DE1914982B2

DE1914982B2 - Verwendung eines elektrogeschmolzenen feuerfesten Materials

Info

Publication number: DE1914982B2
Application number: DE19691914982
Authority: DE
Inventors: Giacomo Venedig Cevales (Italien)
Original assignee: REFRADIGE SpA MAILAND (ITALIEN)
Current assignee: REFRADIGE SpA MAILAND (ITALIEN)
Priority date: 1968-03-29
Filing date: 1969-03-25
Publication date: 1979-01-18
Also published as: AT298322B; BE730667A; GB1268826A; SE348182B; DE1914982C3; DE1914982A1; LU58317A1; FR2005031A1; CS154640B2; NL6904491A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines bestimmten elektrogeschmolzenen, feuerfesten Materials auf der Basis von Korund, Mullit, Baddeleyit und einer glasartigen Phase.

Im Handel sind elektrogeschmolzene, feuerfeste Materialien auf der Basis von Korund und Mullit bekannt, die z. B. in Glühofen für Stahlbarren (Brammen) und als Böden und Führungen für Stoßofen verwendet werden.

Obgleich diese Materialien eine merkliche Abriebsfestigkeit haben, zeigen sie den Nachteil einer geringen Beständigkeit gegen Temperaturveränderungen, d. h. sie werden durch Wärme leicht rissig, was ihre Verwendungszwecke stark einschränkt.

Ferner ist in der deutschen Patentschrift 8 90 923 ein feuerfestes Material beschrieben, das im wesentlichen aus kristallinem Zirkonoxid und Korund in einer Kieselsäure-haltigen, nichtkristallinen Grundmasse besteht, wobei der Gesamtgehalt an Kieselsäure weniger als 20Gew.-% betragen soll. Dieses Material soll insbesondere bei Verwendung für einen bestimmten Zweck, nämlich als Bauelement von Glaswannenöfen, besonders gute Ergebnisse liefern, da es eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion durch geschmolzenes Glas besitzen soll. Es ist jedoch ebenfalls angegeben, daß der genannte Maximalanteil an Kieselsäure soweit wie möglich verringert werden soll. Dabei soll der Gehalt an Mullit durch Korund ganz oder teilweise ersetzt werden, woraus eine Verringerung des Kieselsäuregehalts und eine Abnahme der Menge an glasiger Grundmasse resultiert. Es wird darauf hingewiesen, daß nach Möglichkeit die Gesamtmenge des Mullits in Korund überführt werden soll, wenn eine optimale Korrosionsbeständigkeit erwünscht ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines elektrogeschmolzenen, feuerfesten Materials, das neben einer guten Abriebfestigkeit in der Kälte und Wärme eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Temperaturwechselbeständigkeit (Beständigkeit gegenüber Bruch bzw. Risse bei Temperaturschwankungen) besitzt.

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines elektrogeschmolzenen, feuerfesten Materials auf der Basis von Korund, Mullit, Baddeleyit und einer glasartigen Phase mit einer chemischen Zusammensetzung ausgedrückt als Oxide von 60—75% Al₂O₃, 16-22% SiO₂, 10-20% ZrO₂, 0,8-1,3% Na₂O (entsprechend den folgenden Bereichen der einzelnen Phasen: Korund 35—50%, Mullit 30-45%, Baddeleyit 10—20%, glasartige Phase 11 — 15%) in öfen zur Wärmebehandlung von Stählen und dgl, insbesondere

ίο als Böden und Führungen.

Tatsächlich wurde überraschenderweise festgestellt, daß die Anwesenheit von Baddeleyit innerhalb des oben angegebenen Konzentrationsbereich die Beständigkeit bekannter, feuerfester Materialien aus Korund und

H Mullit gegen Temperaturwechselbeständigkeit oder Abrieb wesentlich verbessert Das erhaltenen Material zeigt eine feinere Kristallisation des Korunds und Mullits; daraus ergibt sich eine homogenere und dichtere Struktur und eine bessere Beständigkeit gegen mechanischen Abrieb bei gleichzeitiger, größerer Elastizität gegenüber Wärmebruch. Die Photographie (in 98facher Vergrößerung) zeigt ein erfindungsgemäß verwendetes, feuerfestes Material mit einer Zusammensetzung eutsprechend Beispiel 1. Bemerkenswert ist die

>-> regelmäßige Verflechtung der Korundkristalle (in leicht grauem Relief), die in die kontinuierliche Grundmasse aus Baddeleyit (winzige weiße Kristalle) und aus Mullit (leicht grau) mit der glasartigen Grundmasse (dunkelgrau) eingebettet sind.

in Die homogenere Konsistenz kann durch mikroskopische Untersuchung und die Werte des Schüttgewichts deutlich gemacht werden, die wiederum größer sind als diejenigen üblicher Korund/Mullit-Produkte (vergl. die Tabelle).

π Die erhöhte Beständigkeit des erfindungsgemäß verwendeten Materials gegen Temperaturveränderungen schließt die Bildung von Rissen aus, wodurch wiederum auch die Beständigkeit gegen groben Abrieb verbessert wird, und macht es geeignet für Beanspru-

■iii chungen, wie sie in Fällen, in denen das Material schweren thermischen und mechanischen Belastungen

unterworfen werden muß, wie z. B. in Öfen zur Wärmebehandlung von Stählen.

Die besonders hohe Beständigkeit gegen Tempera-

•41 turveränderungen gewährleistet nicht nur eine ausreichende Beständigkeit des anmeldungsgemäß verwendeten feuerfesten Materials gegen periodische Wärmeänderungen, sondern verleiht dem Stück selbst auch eine mechanische Beständigkeit.

κι Das erfindungsgemäß verwendete Material wird nach bekannten Verfahren hergestellt, indem man in einem Elektroofen Bauxit, Kieselsand, Zirkoniumsand und Natriumcarbonat in geeigneten Verhältnissen entsprechend der gewünschten Zusammensetzung des erhältli-

Y) chen Materials schmilzt. Die geschmolzene Masse wird anschließend in eine Form gegossen und nach dem Ausschlagen einem langsamen Abkühlen (8-12 Tage) in mit Kieselgur gefüllten Behältern unterworfen. Damit das Material die gewünschten Eigenschaften der

w) Beständigkeit gegen Temperaturwechselbeständigkeit und Abrieb hat, muß es die einzelnen Bestandteile (ausgedrückt als Oxyde) — wie bereits angegeben — in den folgenden Konzentrationen enthalten:

AI₂O₃:60-75%, SiO₂:16-22%,
"' ZrO₂:10-20%, Na₂0:0,8-1,3%,

entsprechend der folgenden Gewichts-Verhältnisse der einzelnen Phasen: Korund 35-50%, Mullit 30—45%,

Baddeleyit 10—20%, glasartige Phase 11-15%. Es werden vorzugsweise Zusammensetzungen innerhalb der folgenden Bereiche verwendet:

Al₂O₃:60—68%, SiO₂:16-20%,
ZrOy. 12-16%, Na₂0:0,8-1,1 %,

entsprechend der folgenden Verhältnisse der einzelnen Phasen: Korund 35—45%, Mullit 35—40%, Baddeleyit 12—16%, glasartige Phase 12—14%. Im folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäß verwendeter, feuerfester Materialien angegeben.

Beispiel 1
Als Ausgangsmaterialien wurden verwendet:

1) weißer, calcinierter Guaiana-Bauxit der folgenden, chemischen Zusammensetzung:

Al₂O₃:89,7O/o, SiO₂:5,7O/_O, Fe₂O₃:1,5%.
TiO₂:2,8%, CaO: 0,12%, MgO: 0,10%;

2) Australisches Zirkoniumsilicat der folgenden, chemischen Zusammensetzung:

ZrO₂:66,5%, SiO₂:33,0%, AI₂O₃:0,04%,
Fe₂O₃:0,O4O/o, TiO₂:0,05%;

3) Holländischer Kieselsand der folgenden chemischen Zusammensetzung:

SiO₂:99,7%, AI₂O₃:0,10%,
Fe₂O₃:0,03%, CaO: 0,02%;

4) Solvaysoda 56% in Na₂O.

Eine Beschickung der folgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) wurde in einem dreiphasischen Elektroofen geschmolzen: 68% Bauxit, 21,4% Zirkoniumsand, 9,0% Kieselsand, 1,6% Soivaysoda. Dann wurde die geschmolzene Masse bei einer Temperatur von 1860— 187O°C in Formen gegossen.

Nach dem Glühen und langsamen Abkühlen in Kieselgut enthaltenden Behältern wurde ein Produkt der folgenden Zusammensetzung erhalten:

Al₂O₃:65,2%, SiO₂:18,1%, ZrO₂:12,5%,
Na₂0:0,8%,TiO₂:2,54%, Fe₂Oj: 0,52%,
CaO: 0,25%, MgO: 0,09%.

Dies entspricht, bezogen auf die einzelnen Phasen (in Gew.-%): Korund 40,5%, Mullit 35,0%, Baddeleyit 12,0%, glasartige Phase 12,5%.

Beispiel 2

Als Ausgangsmaterialien dienten die in Beispiel 1 verwendeten Materialien. Eine Beschickung aus: 70% Bauxit, 23,4% Zirkoniumsand, 5,2% Kieselsand, 1,5% Solvaysoda wurde gemäß Beispiel 1 behandelt Dadurch erhielt man ein Produkt der folgenden Zusammensetzung:

Al₂O₃:60,80/0, SiO₂:19,7O/o, ZrO₂:15,0%,
Na₂0:0,9%,TiO₂:2,54%, Fe₂O₃:0,57%,

Dies entspricht, bezogen auf die einzelnen Phasen (in Gew.-%): Korund 35,0%, Mullit 36,5%, Baddeleyit 14,0%, glasartige Phase 14,5%.

Beispiel 3

Als Ausgangsmaterialien dienten die in den beiden vorhergehenden Beispielen verwendeten Materialien. Eine Beschickung aus: 71,0% Bauxit 22,6% Zirkonium- 21) sand, 4,7% Kieselsand, 1,7% Solvaysoda wurde wie in Beispiel I behandelt, wodurch man ein Produkt der folgenden Zusammensetzung erhielt:

63,6% AI₂O₃,16,0% SiO₂,15,7% ZrO₂,
0,9% Na₂0,2,57% TiO₂,0,59% Fe₂O₃,
0,250/o CaO, 0,39% MgO.

Dies entspricht, bezogen auf die einzelnen Phasen (in Gew.-%): Korund 40,0%, Mullit 31,5%, Baddeleyit 14,0%, glasartige Phase 14,5%.

«ι Um die Eigenschaften der erfindungsgemäß verwendeten, feuerfesten Materialien deutlich zu machen, erfolgten Abriebtests in der Kälte (durch Reiben mit Siliciumcarbid-Schleifpulvern) und in der Wärme (durch Reiben mit einer rotierenden Stahlplatte in einem auf

r> 1300⁰C erhitzten Ofen); weiterhin wurden Beständigkeitstest gegenüber Temperaturveränderungen durchgeführt.

Diese Tests erfolgten mit den in den Beispielen genannten, feuerfesten Materialien sowie mit zwei

in feuerfesten Materialien vorn Korund/Mullit-Typ, die im Handel erhältlich sind und die folgende Zusammensetzung hatten:

A) 72,4% Al₂O₃,20,5% SiO₂,4,6% ZrO₂,
■i > 1,4% Na₂0,0,48% TiO₂,0,19% Fe₂O₃,

0,24% CaO, 0,19% MgO;

B) 72,6% Al₂O₃,21,0% SiO₂,4,5% ZrO₂,

1,3% Na₂0,0,20% TiO₂,0,20% Fe₂Oj,
0,20% CaO.

Physikalische Eigenschaften

Handelsübliches Produkt
Λ Β

Produkt von Beispiel
1 2 3

Schüttgewicht; g/cem

Kaltabrieb (20 C) Verlust in Gewicht (g). bezogen auf das in der Glasindustrie verwendete feuerfeste Korund/ Baddeleyitmaterial mit einem Abriebwert von 1
Heißabrieb (1300 C) Änderung der Länge in mm

Beständigkeit gegen Temperaturveränderungen von
1200 C auf 500 C (Kühlen mit komprimierter Luft);
Fehler beginnend nach

Rißbildung nach

3,27 2,2	3,26 3,25	3,48 1,3	3,49 1,40	3,50 1,35
0,5	-0,25	-0,2	-0,2	-0,2
9 Zyklen	9 Zyklen	bei 100 Proben	Zyklen sind die noch fehlerfrei
25 Zyklen	25 Zyklen

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung eines elektro-geschmolzenen, feuerfesten Materials auf der Basis von Korund, Mullit, Baddeleyit und einer glasartigen Phase mit einer chemischen Zusammensetzung ausgedrückt als Oxide von 60-75⁰Zi)Al₂O₃, 16-22% SiO₂, 10-20% ZrO₂, 0,8-1,3% Na₂O (entsprechend den folgenden Bereichen der einzelnen Phasen: Korund 35-50%, Mullit 30-45%, Baddeleyit 10—20%, glasartige Phase 11-15%) in Öfen zur Wärmebehandlung von Stählen und dgl., insbesondere als Böden und Führungen.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektro-geschmolzene, feuerfeste Material die folgende chemische Zusammensetzung: 60—68% Al₂O₃, 16-20% SiO₂, 12-16% ZrO₂, 0,8-1,1% Na₂O (entsprechend den folgenden Gewichtsverhältnissen der einzelnen Phasen: Korund 35-45%, Mullit 35-40%, Baddeleyit 12—16%, glasartige Phase 12—14%) aufweist.