DE1646421C3 - Sintermittel für Keramikauskleidungen von Metallschmelzöfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sintermittcl für keramische Auskleidungen von metallurgischen Schmelzöfen unter Verwendung von Borsäure oder Borsäure enthaltenden Verbindungen.

Die Auskleidung von Induktionsöfen wird häufig aus einer trocken zugestellten sauren, basischen oder neutralen Masse hergestellt, deren Sinterpunkt im allgemeinen erheblich über der Temperatur der Schmelze liegt, die in diesen öfen erschmolzen wird. Man setzt deshalb der zu dampfenden Masse Sintermittel in geringem, genau bemessenem Umfang zu, die bewirken, daß bereits bei wesentlich tieferen Temperaturen Glasflüsse entstehen, die eine Verbindung der einzelnen Körner der Stampfmasse miteinander ergeben. Der Grad dieser Verbindung hängt stark von der Temperatur ab, auf die der Tiegel an einer bestimmten Stelle erhitzt wird. Da in der Auskleidung normalerweise immer ein Temperaturgefälle von der Schmelze zur Außenwand hin besteht, ergibt sich damit auch eine unterschiedlich starke Versinterung. Diese erreicht ihren höchsten Grad an der der Schmelze zugekehrten Seite der Auskleidung. An de ren Außenseite soll normalerweise überhaupt keine Versinterung auftreten. Bei Temperaturschwankungen des Tiegels kann es vorkommen, daß die gesinterte Schicht einen Riß bekommt. Falls hinter diesem dann noch unversinterte, lose Stampfmasse liegt, wird im allgemeinen ein Durchbruch der Schmelze verhindert. Im Gegensatz dazu würde beim Reißen einer über ihre ganze Stärke gleich stark verfestigten Auskleidung dieser Riß bis außen durchgehen. Es ist dann mit einem Auslaufen des schmelzflüssigen Materials und einem Durchbruch des Ofens zu rechnen.

Zusammenfassend kann also gesagt werden, daß man für öfen, bei denen sich die Tiegeltemperatur ändert, einen Aufbau der Auskleidung dergestalt anstrebt, daß nur die der Schmelze zugekehrte Seite versintert ist, während dahinter eine nc/h lose, nicht verfrittete Schicht bestehen bleiben soll.

Als Sintermaterial verwendet man bisher fast ausschließlich Borsäure. Die Borsäure H₃BO₁ zerfällt bei Erwärmung in Borsäureanhydrid B,O₃ und Wasser. Dabei entsteht über 40 % des Gewichtes der Borsäure an Wasser.

Es ist auch schon versucht worden, als Sintermittel Borsäureanhydrid zu gebrauchen. Da dessen Hygroskopizität außerordentlich groß ist, ist die Verarbeitung recht diffizil. Die erzielten Erfolge sind daher stark von einer verantwortungsbewußten Arbeitsweise des Personals abhängig, das die Zustellung des Ofens ausführt. Aus diesem Grund konnte sich die Verwendung von Borsäureanhydrid bisher nicht durchsetzen.

Sowohl Borsäure wie auch insbesondere Borsäureanhydrid sind hygroskopisch. Werden sie bei der Lagerung feucht, besteht die Gefahr der Verklumpung, die eine weitere Verwendung des Materials ausschließt, da dann nicht mehr sichergestellt ist, daß bei der Mischung mit der Stampfmasse die Borsäure gleichmäßig im Material verteilt ist. Falls irgendwo ίο Borsäureanhäufungen entstehen, kommt es dort zu einer örtlichen, sehr starken Herabsetzung des Sinterpunktes, was Ausschmelzungen in der Tiegelauskleidung zur Folge hat. Diese Ausschmelzungen machen den Tiegel unbrauchbar.

Beim Sintern der Zustellung muß das auch in trokkener Borsäure enthaltene Kristallwasser, das beim Aufheizen frei wird, ausgetrieben werden. Da man üblicherweise Borsäurezusätze von 1,5 bis 2 % verwendet, ergeben sich damit Wassermengen, die zwisehen 0,6 bis 0,8 % des Zustellungsgewichtes betragen. Bei einer Ausstampfung mit z.B. einem Zustellungsgewicht von 5 t ergeben sich damit Wassermengen von etwa 50 Liter. Diese Wassermengen müssen entweder durch eine durchlöcherte Stampfschablone an der Innenseite oder durch eine wasserdurchlässige Spule nach außen abgeführt werden, wobei darauf zu achten ist, daß die Dampfdrücke nicht so hoch werden, daß durch sie Beschädigungen am Tiegel entstehen. Es ist noch zu bemerken, daß die natürliche Feuchtigkeit der Stampfmasse in der Größenordnung von nur 0,2 % liegt, so daß also der größte Teil der bei der Sinterung auszutreibenden Feuchtigkeit über das Sintermittel in die Auskleidung kommt. In der österreichischen Patentschrift 223 112 wird eine im wesentlichen aus Magnesia bestehende feuerfeste Masse zur Herstellung der Tiegel von Induktionsöfen behandelt. Die im Anspruch 3 als Bindemittel angeführten Borsäure enthaltenden Verbindungen beziehen sich, wie der Beschreibung auf Seite 2, Zeile 25 ff. zu entnehmen ist, ausschließlich auf das Mineral Borax, eine Alkali-Borsäure-Verbindung mit 10 bzw. 5 Molekülen Kristallwasser von der Summenformel Na₂B₄O₇ X 10H₂O oder Na₂B₄O₇ X 5H₂O. Erwähnt wird auch noch die Ver-

♦5 wendung von Gemischen aus Borsäure oder Borax mit Quarz oder Zirkonsilikaten (ebenfalls ein Naturprodukt), welches heterogene Zusammensetzungen sind.

Nach der deutschen Patentschrift 659 218 sind einem feuerfesten Baustoff aus magnesiumorthosilicatreichen Stoffen als Hauptbestandteil 15 bis 30 % borsäure- und kieselsäurehaltige Bindemittelgemische beigefügt, die bei Anwesenheit von höher schmelzenden Stoffen, wie Quarz und Oxiden des Calciums, Magnesiums, Aluminiums und Eisens bei Temperaturen zwischen 500 bis 1400° C zähe Schmelzen bilden. Der Hinweis in der Beschreibung auf Seite 2, Zeile 55 ff. auf Borosilicatgläser ist ganz allgemein gehalten und umfaßt keine eindeutigen Angaben über deren chemische Zusammensetzung. Borsäure H₃BO₃ und Siliziumdioxid SiO₂ sind im Schmelzfluß unbegrenzt mischbar. Daraus ergeben sich deren stark voneinander abweichende Schmelztemperaturen. Ein Überschuß an Borsäureanhydrid B₂O₃ ruft z,B. am erkalteten Sintermittel hygroskopische Eigenschaften wie Feuchtigkeitsaufnahme hervor und setzt den Schmelzpunkt stark herab. Dagegen aber treibt ein Überschuß an Siliziumdioxid SiO_^ den Schmelzpunkt

und damit den Sinterbeginn der Masse wesentlich hinauf. Unter Borsilicatgläsem versteht man in der Praxis solche, die neben SiO₇ + B,O₃, wobei der Anteil von letzterem in der Verbindung des Glases sehr niedrig ist, noch weitere Oxide, wie Al₂O₃, Na₁O, CaO und MgO enthalten, von denen die Oxide des A'. und Mg zu den bekannten Schäden in der Ofenzustellung führen.

Der Patentschrift Nr. 49 230 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin kann die Verwendung von Glasmehl im Stampfsemenge für einen Ofen entnommen werden, ohne daß dabei auf eine stoffliche Zusammensetzung des Glasmehles eingegangen ist. In der Regel enthält ein handelsübliches Glas keine Boroxide. Es besteht vielmehr aus Alkalioxiden und Siliziumoxid als Hauptbestandteile im unterschiedlichen Mengenverhältnis.

Im Heft 1 von Glas-Email-Keramo-Technik 1962 sind in der linken Spalte auf Seite 14 im 2. Abschnitt lediglich flüssige Borsäure-Verbindungen, wasserlösliche Borsäure-Chrom-Verbindungen und Borsäuresiiicatgläser, die Zusätze an Ca-Al-Mg enthalten, als keramische Bindemittel aufgeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stoffgemisch in einer ganz bestimmten Zusammensetzung für ein Sintermittel vorzuschlagen, das

a) inert, absolut wasserfrei und nicht hygroskopisch ist,

b) dessen chemischer Reaktionsbereich um 900° C liegt

c) und das keine störenden oder schwächenden

Oxide enthält, die zu einem vorzeitigen Ausiall der keramischen Ofenauskleidung führen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine irn stöchiometrischen Verhältnis umgeschmolzene, aus Borsäure und Siliziumdioxid bestehende Verbindung (2H₃BO₃: SiO₂ = 1:0,49), der bis zu 5 % Kalziumoxid und bis zu 12 % Natriumoxid zugesetzt sind.

Die erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,

ίο daß das nach dem Umschmelzen zerkleinerte, z.B. gemahlene Sintermittel, das unbegrenzt haltbar ist, da keine Gefahr der Verklumpung infolge von Wasseraufnahme mehr besteht, bereits vom Lieferanten der Auskleidungsmasse dieser im vorgeschriebenen Ver-

>5 hältnis beigegeben werden kann. Das Vermischen des Sintermittels mit der Auskleidungsmasse beim Hersteller ist durch das Vorhandensein entsprechender Wiege- und Mischeinrichtungen wirtschaftlicher und genauer als auf der Ofenbaustelle. Weiterhin findet

Λο gegenüber der bisher verwendeten Borsäure mit niedrigerem Schmelzpunkt durch den höheren, bei 900° C liegenden Schmelzpunkt des neuen Sintermittels eine vom Tiegelinneren nach außen langsamer fortschreitende Verschmelzung der Auskleidungsmasse statt.

Es wird dadurch die Gefahr von Durchbrüchen an entstandenen Rissen herabgesetzt, da sich hinter diesen noch genügend lose Massen befinden, die erst jetzt durch die von der eingedrungenen Metallschmelze herrührenden örtlichen Temperaturerhöhungen ver-

sintern und somit die Lebensdauer des Tiegels vergrößern.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Sintennittel für keramische Auskleidungen von metallurgischen Schmelzöfen unter Verwendung von Borsäure oder Borsäure enthaltenden Verbindungen, gekennzeichnet durch eine im stöchiometrischen Verhältnis umgeschmolzene, aus Borsäure und Siliziumdioxid bestehende Verbindung (2 H₃BO₃: SiO₂ = 1:0,49), der bis zu 5 % Kalziumoxid und bis zu 12 % Natriumoxid zugesetzt sind.