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Die Erfindung betrifft Platten oder Hülsen zum Auskleiden von Warmköpfen, die ein feuerfestes, defor- mierbares, selbsttragendes, faserhaltiges Material enthalten.
Beim Giessen von Metallingots zieht sich das Metall beim Abkühlen zusammen, und da die Kühlfronten im Inneren von den Formwänden und dem offenen Formkopf weg fortschreiten, erstarrt die Aussenseite der
Ingots zuerst. Werden nun keine Vorkehrungen getroffen, um das Schrumpfen zu ermöglichen, indem flüssi- ges Metall am Kopf der erstarrenden Masse zugeführt wird, weist schliesslich die gekühlte Form Risse und
Lunker auf, wobei insbesondere die Ausbildung von sogenannten "Röhren" auftritt.
Es sind zahlreiche Verfahren bekannt, um den Kopf des Gussstückes mit der notwendigen Zufuhr von Me- tall zu versorgen. Beispielsweise kann der Ingot kontinuierlich mit zugesetztem flüssigem Metall aufgefüllt, oder es kann ein grosser Anguss von Metall vorgesehen werden. Diese Verfahren sind jedoch zeitraubend und unwirtschaftlich, und es ist daher derzeit die übliche Praxis, an den Formköpfen oder im Kopfkasten, der auf der Form aufsitzt, eine Auskleidung anzubringen, um die Geschwindigkeit des Wärmeverlustes aus dem Kopf- metall zu verzögern.
Diese Auskleidung kann beispielsweise aus Bestandteilen hergestellt werden, die bei der
Temperatur des geschmolzenen Metalles exotherm miteinander reagieren, wodurch eine zusätzliche Wärme geliefert wird, welche die Erstarrung des Kopfmetalles verzögert, oder sie kann aus wärmeisolierendem Material hergestellt werden, welches die Geschwindigkeit des Wärmeverlustes am Kopf verringert, wobei diese Verfahren dazu dienen, einen Kopf aus flüssigem Metall aufrecht zu erhalten, welches den Ingot beim Abkühlen und Zusammenziehen speist und die Bildung von Lunkern im Inneren des Ingots verhindert oder zumindest verringert. Analog kann bzw. können der Anguss bzw. die Angüsse der Giessform mit einer Auskleidung aus exothermem oder wärmeisolierendem Material versehen werden.
Die Auskleidungen haben im allgemeinen die Form von Platten oder Hülsen und diese werden daher als Platten und Hülsen zum Auskleiden von Warmköpfen bezeichnet.
Obwohl sowohl exotherme als auch isolierende Auskleidungen laufend in Verwendung sind, besteht die derzeit übliche Praxis darin, eher isolierende als exotherme Auskleidungen zu verwenden, u. zw. erstens wegen der relativ hohen Kosten der letzteren und zweitens, weil bei den grösseren Ingots, die zum Erstarren länger brauchen, die exotherme Reaktion zu kurz dauert, um die späteren Phasen der Erstarrung zu beeinflussen, und der Rückstand des exothermen Materials ein weniger wirksamer Isolator ist als Auskleidungen, die ausschliesslich für Isolationszwecke hergestellt wurden.
Herkömmliche Warmabdeckmaterialien weisen noch manche Nachteile auf und das Problem, zufriedenstellende Auskleidungsplatten und-hülsen herzustellen, hat viele Jahre der Lösung geharrt, obwohl eine beträchtliche Anzahl von Patent- und anderer Literatur, die Teillösungen des Problems vorgeschlagen hatten, veröffentlicht worden war. Diese Nachteile sind teilweise auf die Form der Auskleidungen, teilweise auf die Eigenschaften, die durch die Materialien verliehen werden, und teilweise auf die Schwankungen in den Dimensionen der Formen oder Kopfkästen, in welche die Auskleidungen passen sollen, zurückzuführen.
Zu den wünschenswerten physikalischen Eigenschaften einer Auskleidung oder Hülse für Warmköpfe gehören nicht nur günstige thermische Eigenschaften, sondern auch zufriedenstellende mechanische Eigenschaften.
Die mechanischen Eigenschaften selbst können in jene, die während der Produktion, dem Transport und der Handhabung der Materialien in der Anlage erwünscht sind, jene, die zur Erleichterung des Aufbringens der Auskleidung, und jene, die erforderlich sind, wenn die Materialien ferrostatischen Hochtemperaturbedingungen während und nach dem Giessen unterworfen werden, unterteilt werden. Ferner müssen die Kosten, die zur Verleihung dieser Eigenschaften aufgewendet werden, mit den Vorteilen, die bei Verwendung von Warmkopfauskleidungen erzielt werden, vereinbar sein.
Die üblicherweise verwendeten isolierenden Auskleidungen haben die folgenden allgemeinen Eigenschaften : erstens sind die Materialien im wesentlichen starr, indem sie eine geringe Kompressibilität und eine geringe Biegsamkeit aufweisen. Zweitens besitzen sie eine hohe Querfestigkeit, wenn jedoch Bruch erfolgt, geschieht dies bei sehr geringem Durchbiegen ; mit andern Worten, sie zeigen eine spröde Brüchigkeit. Drittens haben sie eine hohe Zugfestigkeit und eine geringe Bruchdehnung. Viertens weisen sie Dichten auf, für welche die Grössenordnung von 0, 7 bis 1,3 g/cm 3 typisch ist.
Die hohe Querfestigkeit solcher herkömmlicher Materialien ist in hohem Masse erwünscht, um eine Beschädigung und ein Brechen während des Transportes und der Handhabung zu vermeiden ; jedoch wird bei Erreichen von genügend hohen Werten dieser Eigenschaft auch die Starrheit der Materialien erhöht. Während dies an sich keinen Nachteil bedeuten würde, wenn die Oberfläche der auszukleidenden Form oder des auszukleidenden Kopfkastens eine genaue und feste Dimension mit glatter Oberfläche aufweisen würde, treten in der Praxis jedoch Probleme auf. Formen und Kopfkästen mit zahlenmässig gleicher Grösse können grosse Dimensionsunterschiede aufweisen und werden während der Verwendung oft rauhe, unebene Oberflächen entwickeln.
Wenn man nun versucht, eine solche Ingotform oder einen solchen Kopfkasten mit diesen starren Platten oder Hülsen auszukleiden, so liegen die Platten oder die Hülsen nicht an der Oberfläche der Form oder des Kopfkastens mit durchgehendem bzw. vollständigem Zwischenflächenkontakt an.
Die sich dabei ergebenden Lücken zwischen der Auskleidung und der Form und dem Kopfkasten bilden
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Bereiche, in welche das geschmolzene Metall eindringen kann. Bei seinem Eindringen kann durch das Metall die Auskleidung vollständig von der Formwand abgelöst werden, wodurch der wärmeisolierende Effekt aufge- hoben und vielleicht sogar der Ingot vollkommen zerstört wird. Wenn die Auskleidung nicht vollständig abge- löst wird, kann das Metall einen Grat hinter der Auskleidung bilden, und dadurch wird nicht nur die Entfernung des Ingots aus der Form erschwert, sondern es kann dies auch zu Schäden während des Walzens des Ingots füh- ren.
Ausserdem kann das durchsickernde Metall einen Verschluss rund um die Auskleidungsoberflächen bilden, durch die andernfalls Gase entweichen würden, die beim Kontakt der Metallschmelze mit dem Warmkopf ent- wickelt werden. Dies kann bei den Gasen, die eigentlich durch das geschmolzene Kopfmetall entweichen sol- len, zu einem "Sieden" führen, was den Giessprozess sowohl unwirksam als auch manchmal sogar gefährlich macht.
Das Ziel der Erfindung besteht nun darin, Platten und Hülsen zum Auskleiden von Warmköpfen zur Ver- fügung zu stellen, die eine spezifische Kombination von physikalischen Eigenschaften aufweisen, die nicht nur die obgenannten Nachteile verringern oder beseitigen, sondern sogar in der Praxis zusätzliche Vorteile bieten.
Die Erfindung besteht nun darin, dass sie in trockenem Zustand einen solchen Biegsamkeitswert aufwei- sen, dass sich das Material unter einer Belastung von höchstens 20 kg um 0, 7 cm ohne totalen Bruch deformiert, und einen Restitutionswert von höchstens 30%, einen Senkwert von höchstens 17 cm, einen Kompressibilitäts- wert von 0, 1 bis 1, 5 kg/cmz und einen Dehnbarkeitswert von höchstens 50 kg besitzen.
Die Erfindung betrifft daher Platten und Hülsen zum Auskleiden von Warmköpfen, die feuerfest, defor- mierbar, selbsttragend und faserhaltig sind und die in trockenem Zustand die folgenden Eigenschaften aufweisen :
1. eine solche Biegsamkeit, dass das Material sich unter einer Belastung von höchstens 20 kg um 0, 7 cm ohne totalem Bruch deformiert ;
2. einen Restitutionswert von höchstens 30lu ;
3. einen Senkwert von höchstens 17 cm.
Vorzugsweise weisen die erfindungsgemässen Platten- oder Hülsenmaterialien noch eine oder beide der folgenden Eigenschaften auf :
4. einen Kompressibilitätswert von 0, 1 bis 1, 6 kg/cmz und
5. eine Dehnbarkeit von mindestens 0, 5 cm unter einer Belastung von höchstens 50 kg.
Da bis jetzt, soweit bekannt, keine wissenschaftlichen Untersuchungen über die Anforderungen, die hier gestellt werden, gemacht wurden, war es notwendig, bestimmte Teste zur Bestimmung der Kenndaten für die angegebenen Eigenschaften zu finden ; diese Versuche werden im folgenden beschrieben.
Fig. 1 zeigt die allgemeine Form der Vorrichtung, wie sie zur Bestimmung des Biegsamkeitswertes und des Restitutionswertes aufgebaut wird. Fig. 2 zeigt die allgemeine Form einer Vorrichtung, wie sie zur Bestimmung des Senkwertes aufgebaut wird. Fig. 3 zeigt die allgemeine Form der Vorrichtung, wie sie zur Bestimmung des Kompressibilitätswertes aufgebaut wird und Fig. 4 zeigt die allgemeine Form der Vorrichtung, wie sie zur Bestimmung des Dehnbarkeitswertes aufgebaut wird.
Die Fig. l, 3 und 4 zeigen schaubildlich eine Vorrichtung, bei der ein Paar von Teilen -1, 2- einstell- bar voneinander weg oder zueinander durch Bewegung des Teiles-l-bewegt werden kann. Die relative Bewegung zwischen den Teilen-l und 2-kann gemessen werden, und ausserdem wird die Kraft, die auf den Teil -2- ausgeübt wird, durch eine eine Quecksilbersäule aufweisende Vorrichtung -3- gemessen.
Die erhaltenen Ergebnisse werden graphisch bestimmt, indem die Kraft oder die registrierten Belastungswerte gegen die entsprechenden Dimensionsänderungen aufgetragen werden. Es werden so Spannungs/Bean- spruchungskurven aufgenommen, welche die oben beschriebenen physikalischen Eigenschaften veranschaulichen und quantitativ wiedergeben.
Für den Biegsamkeits- und Restitutionstest wird die Vorrichtung mit einer Probe -4- gemäss Fig. 1 zusammengefügt. Die Messerschneiden am Teil-2-sind 17, 6 cm voneinander entfernt und je 5, 1 cm breit. Die Testprobe ist 20 x 5, 1 cm und 2, 5 cm dick. Zur Messung der Biegsamkeit werden die Teile-l und 2gegeneinander bewegt, bis entweder die relative Bewegung zwischen-l und 2-einen Abstand von 1, 2 cm erreicht oder bis die Belastung entweder 60 kg erreicht oder auf Null abfällt, je nachdem, was zuerst geschieht.
Zum Messen des Restitutionswertes wird der Biegsamkeitstest wiederholt, wobei die Bewegung knapp vor dem Punkt, bei dem eine weitere Bewegung bewirken würde, dass die Belastung abzunehmen beginnt, d. i. die "Fliessgrenze oder Streckgrenze", gestoppt wird - falls die Existenz eines solchen Punktes durch den Biegsamkeitstest angezeigt wurde-oder bei 1, 2 cm gestoppt wird, je nachdem, welcher Abstand kürzer ist. Der Abstand ist-Ei-. Sodann werden die Teile voneinander entfernt und es wird der Punkt (E), bei welchem die Belastung abfällt, notiert.
Der Restitutionswert wird berechnet als
EMI2.1
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Der Senktest wird durchgeführt, indem ein Streifen des Testmaterials-10-, der 2,5 cm dick ist, derart eingelegt wird, dass 25 cm über die Kante eines horizontalen Tisches-11-herausragen, die Probe wird durch die Klammer-12-über der Kante des Tisches festgeklemmt. Der Abstand in cm, um welchen die untere Kante-13-des Materialstreifens-10-, die vom Tisch entfernt ist, unter ihrem eigenen Gewicht nach
20 sec absinkt, ist der Senkwert.
Für den Kompressibilitätstest wird die Vorrichtung gemäss Fig. 3 aufgebaut, und die Teile werden wie oben gegeneinander bewegt. Die Probe 5 hat einen Durchmesser von 5, 1 cm. Der Kompressibilitätswert wird berechnet aus der Belastung, die erforderlich ist, um die Probe auf 90% ihrer ursprünglichen Dicke zusammen- zudrücken und wird in kg/cm2 angegeben.
Die Dehnbarkeit wird bestimmt, indem eine Vorrichtung gemäss Fig. 4 aufgebaut wird, wobei die Probe 4eine Dicke von 2, 5 cm und eine Länge von 30, 5 cm aufweist. Die Endteile sind je 5, 1 cm breit und
6, 6 cm lang, die Haltelöcher befinden sich 2, 5 cm von jedem Ende entfernt. Die Breite des mittleren Teiles ist 3, 8 cm. Die Teile 1 und 2 werden voneinander wegbewegt, bis die Belastung entweder 50 kg erreicht oder auf Null abfällt. Die Belastung in kg bei einer Dehnung von 0, 5 cm ist der Dehnbarkeitswert.
Der Biegsamkeitswert ist die Belastung, die bei einer Deformierung von 0, 7 cm auftritt.
Der Restitutionswert ist der Prozentanteil, um welchen die Probe ihre ursprünglichen Dimensionen wieder annimmt, nachdem sie einer Belastung unterworfen wurde, die geringer ist als jene, die erforderlich ist, um die"Fliessgrenze"zu erreichen.
Der Senkwert ist der Abstand in cm von der Horizontalen, um welchen die entfernte Kante des überhän- genden Bereiches der Probe in einer bestimmten Zeit abfällt.
Der Kompressibilitätswert ist der Druck in kg/cm2, der erforderlich ist, um die Probe um 1/10 ihrer Dicke zu komprimieren.
Wie bereits gesagt, weisen die Eigenschaften der erfindungsgemässen Platten und Hülsen sehr wichtige praktische Vorteile auf.
Erstens müssen die Auskleidungsplatten und-hülsen mit einer bestimmten zahlenmässigen Grösse wegen ihrer Biegsamkeits- und Restitutionseigenschaften (elastische Erholbarkeit) und ihren Senkeigenschaften durch Verfahren zu ihrer geringen Deformierung derart hergestellt werden, dass sie in die Höhlungen (d. i. die Höhlung am Kopf der Ingotform oder innerhalb des Kopfkastens) einpassen, ohne dass die Platte oder die Hülse eine zu grosse Neigung zeigt, ihre ursprüngliche Form anzunehmen, d. h. die Deformierung kann im wesentlichen plastischen Charakter aufweisen.
Ein zweiter Vorteil besteht in folgendem : üblicherweise entsteht infolge der Dicke der seitlichen Isolatorauskleidung auf dem erstarrten Ingot an der Verbindung zum Warmkopf ein Vorsprung. Die Gegenwart dieses Vorsprunges auf dem erstarrten Ingot kann selbst zu Fehlern während des anschliessenden Walzens oder der anschliessenden Verarbeitung des Ingots Anlass geben, welche die Ausbeute an unversehrtem Metall nachteilig beeinflussen können. Es ist demgemäss vorteilhaft, diesen Vorsprung zu entfernen oder in seiner Grösse zu verringern.
Da der maximale ferrostatische Druck am Boden der Warmkopfauskleidung, d. h. an dem Vorsprung, auftritt, neigen die erfindungsgemässen Platten oder Hülsen wegen ihrer physikalischen Eigenschaften automatisch dazu, eine Keilform anzunehmen, wobei die Dicke der Platte oder der Hülse in dem Bereich dieses Vorsprunges maximal verringert ist.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus folgendem : um eine verringerte Dichte und verbesserte thermische Leistung zu erreichen, ist es oft von Vorteil, in die Zusammensetzung der Auskleidungsmaterialien Bestandteile einzuarbeiten, die unter dem Einfluss von hohen Temperaturen, die bei Berühren mit geschmolzenem Stahl auftreten, dazu neigen, zu schrumpfen oder vollständig zu verschwinden. Wenn starre, nicht komprimierbare Auskleidungen verwendet werden, kann die Bildung von Lücken durch diesen Vorgang gleichzeitig Risse an der Zwischenflächenoberfläche der Materialien verursachen, in die geschmolzenes Metall eindringen kann, wodurch die Ausbeute an erstarrtem Metall nachteilig beeinflusst wird. Bei Verwendung der erfindungsgemässen Platten und Hülsen erreicht man jedoch, dass sich diese Lücken unter dem ferrostatischen Druck schliessen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Platten und Hülsen besteht darin, dass Klebstoffe als sehr geeignete Mittel zu ihrer Befestigung an der Wand der Form oder des Kopfkastens verwendet werden können, da die Auskleidung keine Tendenz zeigt, von der Wand abzuspringen, wenn die Deformierungskraft entfernt wird.
Ferner ist es in der Praxis manchmal wünschenswert, dass die Warmkopfauskleidung selbst als Dichtung zwischen einer Form und einem Kopfkasten oder einem Haltering wirkt, und die erfindungsgemässen Platten und Hülsen können diesen Effekt wegen ihrer physikalischen Eigenschaften sehr gut erreichen.
Die meisten Ingotformen haben gewölbte Wände. Bei grossen Plattenformen besteht insbesondere ein Vorteil des erfindungsgemässen Produktes darin, dass die Auskleidungen in einer flachen Form hergestellt werden können, so dass der erforderliche Packungsraum auf ein Mindestmass herabgesetzt wird ; gleichzeitig können sie jedoch deformiert werden, so dass sie sich an die Wölbung der Form durch Anwendung eines relativ geringen Deformierungsdruckes, der entweder von Hand aus oder durch eine einfache Vorrichtung erreicht werden kann, anpassen. Diese erfindungsgemässen Platten, die eine genügende Biegsamkeit aufweisen, so dass sie um runde
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Ecken von sehr kleinem Radius, z. B. etwa 8 cm, gebogen werden können, machen es möglich, Auskleidun- gen für Ingotformen zu ersinnen, die aus einer minimalen Anzahl von getrennten Stücken bestehen.
Ferner ist es möglich, komplizierte Konfigurationen, denen man in Formen und Kopfkästen begegnet, mit prinzipiell ein- fachen (z. B. geriffelten oder polygonalen) Formen des Auskleidungsmaterials auszukleiden.
Während die physikalischen Eigenschaften, z. B. die Biegsamkeit und die Kompressibilität, im Vergleich zu herkömmlichen Isolatoren die obgenannten Vorteile bedingen, treten deutliche Nachteile dort auf, wo die Erhöhung dieser beiden Parameter zu weitgehend ist. Wenn die Biegsamkeit zu gross ist, dann wird die Handhabung der Materialien schwierig, da sie dazu neigen, übermässig stark abzusinken, wodurch das Ausklei- dungsverfahren zu schwierig wird. In ähnlicher Weise kann eine übermässige Kompressibilität unter dem Einfluss des ferro statischen Druckes die Dicke des Isolators bis zu einem solchen Ausmass herabsetzen, dass die thermische Leistung zum Nachteil der Ausbeute an unversehrtem Metall verringert wird.
Es wird daher bevorzugt, die Bestandteile der Platten oder Hülsen und bzw. oder die Herstellungsbedingungen so zu wählen, dass die Endplatten oder-hülsen eine Dichte von unter 0, 7 g/cm3, vorzugsweise 0,2 bis 0, 5 g/cm3, aufweisen.
Grundsätzlich sind die erfindungsgemässen Platten oder Hülsen Fasermatten, jedoch ist es selbstverständlich, dass sie ausser einem oder mehreren Faserbestandteilen auch andere Bestandteile wie feinteilige feuerfeste Materialien und Bindemittel enthalten können.
Platten oder Hülsen, die solche Bestandteile enthalten, waren bereits früher beschrieben worden, wobei im allgemeinen grosse Mengenbereiche der Bestandteile angegeben wurden. Mit den meisten der verhältnismässigen Mengen der enthaltenen Bestandteile könnten jedoch keine Produkte erhalten werden, welche die charakteristischen physikalischen Kenndaten der erfindungsgemässen Platten und Hülsen aufweisen und es wurde bis jetzt noch nicht spezifisch vorgeschlagen, bestimmte Ansätze innerhalb des angegebenen Bereiches herzustellen, welche die charakteristischen physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemässen Platten und Hülsen aufweisen.
Der Faserbestandteil kann aus feuerfesten Fasern, wie Asbest, Schlackenwolle, Aluminiumsilikatfasem, Calciumsilikatfasern oder Kohlenfäden oder aus organischen Fasern, wie geschnittenen synthetischen Fasern oder Stapelfasern oder natürlichen Fasern, z. B. Fasern aus regenerierter Cellulose, Celluloseacetat, Polyacrylnitril, Polyäthylenterephthalat oder Nylon oder Fasern aus Baumwolle, Wolle, Hanf, Jute, Flachs, Juteleinen oder Sisal bestehen. Ebenso ist es möglich, sehr kurzfaseriges Material, wie Holzbrei oder Papierbrei einzuarbeiten ; bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht jedoch der Faserbestandteil aus Fasermaterial mit einer Faserlänge von mindestens 0, 25 cm und einem Verhältnis von Faserlänge/Durch- messer (L/D) von mindestens 100 : 1 oder er enthält solche Fasern.
Der Anteil von Fasern solcher Länge und mit einem solchen L/D-Verhältnis bildet vorzugsweise 3 Grew.-% der gesamten Zusammensetzung und vorzugsweise 3 bis 50 Gew.-% davon, obwohl in jedem Fall der optimale Anteil von der Natur der Faser einschliesslich ihrer physikalischen Eigenschaften (z. B. Dehnbarkeit, Biegsamkeit und Faltfähigkeit) und von der spezifischen Natur der übrigen Bestandteile der Zusammensetzung abhängt.
Feinteilige feuerfeste Materialien können, wenn sie in der Fasermatte enthalten sind, beispielsweise Silikamehl, Topfscherben, Chamotte, Sillimanit, Magnesia, Olivin, Aluminiumoxyd oder Zirkon sein. Besonders gute Ergebnisse werden bei Verwendung von kalzinierten Reisschalen erzielt.
In manchen Fällen wurde gefunden, dass die Fasern entweder allein oder zusammen mit einem feinteiligen feuerfesten Material ohne Hilfe eines Bindemittelzusatzes eine Fasermatte bilden. Dies ist beispielsweise häufig der Fall, wenn die Zusammensetzung Holzbrei oder Papierbrei enthält, wobei die Bindewirkung durch den kleinen Harzgehalt solcher Materialien oder sogar durch die Wirkung der sehr kleinen Cellulosefasern solcher Materialien beim Füllen der Lücken zwischen den übrigen Bestandteilen erreicht werden kann.
Wenn jedoch ein Bindemittel verwendet wird, kann es, stets unter Bedachtnahme auf die wesentlichen physikalischen Eigenschaften in den aus der Zusammensetzung gebildeten Platten und Hülsen, aus einer Vielzahl von an sich bekannten Bindemitteln gewählt werden. Beispiele hiefür sind synthetische Harze, z. B. Harnstoff-Formaldehyd-, Phenol-Formaldehyd-und Furanharzen, Polyvinylacetat, Phosphate der verschiedenen Typen, kolloidale Oxydhydrosole, wie Silikasol oder Alkalisilikate, wie Natriumsilikat.
Die verhältnismässigen Mengen der Bestandteile können in weiten Bereichen je nach ihrer spezifischen Natur variieren, jedoch ermöglichen einige wenige einfache Versuche, in jedem Fall die gewünschten Verhältnisse festzustellen, die zur Erzielung von Platten und Hülsen der für das erfindungsgemässe Produkt wesentlichen physikalischen Eigenschaften erforderlich sind.
Im folgenden werden Beispiele für allgemein definierte Zusammensetzungen gegeben, die für die erfindungsgemässen Platten und Hülsen verwendet werden können : a) Ein feuerfestes wärmeisolierendes Material, das anorganisches Fasermaterial, organisches Fasermaterial und feinteiligen feuerfesten Füllstoff enthält und das frei oder im wesentlichen frei ist von Bindemittelzusatz. wobei das gesamte Fasermaterial mindestens 6 Gew. -0/0, vorzugsweise mindestens 15 Gew.-% des Materials ausmacht und das organische Fasermaterial aus geschnittenen synthetischen und bzw. oder natürlich vorkommenden organischen Fasern besteht, die in der Zusammensetzung in einer Menge von mindestens 3 Gel.-%,
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vorzugsweise mindestens 5 Gew.
-0/0, bezogen auf die angegebenen Bestandteile, enthalten sind, und das Fa- sern enthält, die mindestens 0, 25 cm lang sind, und in welchen das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der
Faser mindestens 100 : 1 beträgt.
Die synthetische organische Faser soll einen möglichst kleinen Titer haben, z. B. 1 bis 3 Denier.
Die vorhergehenden Zusammensetzungen können auch andere Bestandteile enthalten und speziell einen
Anteil von beispielsweise bis zu 10 Gel.-% oder sogar mehr einer kurzen Faser, z. B. von Papierbrei, enthalten.
Als synthetische organische Fasern, natürlich vorkommende organische Faser und feinteiliges feuerfestes
Material kann eines der obgenannten Materialien verwendet werden.
Die anorganische Faser hat vorzugsweise ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von über 300 : 1 im
Material. Typische Fasern sind 3 cm lang und haben einen Durchmesser von 0,005 mm. b) Ein feuerfestes wärmeisolierendes Material, das anorganisches Fasermaterial, organisches Fasermaterial und feinteiligen feuerfesten Füllstoff enthält und das frei oder im wesentlichen frei von Bindemittel ist, wobei das gesamte Fasermaterial mindestens 45 Gew.-% des Materials ausmacht und die Gesamtheit des organischen Fasermaterials und des feinteiligen feuerfesten Füllstoffes höchstens 75 Gew. -0/0 des Materials ausmacht.
Die anorganische Faser hat vorzugsweise ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von über 600 : 1. Typische Fasern sind 3 mm lang und haben einen Durchmesser von 0,005 mm.
Die erfindungsgemässen Platten oder Hülsen werden vorteilhafterweise durch Herstellung einer wässerigen Aufschlämmung der festen Bestandteile der Zusammensetzung (vorzugsweise höchstens 5 Gel.-% Feststoffgehalt und am günstigsten etwa 1, 5 bis 2, 5 Gew. -0/0) und Ablagerung der Feststoffe auf einer Siebform hergestellt, indem die Flüssigkeit der Aufschlämmung durch die Maschen gepresst wird, wobei eine Schicht der festen Bestandteile auf dem Sieb zurückbleibt. Die so gebildete feste Platte oder Hülse wird auf übliche Weise, z. B. mittels Durchführen durch eine erwärmte Kammer, getrocknet. Die Endprodukte können einen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen, der mit der umgebenden Atmosphäre im Gleichgewicht steht, und bei Bezugnahme auf die Platten und Hülsen in trockenem Zustand wird diese Bedingung vorausgesetzt.
Die Platten oder Hülsen können direkt oder als kontinuierlich hergestellter Streifen erzeugt werden, der auf einer langsam rotierenden zylindrischen Form abgelagert ist, und der zumindest teilweise in einem die Aufschlämmung enthaltenden Behälter eintaucht, wobei der Streifen danach in Platten und Hülsen gewünschter Grösse geschnitten wird.
Die erfindungsgemässen Platten und Hülsen können einheitlich ausgebildet werden oder sie können aus zwei oder mehr Schichten bestehen. Vorteilhafterweise können mehrschichtige Platten hergestellt werden, in- dem Massen verschiedener Zusammensetzungen übereinanderliegend durch aufeinanderfolgende Verwendung von zwei oder mehr Aufschlämmungen auf der Siebform abgelagert werden.
Es ist selbstverständlich, dass die physikalischen Eigenschaften, die für die erfindungsgemässen Platten und Hülsen erforderlich sind, sich auf die Endprodukte beziehen, so dass es möglich ist, eine mehrschichtige Platte oder Hülse oder Massen verschiedener Zusammensetzungen aus einer oder mehreren von diesen herzustellen, die, wenn sie allein verwendet werden, nicht die gewünschten Eigenschaften aufweisen würden, in verbundener Überlagerung jedoch eine Platte oder Hülse mit den gewünschten Eigenschaften ergeben.
Ferner können die erfindungsgemässen Platten oder Hülsen mit Oberflächenüberzügen versehen werden, z. B. mit einem Überzug aus einer feuerfesten Masse auf der Seite, welche der Metallschmelze zugekehrt ist, um die Platte gegen ein Durchdringen von geschmolzenem Metall widerstandsfähig zu machen, oder mit einem Überzug aus einem Grundieranstrich oder einem Klebstoff-Vorläufer, um die Platte gegebenenfalls in ihrer Auskleidungsstellung anzukleben. Solche Materialien für feuerfeste Auskleidungen sind beispielsweise Suspensionen von Zirkon, Silika oder Chromitmehl.
Das Material kann eine ausreichende Elastizität aufweisen, so dass es, wenn es zwecks Auskleidung des Hohlraumes aufgebracht und deformiert wird, ohne zusätzliche Klammern, Nägel oder Klebstoff in seiner Stellung verbleibt. Dies ist beispielsweise wertvoll beim Auskleiden von Ingotformköpfen mit zwei Platten, von denen jede sich von der Mitte der einen Wand rund um die angrenzende. Wand und bis zur Mitte der gegenüberliegenden Wand erstreckt. Die eine kann zeitweise durch eine (wiederverwendbare) Klammer an ihrer Stelle gehalten werden, während die andere eingebracht wird, nachdem die Klammer entfernt wurde.
Erfindungsgemäss warmabdeckende Hülsen können wegen ihrer Biegsamkeit in zusammengefaltetem Zustand gelagert und transportiert werden. Wegen der leichten Handhabung ist der Bereich der Ingotformgrössen, die in der Praxis mit solchen Hülsen verwendbar sind, sehr ausgedehnt.
Die folgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung : Beispiel 1 : Eine wässerige Aufschlämmung mit 2% Feststoffgehalt wird hergestellt, wobei die festen Bestandteile in den folgenden Verhältnisanteilen vorhanden sind :
EMI5.1
<tb>
<tb> Aluminosilicat-Fasern <SEP> 15 <SEP> Gew.-%
<tb> Cellulosefasern <SEP> 5 <SEP> Gew.-%
<tb>
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EMI6.1
<tb>
<tb> Geschnittene <SEP> synthetische <SEP> organische <SEP> Fasern <SEP> 9 <SEP> Gew.-%
<tb> Silica-Sand <SEP> 51 <SEP> Gel.-%
<tb> Kalzinierte <SEP> Reisschalen <SEP> 20 <SEP> Grew.-%
<tb>
In einen Behälter mit einer solchen Aufschlämmung wird eine poröse zylindrische Form eingebracht und die flüssige Aufschlämmung wird vom Inneren der Form (unter Anwendung eines Soges von 0, 5 atm) abgezogen,
wobei sich darauf eine Schicht aus dem aufgeschlämmten Feststoff ausbildet. Nach 120 sec war eine Schicht von 1 cm Dicke auf der Form entstanden, die sodann aus dem Behälter herausgenommen wird. Der so gebildete Zylinder aus dem Material wird von der Form abgestreift, und es wurde gefunden, dass er in grünem Zustand biegsam und nach dem Trocknen (12 h) in einem Ofen bei 1250C selbsttragend ist. Die Hantierbarkeit der Hülse war zufriedenstellend, die Hülse gibt zufriedenstellende Ergebnisse, wenn sie zur Auskleidung eines Aufsatzes bei einem Testguss verwendet wird.
Ihre physikalischen Eigenschaften waren wie folgt :
EMI6.2
<tb>
<tb> Biegsamkeitswert <SEP> : <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> kg
<tb> Restitutionswert <SEP> : <SEP> 10 <SEP> % <SEP>
<tb> Senkwert <SEP> : <SEP> 1, <SEP> 4cm <SEP>
<tb> Kompressibilitätswert <SEP> : <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> kg/cm <SEP>
<tb> Dehnbarkeitswert <SEP> : <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP> kg
<tb>
Beispiel 2 : Es wird ein Isoliermaterial hergestellt aus :
EMI6.3
<tb>
<tb> Amosit-Asbest <SEP> 15% <SEP>
<tb> Geschnittenen <SEP> synthetischen <SEP> organischen <SEP> Fasern <SEP> 15%
<tb> Cellulosefasern <SEP> 3%
<tb> Kalzinierten <SEP> Reisschalen <SEP> 20%
<tb> Sand <SEP> 47%
<tb>
Aus diesen Bestandteilen wird eine 30/oige wässerige Aufschlämmung hergestellt, wobei das gleiche Verfahren wie bei Beispiel 1 angewendet wird.
EMI6.4
sitzDiese wird sodann in den Kopf einer Ingotform eingebracht und ausgedehnt, so dass sie an den Formwänden über den gesamten Umfang hinweg anliegt. Der Silikatklebstoff befestigt die Auskleidung fest an ihrer Stelle, worauf ein Stahlingot in die Form gegossen wird. Die Warmabdeckleistung war zufriedenstellend.
Folgende physikalische Eigenschaften der Hülse wurden erzielt :
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<tb>
<tb> Biegsamkeitswert <SEP> : <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> kg
<tb> Restitutionswert <SEP> : <SEP> 10 <SEP> lu <SEP>
<tb> Senkwert <SEP> : <SEP> 0,6 <SEP> cm
<tb> Kompressibilitätswert <SEP> : <SEP> l, <SEP> 8 <SEP> kg/cm2
<tb> Dehnbarkeitswert <SEP> : <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> kg
<tb>
Beispiel 3: Es wird der Isolator gemäss Beispiel 2 verwendet ; anstatt jedoch Natriumsilikat auf den Isolator aufzubringen, wird der folgende Klebstoff verwendet : eine wässerige Emulsion von polymerisiertem Alkylacrylat oder eine Lösung von polymerisiertem Alkylacrylat in einem Lösungsmittel, z. B. Isopropylacetat.
Das Wasser oder das Lösungsmittel wird verdampft, wobei ein klebriger Überzug auf dem Auskleidungsmaterial zurückbleibt, welches Material dann verpackt und bzw. oder gelagert werden kann. Eine solche Verpackung ist ein silikonisiertes od. ähnl. Ablösepapier über der Klebschicht mit nachfolgenden, erforderlichen herkömmlichen Verpackungsstufen.
Wenn es für die Verwendung nötig ist, wird das Ablösepapier abgeschält und die Auskleidung kann dann im Kopf einer Ingotform ohne Schwierigkeit befestigt werden.
Andere Klebstoffe, die verwendet werden können, umfassen : a) Lösungen von Latex in aliphatischen Kohlenwasserstoffen ; b) Mischungen von synthetischem Kautschuk und Harz in aliphatischen Kohlenwasserstofflösungsmit- teln ; c) Mischungen von a und b.
Beispiel 4 : Eine wässerige Aufschlämmung mit 2% Feststoffgehalt wird hergestellt, wobei die festen Bestandteile in folgenden Gewichtsverhältnissen vorliegen :
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<tb>
<tb> Aluminosilicat-Fasern <SEP> 35 <SEP> Grew.-%
<tb> Cellulosefasern <SEP> 15 <SEP> Grew.-%
<tb>
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EMI7.1
<tb>
<tb> Calciumsilicat-Fasern <SEP> 10 <SEP> Gen.-'%
<tb> Asbest <SEP> 15 <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> Silicamehl <SEP> 25 <SEP> Gew.-'% <SEP>
<tb>
In einen Behälter mit einer solchen Aufschlämmung wird eine poröse zylindrische Form eingetaucht und das Verfahren gemäss Beispiel 1 wird durchgeführt. Der so gebildete Zylinder aus dem Material wird von der Form abgestreift und es wurde festgestellt, dass er in grünem Zustand biegsam und nach dem Trocknen im Ofen selbsttragend ist.
Die Hantierbarkeit der Hülse war zufriedenstellend, und die Hülse lieferte zufrieden- stellende Ergebnisse, wenn sie zum Auskleiden eines Aufsatzes bei einem Giessversuch verwendet wurde.
Die Hülse hatte folgende physikalische Eigenschaften :
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<tb>
<tb> Biegsamkeitswert <SEP> : <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> kg
<tb> Restitutionswert <SEP> : <SEP> etwa <SEP> 3 <SEP> 0/0
<tb> Senkwert <SEP> : <SEP> weniger <SEP> als <SEP> 1 <SEP> mm
<tb> Kompressibilitätswert <SEP> : <SEP> 0,31 <SEP> kg/cm2
<tb> Dehnbarkeitswert <SEP> : <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> kg
<tb>
Im folgenden werden Beispiele von weiteren Zusammensetzungen angeführt, welche die Herstellung von erfindungsgemässen Platten oder Hülsen beschreiben :
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EMI8.1
<tb>
<tb> Zusammen-Cellulose-Feuerfester <SEP> Füllstoff <SEP> mit <SEP> Geschnittene <SEP> Feuerfeste <SEP> Organi <SEP> - <SEP> Feuerfester <SEP> Alumino- <SEP> Calcium- <SEP>
<tb> setzung <SEP> fasern <SEP> Füllstoff <SEP> geringer <SEP> synthetische <SEP> Fasern <SEP> sches <SEP> Füllstoff <SEP> silicat- <SEP> silicat- <SEP>
<tb> Dichte <SEP> organische <SEP> Binde- <SEP> (feintei- <SEP> Fasern <SEP> fasern
<tb> Faser <SEP> mittel <SEP> lig)
<tb> A <SEP> 3 <SEP> 53 <SEP> 20 <SEP> 9 <SEP> 15
<tb> B <SEP> 3 <SEP> 53 <SEP> 20 <SEP> 9 <SEP> 15 <SEP> 0,
<SEP> 3 <SEP>
<tb> C <SEP> 3 <SEP> 20 <SEP> 9 <SEP> 15 <SEP> 1 <SEP> 52
<tb> D <SEP> 3 <SEP> 16 <SEP> 50 <SEP> 31
<tb> E <SEP> 3 <SEP> 16 <SEP> 50 <SEP> 31
<tb> E <SEP> 3 <SEP> 16 <SEP> 50 <SEP> 31
<tb> F <SEP> 3 <SEP> 16 <SEP> 31 <SEP> 50
<tb> G <SEP> 3 <SEP> 16 <SEP> 31 <SEP> 50
<tb> H <SEP> 3 <SEP> 32 <SEP> 3 <SEP> 62
<tb> 1 <SEP> 3 <SEP> 31 <SEP> 6 <SEP> 60
<tb> J <SEP> Vorderseite <SEP> 5 <SEP> 10 <SEP> 85
<tb> Rückseite <SEP> 5 <SEP> 55 <SEP> 20 <SEP> 5 <SEP> 15
<tb> K <SEP> Vorderseite <SEP> 5 <SEP> 10 <SEP> 85
<tb> Rückseite <SEP> 5 <SEP> 55 <SEP> 20 <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> 15
<tb>
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EMI9.1
<tb>
<tb> Eigenschaften <SEP> der <SEP> vorhergehenden <SEP> Produkte
<tb> Biegsamkeitswert <SEP> Restitutionswert <SEP> Senkwert <SEP> Kompressibilitätswert <SEP> Dehnbarkeitswert
<tb> (kg) <SEP> (%) <SEP> (cm) <SEP> (kg/cm2) <SEP> (kg)
<tb> A <SEP> 0, <SEP> 91 <SEP> 1 <SEP> 1,6 <SEP> 0, <SEP> 17 <SEP> 6,8
<tb> B <SEP> 5, <SEP> 9 <SEP> 25 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 54 <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP>
<tb> C <SEP> 4, <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 6 <SEP> 0, <SEP> 45 <SEP> 8, <SEP> 6 <SEP>
<tb> D <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 20 <SEP> 1,6
<tb> E <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 18 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP>
<tb> F <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 2 <SEP> < 0, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 045 <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP>
<tb> G <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 4 <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 8,0
<tb> H <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 72 <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP>
<tb> I <SEP> 4.
<SEP> 5 <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 90 <SEP> 4, <SEP> 1 <SEP>
<tb> J <SEP> 6,4 <SEP> 21 <SEP> < 0, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 60 <SEP> 11, <SEP> 5 <SEP>
<tb> K <SEP> 12, <SEP> 0 <SEP> 17 <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP> 13 <SEP>
<tb>
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Im folgenden werden weitere Beispiele von Zusammensetzungen von Platten oder Hülsen mit den für die erfindungsgemässen Produkte erforderlichen physikalischen Eigenschaften beschrieben :
EMI10.1
<tb>
<tb> Kunstseide <SEP> Asbest <SEP> Silica <SEP> Silicamehl <SEP> Oberflächen- <SEP> Ihenol- <SEP>
<tb> 1 <SEP> 1/2 <SEP> aktives <SEP> formaldehydDenier <SEP> Mittel <SEP> harz
<tb> L <SEP> 6 <SEP> 15 <SEP> 26, <SEP> 5 <SEP> 52 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 0
<tb> M <SEP> 6 <SEP> 15 <SEP> 25, <SEP> 5 <SEP> 52 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 1
<tb> N <SEP> 6 <SEP> 15 <SEP> 24, <SEP> 5 <SEP> 51 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 3
<tb> p <SEP> 6 <SEP> 15 <SEP> 24, <SEP> 5 <SEP> 50 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 4
<tb> Q <SEP> 9 <SEP> 15 <SEP> 22, <SEP> 5 <SEP> 52 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 1 <SEP>
<tb> R <SEP> 9 <SEP> 15 <SEP> 22, <SEP> 5 <SEP> 51 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 2
<tb> S <SEP> 12 <SEP> 15 <SEP> 19, <SEP> 5 <SEP> 52 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 1
<tb> T <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 16, <SEP> 5 <SEP> 52 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 1
<tb>
PATENTANSPRÜCHE :
1.
Platten oder Hülsen zum Auskleiden von Warmköpfen, die ein feuerfestes, deformierbares, selbsttragendes, faserhaltiges Material enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass sie in trockenem Zustand einen solchen Biegsamkeitswert aufweisen, dass sich das Material unter einer Belastung von höchstens 20 kg um 0,7 cm ohne totalen Bruch deformiert, und einen Restitutionswert von höchstens 30%, einen Senkwert von höchstens 17 cm, einen Kompressibilitätswert von 0, 1 bis 1, 6 kg/cm2 und einen Dehnbarkeitswert von höchstens 50 kg besitzen.