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Verfahren zur Herstellung hochfeuerfester Magnesst-Chrom-Formkörper
Im Bau metallurgischer Öfen ist- die Forderung nach einer feuerfesten Auskleidung
stark beanspruchter Stellen, beispielsweise ,der Gewölbe oder der Stirnseiten von
Siemens-Martin-Ofen., besonders dann schwierig zu erfüllen, wenn es sich um- heißgehende
Öfen, z. B. solche mit Ölfeuerung handelt. Diese hohe Beanspruchung ist nicht nur
durch die hohe Temperatur, sondern auch durch die auftretenden Temperaturwechsel
sowie durch von der Ofenatmosphäre stammende Angriffe chemischer und durch von Flugstäuben
stammende Angriffe mechanischer Art bedingt. In diesem Zusammenhang sind auch Angriffe
basischer Schlacken und solche, die von Metalloxyden ausgehen, zu erwähnen.
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An solchen stark beanspruchten Stellen werden heute fast allgemein
Chrom-Magnesit-Steine verwendet, d. h. Steine mitt einem Chromerzgehalt von mehr
als 50% (nach der Definition des Deutschen Fachnormenausschusses enthalten Chrom-Magnesit-Steine
55 bis 25% Mg0). Die Beständigkeit dieser Steine gegen chemische Angriffe ist jedoch
nicht zufriedenstellend. Es würden in dieser Hinsicht reine Magnesitstei_ne sowie
Magn-esit-Chrom-Steine (letztere sind nach der Definition des obergenannten Ausschusses
solche mit 80 bis 55% Mg0) besser entsprechen, weil die Beständigkeit gegen chemische
Angriffe miit zunehmendem Mg O-Gehalt steigt, doch haben solche Steine eine unbefriedigende
Temperaturwechselbeständigkeit und Druckfeuerbeständi:gkeit.
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Es liegt somit das Bedürfnis vor, einen gegen die genannten Angriffe
besonders widerstandsfähigen Stein höchster Drackfeuerbeständigkeit zu schaffen,
der gleichzeitig hinsichtlich seiner Temperaturwechselbeständigkeit und Kaltdruckfestigkeit
befriedigt.
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Erfindungsgemäß isst es gelungen, einen Formkörper auf Magnesit-Chrom-Basis
durch besondere Körnungsmaßnahmen herzustellen, dessen Druckfeuerbeständigkeit,
Kaltdruckfestigkeit und Ternperaturwechs.e:lbeständigkeit höher liegt als bei den
bisher hergestellten, bekannten Formkörpern. Es werden hierbei: Steine mit mindestens
70 bis 80% Sintermagnesit und mindestens 20% Chromerz erzeugt. Erfindungsgemäß wird
von einem Ausgangsgemenge aus Siintermagnesit und Chromerz ausgegangen, in welchem
das Chromerz in feinster Mahlung von unter 0,2 mm Korndurchmesser vorliegt, wobei
es mehr als 40% Feinstanteil unter 0,06 mm Korndurchmesser aufweist, zweckmäßig
zu mehr als 70% aus dieser Körnung besteht, welches Gemenge anschließend direkt
in an sich bekannter Weise zu Formkörpern verarbeitet wird. Der Sintermagnesitanteil
kann in weiten Grenzen beliebig verwendet werden, doch hat es sich gezeigt, daß
man besonders hochwertige Erzeugnisse erhält, wenn der Sintermagnesitaniteil des
Ausgangsgemenges zu 10 biss 50% aus einer Körnung von 1,7 bis 4,5 mm besteht, wogegen
der Rest des Sintermagnesits in feiner Mahlüng vorliegt, zweckmäßig einer solchen
von 0 bis 1,5 mm. Das so. hergestelilte Ausgangsgemenge wird sodann direkt in an
sich bekannter Weise zu Formkörpern verarbeitet, d. h. daß dass fertiggestellte
Ausgangsgernünge entweder zu Steinen verpreßt, wobei sowohl chemisch gebundene als
auch gebrannte Steine herstellbar sind, oder aber als Stampfmasse in eine dem Anwendungszweckentsprechende
Form gebracht wird.
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Das Problem, Magnes,it-Chrom-Steine guter Refraktarität herzustellen,
ist alt. So ist bereits die Herstellung von splitterfesten Steinen aus Mischungen
vom Sintermagnesit und Chromit beschrieben worden, die 15 bis 50 Teile Chrom it
enthalten., so, daß der Magnesiaanteil zwischen 50 und 85% liegt. Die bevorzugte
Mischung entspricht nach diesen Vorschlägen dem Verhältnis 70 Teile Magnesia zu
30 Teilen Chromit. Durch eine Kornauswahl,- deren Welsen darin liegt, daß der Möl.ler
aus groben und feinen Anteilen zusammengesetzt und der Chromit ganz oder teilweise
als Grobkorn eingebracht wird, konnte man auf diesem Mischungsgebiet eine bedeutende
Steigerung der Temperaturwechselbeständigkeit erreichen. Um die noch nicht voll
befriedigende Temperaturwechselbeständigkeit solcher Chromitsteine zu veressern
und
ihnen auch eine gute Druckfeuerbestänigkeit zu erteilen, ist ferner vorgeschlagen
worden, an einer bestimmten Mischung von Chromit und Magnesia auszugehen und innerhalb
dieser Mischung ine bestimmte granulometrische Zusammensetzung inzuhalten. Im wesentlichen
laufen diese Maßnahmen uf die Vereinigung der folgenden Teilvorschriften ;maus a)
Zusammensetzung des Möllers aus einer Michung von Chromit mit Magnesia, die mindestens
;0%, höchstens 40%, vorzugsweise 30% Magnesia nthält, wobei .der Hauptteil der Magnesia
vorzugsveise die feinste Kornfraktion bildet; b) bestimmte granulometrische Zusammensetzung,
lie darin besteht, daß der Satz aus einer Feinkorn-;ruppe unterhalb von 200 #t (vorteilhaft
unterhalb von .00 [.), .einer Mittelkorngruppe und einer Grobko.rn-;ruppe über 800
I, (vorteilhaft über 1000.N) besteht, wobei das Verhältnis von Feinkorn zu Mittelkorn
zu srobkorn wie 20 bis 40 :15 bis 25 :35 bis 65 ei,nge-;tellt wird.
Gemäß diesem älteren Verfahren liegt sonit die Magnesia vorwiegend in feiner Form,
das Zhromerz hingegen in gröberer Form vor.
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Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung feuer-:ester Erzeugnisse
aus einem Gemisch aus Chromit nit weniger als 50% Magnesia bekanntgeworden, das
lie Hauptmenge der Magnesia in feinverteilter Form, hingegen kein Chrarnitfeinmehl
enthält, wobei nur Chromitmehl bis zu einer Korngröße von 0,5 bis 1 mm belassen
wird, wogegen die feineren Anteile, mindestens jene bis zu einer Größe von 0,1 mm
und darunter, ausgeschieden werden. Dieses Verfahren arbeitet demnach mit einem
Gemenge, in welchem Chromitanteile, welche den erfindungsgemäßen Bereich von 0,06
mm umfassen, nicht vorhanden sind.
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In der französischen Patentschrift 800 521 und der britischen Patentschrift
468456 werden Magnesitsteine erhöhter Temperaturwechselheständigkeit beschrieben.
Dies soll dadurch erreicht werden, daß dem Magnesit Chromerz und tonerdehaltige
Substanzen zugesetzt und ganz bestimmte Körnungsmaßnahmen vorgesehen werden. Die
Körnungsmaßnahmen bestehen darin, daß der Mabnesita.,nteil zu 0 bis 25 % aus einer
Körnung von 0 bis 0,5 mm in feiner Form und zu 45 biss 60% aus einer Körnung von
1 bis 3 mm, der Chromerzanteil zu 10 bis 20% aus einer Körnung von 0 bis 0,5 mm
und zu 0 bis 20% aus grober Körnung von 1 bis 3 mm besteht. Das Chromerz kann hierbei
bis zu 71/o durch tonerdehal.tige Substanzen ersetzt werden. Es handelt sich also
hierbei um herkömmliche Körnun gsmaßnahmen, welche Grob- und Feinfraktion von Magnesit
und Chromerz verwendet, bei welcher jedoch die Mittelfraktion zwecks Erhöhung der
Temperaturwechselbeständigkeit ausgeschieden ist. Dieser Vorschlag behandelt im
Grenzfalle maximal 20% Chromerz-Feinanteil einer Korngröße von unter 0,5 mm, wobei
jedoch die Anweisung gegeben wird, möglichst denn Anteil unter 0,1 mm auszuscheiden,
um die Kaltdruckfestigkeit zu heben. Beim erfindungsgemäßen Vorgehen wird jedoch
bewußt nur Fennstanteil des Chromerzes von über 20% verwendet, wobei der Hauptanteil
eine Körnung von unter 0,06 mm aufweist.
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Die österreichische P:aitentsehrift 113 677 beschreibt ein Verfahren
zur Herstellung von ungebrannten feuerfesten Artikeln aus totgebranntem, gepulvertem
Magnesit (vorzugsweise 60%), Chromerz (35%) und einem Zusatz vom Bindemitteln (5%
Natriumsilikat). Es wird bei diesem Vorschlag die Anweisung gegeben, diese Stoffe
als Pulver zu vermahlen, doch werden nähere Angaben über die Kornk'lassierung des
Chromerzanteils nicht gemacht.
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Schließlich sohl noch auf ein Verfahren zur Herstellung von Magnesit-Chrom-Steinen
hingewiesen werden, bei welchem eine bestimmte Zusammensetzung von Sintermagnesit
und Chromerz als Satz zur nachfolgenden Niederschmelzung angegeben wird. Es handelt
sich dabei also um ein Verfahren, bei welchem ein Satz aus S.intermagnesit und Chiromerz
niedergeschmolzen wird und dieses Schmelzprodukt als Ausgangsmaterial für die weitere-
Verwertung dient. Da erfindungsgemäß das Ausgangsgemenge jedoch direkt zu Formkörpern
verarbeitet wird, stellt der Vorschlag, das Ausgangsgemenge zu schmelzen und dann
.zu verarbeiten, einen anderen Weg zur Erzeugung feuerfester Artikel dar, der sich
sowohl fabrikatorisch als auch in bezwg auf die Eigenschaften der Produkte grundsätzlich
unterscheidet.
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Im Gegensatz zu diesen älteren Vorschlägen, die sich schon sehr gründlich
mit der Frage der Körnung der zur Herstellung von Magnesit-Chrom-Steinen dienenden
Ausgangsstoffe und der Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit solcher Steine
beschäftigen, wird vorliegendenfalls der Chromerzanteil bewu-ßt in feinster Form
von unter 0,2 mm, vorwiegend jedoch unter 0,06 mm, verwendet und dieser in einer
Menge von mindestens 20% dem Ausgangsgemenge zugegeben.
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Aus den nachstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der
jeweilige Anteil an Fein- und Grobkomponente des Sintermagnesits sowie an Chromerzfeinstmehl
in verschiedenen Mischungen zu ersehen.
| Ausführungsbeispiele |
| a) I b) I c) I d) I e) |
| Sintermagnesit |
| 1,5 bis 4,5 mm, Gewichtsprozent . . . . . . . . . . . . . .
10 40 10 30 20 |
| 0 bis 1,5 mm, Gewichtsprozent . . . . . . . . . . . . . . .
. 60 30 65 45 60 |
| Chromerzmehl |
| 0 bis 0,2 mm, Gewichtsprozent . . . . . . . . . . . . . . .
. 30 30 25 25 ' 20 |
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Steine zeigen überraschenderweise
eine hohe Druckfeuerbeständigkeit unter Beibehaltung der bei Magnesit-Chrom-Steinen
guten Temperaturwechselbeständigkeit sowie auch eine gesteigerte Kaltdruckfestigkeit.
Nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Steine zeigen, wohl bedingt durch den
hohen Feinstmehlanteil des Chromerzes, auch eine geringere Porigkeit, was die Widerstandsfähigkeit
gegen chemische Angriffe günstig beeinfiußt. Gleichzeitig bedeutet die Verwendung
von Chromerzmehl einen bedeutenden Fortschritt in der Verwertung des Cbromitmehles
bzw. des Chromerzfil,terstaubes.
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Die folgende Gegenüberstellung der Eigenschaften bekannter und erfindungsgemäß
hergestellter Steine zeigt die erzielten Verbesserungen. In beiden Fällen
wurden
Ausgangsstoffe gleicher chemischer Zusammensetzung verwendet. Das Chromerz hat dabei
einen S', 02 Gehalt von etwa 6 bis 2,3% und einen Cr2 03 Gehalt von 36 bis 53%.
| Bekannte Steine Erfindungsgemäße Steine |
| (Chromerz (Chromerz |
| mit weniger als 20 % mit mehr als 40 0/0 |
| 0 bis 0,6 mm) 0 bis 0,6 mm) |
| Druckfeuerbeständigkeit ta ° C . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 1550 bis 1670 1700 bis > 1750 |
| tb (Bruch) ° C . . . . . . . . . . . . . . 1590 bis
> 1750 > 1750 bis > 1750 |
| Kaltdruckfestigkeit, kg/cm2 . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 200 bis 300 250 bis 400 |
| Temperaturwechselbeständigkeit ...................... 30 30 |
| Porigkeit, 0/0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 bis 24 18 bis 21 |
Es hat sieh ferner ergeben, daß die Temperaturwechselbeständigkeit erfindungsgemäßer
Magnesit-Chrom-Steine dadurch noch verbessert werden kann, daß der im Rahmen des
erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Ausgangsmischung der Magnesitante@i.l zum
Teil als Grobkorn beigegeben wird. Der Magnesitanteil soll alsdann etwa 10 bis 50%
aus einer Körnung von 1,7 bis 4,5 mm bestehen, wogegen der übrige Magnesitanteil
in feiner Form vorliegt.