DE1908116A1

DE1908116A1 - Korundstampfmasse fuer die Zustellung von Vakuuminduktionsoefen

Info

Publication number: DE1908116A1
Application number: DE19691908116
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Stawicky
Original assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1969-02-19
Filing date: 1969-02-19
Publication date: 1970-12-03
Also published as: DE1908116C3; DE1908116B2

Description

Korundstampfmasse für die Zustellung von Vakuuminduktionsöfen Die Erfindung bezieht sich auf eine feuerfeste Zustellung für Vakuuminduktionsöfen, insbesondere solche Öfen dieser Art, die für die Herstellung von Reinnickel, Nickelbasislegierungen und Eupfer-Nickel-Legierungen Verwendung finden.
Durch die erfindungsmäßige Zusammensetzung der Stampfmasse soll die Betriebssicherheit der genannten Öfen erhöht und die Herstellung von Metallen und Legierungen größerer Reinheit ermöglicht werden.
Induktives Schmelzen gewinnt steigende Bedeutung auf sämtlichen Schmelz- und Gießgebieten. Dabei werden immer größere Öfen gebaut und geplant.
Während der technische Aufbau der Ofenanlagen weitgehend gelöst ist, bereitet die feuerfeste Zustellung, je nach Ofengröße und in Abhängigkeit vom Legierungsprogramm beträchtliche Schwierigkeiten.
XemperaturwechselbelastungenX Schlackenangriff, Eindringen von Oxiden in die Stampfmasse, Übertemperatur können zum Durchbruch eines Ofens führen.
Wird ein Induktionsofen zusätzlich unter vermindertem Druck betrieben, so ergeben sich weitere zusätzliche Beanspruchungen durch verstärkte Reaktionen zwischen Bestandteilen der Schmelze und der feuerfesten Auskleidung.
Feuerfeste Baustoffe können Gewichtsverluste zwischen 6 -16 % erleiden, wenn sie mehrere Stunden einem Druck von 5 mm Quecksilbersäule bei 1600° C a ausgesetzt sind.
Stand der Technik ißt es heute diese Öfen mit saurer oder basischer Zustellung auzukleiden.
Die sauren Stampfmaen bestehen aus SiO2. Die basischen Massen enthalten als Basis MgO oder CaO mit möglichen Zusätzen an Al2O3 und Mineralisatoren.
In Vakuumöfen ist die Verwendung einer SiO2-haltigen Stampfmasse nicht möglich. Das Desoxydationspotential von Kohlenstoff unter Vakuum ist so groß, daß Siliziumoxid durch Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid und Silizium reduziert wird.
Die Verwendung von Magnesiumoxidtiegeln unter Vakuum bringt ebenfalls erhebliche Nachteile. Magnesium hat einen hohen Dampfdruck und wird abgesaugt. Der freiwerdende Sauerstoff reagiert mit der Sohmelze. Die Reaktion kann durch folgende Gleichung beschrieben werden: MgO fest # Mg Dampf + [0] Bei längeren Behandlungszeiten führt dies zu unerwünschten Anreicherungen von Sauerstoff im Metall. Bei hohen Anforderungan an die physikalischen Eigenschaften der Legierung kann dies zum Ausschuß führen.
Bei Schmelzen von Reinnickel, Nickelbasislegierungen und Kupfer-Nickel-Lagierungen konnte festgestellt werden, daß Magnesiumoxid als feuerfester Baustoff für die Zustellung von Vakuuminduktionsöfen ungeeignet ist. Die Haltbarkeit des Tiegels war so gering, daß eine Anwendung von Magnesiumoxid für die vorstehend genannten Legierungen wirtschaftlich nicht tragbar ist. Die Ursache des Versagens von Magnesiumoxid bei Nickel und Kupfer-Nickel-Legierungen besteht darin, daß das fehlende Eisenoxid keine Sinterung der Kontakt zone Metail-Stampfmasse entstehen läßt.
Die Verwendung von Oalziumoxid wäre auf Grund der guten chemischen Beständigkeit ideal. Das Calziumoxid ist jedooh gegenüber Schlacken besonders anfällig. Es werden niedrigschmelzende Eutektika gebildet, die zum vorzeitigen Ausfall des Ofens führen können. Ebenso ist der Calziumoxidtiegel besonders anfällig gegen Temperaturwechselbelastung.
Eine gute Beständigkeit unter Vakuum hat Aluminiumoxid.
Die Verwendung von Al2O3 in der Fe@erfest-Technik hat große Bedeutung. Al2O3 wird mit einer Vielzahl anderer Oxide gemischt und in Form von Steinen und Stampfmassen verarboitet.
Eine typische Al2O3-haltige Stampfmasse ist die Mischung von 80 % Al2O3 mit 20 % Ton. Diese Stampfmasse wird mit 5 % Wasser angefeuchtet und zur Herstellung einer Vielzahl von feuer festen Auskleidungen angewandt.
Beim Einsatz dieser Masse in Induktionsöfen ist es sehr nachteilig2 daß eine rißfreie Stampfung nur dann zu erzielen ist, wenn über mindestens 48 Stunden langsam getrocknet wird.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die erwünschte pulverförmige Zone, die Metalldurchbrüche abdichtet, nicht entsteht und somit schon zu Beginn des Schmelzens Durchbruchgefahr besteht. Ähnliche Nachteile zeigt die Verwendung von Korund mit Aluminiumoxidhydroxid als Feuerfastbinder und gegebenenfalls anderen Zusätzen als Bindemittel (DAS 1 112 441).
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die vorstehend erwähnten Nachteile auszuschließen. Dies wird dadurch erreicht, daß eine Korundstampfmasse für der Herstellung von Reinnickel, Wickelbasis- und Eupfer-Nickel-;egierungen dienende Vakuuminduktionsöfen verwendet wird, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus reinem geschmolzenem Elektrokorund mit mindestens 99,6 % Al2O3 und einem Zusatz von 3 - 6 % MgO gleicher Körnung besteht, praktisch frei von SiO2, GaO, Fe2O3 und anderen Zusätzen, wie z.B. Sintermittelanteilen aus TiO2, Vanadinoxid oder Borsäure ist und folgendes KorngröBenspektrum besitzt: 12 - 18 % der Körnung bis 0,07 mm 7 - 13 % der Körnung größer als 0,07 bis 0,1 mm 9 - 15 % der Körnung größer als 0,1 bis 0,2 mm 10 - 16 % der Körnung größer als 0,2 bis 0,5 mm 8 - 12 % der Körnung größer als 0,5 bis 1,0 mm 10 - 16 % der Körnung größer als 1,0 bis 2,0 mm 22 - 32 % der Körnung größer als 2,0 bis 4,0 mm 3 - 7 % der Körnung größer als 4,0 bis 8,0 mm Bei der Verwendung eines körnigen Korunds mit zu hohen Verunreinigungen und einem Zusatz von Borsäure als Sintermittel zeigte es sich, daß das Metall durch die Poren der Masse tief eindrang und bis zur Spule des Ofens durchlief. Eine weitere Schwierigkeit war das starke Durchs intern der Stampfmasse. Die Haltbarkeit dieser Tiegel war so gering, daß an eine Verwendung in der Praxis nicht gedacht werden konnte.
Erst beim erfindungsmäßigen Einsatz eines geschmolzenen, reinen, weißen Elektrokorunds mit 99,6 % Al2O3, einem Zusatz von 3 - 6 % MgO und einer Körnung in den oben angegebenen Bereichen konnte eine Stampfmasse aufgebaut werden, die allen Anforderungen des großen Vakuuminduktionsofen gerecht wurde.
Es ergab sich, daß der Körnungsaufbau von besonderer Wichtigkeit war. Keine und Grobanteil mußten sorgfältig auf einander abgestimmt werden.
Eine besonders gute Stampfmasse wurde erhalten, wenn man eine Körnung von 15 % bis 0,07 mm; 9 ß größer als 0,07 bis 0,1 mm; 11 % größer als 0,1 bis 0,2 mm; 11 % größer als 0,2 bis 0,5 mm; 10 % größer als 0,5 bis 1,0 mm; 13 größer als 1,0 bis 2,0 mm; 25 ffi größer als 2,0 bis 4,0 mm; 5 ° größer als 4,0bis 8,0 mm wählte.
Neben der richtigen chemischen Zusammensetzung und dem Kornaufbau ist die gleichmäßige Verteilung der Körnungen auch innerhalb der bereits gestampften Masse zur erzielung des optimalen Effekts von Bedeutung. Um dies zu gewährleisten wird am besten die Stampfmasse trocken hinter den im Ofen angebrachten Sinterzylinder eingefüllt und durch geeignete Maßnahmen darauf geachtet, daß beim Einfüllen keine Entmischung eintritt. Die hierbei übliche Arbeitsweise ist die Verwendung eines Trichters mit Einfüllrohr um den freien Pall zu vermeiden.
Die Verdichtung kann je nach Möglichkeit durch lagenweises Stampfen mit Handgeräten erfolgen. Bessere Erfolge werden bei Verwendung pneumatisch oder elektrootorisch betriebener Einrüttelgeräte erreicht.
Die Sinterung kann in üblicher Arbeitsweise erfolgen, indem der Ofen mit kaltem Einsatz angefahren wird. Das flüssige einfüllen von Metall in den auf 9000 a vorgeheizten Ofen hat sich besonders bewährt. Korund hat gegenüber Magnesit eine niedrige Wärmeausdehnung und ist unempfindlicher gegen Temperaturwechsel.
Mit der erfindungsmäßigen Stampfmasse konnten Induktionsofentiegel mit über 10 Tonnen Passungsvermögen, die unter Vakuum betrieben wurden, mit großem Erfolg zugestellt werden.
Insbesondere bei der Herstellung von Nickel und Kupf er-Nickel-Legierungen zeigte sich 10-fache Haltbarkeit gegenüber Magnesiumoxidzustellungen.
:Die Qualität der erzeugten Legierungen zeigte ebenfalls erhebliche Verbesserungen. Weichmagnetische Werkstoffe auf der Basis Nickel-Eisen, die im erfindungsmäßigen Korundtiegel hergestellt wurden, hatten gegenüber solchen, die im Magnesittiegel hergestellt wurden, mehr als eine 3-fache Verbesserung der Magnetwerte.

Claims

Patentansprüche

D Korundstampfmasse für die Zustellung von Vakuuminduktionsöfen, insbesondere für die Herstellung von Reinnickel, Nickelbasis- und Kupf er-Nickel-Legierungen dienenden Vakuuminduktionsöfen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus reinem geschmolzenen Elektrokorund mit mindestens 99,6 % Al2O3 und einem Zusatz von 3 - 6 % MgO gleicher Korngröße besteht, die Stampfmasse praktisch frei von SiO2, CaO, FeO und irgendwelchen Zusätzen, wie Bindemitteln, Sintermittelanteilen oder dgl. ist und folgendes Korngrößenspektrum besitzt: 12 - 18 % der Körnung bis 0,07 mm 7 - 13 % der Körnung größer als 0,07 bis 0,1 mm 9 - 15 % der Körnung größer als 0,1 bis 0,2 mm 10 - 16 % der Körnung größer als 0,2 bis 0,5 mm 8 - 12 % der Körnung größer als 0,5 bis 1,0 mm 10 - 16 % der Körnung größer als 1,0 bis 2,0 mm 22 - 32 ff/o der Körnung größer als 2,0 bis 4,0 mm 3 - 7 % der Körnung größer als 4,0 bis 8,0 mm.
2.) Stampfmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korund mit 3 - 6 ja MgO-Zusatz folgendes Eorugrößenspektrum besitzt 15 % der Korngröße bis 0,07 mm 10 % der Korngröße größer als 0,07 bis 0,1 mm 12 % der Korngröße größer als 0,1 bis 0,2 mm 13 % der Korngröße größer als 0,2 bis 0,5 mm 10 % der Korngröße größer als 0,5 bis 1,0 mm 13 a der Korngröße größer als 1,0 bis 2,0 mm 27 % der Korngröße größer als 2,0 bis 4,Omm 5 % der Korngröße größer als 4,0 bis 8,0 mm.
3.) Stampfmasse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Korngrößen auch nach dein Einstampfen in allen Teilen der Masse gleichmäßig miteinander vermischt sind.