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Verfahren zur Auskleidung von Schmelzöfen für niedere Betriebstemperaturen
unter 1400° Die Erfindung betrifft die Auskleidung von Schmelzöfen, insbesondere
für metallurgische Zwecke, mit verhältnismäßig niedrigen Betriebstemperaturen von
höchstens 14000 mittels nicht gebrannter, feuerfester, basischer Steine oder Massen,
die insbesondere aus Sinter- oder Schmelzmagnesia oder -dolomit bestehen. Es ist
bekannt, solche Massen oder Steine in ungebranntem Zustand zur Zustellung bzw. zum
Aufbau von Ofenmauerwerk oder Ofenteilen und für ähnliche Zwecke zu verwenden, wobei
die Steine oder Massen erst während des Ofenbetriebes gebrannt werden.
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Die Erfindung löst die besondere Aufgabe, die Anwendung derartiger
feuerfester, basischer Steine und Massen auch in solchen Schmelzöfen, insbesondere
Niederfrequenzöfen, zu ermöglichen, deren Betriebstemperaturen unter 1400' liegen.
Derartige Öfen dienen beispielsweise zum Schmelzen von Bronze oder Aluminiumlegierungen.
In neuerer Zeit besteht aus metallurgischen Gründen der Wunsch, auch in diesen Öfen
basische Auskleidungen aus solchen Stoffen zu verwenden, die man im allgemeinen
nur für hochfeuerfeste Zwecke benutzt. Hierdurch soll der Angriff der schmelzflüssigen
Metalle auf die Ofenwand verhütet und der Abbrand wertvoller Legierungsbestandteile,
wie Zinn, vermieden werden.
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Jedoch tritt bei der Verwendung ungebrannter Magnesitsteine und -massen
bei so niedrigen Betriebstemperaturen die Schwierigkeit auf, daß einerseits die
ungebrannten Steine und Massen im Temperaturbereich von etwa 800 bis 1400' ihre
durch die grüne Bindung erzielte Festigkeit bereits verloren haben, andererseits
in diesem Temperaturbereich, in welchem noch kein Zusammensintern der Körnungen
eintritt, eine genügend feste keramische Bindung nicht entstehen kann. Infolgedessen
stellt das Temperaturgebiet unter 1400' einen kritischen Bereich für die Anwendung
von ungebrannten Magnesitsteinen oder -massen in Schmelzöfen dar.
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Das gleiche Problem tritt dort auf, wo die Betriebstemperaturen von
Öfen örtlich, z. B. bei Ofenteilen an weniger heißgehenden Stellen der Wände oder
Gewölbe metallurgischer Öfen oder in den Gitterungen in Regeneratoren von Flammöfen,
wie Siemens-Martin-Öfen, in dem angegebenen Temperaturbereich oder nur wenig oberhalb
dieses Bereiches liegen.
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Erfindungsgemäß wird die Anwendung nicht gebrannter, feuerfester,
basischer Steine oder Massen, insbesondere aus Sinter- oder Schmelzmagnesia oder
-.dolomit, zur Auskleidung von Ofen mit Betriebstemperaturen unter 1400' dadurch
ermöglicht, daß zur Auskleidung solche Steine oder Massen verwendet werden, die
einen Gehalt von 5 bis 251/o an gepulvertem Glas, das bei
600' zu schmelzen
beginnt, aufweisen. Versuche haben ergeben, daß ungebrannte Steine oder Massen mit
einem solchen Gehalt an Glaspulver infolge Reaktion mit dem Glasgehalt schon bei
Temperaturen über
6001 eine sehr starke Erhöhung ihrer Festigkeit erfahren,
wie aus der folgenden Tabelle hervorgeht, welche die Kaltdruckfestigkeitswerte einer
etwa 901/o
Mg 0 enthaltenden Stampfmasse einerseits ohne Glaspulver und andererseits
mit einem Zusatz von 10% Glaspulver angibt. Die Erhitzungsdauer der Proben betrug
jeweils 3 Stunden.
| Kaltdruckfestigkeit |
| Temperatur ohne Glaspulver mit 10 % Glaspulver |
| kg kg |
| 600° 55 62 |
| 700° 39 168 |
| 800° 45 372 |
| 900° 40 323 |
| 1000° 54 346 |
| 1300° 179 323 |
| 1550° 485 440 |
In den ungebrannten Steinen bzw. Massen tritt bei Temperaturen über
600'
zunächst eine gewisse Klebewirkung zwischen der Körnung und dem erweichenden
Glaszusatz
auf, die: aber sehr bald durch die Aufnahme von
Mg 0 bzw. Ca O aus dem Grundmaterial
der Steine bzw. Massen durch das Glas eine starke Verfestigung derselben zur Folge
hat. Im Bereich der beginnenden keramischen Bindung hat das Glaspulver dann einen
die Festigkeit vermindernden Einfluß.
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Zwar sind schon basischeFlickmassen, insbesondere für Heißreparaturen
an Wänden und Herden metallurgischer Öfen bekannt, die auf der Grundlage von Sintermagnesit,
Sinterdolomit oder deren Mischungen bestehen und mindestens zwei verschiedene Arten
von Frittungsmitteln enthalten, namentlich Zemente oder Schlacken einerseits und
Eisenoxyd enthaltende Stoffe andererseits. Bei derartigen Mischungen von Frittungsmitteln
beginnen diese jedoch erst bei Temperaturen im Bereich von 1200 bis 1300° zu schmelzen
und die umliegenden Teilchen zu verkleben. Infolge der Reaktion zwischen den Frittungsmitteln
steigt der Schmelzpunkt aber bald auf- etwa 1450° an. Daraus ergibt sich, daß solche
Massen für die Lösung der Aufgabe, welche der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt,
ungeeignet sind.
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Ferner ist bekannt, bei der feuerfesten Zustellung von Herden aus
Quarzsand, Aluminiumoxyd, Magnesit od. dgl. Glaspulver, Eisensilikat, Schlacke oder
ähnliche Zusätze in Mengen von 0,5 bis 1% als Sinterungsmittel zu verwenden. Ferner
ist vorgeschlagen. worden, für die feuerfeste Zustellung von Hochfrequenzöfen mit
Magnesit als Frittungsmittel gemahlene Martinschlacke, Glaspulver oder Flußspat
für sich oder in verschiedenen Mischungsverhältnissen, ferner auch Borsäure, Wasserglas
u. dgl. als Bindemittel zu verwenden. Weiter ist zur Herstellung von feuerfesten
Steinen aus Schmelz- oder Sintermagnesia sowie aus deren: Gemischen mit Chromerz,
Korund u. dgl., wobei das zu Steinen verformte Gemisch bei den, üblichen, hohen.
Temperaturen gebrannt wird, in der österreichischen, Patentschrift 153 200 vorgeschlagen
worden, dem Magnesit »Gläser oder glasartige Stoffe« hoher thermischer Widerstandsfähigkeit
und Elastizität und geringer Entglasbarkeit in Metir gen bis zu 20% zuzumischen.
Diese in der genannten Literaturstelle als. Gläser oder glasartige Stoffe bezeichneten
Zusätze sind Mineralien aus der Olivin-, Gehlen:it-, Nelilith-, Akermanit-, Monticellit-,
Palit-, Kornerupin-, Grossular-, Anorthit-, Gismondin-, Lawsonit-, Heulanditreihe
entnommene hochschmelzende Stoffe:.
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Ferner sind keramische Massen bekannt, für deren Herstellung ein Satz
verwendet wird, der neben mindestens 60°/o an. Stoffen, mit einem Schmelzpunkt von
über 2000°, wie Magnesia, Tonerde, Zirkonoxyd oder Berylliumoxyd, bis zu- 40% an,
Stoffen mit einem unter 1000° liegenden Schmelzpunkt, z. B. Glaspulver, und ein
flüchtiges Bindemittel enthält. Die Mischung wird in der Kälte verformt und dann
gebrannt. Bei diesen Massen handelt es sich also um gebrannte keramische ,Massen,,
in denen. diejenigen Reaktionen, die auf Grund der Anwesenheit von Glaspulver an
sich eintreten können, im wesentlichen bereits beim Brand abgeschlossen sind und
daher bei der Verwendung der Massen nicht mehr vor sich gehen können. Solche Massen
bzw. Steine neigen bei ihrer Verwendung stark zur Bildung von Rissen und Sprüngen
und weisen eineunbefriedigendeTemperaturwechselbeständigkeit auf. Die der Erfindung
zugrunde liegende Aufgabe ist durch die Herstellung solcher gebrannter Massen weder
gestellt noch gelöst.
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Den Gegenstand der Erfindung bildet dagegen ein Verfahren zur Auskleidung
von Schmelzäfen für niedere Betriebstemperaturen unter 1400° mittels nicht gebrannter,
feuerfester, basischer Steine oder Massen., die insbesondere aus Sinter- oder Schmelzmagnesia
oder -dolomit bestehen und relativ niedrig schmelzende Zusätze enthalten, welches
gekennzeichnet- ist durch die Verwendung solcher Steine oder Massen; die einen Gehalt
von 5 bis 25 % an gepulvertem Glas, das bei 600° zu schmelzen beginnt, aufweisen.
Die Verwendung von Glas, worunter Abfallglas und insbesondere gewöhnliches Flaschenglas
zu verstehen ist, bringt den Vorteil mit sich, daß infolge des niedrigen, bei etwa
600° liegenden Erweichungspunktes dieser Gläser die Verfrittung der feuerfesten
Massen schon bei etwa 600° eintritt, also in einem Temperaturbereich, in welchem
die Festigkeit der grünen Bindung, z. B. Sulfitablauge u. a., der Massen aufhört.
In, diesem kritischen Temperaturbereich setzt somit die Bindung durch den Glaszusatz
ein; durch Aufnahme von Mg0 bzw. Ca0 aus dem Grundmaterial tritt schon bei Temperaturen
von etwa 1000 bis 1300° ein Erstarren der Gläser ein, so daß in den Massen keine
Schwächezonen auftreten können.
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Die Steine oder Massen gemäß der Erfindung können für die gesamte
oder örtliche Zustellung und Ausbesserung vonIndustrieöfen, soweit dieTemperaturen,
denen die Steine oder Massen ausgesetzt werden, unterhalb der Sintertemperatur liegen,
verwendet werden. Solche Anwendungsgebiete für die bezeichneten ungebrannten feuerfesten
Steine oder feuerfesten Massen, wie Stampfmassen, Auskleidungs- und Ausbesserungsmassen
und Mörtel, sind beispielsweise Steine für Niederfrequenzöfen, Steine für Wände
und Gewölbe von metallurgischen Öfen, wie Siemens-Martin-Öfen, an örtlichen Stellen,
an denen während. des Ofenbetriebes niedrige Temperaturen bis etwa 1400° herrschen,
Gittersteine für Regeneratoren von Flammöfen, wie Siemens-Martin-Ofen, Auskleidunzgs-bzw.
Reparaturmassen für solche Öfen und Ofenteile; Mörtel für die Vermauerung von Nachsetzsteinen
beim Ausbessern von Gewölben metallurgischer Öfen USW.
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Als glasiger Bestandteil der erfindungsgemäß in niedrigen Temperaturgebieten
anzuwendenden feuerfesten Steine und Massen kommen Gebrauchsgläser in Betracht,
in welchen Kieselsäure an Alkalioxyde und Ca0 derart gebunden ist, daß auf die Molsumme
von Alkalioxyd und Calciumoxyd etwa 6 Mol Si02 entfallen. Das Kalciumoxyd kann hierbei
zum Teil durch Pb 0 ersetzt sein. Das verwendete Glas kann auch A103 ader
sonstige Zusätze, wie Ba0, Sr0, Zn0, Mg0, zum teilweisen Ersatz des Calciumoxyds
und etwaige färbende Verunreinigungen, wie Eisenoxyd; enthalten. In den Bereichen
dieser Gläser fallen die üblichen niedrig schmelzenden Flaschen- und Tafel-, Fenster-,
Spiegel-, Phosphatgläser, so daß im Rahmen der Erfindung gemahlene Abfälle von Gebrauchsglas
verwendet werden können. Zusätze von Flußspat oder niedrig schmelzenden Oxydkomponenten,
welche mit den Grundstoffen Mg0 bzw. Ca0 einen Gleichgewichtszustand bilden, sind
ebenso wie Mineralien mit hoher thermischer Widerstandsfähigkeit, Elastizität und
geringer Entglasbarkeit für den Zweck der Erfindung ungeeignet.
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Die erfindungsgemäß anzuwendenden ungebrannten feuerfesten Steine
und Massen weisen bei Temperaturen von 600 bis 1100° eine ausgezeichnete frittende
Wirkung auf. Es hat sich gezeigt, daß bei 800°' ein Festigkeitsoptimum solcher Magnesiakörper
mit einem Zusatz erreicht wird, wobei Glaszusatz die Festigkeit der Magnesiamasse
in diesem Temperaturgebiet etwa
verachtfacht, während vergleichsweise
ein Zusatz von Hammerschlag die Festigkeit der Magnesitkörper nur verdreifacht.
Dabei wird. durch den Glaszusatz die Volumenbeständigkeit der ungebrannt vermauerten
Steine bzw. zur Auskleidung verwendeten Massen beim Ofenbetrieb nicht wesentlich
beeinflußt, da in den angegebenen verhältnismäßig niedrigen Temperaturbereichen
keine oder nur eine vernachlässigbare Sehwindung eintritt.
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Versuche ergaben, daß ein aus einer Mischung von 90% Sintermagnesia
(Korngröße 0 bis 5 mm) und 101/o Pulver aus gemahlenem Gebrauchsglas (Korngröße
0 bis 0,01 mm) hergestellter Magnesiakörper nach einstündigem Brennen bei 800° eine
Kaltdruckfestigkeit von 390 kg/cm2 aufwies. Dieser Wert zeigt, daß in dem angegebenen
Temperaturgebiet eine hervorragende keramische Bindung erzielt wird.