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Gewölbe, Deckel und Wände als Teile metallurgischer und keramischer
Öfen aus magnesiahaltigen Steinen oder Massen Die Gewölbe von Industrieöfen, welche
mit hohen Temperaturen arbeiten, werden heute bevorzugt mit sogenannten basischen
Feuerfeststoffen ausgekleidet. Als Beispiel seien die Siemens-Martin-Öfen der Stahlindustrie
genannt, deren Gewölbe mit Gewölbesteinen mit keramischer oder chemischer Bindung,
teilweise in eisenummantelter Form, versehen sind. Diese Steine haben den Vorteil
hoher Feuerbeständigkeit, welche diejenige der bisher verwendeten Silikasteine wesentlich
übertrifft, so daß derartig ausgekleidete Öfen bei höheren Temperaturen betrieben
werden können. Die heutigen Sauerstoff Blasverfahren sind ein Beispiel für eine
derartige Entwicklung zu Verfahren bei höheren Temperaturen, welche sich aber auch
auf anderen Gebieten - z. B. der Keramik -abzeichnet.
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Als Beispiele technisch eingesetzter basischer Steine auf der Basis
von gesintertem Magnesit und Chrommagnesit seien folgende Zusammensetzungen und
ihre wesentlichen Eigenschaften genannt:
| 1. Magnesitstein 2. Chrommagnesit- |
| stein |
| m9010/0 ..... 86 bis 90 51 bis 52 |
| Cr203, -% .... - 22 bis 21 |
| Fe2O3, A/, . .. . 5- bis 6 10 bis 11 |
| A12033 )/o .... 0,5 bis 1 8 bis 10 |
| Si02, % ..... a. bis 2 3 bis 4 |
| Ca0, 1/o ..... 2,5 bis 4 1 bis 2 |
| Erweichungs- |
| beginn unter ° - |
| Belastungvon |
| 2 kg/cm2, 1 C 1700 bis 1720 1600 bis 1650 |
| Raumgewicht, |
| kg/cm3 ..... 2;86bis 3,0 2,98 bis 3,15 |
| Porosität, 1/o 20 bis 23 21 bis 25 |
| Wärmeleit- |
| fähigkeit bei |
| 1200° C in |
| kcal;»mh, ° C 2,7 - bis 3,5 1,3 bis 1,5 |
Als Nachteile der genannten basischen Feuerfeststeine aus Sintermägnesit und Sinterchrommagnesit
sind neben ihrer Empfindlichkeit gegen Temperaturwechsel ihr hohes Raumgewicht von
3 kg/dm3 - gegenüber dem Silikastein mit 1,8 kg/dm3 - zu nennen.
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Es wurde nun - verursacht durch die Entwicklung neuer elektrometallurgischer
Schmelzöfen - gefunden, daß die Verwendung von Feuerfeststoffen mit extrem hohen
Schmelzpunkten in Hohlkugelform die Herstellung von Feuerfeststeinen und -massen
mit ganz neuen Eigenschaften gestattet. Wenn man beispielsweise Magnesitsteine,
statt wie bisher aus Sintermagnesit, aus schmelzflüssig erzeugtem Hohlkugelmagnesit
aufbaut, ergeben sich Steine, welche eine verbesserte Temperaturwechseibeständigkeit
mit einem erheblich verminderten Raumgewicht vereinigen.
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Die Herstellung von Hohlkugeln aus Korund (A1203) durch Verblasen
einer feuerflüssigen Schmelze der Temperatur von 21001 C ist bekannt (deutsches
Patent 628 936 vom 20. 12. 1934 und Auslegeschrift 1061298 vom 13. 2. 1953). Auch
die Erzeugung von Feuerfeststeinen aus diesem Hohlkugelkorund ist bereits ausgeführt
worden. Dieser Feuerfeststoff liegt jedoch in seinem Schmelzpunkt um mindestens
500° C niedriger als derjenige der in vorliegender Erfindung genannten basischen
Stoffe mit einem Schmelzpunkt von 2600 bis 2700° C.
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Der Fortschritt gegenüber dem heutigen Stande der Technik bedeutet
also die Nutzbarmachung eines Temperaturbereiches in technischen Öfen, der heute
nur unter Inkaufnahme sehr hoher Raumgewichte und einer sehr großen Empfindlichkeit
gegenüber Temperaturwechsel erkämpft werden kann.
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Die vorliegende Erfindung- benutzt Feuerfeststoffe aus Hohlkugeln-.
reiner Magnesia, in der Natur vorkommendem Magnesit oder Spinellen aus den Oxyden
des Magnesiums, Calciums, Chroms, Zirkons, Vanadiums, Titans, Eisens und Aluminiums,
welche durch Schmelzen und anschließendes Verblasen mit geeigneten Gasen - einem
nur für Al203 bekannten Verfahren - erzeugt worden sind. Diese Hohlkugeln
aus
den genannten basischen Feuerfeststoffen mit sehr hohen Schmelzpunkten sind bis
heute noch nicht hergestellt worden mangels geeigneter Schmelz-und Verblaseraggregate.
Sie werden mit geeigneten Mitteln keramisch, hydraulisch oder chemisch . gebunden
und in bekannter Weise zu Feuerfeststeinen, Formlingen oder Massen verarbeitet.
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DerartigebasischeFeuerfeststoffe unterVerwendung von Hohlkugeln zeigten
gegenüber den bisher bekannten Stoffen in Ofengewölben, Deckeln, Türbogen, Wänden
u. dgl. hervorragende Eigenschaften, die gegenüber der heute bekannten Technik einen
Fortschritt bedeuten.
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Als Beispiele seien Hohlkugelmagnesitsteine in keramischer Bindung
genannt: Der hierfür verwendete Hohlkugelmagnesit besitzt bei einem Korngemisch
von 0 bis 4 mm ein Schüttgewicht von 1,1 bis 1,3 kg/dm3. Demgegenüber weisen gleiche
Kornmischungen (0 -bis 4 mm) bei Sintermagnesit ein Schüttgewicht von 2;1 bis 2,4
und bei Schmelzmagnesit ein solches von 2,3 bis 2,5 kg(dm3 auf. Zusammensetzung
des Hohlkugelmagnesitsteines: 87,8 % Mg0 6;0% Fe203 1,0% A1203 1,8% si02 3,2% Ca0
Die nachfolgende Tabelle zeigt Eigenschaftswerte von gleichartig hergestellten Steinen
aus kompaktem Schmelzmagnesit, Sintermagnesit und Hohlkugelmagnesit. Es ergibt sich
aus einem Vergleich der Werte, d'aß die Porosität durch Hohlkugehn,agnesit auf den
dreifachen Wert gesteigert werden kann. Dadurch wird das Raumgewicht auf mindestens
die Hälfte vermindert, so daß ein Stein gleicher Größe nur das halbe Gewicht eines
normalen Magnesitsteines zeigt. Gleichzeitig wird die Wärmeleitfähigkeit auf ein
Drittel des Normalwertes in dem Temperaturbereich von 1200° C vermindert.
| _ Vergleich technologischer Werte |
| . . von feuerfesten Magnesitsteinen |
| Stein aus Stein aus Stein aus |
| Schmelz- Sinter- Hohlkugel- |
| magnesit magnesit magnesit |
| Porosität, %- .... 20 21 66 bis 68 |
| Raumgewicht, |
| kg/dm3 ...... 3,0 2,88 1,40bis 1,55 |
| Wärmeleitfähig- |
| bei 1200° C in |
| kcal/mh, ° C . . 3;0 3;Obis 3,7 1,01 |
Ein Vergleich der erfindungsgemäßen Hohlkugelmagnesitsteine mit den angegebenen
Magnesitsteinen aus kompaktem Sintermagnesit und kompaktem Sohmelzmagnesit, wie
sie heute verwendet werden, zeigt deutlich die günstigen Unterschiede in den wichtigen
Eigenschaften wie Porosität, Raumgewichst, Wärmeleitfähigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit.
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a) Das Raumgewicht ist um wenigstens die Hälfte niedriger als die
bisher verwendeten Steine aus kompaktem Sintermagnesit und Schmelzmagnesit. Es ergibt
sich also zwangläufig bei der Zustellung eines Gewölbes bei gleichen Steinvolumen
eine wesentliche Ersparnis an Steingewicht und damit auch eine Vereinfachung und
Verbilligung der Gewölbekonstruktion.
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b) Die hohe Porosität der Gewölbesteine setzt die Wärmeleitfähigkeit
gegenüber kompakten Steinen auf etwa ein Drittel herab und bringt somit eine erhebliche
Verminderung der Abstrahlungsverluste und damit der Betriebskosten mit sich.
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c) Durch die gesteigerte Elastizität der einzelnen Steine infolge
der skelettförmigen Struktur aus Hohlkugeln wird die Neigung zum Abplatzen stark
herabgesetzt und ein wesentlicher Mangel der basischen Steine beseitigt. An der
dem Feuer zugewandten Unterseite der Gewölbe bildet sich infolge Versinterung eine
glatte dichte Schicht, die ein Durchdringen, der Feuergase durch die sehr porösen
Steine verhindert.
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Es besteht auch die Möglichkeit, Steine unterschiedlicher Dichte herzustellen
dergestalt, daß man für die dem Feuer zugewandte Unterseite kompakten Magnesit verwendet
und auf diese Schicht eine oder mehrere Schichten verschiedener oder gleichartiger
Hohlkugeln aufbaut. Weiterhin ist es möglich - wie Versuche es bewiesen haben -,
außer den genannten Stoffen Magnesia, Magnesit und Chrommagnesit auch Calciumoxyd,
Zirkonoxyd, Aluminiumoxyd, Eisenoxyd, Vanadinoxyd, Berylliumoxyd und andere hochschmelzende
Oxyde als wesentlichen Bestandteil in die Mg0-haltige Schmelze einzubringen, so
daß Spinelle der verschiedensten Zusammensetzungen entstehen: Beispiele Mg0-Fe203
Eisenspinell MgO - Cr2O3 Chromspinell Mg0 - Ca0 Dolomit Mg0 - Zr02 Zirkonspinell
MgÖ - A1203 - Zr02 Tonerde-Zirkon-Spinell