AT260770B

AT260770B - Verschleißfeste, feuerfeste Masse

Info

Publication number: AT260770B
Application number: AT950666A
Authority: AT
Inventors: Theodor Dr Chvatal
Original assignee: Theodor Dr Chvatal
Priority date: 1966-10-11
Filing date: 1966-10-11
Publication date: 1968-03-25

Description

Verschleissfeste, feuerfeste Masse
Im Stammpatent Nr. 231337 wird ein Aluminiumphosphat enthaltendes Bindemittel zur Herstellung feuerfester Steine, Massen, Mörtel usw., Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung desselben beschrieben. In weiterer Ausgestaltung dieser Idee betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Bindemittels zur Herstellung von Körpern aus einer Masse entsprechend den Beispielen 1 und 2 des Stammpatentes, in welche keilförmige Stücke aus geschmolzenen, hochtonerdehältigen Produkten mit eingestampft werden. Dadurch wird das Material besonders volumsbeständig, standfest gegen Abrieb bei höherer Temperatur und widerstandsfähig gegen den chemischen Angriff von Schlacken und Schmelzen.

Es ist bekannt, dass dichtgesinterte oder aus der Schmelze gegossene, feuerfeste Formkörper aus reiner Tonerde oder mit sehr hohem Al 0.-Gehalt auch in dem Bereich der hohen Temperaturen eine gute mechanische Festigkeit und somit auch eine gute Abriebfestigkeit haben. Weiters ist bekannt, dass diese Produkte infolge ihrer Dichte eine vorzügliche Widerstandsfähigkeit gegen den chemischen Angriff von geschmolzenen Schlacken, Gläsern oder Metallen aufweisen. Ein grosser Nachteil dieser Produkte ist jedoch ihre sehr geringe Temperaturwechselbeständigkeit. Je grösser die Körper umso stärker die Anfälligkeit zum Springen und Reissen bei plötzlichen Temperaturschwankungen. Bedingt durch die schwierige Herstellung und den hohen Anteil an Bruch sind Körper aus geschmolzener Tonerde sehr teuer.

Auch bei hohem Gehalt an AI, 0, erreichen Stampfmassen nicht die Standfestigkeit der geschmolzenen Tonerdeprodukte. Sie haben jedoch den technischen Vorteil, dass sie zu beliebigen Formen, auf einfache Weise, verarbeitet werden können. Ein wichtiger Vorzug der Stampfmassen ist ihre sehr gute Temperaturwechselbeständigkeit. Stampfmassen mit Aluminium-Chromphosphat als Bindung haben in allen Temperaturbereichen eine gute mechanische Festigkeit und werden, infolge der schmelzabweisenden Wirkung des Aluminium-Chromphosphates wenig von Schlacken korrodiert.

Erfindungsgemäss ist es gelungen, durch Kombination von Stampfmassen aus Korund mit Aluminium-Chromphosphat als Bindung und kleineren Stücken aus geschmolzener Tonerde die Vorzüge dieser beiden Materialien zu vereinigen, ohne dass deren Nachteile in Erscheinung treten.

Kombinationen von Stampfmassen mit hochwertigen, gebrannten oder gegossenen Formsteinen sind bereits bekannt. So wird in der deutschen Auslegeschrift 1057152 ein Herdofen beschrieben, bei welchem Einzelsteine gemeinsam mit einer Stampfmasse eingestampft werden, wobei die Normalsteine aus der Stampfmasse herausragen. Die Verbesserung der Verschleissfestigkeit durch diese Massnahme ist sicher gegeben, durch die grossen Ausmessungen der Steine ist jedoch die Temperaturwechselbeständigkeit dieser Kombination schlecht. Infolge des unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten treten zwischen Stampfmasse und Formsteinen Spannungen auf und die eingebetteten Steine lockern sich mit der Zeit.

Selbstverständlich ist diese Kombination relativ teuer.

In der österr. Patentschrift Nr. 208385 werden Gleitschienen aus keramischen Formsteinen, insbeson- dere Formsteine aus Sintertonerde, vorgeschlagen, welche in Chromerz- oder Chrommagnesitstampf- masse eingebettet werden. Die Steine der Gleitschienen sind nicht herausragend oder nur schwach bom- biert. In diesem Fall sind die Bauelemente aus Formsteinen noch grosser und die Anfälligkeit gegen Temi peraturwechsel noch stärker ausgeprägt. Auch die Gefahr der Lockerung der Steine ist erhöht.

Die brit. Patentschrift Nr. 718, 800 behandelt Gleitelemente aus kieselsäurearmer, gesinterter Ton- erde, welche in Steine oder Massen eingearbeitet werden. Die Gleitelemente haben Kugelform oder sie sind Trapeze mit abgerundeten oberen Kanten. Ein Teil der Gleitelemente ragt heraus. Die Kugeln kön- nen auch in mehreren Lagen in die Masse eingebettet werden, machen jedoch nur wenige Volumspro- zente der Gesamtmasse aus. Die Haftung wird durch Aufrauhen oder keramische Flüsse verbessert. Es ist klar, dass der Einbau dieser Gleitelemente teuer ist. Ausserdem ist ihr Anteil in der Masse sehr gering.

Erfindungsgemäss werden die oben angeführten Nachteile vermieden. Es werden nur kleinere und völlig spannungsfrei, keilförmige Elemente aus Schmelzkorund eingebettet. Beim Erstarren von
Schmelzkorund bilden sich infolge des Temperaturgradienten im gegossenen Stück Spannungen aus. Beim
Brechen der Blöcke reissen diese bevorzugt in den Zonen der Spannungen. Die hiebei anfallenden Bruch- stücke sind dann praktisch spannungsfrei.

Durch die Unterteilung des Anteiles an Schmelzkorund in kleinere Elemente wird auch die Anfäl- ligkeit gegen Temperaturschocks beseitigt. Die Bruchstücke haben eine rauhe Oberfläche, so dass sie sich in der Masse gut verzahnen und in dieser vorzüglich haften. Da die Stampfmasse nach dem Stamm- patent vorwiegend aus Tonerde besteht, ist der Wärmeausdehnungskoeffizient praktisch gleich, so dass im Betrieb keine Lockerung entsteht.

Durch diese erfindungsgemässe Kombination wird die Abriebfestigkeit bei hohen Temperaturen we- sentlich verbessert. Da in den keramischen Wandungen in den meisten Fällen nur auf der Arbeitsseite hohe Temperatur herrscht und innerhalb der Wand die Temperatur auf einige 1000 C fällt, bleiben die eingebauten Keile aus geschmolzener Tonerde auch dann mechanisch fest verankert, wenn an der An- griffsfläche durch hohe Temperatur und Verschlackung die Stampfmasse weich geworden ist. Die me- chanische Beanspruchung wird von den Keilen getragen und die Stampfmasse vor der mechanischen Ab- tragung geschützt.

Erfindungsgemäss sind für diese Aufgabe Keile vorgesehen, welche 3 - 15 cm lang und 1 - 5 cm dick sind. Die Eindringtiefe der Keile in der Stampfmasse soll 25 - 660/0 betragen. Ihr Flächenanteil an der Arbeitsoberfläche soll 20-66% ausmachen.

Die Keile können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Am einfachsten ist das Aus- sortieren nach dem Brechen von Elektrokorund-Blöcken. Es können auch Abfälle von schmelzgegosse- nen Steinen aus Tonerde für diese Zwecke verwendet werden. Auch in Verwendung gewesene, ausge- baute, saubere Wannenblöcke aus geschmolzenem hochtonerdehältigem Material ergeben zerkleinert ein brauchbares Material. Der Anteil der keilförmigen Bruchstücke kann bei diesen schmelzgegossenen
Produkten durch thermische Vorbehandlung erhöht werden. Erhitzt man die grösseren Stücke auf 8000 C und schreckt sie anschliessend im kalten Wasser ab, so springen diese vorzugsweise entlang der Stengel- kristalle, welche sich beim Abkühlen des schmelzgegossenen Produktes gebildet hatten.

Durch den Einbau von keilförmigen Elementen in die Stampfmasse mit Phosphatbindung wird eine weitere Verbesserung der Stampfmasse erzielt. Stampfmassen mit Phosphatbindung haben beim ersten
Erhitzen einen sehr gefährlichen Temperaturbereich. Beim Trocknen entsteht in der Randzone ein Be- reich mit mehr Bindung infolge der Wanderung des Binders. Dieser Bereich wirkt auch als Dampfsperre und es kann bei Temperaturen von 100 bis 3000 C ein Treiben und Blähen der Stampfmasse eintreten.

Durch das Einrammen von keilförmigen Elementen wird diese Dampfsperre aufgelockert. Die Randzone wird zugleich mit dem Inneren der Stampfmasse verankert und somit ein Blähen und Treiben verhindert.

Der Einbau der keilförmigen Elemente verursacht keine erhöhten Kosten, da die Keile aus dem gleichen Material-1 wie der Zuschlag der Stampfmasse bestehen, ja sogar durch den Wegfall zusätz- licher Zerkleinerungs- und Klassierungskosten etwas billiger sind. Verwendet man Abfallmaterial, er- gibt sich sogar ein wirtschaftlicher Vorteil.

Die technische Durchführung der Erfindung ist aus folgendem Beispiel ersichtlich :
Eine Stampfmasse, bestehend aus 100 Gew.-Teilen Korund (Korn 12 : Korn 240 = 1 : 1), 10 Gew.-
Teilen Ton und 6 Gew.-Teilen Aluminiumchromphosphat (bezogen auf Festsubstanz) wird locker eingestampft. In diese Stampfmasse werden nun Teile aus dem geschmolzenen, hochtonerdehältigen Ma- terial bis zur halben Schichtdicke der Stampfung eingerammt. Die Keile bedecken etwa 5 (J1/0 der Oberfläche. Nun wird mit grösseren Hämmern die Kombination auf die gewünschte Schichtdicke verdichtet.

Nach 24 h Trocknung bei erhöhter Temperatur, welche jedoch 900 C nicht überschreiten soll, wird die Stampfung mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 C/min auf zirka 3500 C aufgeheizt. Das Erhitzen auf die Arbeitstemperatur kann dann rasch erfolgen.

Diese Masse eignet sich vorzüglich für Zustellungen, welche bei hohen Temperaturen auf Abrieb und Verschlackung beansprucht werden, wie Stossöfen, Drehrohröfen und Schachtöfen.

Claims

PATENTANSPRUCH : Verwendung eines aus Aluminiumphosphat bestehenden oder solches enthaltenden Bindemittels, das EMI3.1 stellung eines bei hohen Temperaturen abriebfesten, schlackenbeständigen, temperaturwechselbeständigen und volumsbeständigen Körpers, der in einer gestampften Grundmasse aus 2 - 9 Gew.-% Aluminiumchromphosphat der angegebenen Art (bezogen auf Trockensubstanz), 3-10 Gew.-% feuerfester Bindeton und 81 - 95 Gew. -% Elektrokorund mit einer Korngrösse bis maximal 5 mm, 12 - 85 Vol.

-%, bezogen auf die Grundmasse, keilförmige Stücke eines geschmolzenen hochtonerdehältigen Materials, insbesondere aus Elektrokorund-Blöcken, Abfällen nach Herstellung von geschmolzenen Wannenblöcken oder deren Bruch enthält, wobei die eingerammten Keile aus diesem geschmolzenen, hochtonerdehältigen Material 20 - 66% der Arbeitsoberfläche einnehmen und 25 - 66% der Schichtdicke des feuerfesten Körpers durchsetzen und vorzugsweise aus Stücken mit einer Länge von 3 bis 15 cm und einer Dicke von 1 bis 5 cm bestehen.