DE1646602A1

DE1646602A1 - In geschmolzenem Zustand gegossene,zusammengesetzte feuerfeste Koerper

Info

Publication number: DE1646602A1
Application number: DE1968H0065299
Authority: DE
Inventors: O'meara Jun Eugene L
Original assignee: Harbison-Carborundum Corp
Current assignee: Harbison-Carborundum Corp
Priority date: 1967-02-13
Filing date: 1968-02-13
Publication date: 1971-07-22
Also published as: BE710694A; FR1558635A; DE1646602C3; GB1187702A; DE1646602B2; US3533905A

Description

gegossene, zusammengesetzte faxiorteata Körper

Die Erfindung betrifft in geachHiolssiJxiosn Zustand gegossene, sunaEßnon^eset^te feuei-feste Körper und ein verbessertes Vo fahren sur Herstellung derartiger Körper.

In geschmciaonein Zustand gegossene« fouerfeato Körpei' werden in ausgedehntem Il.j.ße bei der Herstellung von Behältern aum ßchmolaen von Glaa vervrandet, wobei sia jeder anderen Art von bitzeböständigeni Material v/eit überlegen sind. In Behältern suia Schr/iolvjon von Glas sind die feuerfesten Stoffe nicht nur

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hohen Temperatüran, sondern auch der Korrosion und Erosion durch das hochreaktive geschmolzene Glas ausgesetzt. Deshalb ist es sehr wichtig, daß in Behältern mit Glasschmelze verwendete feuerfeste Körper eine gleichmäßige, relativ ebene Oberfläche auf allen Seiten haben und im wesentlichen frei von inneren Poren oder Hohlräumen sind, wodurch die Angriffs» möglichkeiten des korrosiven Glases und die Möglichkeit von uiidichtigkeiten durch die verwendeten Körper auf ein Mindest» maß verringert wird· Aufgrund des Schrumpfens bzw, Schwindens, das in den im geschmolzenen Sustand gogosssnen feuerfestoii Körpern auftritt, wenn das geschmclsono Material boim Abkühlen kristallisiert, bilden sich in den Körpern Schvrandaushöhlungen, die als Lunker bekannt sind, in der Mäho der Stellen, an welchen das geschmolzene Material in die Formen eingebracht wird, und die Körper sind im Inneren oft porös«

Es wurden viele Verfahren erdacht und probiert, um in geschmolzenem Zustand gegossene, feuerfeste Körper harzuateilen, die eine nicht unterbrochene Oberfläche ohne Lunker haben und die in ihrem Inneren frei von Porösität sind. Z. B. wird in der U.S. Patentschrift 2247318 ausgeführt, daß der Lunker in einem in geschmolzenem Zustand gegossenen, feuerfesten Block mit feuerfestem Material in Form von Körnern gefüllt wird, während die Temperatur des Blockes noch ausreichend hoch genug ist, wodurch die Körner aus feuerfestem Material

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susntatnensintem und wahrscheinlich die Hasse mit dem Material des Blockes vorbinden. In den U.S. Patentschriften 1 7oo (Deutsche Patentschrift 56i 038) baw. 2 327 674 wird gemäß den angegebenen Vorfahren susiitsliches, geschmolzenes feuer= festos Material in die in. dem gegossenen Körper gebildeten Lunker eingegossen, nachdem die Verfestigung der Ursprünge liehen GUißtnasse nahesu vollständig ist« Gemäß der U.S. Pa~ tentechrift 2 15k 153 werden in das Zentrum des Körpers Stücke aus feuerfestem Material gebrecht, damit das geschmol« zone Material gekühlt und die Sentbindung verringert wird. Schließlich wird in der U.S. Patentschrift i 878 839 ( Deutsche Patentschrift 595 983) ein vorgeformt es, feuerfestes Stilts» teil vorgeschlagen, urn in einem in geschmolzenem Zuetand §e« gossenen Körper die Hohlstellen su lokalisieren und auf ein. Mindestmaß zu verringern«

Jedoch ist keines der bishör vorliegenden. Vorfahren aur Lösung des Problems völlig zufriedenstellend«, Das in großem Rahmen verwendete Verfahren, bei welchem ein zusätzliches Form- bzw. Eingußvolumen und zusätzliche Schmelze sugegeben werden und bei welchem nachher durch Absägen dec su groß gewordenen Teilet des Gußstückes, welches die Aushöhlungen aufgrund der Schwin» dung enthält, entfernt wird, verliert etvraa an seiner Wirk» samkeit während des letzteren Stadiums der Verfestigung wegen der großen Kristalle und rauhen Struktur₍ die in dem mittleren

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Teil des Gußstückes entstehen, und aufgrund der hohen Vis~ kosität des darin verbleibenden geschmolzenen Teiles ο

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in geschraolssenetn Zustand gegossene, zusammengesetzte feuerfeste Körper au schaffen, die eine verbesserte und neue innere Struktur haben und im wesentlichen frei von innerer Porosität und Lunkern sind» Weiterhin soll ein Verfahren sur Herstοllung derartiger Körper geschaffen werden» .

Um dies asu erreichen, wird in die For», welche eine teilweise abgekühlte, in geschmolzenem Zustand gegossene, hitsobestän« dige Hülle enthält, während des letsten Stadiunis dor Verfestigung dieser Hülle und nachdem sich ein. Lunker oder eine Schrunspfhöhlung daxin gebildet hat, ein geschmolzenes, feuer« festes Material eingeführt, das einen höheren Schmelzpunkt als das der Hülle hat. Dieses geschmolsene, feuerfeste Material, das durch die Gußform in den in der Hülle gebildeten Lunker eingeführt wird, schmelzt die großen Kristalle, die sich in dem lunerQn der Hülle bilden «rollen, wieder auf und füllt die Poren und Vertiefungen in der Umhüllung, oho es sich unter Bildung eines Korns verfßstigt, der in erster Linie aus diesem feuerfestem Material zuaammengaaetzt ist, das mit der Urahüilimg verbunden ist, wodurch oin in der Struktur einheitlicher, int wesentlichen nicht poröser, zusammengesetzter Körper geschaffen wird.

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Anhand der beiliegenden Zeichnungen werden beispielsweise Ausführungsfortsen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht«

Fig· 1 ist die Ansicht eines Schnittes durch eine Form, welche eine int geschmolzenen Zustand gegossene, feuerfeste Umhüllung enthält ι in der durch Schrumpfung ein Lunker erzeugt wurde«

Fig. 2 ist die Ansicht eines Schnittes ähnlich der von Fig· I und zeigt die Form und die Umhüllung nach dem Einführen einer höher schmelzenden, aus feuerfestem Material bestehenden Schmelz ze in die Formt

Fig. 3 ist die Ansicht eines Schnittes durch den gesamten zusammengesetzten feuerfesten Block, nachdem sich das hinsu» gegebene feuerfeste Material verfestigt hat.

Die Form 11 hat die herkömmliche Bauweise und wird z. B. aus Platten oder Tafeln von gebundenem feuerfestem Korn oder Graphit gebildet, wobei die Platten d-arch geeignete bekannte Einrichtungen (nicht gezeigt) zusammengehalten werden. Die obere Platte 12 der Form ist mit einer Öffnung 13 versehen, um die ein aufstauender Ring odar eine; Bingußform Ik angeordnet ist, die auf dor Platte 12 aufsitzt, durch welchen ein geeignetes feuerfestes Material, das zuvor in einem Licht« bogenofen geschmolzen wurde, in die Form 11 zur Bildung den feuerfesten Körpers eingeführt wird.

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lit Pig· 1 ist die Form 11 mit den um die inneren Oberflächen der Form als eine Hülle 21 verfestigten feuerfesten Material gezeigt» obwohl eine relativ kleine Tasche 22 von noch go·= schmolzenem feuerfesten Material annähernd in der Nähe des Körpers gezeigt ist. Über dem Raum 22 und unter der Öffnung 12 befindet sich ein Lunker oder großer Hohlraum 2k, der« wie es gezeigt ist und wie es häufig der Fall ist, dünne, quervörlaufende Wände oder Häute 25 aus verfestigtem feuerfesten Material enthält· Grobe Kristalle des feuerfesten Materials kleiden das Innere des Lunkers Zk und den Raum 22 aus. Die in Fig» 1 veranschaulichte Struktur ist typisch für das, was beim normalen Abkühlen, he±m Kristallisieren und beim ergebenden Schrumpfen in einem in geschmolzenem Zustand ge« gosaenen feuerfesten Körper vorgeht.

Zn Fig· 2 ist das Ergebnis des erfindungagetnäßen Eingie/iens einer Sekundärschmelze, das heißt eines geschmolzenen, feuerfesten Materials, dessen Schmelzpunkt höher ist als der des die Umhüllung 21 bildenden Materials, in die Umhüllung oder den Körper 21· Man kann beobachten, daß die Sekundärschsnelze 26 aufgrund ihrer hohen Temperatur dia Wände 25 und die inneren Oberflächen der Umhüllung 21 zum Schmalzen bringt, die ge lieh eine unerwünscht grobe Kristallstruktur haben, und don Lunker 2k und die daran angrenzenden Taschen oder Hohlräume füllt.

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Die Schwindung dar Sekundärschmelze beim Abkühlen wird durch die extra zugeführte Menge 27 an Sekundär-schmalse 26 in dem Staurin oder der Eingußform 14 ausgeglichen. Dies ist aus Fig. 3 klar zu sehen* Dabei wird der neu verfestigte feuerfeste Block 29, der die Umhüllung 21 und den sich aus der Sekundärschmelze ergebenden Kern 3o umfaßt, mit entfernter Form und verwendungsfertig nach Entfernung de.·* Eingusses 28 und weite« reai Abkühlen gezeigt.

Die folgenden Beispiele dienen aur Verarcschaulichung der liegenden Erfindung. Wenn nicht anders dargelegt, entsprechen die verwendeten Verfahrensstufen der herkänaalichen Praxis für die Erzeugung von in geachinolsonem Zustand gegossenen, feuerfesten Blöcken·

BSISPIEL 1

Zum Gießen eines Blockes von ungefähr 3<>5 cm χ 46o cm χ i?.2o cm aur Verwendung als Abdeckblock für die Einsetsöffnung eines Behälters für Glasschmelze wird eine Anfangsfüllung von unge» fähr 680 kg aus einer geschmolzenen feuerfesten Masse aus Tonerde-Zirkonerde-Kieselerde mit einem Schmelzpunkt von ungefähr a8oo° C gemacht. Nach langsamem Abkühlen bis die gesamte feuerfeste Schmelze sich von der Eingußform zurückgezogen hat und fast die gesamte Masse als Umhüllung mit einer

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wesentlichen Dicke an der Innenseite der Form verfestigt ist,, wird eine sweite Schmelze aus ungefähr I85 kg airier ga·= schcsolzonen feuerfesten Masse voxi hohem Tonerdegehalt seit einem Schmelzpunkt von übsr 2o8o C in die feuerfeste Uas--» hüllung durch die Bingußform eingefüllt. Aufgrund ihrer höheren Temperatur verursacht die Sekundtirschmelze ein Wie» (!erschmelzen der groben Kristalle, die dox* Lunker in der feuerfesten Umhüllung auskleiden,usid jeglicher Zwischem/ästde in dem Lunker und füllt dio SdM-rindMngshohiraume .in dom Block vor ihrer Verfestigung aus, so daß di-5 Eingußforni entfernt werden kann· Der sich ergebende su.'ianvnenßeeetste Bleck ist »ehr dicht und seigfc beim Aufschneiden, daß er im weseatlichan frei von Poren oder Hohlräumen 1st aa-i im Zentrum des Blocks _v dadurch, daß da3 meiste der groben Struktur,wie sie gev?8im« lieh in einem geschtaolaenen Sustand gosoesenen feuei'featosi Teil vorlisgt, eraetst ist, einen Kerji av.s x'elativ feilen Kristallen hat· I>a die Sekundärschmelrse einen Teil der aus feuerfestem Material bestehenden Uhihü.liutT.g sum WiederschmeX« sau bringt und da ein Anteil der ursprünglichen Füllung zum Zeitpunkt des Einführens der Sekundivrüchraelso noch geschmol^ zen iat, hat der äußere Teil des Kerns eine Zusanunaneetssung, die nicht nur verschieden von der Zusr.nanunset^ung der Umhüllung;, sondern av.ch wenigst ons zum Teil von ("cm inneren Teil des iternes verschieden ist«

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BEISPIEL 2

Beim Gießen eines Blockeβ von annähernd 3°5 cia x 46o cm ;: Io7o cm zur Verwendung einee Blockes in dor Seitenwand eines Schmelzgefäßes in einem Ofen zum Glas3chmel3en wird oin ursprünglicher Guß von ungefähr 615 kg aus einer geschmolzenen feuerfesten Masse aus Tonerda-Zirkanerdö-Kieseierde mit einem Schmelzpunkt von ungefähr l8oo C hergestellt* Die Form mit dem feuerfesten Material darin wird langsam abgekühlt. Mit fortschreitender Abkühlung schwindet 'das feuerfeste Material und kristallisiert als eine Umhüllung mit wesentlicher Dicke in der Form aus und die überschüssige Schmelze sieht sich von der Singußform ssurück. Kurz: bovor sich das Innere des Gusses völlig verfestigt, wird eins Sekundärschaselse bestehend aus ungefähr l6o kg einer geschmolzenen feuerfesten Masse aus Chrojn-Tonerde mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 21oo C in die Umhüllung aus feuerfestem Material durch die Einguß« form gegossen* Wie in Beispiel i verursacht die Sekundär= schmelze ein Niederschmelzen der groben Kristalle, die don Lunker in der feuerfesten Umhüllung auskleiden, und füllt die Schwindungshohlräume in dom Block vor dem Verfestigen. Dor sich ergebende zusammengesetzte Block ist sehr dicht. Beim Aufschneiden ergibt sich, daß er im wesentlichen frei von Hohlräumen und inneren Poren ist. Anstatt der groben Struktur, die normalerweise in dom Zentrum oinos feuerfesten Gußstücke«

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vorliegt, findet man eitlen Kern aus relativ feinen Kristallen, wobei sich der innere Teil im wesentlichen genau so zus&tnraön« setzt wie die Sekundärschsuelse und dor äußere Teil eine zwischen dem ursprünglichen feuerfesten Material und dem der Sokundärschmels-.o liegende Zusammensetzung hat.

Bai dem erfindungsgemäßen Verfahren aoll dia feuerfest© Masse, die für die SekuRd&rschsnel&e verwendet wird, einen derartigen SchraeIspunkt haben, daß die Gi ef3 temperatur, die natürlich ü'aer dem Schisslzpunkt liegt, in wesentlichen wenigstens loo C hiähor als dor Schmolspunkt der feuer» festen Masse liegt, welche die Umhüllung oder den Hauptteil des feuerfesten Blocköi3 bildet. Si© muß ebenfalls rait letzterer verträglich sein, so daß der in. dera 31ock gebildete Kern mit der äußeren Umhüllung des Blockes verbunden ist. Weiterhin soll sie sich unter Bildung einer dichten, korrosiosisbeotän» digen Struktur verfestigen» Dem Fachmann sind zahlreiche derartige Massen bekannt. Die beispielsweise angeführte folgende Zusammensetzung kann vorteilhaft verwendet werden«

Ursprüngliche Gießmasse Material der Sekundärachmolso (Umhüllung) (Kern)

Tonerde-Kieselerde Tonerde

Tonerde-Zirkonerde-Kiesolerde Tonorde^Zirkonerde-Kieselordo

(hoher ZrO^Qehalt)

Chrotnoxyd-Magneaiumojryd _. ... . ,

^J ** ^J Chrcmoxyd-Magnesiumoxyd

(hoher MgO -Gehalt)

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Die oben beschriebenen Hassen sind bekannte Massen und werden gewöhnlich, bei in geschmolzenem Zustand vergossenen feiser« festen Stoffen verwendet, es können auch verschiedene andere bekannte spesifische Massen verwendet worden und bilden keinen Teil der vorliegenden. Erfindung< öa die im geschmoi» ?,ene\?. Zustand gogo3saserj feuerfester Hansen gewöhnlich aus technischen Sortenstopfen oder oeraea hergestellt und 30» wohnlich durch Zugabe iron kleineren Mengen anderer Ojcyde abgeä~*dort werden, variieren die Schmelzpunkte der Massen, was auf dem Gebiet der Keramik bekannt 1st, und müssen für die besonderen Stoffe, die in jede*· Masse verwendet werden, bestimmt werden·

Es iGt klar, daß keine besondere Cisii festgelegt werden kann für das Einführen der SekundärschLielae in die Umhüllung, da die geeignet ο Zeit von vielen Faktor an abhängt, wie s. «3. von der Größe des herzustellenden feuerfesten Körpers, dessen Zusammensetzung, von der AbkühlgöBChvimtigkeit und der Gieß» temperatur der Sekmidärschmelze» Jedoch geben Untersuchungen des Abkühlens der feuerfesten Umhüllung dem Fachmann Anhalts» werte für die Zeit für ein desrarti.geii Zuführen an. Dies ist vorzugsweise dann der Fall, wenn nur eine geringe Menge von geschmolzenem feuerfesten Material in der Umhüllung verbleibt und ehe die Wände des Lunkers so kalt werden, daß sie nicht

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mehr leicht durch die Sekundärschmelao wieder in den ge° schmolssenen Zustand übergeführt worden. Allgemein ist für die Gießtemperatur der Sekundärschiaelise erwünscht _t daß sie wenigstens ungefähr 2oo C höher als der Schmelzpunkt der feuerfesten Umhüllung, in die sie eingegossen wird, liegt. Dies verhindert ein au schnelles Abkühlen der Sekundärschmalsa mit den sich daraus ergebenden Fehlern., so daß ein geeignetes Wiederaufschmelzen der Wände des Lunkers in der feuerfesten Umhüllung erzielt vfird«

Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, in geschmolzenem Zustand gegossene, zusammengesetzte feuerfeste Körper herzustellen, die eine verbesserte Einheitlichkeit in der inneren Struktur haben, da sie im wesentlichen frei von Hohlräumen oder inneren Aushöhlungen sind, durch und durch eine dichte Struktur und ein Minimum an grobkristallinen Material haben« Gegenüber Korrosion zeigen sie ebenfalls eine verbesserte Widerstandsfähigkeit.

Selbstverständlich können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Körper aus in geschmolzenem Zustand gegossenen feuerfeston Stoffen hergestellt werden, die nicht nur als Blöcke für Behälter mit Glasschmelze verwendet werden· Die Erfindung kann auch bei eier Herstellung von in geschmolzenem Zustand gegossenen Körpern von jeder beliebigen Größe und/oder Form angewendet werden, wo die Bildung von wesentlichen Schwindungshohl«» r&umen ein Problem dax'stellt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. In geschmolzenem Zustand gegessener, aufsatranengesetzter feuer» fester Körper mit einer verbesserten inneren Struktur, der im wesentlichen frei von inneren Poren und Schwindungshohl» räumen ist und aus einer dichten Umhüllung von wesentlicher Dicke besteht, die aus einer feuerfesten Masse susanunengesatst ist und darinnen eisten Kern hat, der primär aus einer anderen feuerfesten Masse mit höherem Schmelzpunkt als die erste Masse zusammengesetzt ist.

2. Feuerfestor Körper nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil des Kerns eine von der Zusammensetzung der Umhüllung und wenigstens ieilxfeisa von der Zusammen» setzung des inneren Tolles des Kernes unterschiedliche Zusammensetzung hatt

3« Feuerfester Körper nach Anspruch 2_f dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des äußeren Teils des Kerns zwischen der der Umhüllung und der der feuerfesten Zusammensetzung mit höherem Schmelzpunkt liegt«

4· Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten Körpers nach An·=· Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmelze einer feuerfesten Zusammensetzung in eine Form gegossen wird, daß eich diese Schmelze in der Form verfestigen kann, damit eine

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Umhüllung von wesentlicher Dicke mit einem Schwindungshohl» raum sich bildet, daß, während daa Innere dieser Umhüllung noch heiß ist, dieser Hohlraum mit einer Sekundärschmelze aus einer feuerfesten Masse mit einem uesentlich höheran Schmelzpunkt als die suerst angeführte feuexvfesta I-iaaaa g©=· füllt wird, wobei die Kristalle _t welche den Hohlraum aus» kleiden, wiodergeschmolzen vrerdsn und der Hohlraum ausge wird, daß sich die Sekundärachmolze In dera Hohlraum abkühlen und verfestigen kann, wobei ein fester, ausajuaiengesetEter Körper gebildet wird, und daß sich danach dieser Körper abkühlt»

5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärschraelze in diesen Hohlraum eingegeben wird, während ein Teil der suarst angeführten Schneise sich noch in geschmolzenem Zustand befindet.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärschmelze in die Aushöhlung bei einer Temperatur eingebracht wird, die wenigstens ungefähr loo C höher ist als der Schmolzpunkt dar suers-t genannten Schmelze_o

7. Vorfahrch nach Anspruch k oder 5· dadurch gekennzeichnet, daß ^ die Sekuudärschmelzo in die Aushöhlung bei einer Temperatur eingebracht wird, die v/enigatonü ungefähr 2oo° C höher ist als der Schmelzpunkt der zuerst genannten Schmölze.

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8« Verfahren nach Anspruch % foia 7» dadurch gekennzeichnet, daß ein Überschuß an Sekundörschmöliie verwendet wird» um eine Eingußform zu füllen« welche in den Hohlraum fühx't *

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