DE1671192C

DE1671192C - Verfahren zur Herstellung von feuer festen Formkorpern

Info

Publication number: DE1671192C
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Ing Ge\er Karl Leoben Goss Maslo (Osterreich)
Original assignee: Veitscher Magnesitwerke AG
Current assignee: Veitscher Magnesitwerke AG
Publication date: 1972-12-21

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Formkörpern durch Form-

gießen. Verdichten. Vortrocknen. Ausschalen und Fertigtrocknen unter Verwendung einer MgO-reichen. gekörnten, gießfähigen Masse mit wenigstens 85°,, MgO-Gehalt und gegebenenfalls mit Oxiden aus mineralogisch bedingten Bestandteilen des Magnesits.

namentlich CaO. Fe₂O₃ und SiO₂.

Vorschläge, feuerfeste Formkörper, wie auch ganze Ofenauskleidungen oder Teile derselben, durch Gießen von abbindefähigen feuerfesten Massen in Schalungen, also durch Formguß, herzustellen, sind wiederholt gemacht worden, haben jedoch bei basischen Massen in der Praxis keine Bedeutung erlangt. Das Gießen von feuerfesten Formkörpern bietet sich besonders dann als eine den Herstellungsvorgang vereinfachende Maßnahme an, wenn es sich um komplizierter geformte feuerfeste Körper handelt. Da es bisher nicht gelungen ist, gießfähige basische Massen anzugeben, die zu feuerfester Formkörpern mit zufriedenstellendem Verhalten in der Hitze führen, werden kompliziert geformte Körper zur Zeit durch Stampfen trockener oder fast trockener Massen in Formen erhalten. Es ist dies ein ziemlich zeitraubender Vorgang, der Formen entsprechender Festigkeit erfordert, und es gelingt auf diese Weise nicht. Formkörper hoher Dichte zu erzielen. Dazu kommt, daß es durch Anwendung von Stampfvorgängen nicht möglich ist, die Massen im Inneren von komplizierter geformten Formen überall gleichmäßig zu verdichten. Außerdem ist die mit diesem Herstellungsvorgang verbundene Schichtung des feuerfesten Materials nur in seltenen Fällen als erwünschte Nebenerscheinung zu bewerten.

Hs ist bekannt. Magnesia-Formkörper nach dem Schlickerguß-Verfahren herzustellen (USA.-Patentschrift 2 636 244 und 3 116 155). Dabei wird ausgehend in der Regel von einer besonderen Magnesia, z. B. geschmolzener oder hochreiner Magnesia, in extrem feiner Mahlung mit Wasser, Alkohol od. dgl. ein Schlicker bereitet, der vergossen und dann gebrannt wird. Dieses insbesondere wegen der Feinstmahlung sehr aufwendige Verfahren eignet sich nur zur Herstellung von Formkörpern für Sonderzwecke, z. B. glasig-dichten und durchscheinenden Keramikkörpern, jedoch nicht für feuerfeste Formkörper, die als Massengut zur Auskleidung heißgehender Industrieöfen verwendet werden.

Nicht für Magnesiakörper, sondern für Schamottesteine ist ein Gußverfahren bekannt (Budnikow, »Technologie der keramischen Erzeugnisse« 1950,

S. 219/220), bei dem mit sehr hohen Wasserzusätzen bis 30% gearbeitet wird, was zu starkem Trocken- und Brennschwund Anlaß gibt. Bei der Herstellung von Magnesiasteinen durch Pressen ist die Anwendung bestimmter Körnungen bekannt (z.B. SearIe, »Refractory Materials« 1950, S. 471), welche jedoch mit der beim erfindungsgemäßen Gußverfahren einzuhaltenden Kornverteilung nicht übereinstimmen.

Die vorliegende Erfindung weist einen Weg zur Verarbeitung von MgO-reichen, gekörnten Ausgangsmengen zu gießbaren Massen, die unW Einhaltung der im folgenden noch näher umschriebenen Herstellungsschritte zu Formkörpern von überraschend günstigen Eigenschaften, vorwiegend einer hohen Dichte und damit zu einer sehr zufriedenstellenden Haltbarkeit führt. Diese Formkörper finden besonders Verwendung im Rahmen von metallurgischen Prozessen, die an die Haltbarkeit der feuerfesten Auskleidung besonders große Anforderungen in thermischer und mechanischer Hinsicht stellen.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Eikenntnis. daß für die Erreichung dieses Zieles, wenn von Magnesitmassen ausgegangen wird, die Einhaltung einer besonderen Körnungsverteilung ein entsprechendes Erfordernis ist. Es hat sich ferner überraschenderweise gezeigt, daß es Tür die Bildung einer feuerfesten gießfähigen Masse auf Magnesiagrundlage nicht darauf ankommt, in der Grundmasse Komponenten vorzusehen, die mit Wasser unter Aufnahme desselben abbinden, sondern daß es genügt. Wasser in Gegenwart eines Bindemittels vorzusehen, um die Masse auf Grund ihrer breiigen Konsistenz gießfähig zu machen, und zwar in einem Maße, daß sich die Masse von selbst in der Form ausbreitet und sie exakt ausfüllt. Das Wasser wird sodann unter Verfestigung der Masse zu einem Formkörper aus diesem ausgetrieben. Es hat sich ferner gezeigt, daß die für die Durchführung dieses Verfahrens wesentlichen Körnungen jenen sehr ähnlich sind, wie sie für manche Stampfmasse auf Magnesiagrund'age angewendet werden.

Demgemäß ist die Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Kormerteilung der Masse in dem aus der Zeichnung ersichtlichen, schraffierten Bereich ABCDGH liegt, mit einem größten Korndurchmesser von über 2 mm. und daß Zusätze von 1 bis 4% eines an sich in der Verarbeitung feuerfeste^ Massen bekannten Bindemittels sowie eine entsprechende Menge Wasser verwendet werden.

F i g. 1 zeigt in Diagrammform als schraffierte Zone ABCDGH den Bereicn tier Korn verteilung, welche bei gekörnten Ausgangsmassen erfindungsgemäß vorzusehen ist. Dabei ist in der üblichen Darstellungsweise auf der Abszisse in logarithmischem Maßstab der Sieb- bzw. Körnungsdurchmesser in Millimeter und auf der Ordinate der Siebdurchgang in Gewichtsprozent des Siebgutes aufgetragen. Die verhältnismäßig gering ansteigenden Bereiche zwischen etwa 0,1 und 0,5 mm Durchmesser drücken praktisch eine Körnungslücke aus. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist ferner wichtig, daß genügend Feinanteil in de; Masse vorhanden ist, d. h., daß das Gut unter 0,06 mm in Mengen von etwa 20 bis 30% in einer beliebigen Kornverteilung vorliegt. Die Punkte A und ß in F i g: 1 sind demnach nicht als untere Grenze des KornveiHlungsbereiches aufzufassen, vielmehr setzen sich die Körnungskurven auch noch in den Bereich unter 0,06 mm fort, jedoch ist die Kornverteilung in diesem Bereich nicht wesentlich für die Erfindung.
Das obere, d.h. den größten Korndurchmessern

S zugeordnete Ende der schraffierten Zone ist für den Aufbau der für einen konkreten Fall zu wählenden Kornverteilung ebenfalls nicht kritisch. Der größte Korndurchmesser hängt von der Größe des Formkörpers ab und wird bei Formkörpern kleiner Ab-

messungen bei über 2 mm und im allgemeinen bei mindestens 5 mm liegen. Demgemäß kann die Kornverteilung der Masse in dem aus der Zeichnung ersichtlichen Bereich ABCEFH liegen, mit einem größten Korndurchmesser über 5 mm.

In Formkörpern größerer Abmessungen kann die obere Korngrenze der Masse bei etwa 10 bis 20 mm oder darüber liegen; in Einzelfällen können auch Korndurchmesser bis 50 mm oder sogar bis 100 mm angewendet werden. Das Grobkorn kann in Mengen

bis etwa 30% vorliegen. Der^emäß kann die Kornverteilung der Masse in dem au., der Zeichnung ersichtlichen Bereich ABCDFH liegen, mit einem größten Korndurchmesser über 5 mm. Es ist eir bemerkenswerter Vorteil der Herstellung von Formkörpern durch Gießen, daß es möglich ist. Korndurchmesser von derart extremen Ausmaßen, also eigentlich schon Brocken von Magnesiasinter (insbesondere aus Schmelzmagnesia) Verwender. 7U können, ohne befürchten zu müssen, daß diese Brocken durch den sonst nötigen Preß- oder Stampfvorgang zertrümmert werden.

Die erfindungsgemäß zu verwendende Masse ist au^r Magnesiagrundlage aufgebaut, besteht also im allgemeinen zur Hauptsache aus Sintermagnesia. Im

Sinne eines Merkmals der Erfindung kann die MgO-Komponente wenigstens zum Teil aus einer Magnesia besonders hoher Dichte, vorzugsweise Schmelzmagnesia, bestehen. Die Anwendung von dichtem Grobkorn ist von besonderem Vorteil, da es auf diese Weise gelingt, die Dichte des Formkörpers zu erhöhen. Wird das Grobkorn aus einer Magnesia niedriger Porosität, z. B. unter 5%. und geringer Schwindung hergestellt, so ist es wichtig, daß die Grundmasse ebenfalls raumbeständig ist. Dies kann beispielsweise

dadurch en eicht werden, daß für die Grundmasse ein eisenarmer Magnesit verwendet wird.

Als Bindemittel kommen Natriumbisulfat NaHSO₄, Bittersalz MgSO₄ ■ 7 H₂O. Kieserit MgSO₄ · H₂O. Magnesiumchlorid MgCl₂. Kaliumchromate und ähn-

liehe Substanzen in Frage, wie sie als Bindemittel hei der Herstellung von chemisch gebundenen feuertesten Magnesiasteinen und von Stampfmassen bekannt sind. Wenn als Bindemittel cn Salz der Schwefelsäure oder der schwefeligen Säure, d. h. ein sulfati-

sches oder sulfitisches Bindemittel. Anwendung findet, so beträgt der SO,- bzw. SO₂-Gehalt zweckmäßig 1 bis 2%. gezogen auf die Trockensubstanz ohne Bindemittel, Zur Erzielung einer gießfahigen Masse ist eine entsprechende Menge Wasser zuzusetzen, die

zweckmäßig etwa 6 bis 8%, bezogen auf die gesamte trockene Masse, beträgt, wobei allenfalls im Bindemittel enthaltenes Kristallwasser einzurechnen ist. Eine sehr gut brauchbare gießfähige Masse wird z. B. erhalten, wenn man den in der richtigen Körnung vorliegenden Magnesiasinter mit 1 bis 3% MgSO₄ · 7 H₂O und 5 bis 7% Wasser mischt.

Die Masse kann zweckmäßigerweise einen Gehalt an Borsäure oder einer Borverbindung in Mengen von

etwa 0,5% B₂O₁, bezogen auf die Trockensubstanz ohne Bindemittel, aufweisen, um dem fertigen Formkörper, der ein ungebrannter Körper ist. eine erhöhte Zwischenzonenfestigkeit zu verleihen. Weitere Zusätze, wie Chromerz oder Tonerde, zur Erzielung bestimmter Eigenschaften, z. B. Beständigkeit gegen Dikalziumsilikatzerfall, einer bestimmten Wärmeleitfähigkeit oder verbesserten Temperaturwechselbeständigkeit, sind möglich.

Die folgende Tabelle enthält neun verschiedene chemische Analysen von Massczusammcnsetzungen. wie sie im Rahmen der Erfindung als Gießmassen verwendet werden können.

Masse

	Chemische Durchschnittsanalyse	(Gewichtsprozent)	.^F5iP*	SiO₂
		CaO	0,5	0,5
[MgO]	MgO	1,0	0,4	1,8
98,0	94,0	2,6	0,5	0.6
94,5	90,6	3,1	0,3	3,6
95,0	91,1	1,9	1.6	U
94,3	89,6	3,0	1.3	2,3
94,2	89.5	2,5	1.4	3,2
94,0	89,2	2,2	3,3	2.0
92,3	88.5	2,9	4,7	1.6
90,3	86,7	2,5
89,5	85,8

Sonstige

4,0
4,6
4,7
4.6
4,8
4,7
4,7
5,1
5.4

[MgO] = MgO-Gchalt des magnesitischen Gründmaterials

Unter »Sonstige« sind übliche Beimengungen, wie Al₂O₁, die Komponenten des Bindemittels, z. B. Na₂O, SO₁ usw., sowie der Glühverlust, der in allen Fällen etwa 2.0 bis 2.2% beträgt, zu verstehen.

Bei der Herstellung eines Formkörpers ist es wesentlich, die in eine Form eingebrachte breiige Masse zu verdichten und den Formkörper sodann zu trocknen. Zweckmäßig erfolgt das Verdichten des Formkörpers durch Rütteln und das Trocknen bei Temperaturen bis etwa 250' C.

Die mit Wasser versetzte breiige Masse wird in eine gefettete Stahlform oder eine gefettete und mit Papier ausgelegte Holzform gefüllt. Das Verdichten der Masse durch Rütteln kann mittels Innenrüttler oder Vibratoren bekannter Art erfolgen, welche z. B. mit hochfrequentem Strom oder mit Preßluft betrieben werden können und so lange auf die Masse angewendet werden, bis aus dieser keine Luftblasen mehr aufsteigen. Für einen Block mit 100 kg dauert dies je na«.h Masse 10 bis 20 Minuten.

Es ist möglich, das dichte Grobkorn der Masse an der Feuerseite des Formkörpers anzureichern, um. dort eine erhöhte Dichte und damit eine bessere Widerstandsfähigkeit zu erzielen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Form, die zum Gießen des Formkörpers verwendet wird, hauptsächlich zur Ausformung der späteren feuerseitigen Begrenzungsfläche des Formkörpers dient und diese Form bei der Formkörperherstellung in einer Lage verwendet wird, in der die spätere Feuerseite des Formkörpers in der Form nach unten weist.

Ferner gestattet die Erfindung auch die Herstellung von Verbundblöcken, wobei etwa die feuerseitige Zone eines Formkörpers unter Verwendung einer ersten Masse, beispielsweise mit hohem MgO-Gehait und geringem Fe₂O_rGehalt. hergestellt und rröter

60 dieser Schicht der Restteil des Formkörpers unter Verwendung einer zweiten Masse gegossen wird, die beispielsweise einen höheren Eisenoxidgehalt und gegebenenfalls einen Chromerzgchalt oder andere entsprechende Zusätze aufweist. Derartige Verbundblöcke werden in der Weise erhalten, daß in die Form zuerst die eine Masse und dann die andere eingegossen wird. Das Verdichten durch Rüttler kann für beide Massen gemeinsam erfolgen. Dabei ist es durch entsprechende Wahl der Schichten möglich, einerseits Kostcncrsparungen zu erreichen oder andererseits durch geeignete Zusätze die Blockcigcnschaftcn, wie weiter oben bemerkt, zu beeinflussen.

Wesentlich i.-st. daß die Masse in der Form lediglich vorgetrocknet wird, und zwar bis zu einem Ausmaß, welches ein Ausschalen des Blockes oder Formkörpers aus der Form ermöglicht. Die F i g. 2 zeigt in diesem Zusammenhang etwa anzuwendende Trocknungsvorgänge, und zwar die angewendete Trocknungstemperatur in ⁰C, aufgetragen auf die Ordinate, und die Trocknungszeit in Stunden auf die Abszisse. Die untere strichlicrtc Kurve gilt für das Vortrocknen des Formkörpers in der Form, die obere ausgezogene Kurve für das Fertigtrocknen des ausgeschalten Körper. Die dargestellten Trocknungskurven gelten für Blöcke bis etwa 65 mm Wandstarke und sind keinesfalls einschränkend aufzufassen, sondern nur als Beispiele. Bei anderen Abmessungen sind sinngemäß andere Trocknungskurvn anzuwenden, wobei die Temperatur bis etwa 250 C reichen wird. Auch das Bindemittel ist auf die Trocknungskurvc von Einfluß.

Die gegossenen und getrockneten Formkörper, die nach der Erfindung erhalten sind, können nachträglich auch gebrannt werden. Die getrockneten und gegebenenfalls auch gebrannten Formkörper können z. B. mit Teer oder Pech getränkt werden.

Ausfuhrungsbeispiel

Der Herd eines Lichtbogenofens soll mit gegossenen Blöcken nach der Erfindung ausgekleidet werden. Die den Herd bildende Blockgarnitur besteht etwa aus einem sechseckigen Mittelblock, der noch einmal diagonal geteilt sein kann, und aus sechs Blocksegmenten, die diesen Mittelblock umgeben und zusammengestellt den Herd mit hochgezogenem Rand bilden. Die Blöcke wurden so gegossen, dali die dem Feuer zugewendete Blockseitc in der Form am tiefster liegt, um teilweise zu erreichen, daß die größeren Kornanteile und namentlich auch größere Sinterbrocker mehr der Feuerseite zu sich sammeln. In den Blocker können nach außen ragende eiserne Bewehrung« verankert sein, die den Transport der Blöcke er leichtern. Diese Blöcke sind in der vorhin angegebenei Weise in der Form durch Rütteln verdichtet, sodani vorgetrocknet, aus der Schalung entnommen un< fertig getrocknet worden. Die in den Ofen einge brachten Blöcke bilden zwischen sich und der Aus mauerung der Ofenwandung Fugen, die mit Stamp! massen ausgekleidet werden.

Weitere Anwendungsbeispiele sind Formkörpe zur Zustellung von Einguß- und Abstichöffnunge metallurgischer öfen und Gefäße, wo starker mechan scher Angriff zu erwarten ist.

Das erfirdungsgemäße Verfahren ermöglicht d: einfache und rasche Herstellung komplizierter g< formten sehr verschleißfester Formkörper, ohne Fo

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Festigkeit zu erfordern. Die Herstellung formkörper ist zeitsparender als die Herrch Stampfen. Der Einbau dieser Formdie Inbetriebnahme des damit zugestcllinn wesentlich rascher erfolgen als bei der bisher üblichen Stampfung und Trocknung im Ofengefäß. Die Haltbarkeit der vorliegenden Blöcke ist auch in metallurgischen Gefäßen, in denen sehr hohe Temperaturen und starke Erosion auftreten, vorzüglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 209 652/249

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Formkörpern durch Fonngießen, Verdichten, Vortrocknen, Ausschalen und Fertigtrocknen unter Verwendung einer MgO-reichen, gekörnten, gießfähigen Masse mit wenigstens 85°/· MgO-Gehalt und gegebenenfalls mit Oxiden aus mineralogisch bedingten Bestandteilen des Magnesits, namentlich CaO, Fe₂O₃, und SiO₂, dadurch gekennzeichnet, daß die Kornverteilung der Masse in dem aus der Zeichnung (Fig. 1) ersichtlichen, schraffierten Bereich ABCDGH liegt, mit einem größten Korndurchmesser von über 2 mm, und daß Zusätze von 1 bis 4% eines an sich in der Verarbeitung feuerfester Massen bekannten Bindemittels se .ie eine entsprechende Menge Wasser verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Kornverteilung der Masse in dem aus der Zeichnung ersichtlichen Bei eich ABCDFH liegt, mit einem größten Korndurchmesser von mindestens etwa 5 mm.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Kornverteilung der Masse in dem aus der Zeichnung ersichtlichen Bereich ABCEFH liegt, mit einem größten Korndurchmesser von .nindestens etwa 5 mm.

4. Verfahren nach Ansp-uch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die obere Korngrenze der Masse bei 20 mm oder Jarü!" ;r liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein Salz der Schwefelsäure oder der schwefeligen Säure Anwendung findet mit einem SO₃- bzw. SO₂-Gehalt von 1 bis 2%, bezogen auf die Trockensubstanz ohne Bindemittel, sowie 6 bis 8% Wasser, bezogen auf die gesamte trockene Masse.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Masse die einen Gehalt von 0,5% B₂O₃, bezogen auf die Trockensubstanz ohne Bindemittel aufweist, verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine MgO-Kompo nente, die wenigstens zum Teil aus einer Magnesia besonders hoher Dichte, vorzugsweise Schmelzmagnesia, besteht, verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichten des Formkörpers durch Rütteln erfolgt und das Trocknen bei Temperaturen bis etwa 250 C.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß hauptsächlich zur Ausformung der späteren feuerseitigen Begrenzungsfläche des Formkörpers eine Form dient und diese Form bei der Formkörperherstellung in einer Lage verwendet wird, in der die spätere Feuerseite des Formkörpers in der Form nach unten weist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerseitige Zone eines Formkörpers unter Verwendung einer ersten Masse, beispielsweise mit hohem MgO-Gehalt und geringem Fe₂O₃-Gehalt, hergestellt und hinter dieser Schicht der Restteil des Formkörpers unter

Verwendung einer zweiten Masse gegossen wird, die beispielsweise einen höheren Eisenoxidgehalt und gegebenenfalls einen Chromerzgehalt aufweist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche*, bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gegossenen und getrockneten Formkörper nachträglich gebrannt werden.

12. Verfahren nach einem der ,\nspriiche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gegossenen, getrockneten und gegebenenfalls auch gebrannten Formkörper mit Teer oder Pech getränkt wurden.