die Gefahr, dass es bei Rissbildung in der innersten Zone von Durchbrüchen der Schmelze bis zur Spule kommt, vergrössert werden. 



   Während nun die bereits verwendeten Gemenge aus Magnesia und Tonerde ein Brennwachsen zeigen und dadurch die Ausbildung von Rissen in der Sinterzone weniger zu befürchten ist, führen diese Massen in der Regel nicht zur Ausbildung einer brauchbaren Sperrzone, neigen vielmehr zum raschen Durchsintern. Kommt es aber dann doch zur Rissbildung, so ist die Spule meist nicht mehr vor mehr oder weniger schweren Beschädigungen zu bewahren. 



   Hier setzt nun die Erfindung ein, die eine feuerfeste Masse zur Herstellung der Tiegel von Induktionsöfen, insbesondere Hochfrequenzöfen, anstrebt und frei von den angeführten Nachteilen ist. Zu diesem Zweck wird von einer Masse auf Magnesiagrundlage, gegebenenfalls mit Zusatz einer tonerdehaltigen Komponente, ausgegangen und diese Masse im Sinne der Erfindung so zusammengesetzt, dass sie aus   0 - 15%   Magnesiafeinstkorn in Korngrössen von 0 bis etwa 0,06 oder 0, 1 mm, 10-40%, vorzugsweise 20 bis   30%,   einer Feinfraktion aus Magnesia und/oder Korund als Einkornsystem von etwa 0,06 oder 0, 1 bis 0, 2 mm und der Rest auf   100%   aus Magnesia in Korngrössen von etwa 0,2 bis 4 mm, in Sonderfällen noch darüber bis etwa 15 mm je nach Grösse des Tiegels, besteht.

   (Alle Prozentsätze sind in Gewichtsprozenten angegeben.) Die Körnungen über 0,2 mm können dabei zweckmässig in der üblichen Kornverteilung angewendet werden. 

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   Die Masse weist eine Kornanhäufung bei 0,   1 - 0,   2 mm bzw. 0,   06 - 0,   2 mm auf, während der Feinstanteil von 0 bis 0,06 bzw. 0, 1 mm entsprechend herabgesetzt ist. Da kein Zerkleinerungsaggregat eine Körnung mit einem überwiegenden Anteil von 0, 1 bis 0,2 mm (0, 06 bis 0,2 mm) herstellt, muss eine derartige Körnung durch Absieben oder Windsichten eigens erzeugt und dann mit einem geeigneten Feinstanteil   (0 - 0, 06/0, 1   mm) an Stelle des bisher üblichen, nicht weiter aufgeschlüsselten Mehlanteils   (0 - 0,   2 mm) der Stampfmasse beigegeben werden. Ein blosses Absieben des Anteiles unter 0, 1 bzw. 



  0,06 mm von einer fertigen Stampfmasse führt nicht zum selben Ziel, da dann der nötige Anteil unter 0, 2 mm zu gering ist und dadurch grosse Poren entstehen, die keinerlei Widerstand gegen Schlackenauswaschungen leisten können. 



   Der Feinstanteil unter 0,06 bzw. 0, 1 mm kann gering sein oder auch gänzlich fehlen, wobei dann die Feinfraktion (0, 06/0,   1 - 0,   2 mm) entsprechend erhöht werden müsste. Massen mit geringem oder fehlendem Feinstanteil sintern an sich schwer, doch werden während des Betriebes eines damit zugestellten Tiegels durch die an der Feuerseite eindringenden Schlacken die Sintereigenschaften so weit verbessert, dass es zur Ausbildung einer festen Zone kommt. 



   Zweckmässig ist es, wenn der Korund in Form von Schmelzkorund, insbesondere Elektroschmelzkorund mit mindestens 951o   ALO, vorliegt.   Es ist auch vorteilhaft, den Magnesiasinter zumindest teilweise durch Schmelzmagnesia zu ersetzen, wie dies insoferne bekannt ist, als bereits vorgeschlagen wurde, Tiegel der hier betrachteten Art zur Gänze aus diesem Material aufzubauen. 



   Die Anwesenheit von Alkalioxyden, insbesondere Natriumoxyd, oder von solche Oxyde enthaltenden Verbindungen, die der Masse in Mengen entsprechend einem Gehalt von 0 bis   2f1/0      nazi   zugesetzt werden können, begünstigt die Auflockerung der Masse in der Sperrzone und fördert deren lineares Wachstum. An der Feuerseite verdampfen die Alkalioxyde infolge der höheren Temperatur aus der Masse, so dass die Ausbildung der Sinterzone nicht behindert wird. Zur Bindung der Masse im kalten und ungesinterten Zustand werden   mit Vorteil Borsäure   oder Borsäure enthaltende Verbindungen in Mengen entsprechend einem 
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 enthält, wofür in erster Linie Borax    (Na2B40. 10 H, 0   oder aa2B40. 5 HO) in Frage kommt. Borax wird als Zusatz in feinst gemahlener Form verwendet. 



   Die als Einkornsystem von 0,06 oder 0, 1 bis 0,2 mm vorliegende Feinfraktion kann aus Magnesia und/oder Korund bestehen. Die Zusammensetzung richtet sich nach den Betriebsbedingungen, denen der Tiegel unterliegt. Für einen Tiegel, der in seinem Betrieb wiederholt länger dauernde Unterbrechungen erfährt, in denen der Ofen stark abkühlt, ist eine Masse am besten geeignet, deren Feinfraktion vorwiegend oder zur Gänze aus Korund besteht. Für einen kontinuierlich ohne grössere Unterbrechungen betriebenen Tiegel ist eine Masse mit einer vorwiegend oder zur Gänze aus Magnesia bestehenden Feinfraktion zweckmässiger und wirtschaftlicher. 



   Es ist auch möglich, der Masse Quarz oder Zirkonsilikat der Körnung von etwa 0, 1 bis 0,2 mm in Mengen bis zu höchstens   lolo   der übrigen feuerfesten Masse zuzusetzen. Dieser Zusatz kann vor allem bei Massen angebracht werden, deren Feinfraktion sonst nur aus Magnesia besteht. Eine derartige Masse eignet sich insbesondere als billiges Zustellungsmaterial für mit niedrigerer Temperatur kontinuierlich betriebene Tiegel. 



   Als Beispiele für erfindungsgemässe Massen werden einige Rezepturen angegeben : 

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<tb> 
<tb> Material <SEP> Körnung <SEP> mm <SEP> Rezept <SEP> in <SEP> % <SEP> 
<tb> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D <SEP> E <SEP> F <SEP> G
<tb> Sinter- <SEP> oder <SEP> 
<tb> Schmelzmagnesia <SEP> 0-", <SEP> 06 <SEP> 10 <SEP> JO <SEP> 8 <SEP> 5 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3
<tb> Sinter- <SEP> oder
<tb> Schmelzmagnesia <SEP> o, <SEP> 06-0, <SEP> 08 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1
<tb> Sinter- <SEP> oder <SEP> 
<tb> Schmelzmagnesia <SEP> 0, <SEP> 08-0, <SEP> 1 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> :

   <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1
<tb> Sinter- <SEP> oder <SEP> 
<tb> Schmelzmagnesia <SEP> 0, <SEP> 1-ü, <SEP> 2---13 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 20
<tb> Korund <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 30 <SEP> 25 <SEP> 23 <SEP> 13 <SEP> 
<tb> Quarz <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 2----+5 <SEP> 
<tb> Zirkonsilikat <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 2-----+5 <SEP> 
<tb> Sinter- <SEP> oder <SEP> 
<tb> Schmelzmagnesia <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 13 <SEP> 17 <SEP> 20 <SEP> 24 <SEP> 24 <SEP> 24
<tb> Sinter- <SEP> oder <SEP> 
<tb> Schmelzmagnesia <SEP> 0,

   <SEP> 5-1 <SEP> 10 <SEP> 13 <SEP> 13 <SEP> 15 <SEP> 17 <SEP> 17 <SEP> 17
<tb> Sinter- <SEP> oder <SEP> 
<tb> Schmelzmagnesia <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 2 <SEP> 15 <SEP> 19 <SEP> 14 <SEP> 15 <SEP> 18 <SEP> 18 <SEP> 18
<tb> Sinter- <SEP> oder <SEP> 
<tb> Schmelzmagnesia <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 3 <SEP> 20 <SEP> 15 <SEP> 6 <SEP> 9 <SEP> 11 <SEP> 11 <SEP> 11
<tb> Sinter- <SEP> oder <SEP> 
<tb> Schmelzmagnesia <SEP> 3-4 <SEP> 5 <SEP> 7 <SEP> 6 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 5
<tb> Sinter- <SEP> oder <SEP> 
<tb> Schmelzmagnesia <SEP> 4-6-8
<tb> Sinter- <SEP> oder <SEP> 
<tb> Schmelzmagnesia <SEP> 6-8
<tb> Borax <SEP> feinst <SEP> +1,5 <SEP> +0,3 <SEP> +0,3 <SEP> +0,5 <SEP> +1,0 <SEP> +1,0 <SEP> +0,5
<tb> Na2CO3 <SEP> feinst <SEP> - <SEP> +0,5 <SEP> +0,5 <SEP> +0,5 <SEP> - <SEP> - <SEP> +0,5
<tb> 
 
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 die Steinherstellung wird aus der Siebanalyse der vorhandenen Materialien errechnet. 



   In der schematischen Zeichnung ist Fig. 1 ein Querschnitt durch die Wand eines aus einer erfindungsgemässen Stampfmasse aufgebauten Tiegels, darunter, in Fig. 2, das ungefähre Temperaturgefälle in einer solchen Wand und in Fig. 3, wieder in richtiger lotrechter Zuordnung zu Fig. 1, der Zusammenhang zwischen Kaltdruckfestigkeit (KDE) und Abstand von der heissen Tiegelwand einerseits sowie zwischen diesem Abstand und der linearen Dehnung (lin lo) anderseits. Diese Diagramme sind erläuternd idealisiert und vereinfacht, erheben also nicht Anspruch auf wissenschaftliche Genauigkeit. 



   In Fig. 1 bedeutet 1 die feuerseitige, gesinterte Zone, 2 die festigkeitslose Sperrzone und 3 die Vorratszone. Alle drei Zonen sind aus einem und demselben Material zusammengesetzt und die Auskleidung ist dadurch erhalten, dass ihre Ausgangsmasse   gleichmässig   über die gesamte Tiegelwandstärke a nach bekannten Methoden zwischen einer Asbestisolierschicht 4, an die sich die-nicht gezeichneteSpule anschliesst, und einer ebenfalls nicht gezeichneten Form gestampft wird. 



   Nach Inbetriebnahme des Ofens bildet sich durch Sinterung die Zone 1 aus und durch Dehnung der Masse die aufgelockerte Zone 2, wogegen die Zone 3 unverändert bleibt. Der gezeichnete Zustand ist mithin nicht stationär ; er stellt sich erst nach einer gewissen Betriebszeit ein und ist als Übergangszustand 

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 ebenso wie die Zone 2. Die Zone 3 wird schmäler. 



   Der Temperaturverlauf, Fig.   2,   lässt erkennen, dass der Gradient in der Zone 1, ihrer grösseren
Dichte entsprechend, gering ist. Die Zone 2 ist ihrer Auflockerung wegen, die eine Folge des besonderen erfindungsgemässen Aufbaues der Masse ist, besser   wärme. dämmend   als Fig. 1, wogegen die Zone 3 ihrer relativ   grösseren   Dichte wegen eine grössere Wärmeleitung zeigt als Zone 2. 



   In Fig. 3 bedeuten die strichlierten Linien den Verlauf der Kaltdruckfestigkeit bzw. der linearen
Dehnung einer bekannten, jedoch unvorteilhaften Masse. In der Zone 1 ist die Dehnung negativ,   d. h.   die   Masse schwinde t,   was zwar zu einer Verfestigung derselben und damit zu einer relativ hohen Kalt- druckfestigkeit führt, aber auch sehr leicht Anlass zu Rissbildungen sein kann. Die erfindungsgemässe
Masse (volle Linie) zeigt ein Maximum an Dehnung in der Sperrzone und damit eine vorteilhafte Auf- lockerung derselben, bei geringster Dehnung an der Feuerseite und somit geringer Rissneigung. Die Kalt- druckfestigkeit ist demgemäss an der Feuerseite wohl nicht so gross wie für die zuerst betrachtete Masse, fällt aber schnell auf ein Minimum in Zone 2, was eine Folge der Auflockerung derselben ist.

   Diese Auf- lockerung verhütet wirksam die Fortpflanzung von Rissen, falls sich solche in Zone 1 bilden sollten, was jedoch des   Dehnungsvcrl1altens   dieser Zone wegen unwahrscheinlicher ist als früher. Zu beachten ist da- bei noch, dass das lineare Wachstum der Tiegelwandung in der Zone 1 häufig durch die Infiltration mit
Schlacke herabgesetzt wird ; der Verlauf der bezüglichen Kurve folgt dann etwa den strichpunktierten Li- nien. Bei der erfindungsgemässen Masse wird also durch die Wirkung der eindringenden Schlacke die Deh- nung an der Feuerseite in vorteilhafter Weise kompensiert. Die bekannte Masse schwindet dagegen unter dem Einfluss der Schlacke stärker, was die Neigung zur Rissbildung noch vergrössert. 



   Die erfindungsgemässe Masse kann nicht nur zur Zustellung, sondern auch zur Reparatur von Induk- tionsofentiegeln verwendet werden. 



   Es sei noch bemerkt, dass Magnesiamischungen mit bestimmtem Kornaufbau für die Herstellung von
Magnesiasteinen erhöhter Temperaturwechselbeständigkeit bekannt sind. So beschreibt die österr. Patent- schrift Nr. 168077 eine solche Mischung, die aus den Körnungen von etwa 1, 5 bis 10 mm als Grundmasse und aus etwa   10 - 120/0   Feinmehl (0 bis etwa   0, 15 mm) besteht,   wobei die Mittelkornfraktion fehlt. Die deutsche Patentschrift Nr. 742738 schlägt eine Mischung vor, bei der der Kornanteil unter 0, 1 mm weni- ger als   2(fly   beträgt und der etwa 10% Grobkorund (Körnung über 0, 5 mm, tunlichst über 1 mm) zugesetzt werden kann.

   Diese Steinmischungen sind jedoch als Massen für die Herstellung von Induktionsofentiegeln nicht geeignet, da sie den für diesen Zweck eingangs angeführten Erfordernissen nicht genügen.   Insbe-   sondere lassen sie die für die erfindungsgemässe Masse wesentliche Kornanhäufung bei   0, 06/0, 1-0, 2   mm vermissen. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Feuerfeste Masse für die Zustellung und Reparatur von Tiegeln für Induktionsöfen, insbesondere Hochfrequenzöfen, auf Magnesiagrundlage, gegebenenfalls mit Zusatz einer tonerdehaltigen Komponente, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse aus   0 - 150/0 Magnesiafeinstkorn   in Korngrössen von 0 bis etwa 0,06 oder   0, l mm, 10-40%,   vorzugsweise   20-30%,   einer Feinfraktion aus Magnesia und/oder Korund als Einkornsystem von etwa 0,06 oder 0, 1 bis 0,2 mm und der Rest auf   100%   aus Magnesia in Korngrössen von etwa 0,2 bis 4 mm, gegebenenfalls bis zu 15 mm, besteht.

Claims (1)

1. 2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse Zusätze von Alkalioxyden, insbesondere Natriumoxyd, oder von solche Oxyde enthaltenden Verbindungen in Mengen entsprechend 0-2% Na 20 aufweist.

   3. Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse als Bindemittel Zusätze von Borsäure oder Borsäure enthaltenden Verbindungen in Mengen entsprechend 0-2% B. Ct enthält.

   4. Masse nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Borsäure und Natriumoxyd enthaltendes Bindemittel, vorzugsweise Borax, verwendet wird.

   5. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Magnesiakomponenten in Form von Schmelzmagnesia Anwendung findet.

   6. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Korund in Form von Schmelzkorund, insbesondere Elektroschmelzkorund, mit mindestens 95%o A O, vorliegt.

   7. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für Tiegel mit ununterbrochenem Betrieb, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinfraktion (0, 06/0, 1 - 0, 2 mm) vorwiegend oder zur Gänze aus Magnesia besteht. <Desc/Clms Page number 5>

   8. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für Tiegel mit unterbrochenem Betrieb, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinfraktion (0, 06/0, 1 - 0, 2 mm) vorwiegend oder zur Gänze aus Korund besteht.

   9. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse einen Zusatz von Quarz oder Zirkonsilikat der Körnung von etwa 0, 1 bis 0,2 mm in Mengen bis zu höchstens 10% der übrigen feuerfesten Masse enthält.