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Feuerfeste Flick-Masse Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf
eine feuerfeste Masse für das Ausbessern oder Instandhalten einer Ofenauskleidung,
beispielsweise einer Ofenwandung oder -decke. Insbesondere bezieht sich die Erfindung
auf eine nichtsaure Spritzmasse (gunning composition) für eine solche Verwendung
in Hochtemperaturöfen für metallurgische Zwecke.
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Bei metallurgischen Hochtemperaturöfen, beispielsweise offenen Gefäßöfen
für das Schmelzen von Stahl oder bei anderen Typen von Metallschmelzöfen ist es
üblich, die innere Auskleidung durch Ausbessern mit einem feuerfesten Gemisch, beispielsweise
einem nichtsauren oder basischen Gemisch aus nichtsaurem oder basischem gekörntem
Material, und einem Bindemittel zu reparieren und ein solches Ausbesserungsmaterial
entweder durch Feststampfen an der betreffenden Stelle oder durch Auftragen mittels
einer Düsen-Mischpistole (nozzle-mix-gun), beispielsweise einer Ridley-Pistole (der
Ridley and Co., Los Angeles, Kalifornien) oder einer Jet-Crete-Pistole (der Engineered
Equipment, Inc. Waterloo, Iowa) oder mittels einer Schlämmpistole (slurrygun) aufzubringen.
In einem solchen Fall wird die feuerfeste Masse zuerst mit Wasser in eine Aufschlämmung
verwandelt und diese dann in bekannter Weise aus einem Behälter verspritzt. Bei
einer solchen Auftragung, insbesondere bei Spritzgemischen, ist es erwünscht, ein
Material zu haben, welches einer heißen Ofenwandung zugeführt werden kann und sich
mit dieser gut verbindet und während des Arbeiten des Ofens an seiner Stelle verbleibt.
Einige der bekannten Gemische besitzen den Nachteil, sich nicht mit den heißen Wänden
zu verbinden, so daß es erforderlich ist, den Ofen beträchtlich abzukühlen, dann
das Ausbesserungsmaterial an seine Stelle zu bringen und dann den Ofen wieder auf
die Arbeitsbedingungen zu heizen. Dies verursacht verständlicherweise beträchtlichen
Zeitverlust. Andere Gemische besitzen den Nachteil, daß sie in zu hohem Maß von
den Wandungen abprallen oder, nachdem sie einmal aufgebracht sind, beim weiteren
Erhitzen im Ofen brechen und abblättern, so daß das Ausbesserungsmaterial nicht
genügend lange in gutem Zustand und an seiner Stelle verbleibt.
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Erfindungsgemäß wurde nunmehr festgestellt, daß die feuerfeste Masse
der vorliegenden Erfindung gut auf eine Ofenwandung, insbesondere wenn letztere
erhitzt ist, aufspritzt und sich gut mit ihr verbindet. Ferner wurde gefunden, daß
ein Abblättern des Ausbesserungsmaterials beim weiteren Erhitzen im wesentlichen
vermieden wird. Die Masse haftet gut an der heißen Oberfläche und verbleibt wesentlich
länger in gutem Zustand als andere bekannte Spritz- bzw. Stampfmassen für ähnlichen
Gebrauch.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine feuerfeste Masse, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß sie aus 50 bis 95°/o Chromitkörnern, 0 bis 45°/o feinzerteilter
nichtplastischer Magnesia, 1 bis 5 % eines Alkalitripolyphosphats oder Tetraalkalipyrophosphats
als Bindemittel, 0,05 bis 3 0/0 eines Plastifizierungsmittels und 0 bis 3 0/0, vorzugsweise
0,5 bis 3 0/0 feinzerteilten Eisenoxyds besteht. Eine bevorzugte Masse besteht im
wesentlichen aus 50 bis 95 0/0 Chromit, 5 bis 45 0/0 feinzerteilter, nichtplastischer
Magnesia, 1 bis 50/0 des erwähnten Bindemittels, 1 bis 30/0 plastischen Tons oder
Bentonit und 0,5 bis 3 % feinverteilten Eisenoxyds.
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Man hat bereits Chrommagnesiasteine zum Auskleiden von metallurgischen
Öfen vorgeschlagen, doch verwendete man hierfür keine Bindemittel auf Phosphatbasis
(britische Patentschrift 606 472). Man hat auch die verschiedensten Phosphate (Journal
of
the American Ceramic Society, 33 (1950), S. 239 bis 250) zur
Verwendung als Bindemittel in feuerfesten Stoffen, wie z. B. bei Tonprodukten (USA.-Patentschrift
2 880 099) zwecks Verbesserung der Färbung und des Aussehens, empfohlen. Schließlich
war die Verwendung ganz geringer Mengen von bestimmten Phosphaten zur Dispergierung
von Titandioxyd bekannt, um es zum Gießen gleitend zu machen. Doch konnte man aus
diesem Schrifttum weder die bei vorliegender Erfindung zugrunde liegende Aufgabe
noch deren Lösung oder insbesondere die Verwendbarkeit spezieller Phosphate entnehmen.
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Nachstehend werden die erfindungsgemäß verwendbaren Bestandteile näher
beschrieben.
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Die Chromitkomponente der vorliegenden Erfindung ist zweckmäßig irgendein
Chrom- bzw. Chromiterz. Beispielsweise kann man Masinloc-Chromiterz verwenden. Man
kann auch ein Transvaal-Chromerz gebrauchen, welches eine typische Analyse der folgenden
Bereiche aufweist: 30 bis 45 °/o Cr2O3, 1 bis 20 °/o SiO2, 8 bis 25 °/o A1203, 15
bis 29 °/o Fe2O3, 0,1 bis 3 °/o CaO und 5 bis 20 °/o Mg0. Es kann auch jedes andere
gewünschte Chromerz verwendet werden. Die Chromitkomponente ist bei Verwendung in
einem Spritzgemisch vorzugsweise im wesentlichen insgesamt feiner als 20 Maschen,
und etwa 50 bis 65 °/o minus 20-Maschen-Materials geht durch ein 100-Maschen-Sieb.
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Die Magnesiakomponente ist irgendein totgebranntes Magnesiamaterial,
wie beispielsweise Periklas hoher Reinheit oder totgebrannter Magnesit usw. Vorzugsweise
enthält die Magnesiakomponente mindestens etwa 80 °/o Magnesiumoxyd. Dieses Material
wird bis zu einem solchen Zustand gebrannt, daß beim weiteren Brennen, wenn es an
seinen Platz gebracht ist, im wesentlichen keine Schrumpfung stattfindet; daher
ist ein totgebranntes, hartgebranntes oder verschmolzenes Magnesiaprodukt als Magnesiakomponente
geeignet. Die Magnesia wird in feinzerteiltem Zustand verwendet, um die Bildung
einer keramischen bzw. mineralischen Bindung beim Brennen an seinem Platz zu beschleunigen.
Vorzugsweise wird die Magnesia in Größen von im wesentlichen 100 °/o weniger als
100 Maschen verwendet.
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Das Plastifizierungsmittel wird ebenfalls in leicht dispergierbarer
Form, z. B. lösungsähnlich beim Zumischen des Wassers, oder in feinzerteilter Form
gebraucht. Wenn das Mittel ein unlöslicher Feststoff ist, so liegt er vorzugsweise
insgesamt in einer Größe von minus 200 Maschen vor. Ein geeigneter plastischer Ton
; oder Betonit kann als ein solches Plastifizierungsmittel verwendet werden. Man
kann auch ein organisches Plastifizierungsmittel verwenden, beispielsweise Natriumcarboxymethylzellulose
oder ein wasserlösliches Polymeres des Natriumsalzes von Acrylsäure u. dgl. ; Wie
oben festgestellt, benutzt man 0,05 bis 3 °/o des Plastifizierungsmittels. Wenn
dieses Plastifizierungsmittel Ton ist, sollte es in einer Menge von 1 bis 3 °/o
zugesetzt werden; wenn ein organisches Plastifizierungsmittel vorliegt, so beträgt
der Zusatz vorzugsweise von f 0,05 bis nicht über 10/,. Wenn gewünscht, kann man
Gemische der Plastifizierungsmittel miteinander verwenden.
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Das zugesetzte Eisenoxyd ist sehr fein zerteilt, und es wurde gefunden,.
daß ein solches Eisenoxyd sich für E diese Masse besonders eignet, welches sich
aus den Abgasen niederschlägt, die aus Sauerstoff Stahl-Konvertern stammen, in denen
ein Bad geschmolzenen Metalls zwecks Bildung von Stahl mit Sauerstoff gefrischt
wird. Während des Frischens werden große Abgasmengen von solchen Konvertern geliefert,
und eine überwiegende Komponente solcher Abgase ist feinzerteiltes Eisenoxyd, welches
im wesentlichen zu 90 °/o durch- ein 325-Maschen-(0,044 mm)-Sieb geht. Es ist bevorzugt,
daß die Eisenoxydkomponente im wesentlichen vollkommen durch ein 100-Maschen-Sieb
geht, doch ist es für beste Ergebnisse vorzuziehen, daß mindestens 800/,
durch ein 325-Maschen-Sieb hindurchgehen. Irgendeiner der sogenannten »Präzipitator«-Stäube
mit hohem Eisenoxydgehalt aus Stahlanlagen ist zur Verwendung als Eisenoxydkomponente
geeignet, sofern dieser Staub mindestens 85 °/o Eisenoxyd enthält. Ein anderes geeignetes
Eisenoxydmaterial ist ein auf einer Mühle sehr fein gemahlenes Material mit einer
Partikelgröße, welche oben als bevorzugt angegeben ist. Es ist zu verstehen, daß
das Eisenoxyd auch durch freies Eisenoxyd im verwendeten Chromiterz bereitgestellt
werden kann. In einem solchen Fall kann der Eisenoxydzusatz nicht erforderlich sein,
oder es kann eine geringere Menge benötigt werden, um das gesamte Eisenoxyd innerhalb
des festgestellten Bereiches bereitzustellen.
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Das Alkalitripolyphosphat, welches in der vorliegenden Masse als Bindemittel
verwendet wird, weist die typische chemische Zusammensetzung MSP301o auf, wobei
M ein Alkalimetall wie Natrium, Kalium oder Lithium ist. Ein bevorzugtes Material
ist Natriumtripolyphosphat, Na5P.Olo, welches auch als Pentanatriumtriphosphat bekannt
ist. Man kann auch ein Tetraalkalipyrophosphat, beispielsweise Tetranatriumpyrophosphat,
Na4P207 - 10 H20 verwenden, welches minimal 63,5 °/o P205 in Kombination mit Na20
enthält. Auch das Tetrakaliumpyrophosphat kann verwendet werden.
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Beim Zusammenstellen der erfindungsgemäßen Masse werden die Komponenten
Chromit, Magnesia, Tripolyphosphat oder Tetranatriumpyrophosphat oder ein ähnliches
Salz, Plastifizierungsmittel und Eisenoxyd in irgendeiner gewünschten Stufenfolge
zusammengemischt, und die Masse kann, wie es gewünscht wird, verfrachtet und gelagert
werden. Es ist vorzuziehen, das Material bis zum Zeitpunkt des Gebrauchs von Wasser
fernzuhalten, weil es beim Zusatz von Wasser in der Kälte leicht abbindet.
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Es ist ein Vorteil der erfindungsgemäßen Masse, daß sie sich sowohl
mit heißen als auch mit kalten Ofenwandungsoberflächen leicht verbindet und daß
sie als Spritzgemisch leicht mittels der gewöhnlichen Spritzvorrichtungen, vorzugsweise
mittels einer Schlämmpistole für das Aufbringen fester Stoffe aufgetragen werden
kann. Es ist ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Masse, daß sie unter den
Arbeitsbedingungen des Ofens gegen Absplittern, Abblättern und Brechen widerstandsfähig
ist.
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Das folgende Beispiel beschreibt eine bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung: Beispiel 1 Eine als Spritzgemisch brauchbare Masse wird
wie folgt bereitet. Es werden miteinander vermischt: Masinloc-Chromerz der unten
gezeigten chemischen Zusammensetzung und Partikelgröße, Periklas wie unten angegeben,
und die anderen Bestandteile in den angezeigten Mengen:
| Gewichts- |
| prozent |
| Chromit 82,0 |
| (Zusammensetzung. 29,9 °/oCr203, 5,5 °/o |
| SiO2, 27,9 0/0 A1203,14,3 0/0 F«203,
0,8 0/0 |
| Ca0 und 21,6 °/o Mg0). |
| 39,7 °/o gehen durch 20 Maschen und |
| blieben auf 100 Maschen. 60,3 °/o gehen |
| durch 100 Maschen (etwa 26,7 °/o ge- |
| hen durch 325 Maschen) |
| Periklas 13,0 |
| (Zusammensetzung: 2,1°/o S'02, 1,0°/o |
| Ca0, 0,3 °/o Cr2031 0,30/0A1203, ()15010 |
| F«203, 0,10/,Glühverlust und 95,70/,) |
| MgO (durch Differenz). 97,5l)/, gehen |
| durch 100 Maschen, einschließlich etwa |
| 62 °/o gehen durch 325 Maschen |
| Natriumtripolyphosphat (Na5P301o) 3,0 |
| Bentonit, durch 100 Maschen gehend 1,0 |
| Präzipitatorstaub (aus Abgasen des Sauer- 1,0 |
| stof- Stahl-Konverters) |
| Der Präzipitatorstaub enthält 90 °/o Par- |
| tikeln, welche durch ein 325-Maschen- |
| Sieb hindurchgehen, und enthält 90 °/o |
| Eisenoxyd. |
Die obigen Bestandteile werden gründlich miteinander vermischt und zum Verwendungsort
verfrachtet, wo das Gemisch in 20 bis 30 Gewichtsprozent Wasser angeschlämmt und
mittels einer Schlämmpistole bekannter Art auf eine heiße Ofenwandung aufgebracht
wird. Wenn gewünscht, bringt man das aufgeschlämmte Gemisch in die Spritzvorrichtung
und transportiert das Ganze zum Arbeitsplatz. Das Gemisch wird aus der Spritzpistolenkammer
durch Luftdruck in das Zufuhrrohr getrieben, in welchem es durch Hilfsdruckluft
längsgetrieben und durch eine Düse, welche gegen die Ofenwandung gerichtet ist,
ausgepreßt wird.
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Das Spritzgemisch wird auf die heiße Wandung eines offenen Gefäßofens
mit folgenden Ergebnissen aufgebracht: Ein dünner Überzug von etwa 3 bis 12 mm Dicke
wird auf die heißen Flächen vorhandener feuerfester Wandungen und Decken und beim
Brennen in Form eines monolithischen Überzuges auf den existierenden feuerfesten
Stoffen aufgebracht, wo er Flußmittel absorbiert, welche sonst die existierenden
feuerfesten Stoffe angreifen. Dadurch schützt das Gemisch die feuerfesten Stoffe
und verzögert die Abnutzung.
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Zum Vergleich wird ein anderes Gemisch von genau gleicher Zusammensetzung
mit der Ausnahme, daß das Natriumtripolyphosphat nicht zugesetzt wurde und daß statt
dessen etwa 3,5 Gewichtsprozent Natriumsilicat als Bindemittel einverleibt wurden,
in der gleichen Weise auf einen anderen Teil derselben Wandung aufgebracht. Dieses
Gemisch versagt vollkommen hinsichtlich der Haftung an der heißen, feuerfesten Oberfläche.
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Ein sehr befriedigendes Spritzgemisch erhält man durch Vermischen
von 50 bis 95 °/o Chromitkörnern, 5 bis 45 °/o feinzerteilter, nichtplastischer
Magnesia, 3 bis 3,5 °/o Natriumtripolyphosphat, 1 bis 3 °/o Bentonit und 1 bis 1,5
°/o feinzerteilten Eisenoxyds, beispielsweise des oben beschriebenen Präzipitatorstaubs
aus Sauerstoffkonvertern.
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Die erfindungsgemäße feuerfeste Masse ist zum Gebrauch in Hochtemperaturöfen
wie metallurgischen Öfen, beispielsweise offenen Gefäßöfen und anderen, geeignet.
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Es ist zu verstehen, daß in der erfindungsgemäßen Masse an Stelle
des in obigem Beispiel beschriebenen Natriumtripolyphosphats auch ein Tripolyphosphat
des Kaliums, Lithiums, Ammoniums oder eines anderen Alkalimetalls verwendet werden
kann, wobei »Ammonium« hier als Alkalimetall oder dessen Äquivalenz betrachtet wird
mit der Ausnahme, daß die Ammoniumverbindung beim Mischen und Einbrennen unliebsame
Zersetzungsgase ergibt. Man kann auch ein Tetranatriumpyrophosphat der chemischen
Zusammensetzung Na4P20? oder dessen Hydrat, z. B. Na4P20,, # 10 H20, verwenden.