DE1671288C - Verfahren zur Herstellung von hoch gasdurchlässigem feuerfesten Material mit offenen Poren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hoch gasdurchlässigem feuerfesten Material auf Chrom-Magnesiumoxyd-Basis mit offenen Poren.

Für die Anwendung in metallurgischen öfen oder anderen Apparaten, die bei hoher Temperatur betrieben werden, ist oft poröses feuerfestes Material erforderlich, das gegen Hitze widerstandsfähig ist Beispielsweise liegen im Bodenteil eines Behälters, der geschmolzenen Stahl aufnimmt u. dgl., poröse feufrfcste Ziegel, durch die Sauerstoff oder ein anderes Gas eingeblasen werden kann, um gleichmäßig eine Vielzahl von Blasen zu liefern, wodurch eine gleichmäßige Bewegung des Stahlbades bewirkt werden kann. In einem derartigen Fall ist es auch möglich, schnell eine Entschwefelung oder andere Behandlungen des geschmolzenen Stahls durchzuführen, indem zu dem geschmolzenen Stahl ein Entschwefelungsmittel oder irgendein anderer Zusatz, je nach dem Zweck, zugegeben wird, oder es ist, wenn erforderlich, auch möglich. Gas mit dem Badmetall zur Reaktion zu bringen.

Um die obenerwähnten Ziele zu erreichen, ist es notwendig, poröses feuerfestes Material zu verwenden, das bei hoher Temperatur hohe mechanische Festigkeit besitzt und gleichzeitig gute Bindungsstrukturen aufweist. Die Herstellung solchen porösen feuerfesten Materials war jedoch bisher mit sehr vielen Schwierigkeiten verbunden. Da ein poröses feuerfestes Material in der Bindung zwischen seinen benachbarten Körnern schwach ist, ist seine mechanische Festigkeit im allgemeinen im Vergleich mit gewöhnlichen dichten feuerfesten Stoffen gering, und wenn d-e Festigkeit verbessert werden soll, um den obigen Nachteil zu beseitigen, tritt eine andere SchwierigKeit auf. Diese liegt darin, daß die Festigkeit bei hoher Temperatur im Widerstreit mit der Durchlässigkeit der Ziegel steht.

L.e vorliegende Erfindung soll die obigen Nachteile beseitigen und ein Verfahren zur Herstellung eines hoch gasdurchlässigen feuerfesten Materials mit offenen Poren schaffen, das gleichzeitig hohe Festigkeit bei hoher Temperatur und gute Bindungsstruktur aufweist.

Es wurde nun gefunden, daß beim Brennen einer geformten Mischung, die hauptsächlich aus groben oder mittelgroßkörnigen Chromerzkörnern und Magnesiumoxidkörnern besteht, in einem bestimmten Temperaturbereich der gebrannte Körper hervorragende gasdurchlässige Eigenschaften erhalten kann, wobei die dabei -,ebildeten Poren offen sind, was notwendig ist im Hinblick auf die Gasdurchlaßeigenschaft, und gleichzeitig gerade in dem Temperaturbereich, in dem der gebrannte Körper porös wird, ein festes direktes Bindungsgefüge zwischen Ko nem einer festen Spinell-Lösung, die die Hauptmenge der Chromerzkörner ausmachen, und Periklaskrisiallkörnern gebildet werden kann, die die Hauptmenge der Magnesiumoxidkörner darstellen. Auf ürund der vorliegenden Erfindung ist es nun mit Erfolg möglich.

cm poröses feuerfestes Material mit hoch gasdurchlässigen Eigenschaften und hoher mechanischei Festigkeit bei hoher Temperatur herzustellen.

Die vorliegende Erfindung soll ein Verfahren zur Herstellung von hoch gasdurchlässigem feuerfesten

Material mit offenen Poren schaffen, bei dem ungebrannte Chromerzkörner und totgebrannte Magnesiumoxidkörner als Rohmaterial verwendet und im Verhältnis von Chromer/ zu Magnesiumoxid 80: 20 bis 30:70 gemischt werden, um eine Mischung zu erhalten, die feine Körner beider Materialien in einer Menge unter 20% der Gesamtrr~nge enthält: dann wird die Mischung geformt und der Körper bei einer Temperatur im Bereich von 1650 bis 1750 C gebrannt, um in dem Körper offene Poren durch wechselseitige Reaktion zwischen beiden Stoffen, die durch das Brennen hervorgerufen werden soll, herzustellen.

Nachfolgend soll die vorliegende Erfindung im ein/einen erläutert werden. Wie oben bereits erwähnt, gehört das feuerfeste Material der vorliegenden Erfindung zur Chrom Magnesiumoxid-Reihe, wobei das Mischverhältnis beider Materialien im Bereich von 80· .10 bis 30:70 liegen soll. Unterhalb dieses Bereich« kann keine derart befriedigende Gasdurchlässigkeit, wie sie für die vorliegende Erfindung charak-

teristisch ist. erreicht werden. Es ist auch notwendig. Chromerz in einem ungebrannten Zustand zu verwenden, wobei dies eine der unerläßlichen Bedingungen ist, um die Reaktion durchzuführen, die zur hohen Ga-.durchlässigkeit führt. Es ist außerdem notwendig, den Gehalt an solchen Komponenten unter den im Chromerz vorliegenden Komponenten minimal zu halten, die nicht zu den Komponenten der festen Spinell-Lösung gehören, insbesondere an SiO₂. CaO u. dgl., die bei hoher Temperatur eine flüssige Phase hervorrufen. Andererseits soll der Magnesiumoxidklinker, aus dem die Magnesiumoxidkörner erhalten werden, einen hohen MgO-Gchalt, jedoch geringe SiO₂- und CaO-Gchaltc aufweisen und soll in hochgebranntem Zustand verwendet werden. Bezüglich eier Korngröße dieser Stoffe wird darauf hingewiesen, daß, wenn die Korngröße in drei Klassen klassifiziert wird, nämlich grobes Korn (gewöhnlich 1,0 bis 3,0mm), mittleres Korn (gewöhnlich 0,2 bis 1,0 mm) und feines

K orn (gewöhnlich unter 0,2 mm), der Gehalt an feinen Körnern mindestens 5%, jedoch unbedingt weniger als 20% der Gesamtmenge betragen soll. Wenn der Gehalt an feinen Körnern höher als 20% ist, kann keine ausreichende Permeabilität erhalten werden. Andererseits muß der Rest in geeigneter Weise hinsichtlich der Zusammensetzung aus groben und mittleren Körnern ausgewählt werden. In diesem Fall sollen vorzugsweise die Chromerzkörner und die Magnesiumoxidkörner beide gemischt werden, um so gleichmäßig untereinander verteilt zu werden. Es ist zumindest notwendig, daß beide Körner gemischt sind, urn das Zustandekommen einer wirksamen gegenseitigen Reaktion untereinander hervorzurufen, die die notwendige Bedingung ist. um gleichmäßige offene Poren zu erhalten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das obenerwähnte Material zu Ziegeln geformt. Diese Formung kann in jeder Gestalt geschehen, jedoch ist es für ein Material, das dabei als Bindemittel verwendet werden sol! bevorzugt, eine wäßrige Lösung von Magnesiumsulfat. Magnesiumchlorid oder einer Mischung von beiden oder eine solche zu verwenden, die durch Oxydation bei einer Temperatur unter 1000 C verschwindet und keinen Rückstand an Komponenten, wie SiO₂ und CaO. liefert, die Glasigwerden oder die Bildung einer fli ~,r.igen Phase bei hoher Temperatur hervorrufen, wobei die Menge, die zugesetzt werden soll, auf die für die Formung minimal erforderliche Menge beschränkt werden s<">H. E^c ist außerdem eine andere notwendige Bedingung, daß kein Material zugegeben werden soll, das ein Schäumen in dem Verfahren nach dem Formen hervorruft, da das in dem Gefüge auf Grund des zugegebenen Materials hervorgerufene Schäumen einen ungünstigen Einfluß in Form der Verminderung der Festigkeit bei hoher Temperatur ausübt, was einen größeren Nachteil mit sich bringt im Vergleich mit dem Vorteil, t'er durch Erhöhen der Gasdurchlässigkeitseigenschaft bewirkt wird.

Das so geformte Material wird dann gebrannt, was unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, daß die hohe Gasdurchlässigkeit und die Bildung des festen Bindungsgefüges der festen Spinell-Lösung und des Periklas auf Grund der gegenseitigen Reaktion zwischen Chromerz und Magnesiumoxid gleichzeitig erreicht werden kann. Die obigen Brennbedingungen hängen in der Hauptsache von der Brenntemperatur ab, und der Temperaturbereich von 1650 bis 1750^cC ist der für die Bewirkung der gewünschten Reaktion geeignetste. Die Brennzeit liegt erwünschtermaßen im Bereich von 1 bis 5 Stunden. Wenn das Brennen bei einer höheren Temperatur oder für längere Zeit, als oben angegeben, durchgerührt wird, wird die Reaktion, die zur hohen Gasdurchlässigkeit führt, unzureichend, was dazu führt, daß sich eine bemerkenswerte Tendenz zeigt, die Gasdurchlässigkeit zu erniedrigen, wenn auch das Bindungsgefüge ausreichend gefestigt wird. Wenn jedoch das Brennen bei den oben angegegebenen Bedingungen durchgeführt wird, reagieren Magnesiumoxid und Chromerz unter Bildung von Spinellmineralien in ihrer festen Lösung, die sich ausdehnt, wodurch das gebildete Material porös wird und gleichzeitig das feste Bindungsgefüge gebildet wird.

Das unter den oben angegebenen Bedingungen gebrannte feuerfeste Material ist nicht nur durch eine hohe Gasdurchlässigkeit, sondern auch durch einen mikrostrukturellen Aufbau eines direkten festen Bindungsgefüges gekennzeichnet, das zu einem gewissen Teil zwischen Chromerzkömern und Periklaskörnern gebildet wird. Das erfindungsgemäße feuerfeste Material zeigt deshalb trotz des Vorliegens von zahlreichen offenen Poren für den Gasdurchlaß eine hohe Hitzefestigkeit.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einer Ausführungsform erläutert.

Beispiel

Ungebranntes Chromerz und totgebrannter Magnesiumoxidklinker mit der in Tabelle I gezeigten Zusammensetzung werden in den Mischverhältnissen und Korngrößen gemischt, dit· in Tabelle II gezeigt sind. 6 Gewichtsprozent einer wäßrigen Lösung von Magnesiumsulfat (28"Be) werden dann zu der Mischung bei einem Druck von 300 kg/cm² zu Ziegeln geformt. Nach 2stündigem Brennen bei 1700 C werden hoch gasdurchlässige Ziegel mit den in Tabelle III gezeigten Eigenschaften erhalten. Für Vergleichszwecke zeigt Tabelle III auch die Ergebnisse des bei Bedingungen außerhalb der erfindungsgemäß spezifizierten durchgeführten Brennens.

Tabelle I Chemische Zusammensetzung der zu mischenden Materialien (%)

Komponente

Material

Ungebranntes Chromerz
Magnesiumoxidklinker

Glüh verlust	SiO2
+ 1,60*)	1,64
0,28	1,46

Al₂O₃

12,16 0,57

21.74

Fe₂O,
6.07

0,74

Zeigt eine erhöhte Menge beim Glühen an.

Tabelle II Mischungsverhältnis und Korngröße (%)

Material Korngröße ' ~

1 bis 3 mtii

0,2 bis 1 mm

I Inter 0.2 mm

Chromerz
Gcwichtsteilc

50
10
10

Magnesiumoxidklinker
Gewichtsteile

15

10

Tabelle III
Eigenschaften des feuerfesten Materials (Ziegel)

Brenntemperatur und -zeit Spezifisches Schüttgewicht, g/cm³

1500° C χ 2 Stunden
2,82

160O=C χ 2 Stunden 2,71

1700°C x 2 Stunden 2,69

1800° C χ 2 Stunden 2,88

Scheinbares spezifisches Gewicht, g/cm³

Scheinbare Porosität, %

Gasdurchlässigkeit

(cnrVSek.) · cm cm² · cm H₂O

Wärmedruckfestigkeit, kg/cm² (bei 1200°)..,

4,03
29,9

0,30
25

4,07 33,4 0,60 15

4,04 33,2

1,45 148

4,05 28,6

0,72 315

Wie aus den obigen Tabellen klar ersichtlich, zeigt das feuerfeste Material, das aus einer Mischung von ungebranntem Chromerz und totgebranntem Magnesiumoxid zusammengesetzt und in Mischungsverhältnissen, wie erfindungsgemäß vorgeschrieben, hergestellt und bei einer Temperatur innerhalb dc~ erfindungsgemäß angegebenen Bereichs gebrannt ist, gleichi^itig ausreichende Gasdurchlässigkeit und ausreichende Wärmedruckfestigkeit, im Vergleich mit Stoffen, die bei Temperaturen außerhalb des erfindungsgemäß vorgeschriebenen Bereichs gebrannt sind. Bei der praktischen Anwendung des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten feuerfesten Materials als sogenannter poröser Stöpsel haben sich seine ausgezeichnete Gasdurchlässigkeit, ausgezeichnete Wärmefestigkeit und ausgezeichnete Lebensdauer erwiesen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung eines hochgasdurchlässigen, feuerfesten Materials mit offenen Poren, dadurch gekennzeichnet, daß man ungebrannte Chromerzkörner und totgebrannte Magnesiumoxydkörner in einem Verhältnis von Chromerz zu Magnesiumoxyd von 80:20 bis 30:70 mischt, um eine Mischung zu erhalten, deren Korngröße sich zusammensetzt aus groben Körnern von 1 bis 3 mm, mittleren Körnern von 0,2 bis 1 mm und feinen Körnern unter 0,2 mm, wobei die feinen Chromerz- und Magnesiumoxydkörner zusammen mindestens 5%, aber weniger als 20% der Gesamtmenge ausmachen und der Rest aus mittleren und groben Körnern besteht, die Mischung formt und den gebildeten Körper bei einer Temperatur im Bereich von 1650 bis 1750° C brennt.