DE1671218B1

DE1671218B1 - Chemisch gebundener,basischer,feuerfester Formkoerper

Info

Publication number: DE1671218B1
Application number: DE19661671218
Authority: DE
Inventors: Kaltner Dipl-Ing Erich; Josef Lubey
Original assignee: Veitscher Magnesitwerke AG
Current assignee: Veitscher Magnesitwerke AG
Priority date: 1965-10-14
Filing date: 1966-09-19
Publication date: 1971-02-11
Also published as: AT260769B; SE332589B; BE688211A; GB1097376A; DK122654B

Description

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Die Erfindung betrifft chemisch gebundene, basische, durchsetzten rundlichen Körnern vorliegt. Dieses

feuerfeste Formkörper, insbesondere Steine, auf Ma- durch Verblasen hergestellte Eisenpulver verleiht dem

gnesiagrundlage und setzt sich zum Ziel, deren Festig- feuerfesten Stein merklich bessere Eigenschaften als

keit bei mittleren und höheren Temperaturen zu bekannte Sorten an kompaktem Eisenpulver oder an

erhöhen. 5 Eisenschwamm. Mit den genannten, relativ geringen

Ungebrannte, chemisch gebundene Steine weisen Zusatzmengen an erfindungsgemäß beschaffenem Eisenim mittleren Temperaturbereich von etwa 800 bis pulver werden bedeutende Erhöhungen der Festigkeit 1200⁰C und bei darüberliegenden Temperaturen eine bei mittleren Temperaturen erzielt, und zwar eine mit steigender Temperatur fallende Festigkeit auf, starke Erhöhung der Heißdruckfestigkeit bei mäßiger wenn diese Festigkeit im heißen Zustand, d. h. bei io Erhöhung der Kaltdruckfestigkeit nach Glühung,
der betreffenden Temperatur, gemessen wird. Dies Das erfindungsgemäße Eisenpulver kann durch ist auf den Verlust des durch das Bindemittel (z. B. Zerstäubung von überhitztem Roheisen in Wasser-Magnesiumsulfat oder Schwefelsäure) vermittelten dampf, Preßluft oder einem Preßwasserstrahl her-Zusammenhalts und auf die Erweichungsvorgänge bei gestellt werden. So erzeugt besitzt es meist eine Kugelhohen Temperaturen zurückzuführen. Bestimmt man 15 form mit rundlicher Porenausbildung; auch hohldie Festigkeit jeweils nach dem Erkalten der Steine, kugelartige Ausbildungen kommen vor. Diese Form so zeigt sich bei Vorglühtemperaturen von 800 bis von Kugeln oder Hohlkugeln erweist sich für die 1200⁰C (zumeist bei etwa 1000⁰C) ein Minimum der vorliegende Verwendung des Eisenpulvers als beson-Druckfestigkeit, wogegen die höhergeglühten Steine ders günstig, weil dadurch eine gute Einformung in nach dem Erkalten wieder eine höhere Festigkeit 20 das feuerfeste Material, insbesondere in dessen aufweisen, zufolge der besonders in der Kälte wirk- magnesitischen Feinanteil, und eine höchstmögliche samen keramischen Bindung. Vor allem eine zu Anzahl von Kontaktstellen mit dem Feuerfestmaterial niedrige Heißfestigkeit kann für viele Anwendungs- erreicht wird, was die Ausbildung einer Hochtemfälle als Ursache für eine Verschleißerscheinung peraturbindung begünstigt. Durch die Temperaturchemisch gebundener Steine, nämlich für deren Ab- 25 einwirkung und die oxydierende Ofenatmosphäre platzen in größerer Stärke, angesehen werden. Bei wird das Eisenpulver fast vollständig zu Wüstit oxy-Ofenteilen, die öfter unter 800⁰C abgekühlt werden, diert. Dieses Eisenoxyd stellt eine sehr reaktionsfähige ist auch eine zu geringe Kaltfestigkeit nach Glühung Zwischenverbindung dar, die sowohl durch ihre bei mittleren Temperaturen eine Verschleißursache. Volumenvergrößerung und die damit einhergehende

Um die Festigkeit von chemisch gebundenen Stei- 30 Vermehrung der Kontaktstellen als auch durch ihre

nen bei mittleren Temperaturen zu erhöhen, empfiehlt rege Spinellbildung mit dem Periklas sehr schnell

die österreichische Patentschrift 175 203 bis zu 15% ^eine S^ute keramische Bindung des Feinanteiles

metallisches Eisen in Form eines Pulvers, dessen bewirkt, das Periklaswachstum anregt und schließlich

Korngröße unter etwa 0,6 mm, zweckmäßig unter eine direkte Bindung zwischen den feuerfesten Kör-

0,42 mm liegt, als Zusatz zum Ausgangssteinsatz. 35 nern, z. B. bei einem Magnesiachromstein zwischen

Nach der USA.-Patentschrift 2 952 554 sollen dem Chromit und Magnesiafeinanteil, aber auch für die

feuerfesten Material, das in diesem Fall auch Periklaskristalle untereinander, fördert,

gebrannte Tonerdeteilchen enthält, 1 bis 7% Eisen- Die Wirkung des erfindungsgemäßen Eisenpulvers

teilchen, und zwar Eisenschwamm, der Größe unter wird verstärkt, wenn es einen erhöhten Feinstanteil

0,6 mm, vorzugsweise unter 0,074 mm, zugesetzt 40 aufweist, z. B. wenn der Anteil des Eisenpulvers an

werden. Auch zur Erhöhung der Temperaturwechsel- Teilchen bis 20 μπι Durchmesser mindestens 15 Ge-

beständigkeit von Magnesit- und Dolomitsteinen wichtsprozent, vorzugsweise mindestens 20 Gewichts-

wurden Zusätze von 1 bis 15% Eisenspänen, Eisen- prozent, bezogen auf die Menge des Eisenpulvers,

erz od. dgl. empfohlen, welche Zusätze in der Korn- beträgt. Da die Wirkung des Eisenpulvers zum Teil

größe von 0 bis 10 mm, zweckmäßig 0 bis 2 mm oder 45 auf seiner Oxydation während des Ofenbetriebes

0,5 bis 2 mm, angewendet werden sollten (ungarische beruht, ist es von Vorteil, wenn das Eisenpulver im

Patentschrift 130 354). ungebrannten Stein möglichst in metallischer Form

Die Erfindung betrifft gleichfalls chemisch gebun- vorliegt. Ein gewisser Eisenoxydanteil ist herstellungsdene, basische Formkörper mit erhöhter Festigkeit bedingt immer vorhanden, er soll jedoch gering sein, bei mittleren Temperaturen, die einen Zusatz von 50 z. B. soll der oxydische Anteil im Eisenpulver höchmetallischem Eisen in Pulverform in Mengen von stens 6% Sauerstoff betragen.
1 bis 4 Gewichtsprozent, vorzugsweise 2 bis 3 Ge- Um die Vorteile des erfindungsgemäßen Eisenwichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge aus pulvers gegenüber bekannten Sorten an kompaktem feuerfestem Material und Eisenpulver, und mit einer Eisenpulver oder Eisenschwamm aufzuzeigen, wurden oberen Teilchengrenze von etwa 400 μπι, Vorzugs- 55 Vergleichsversuche durchgeführt:
weise 150 μπι, aufweisen. Die Menge an zugesetztem

Eisenpulver wird dabei im angegebenen Maße gering Vergleichsversuch 1
gehalten, um nicht zu viel an Fremdbestandteilen in Es wurden zwei Sorten von Eisenpulver (Bezeichden Stein zu bringen, weil dadurch die Feuerfestigkeit nung A und B), beide mit einer oberen Teilchenbeeinträchtigt wird. 60 grenze von 150 μπι, als Zusatz zu Magnesiachrom-

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die steinen (30% Chromerz und 67 bis 70% Magnesia) Wirksamkeit des dem Ausgangssteinsatz beizumen- verwendet. Sorte A bestand aus erfindungsgemäß genden Eisenpulvers von der Gestalt und dem Korn- beschaffenen, durch Verblasen von Roheisen heraufbau des letzteren stark beeinflußt wird. gestellten Eisenteilchen mit einem Anteil an der

Der erfindungsgemäße Formkörper kennzeichnet 65 Körnung 0 bis 20 μπι von 20,5 Gewichtsprozent;

sich nun dadurch, daß ein durch Verblasen von fiüs- Sorte B bestand aus kompakten Eisenteilchen mit

sigem Roheisen hergestelltes Eisenpulver zugesetzt ist, einem Anteil der Körnung 0 bis 20 μπι von 7,8 Ge-

das in Form von vielfach mit Hohlräumen und Poren wichtsprozent, jeweils bezogen auf die Eisenpulver-

menge. Zur Beurteilung der durch die Erfindung Eisenpulverzusatz eine eindeutig höhere Brennschwmerzielten Ergebnisse seien die Heißdruckfestigkeit dung auf, welche bekanntlich nachteilig und uner-(HDF) bei HOO⁰C und die Kaltdruckfestigkeit (KDF) wünscht ist.

nach Glühung bei 1000 oder 1100°C herangezogen: Neben dem Eisenpulverzusatz kann auch der Zu-

satz einer Borverbindung, z. B. von Borsäure, zweckmäßig sein. Der Borzusatz senkt die Heißdruckfestigkeit, erhöht jedoch die nach Glühung bestehende Kaltdruckfestigkeit stark. Die Heißdruckfestigkeit wird mit steigendem Eisenpulvergehalt größer, mit ίο steigendem Gehalt an Borsäure kleiner; die Kaltdruckfestigkeit nach Glühung wächst mit dem Eisen- und dem Borsäuregehalt. Falls ein Zusatz einer Borverbindung vorgesehen wird, wird er im allgemeinen in Mengen von 0,05 bis 0,2 Gewichtsprozent Borsäure (H₃BO₃), d. h. etwa 0,03 bis 0,11 Gewichtsprozent B₂O₃, gegeben. Der Zusatz von Borsäure in dieser Menge ist an sich bekannt (österreichische Patentschrift 223 996).

Die erfindungsgemäßen Zusätze von Eisenpulver 20 und gegebenenfalls Borsäure sind für alle basischen Ausgangsstoffe geeignet, wie Magnesia und Ver-Es ist somit ersichtlich, daß das erfindungsgemäße schnitte von Magnesia mit Chromerz (Magnesia-Eisenpulver der Sorte A eine deutliche Erhöhung der chrom und Chrommagnesia), wobei diese Stoffe in Heißdruckfestigkeit, auf die es für die Beurteilung der einer Grob- und einer Feinfraktion vorliegen sollen, im mittleren Temperaturbereich vorhandenen Festig- 25 Die Feinstkomponente besteht meist in der Hauptkeit besonders ankommt, erkennen läßt. Eine Erhö- sache nur aus Magnesia. Dabei ist es zweckmäßig, hung der Festigkeit bei weiterer Vergrößerung der daß der feinste Magnesiaanteil eine der Teilchenzugesetzten Eisenpulvermenge über 4 Gewichtspro- größe des Eisenpulvers etwa gleiche Korngröße zent hinaus ist im Hinblick auf die dann fühlbar besitzt. Dies wird beispielsweise erreicht, wenn die werdende Verminderung der Feuerfestigkeit des 30 Magnesia-Feinstkomponente in Form eines mehl-Steines nicht empfehlenswert. feinen Sinters der Körnung von etwa 0 bis 0,15 mm

oder 0 bis 0,2 mm vorliegt, wobei mindestens 60 Vergleichsversuch 2 _{bis 70}o_{/q dieses sinters eine} Korngröße von unter

Es wurden aus den gleichen feuerfesten Ausgangs- 0,06 mm besitzen. Ein solches Sintermehl ist nicht

materialien Magnesiachromsteine mit 67% Magnesia 35 durch Absieben aus normal gewonnener Sinter-

und 30% Chromerz hergestellt und dabei in einem magnesia zu erhalten, sondern setzt eine spezielle

Fall 3% verblasenes Eisenpulver Sorte A (nach der Mahlung voraus. Da die günstigen Wirkungen des

Erfindung) und im anderen Fall 3% Eisenschwamm Eisenpulvers vor allem auf der Wechselwirkung mit

(Sorte C) zugesetzt, beide in der Körnung von 0 bis der Feinstkomponente aus basischem Material beru-

etwa 0,2 mm. Zur Beurteilung der durch die Erfin- 40 hen, ist das Vorhandensein einer solchen Feinstkorn-

	Sorte A	300	125	140	Sorte B	)	225	Zugesetzte
	(verblasen)	415	165	(kompakt)	275	Eisenpulver
		460	170		320	menge (in Gewichts
	22C			prozent)
	125	0
HDF bei UOO⁰C .	130	1
(in kp/cm²)	140	2
	3
	0
KDF nach Glü	1
hung bei 1000⁰C (in kp/cm²)	2
	3

dung erzielten Ergebnisse seien die Heißdruckfestigkeit (HDF) bei HOO⁰C, die Kaltdruckfestigkeit (KDF) nach Glühung bei 1000⁰C sowie die Maßänderung, die die Steine bei einem 4 Stunden langen Brand bei 1650⁰C erfahren haben, herangezogen:

HDF bei 1100⁰C
(in kp/cm²) ...

KDF nach Glühung bei
1000°C (in kp/cm²) .... 220 212

Maßänderung nach

4-Stunden-Brand bei

1650°C

Lin.-% -1,1 -1,2

Volumprozent —1,8 —2,5

Der für die Beurteilung der Festigkeit bei mittleren Temperaturen am meisten maßgebliche Wert der Heißdruckfestigkeit bei 1100⁰C ist beim Zusatz

Sorte A
(verblasen)

463

Sorte C
(Eisenschwamm)

385

ponente wesentlich. Dagegen ist der Grobanteil, soweit es auf die Erhöhung der Festigkeit im mittleren Temperaturbereich ankommt, weniger kritisch und kann den üblichen Körnungsmaßnahmen folgen.

Zur Herstellung von chemisch gebundenen Steinen wird das feuerfeste Material samt Zusätzen wie üblich mit einem Bindemittel, z. B. Schwefelsäure oder Magnesiumsulfat (Bittersalz), versehen. Bei Verwendung von Schwefelsäure soll das Eisenpulver in bekannter Weise erst nach der Zugabe der Säure dem Steinsatz beigemischt werden. Es ist auch zweckmäßig, zuerst das Eisenpulver mit dem feuerfesten Feinmehl zur Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung zu mischen. Das Grobkorn wird andererseits mit Schwefelsäure vermischt und dann das Feingut samt zugemischtem Eisenpulver hinzugefügt. Im allgemeinen erfordert ein Stein mit Eisenpulverzusatz eine etwas erhöhte Bindemittelmenge, z. B. bei 3% Eisenpulver 4,5% Schwefelsäurezugabe gegenüber 3,2% Schwefelsäure bei Steinen ohne Eisenpulver. Die erzielten Festigkeitsverbesserungen sind von besonderer Bedeutung in Gewölben, Herdraumwänden und Schächten von heißgehenden Siemens-Martin-Öfen sowie in Deckeln und Seitenwänden

von verblasenem Eisenpulver merklich höher als

beim Zusatz von Eisenschwamm. Auch die Kalt- 65 von Lichtbogenofen. Magnesiachromsteine, die bevor-

druckfestigkeit nach Glühung bei 1000⁰C ist besser. zugt in diesen Bauteilen angewendet werden, sind

Nach dem Brand der Steine bei 165O⁰C weisen die durch die erfindungsgemäße Maßnahme in besonderem

Steine mit Eisenschwammzusatz im Vergleich zum Maße für die Erhöhung der Festigkeit bei mittleren

Temperaturen zugänglich. Diese Steine kommen in den meisten Fällen in blechummantelter Form mit Innenblechen (Zellenblechen) zur Anwendung.

Claims

Patentansprüche:

1. Chemisch gebundener, basischer, feuerfester Formkörper auf Magnesiagrundlage mit erhöhter Festigkeit bei mittleren Temperaturen, der einen Zusatz von metallischem Eisen in Pulverform in Mengen von 1 bis 4 Gewichtsprozent, Vorzugsweise 2 bis 3 Gewichtsprozent, und mit einer oberen Teilchengrenze von etwa 400 μία, vorzugsweise Ι50μιη, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Verblasen von flüssigem Roheisen hergestelltes Eisenpulver zugesetzt ist, das in Form von vielfach mit Hohlräumen oder Poren durchsetzten rundlichen Körnern vorliegt.

2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Eisenpulvers an Teilchen bis 20μ,πι Durchmesser mindestens 15 Gewichtsprozent, zweckmäßig aber mindestens 20 Gewichtsprozent, beträgt.

3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oxydische Anteil im Eisenpulver höchstens 6% Sauerstoff beträgt.

4. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der Magnesia in grober und feiner Mahlung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der feinere Magnesiaanteil eine der Teilchengröße des Eisenpulvers etwa gleiche Korngröße besitzt.

5. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er einen an sich bekannten Zusatz von Borsäure oder einer Borverbindung in Mengen von etwa 0,03 bis 0,11 Gewichtsprozent B₂O₃ aufweist.