DE1914982C3 - Verwendung eines elektrogeschmolzenen feuerfesten Materials - Google Patents
Verwendung eines elektrogeschmolzenen feuerfesten MaterialsInfo
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Description
25
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 Glühöfen für Stahlbarren (Brammen)
und als Böden und Führungen für Stoßöfen verwendet werden.
Obgleich diese Materialien eine merkliche Abriebsfestigkeit haben, zeigen sie den Nachteil einer geringen
Beständigkeit gegen Temperatur-Veränderungen, 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 Möglicnkeit 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 Temperaturwechsel (Beständigkeit gegenüber Bruch bzw. Risse bei Temperaturschwankungen) besitzt.
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, 03-13% Na2O
(entsprechend den folgenden Bereichen der einzelnen Phasen: Korund 35-50%, Mullii 30-45%, Baddeleyit
10—20%, glasartige Phase U —15%) in öfen zur
Wärmebehandlung von Stählen und dgL, insbesondere 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
Mullit gegen Temperaturwechsel oder Abrieb wesentlich verbessert Das erhaltene 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 Photographic (in 98facher Vergrößerung) zeigt ein erfindungsgemäG
verwendetes, feuerfestes Material mit einer Zusammensetzung entsprechend 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.
Die homogenere Konsistenz kann durch mikroskopische Untersuchung und die Werte des Schüttgewichts
deutlich gemacht werden, die wiederum größer sind als diejenigen üblicher Konind/Mullit-Produkte (vergl. die
Tabelle).
Die erhöhte Beständigkeit des erfindungsgemäß verwendeten Materials gegen Temperaturveränderungen
schließt die Bildung von Rissen aus, wodurch wiederum auch die Beständigkeit gegen graben Abrieb
verbessert wird, und macht es geeignet für Beanspruchungen,
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 Temperaturveränderungen gewährleistet nicht nur eine ausreichende
Beständigkeit des anmeldungsgemäß verwendeten feuerfesten Materials gegen periodische Wärmeänderungen,
sondern verleiht dem Stück selbst auch eine mechanische Beständigkeit
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 erhältlichen 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
Beständigkeit gegen Temperaturwechsel und Abrieb hat, muß es die einzelnen Bestandteile (ausgedrückt als
Oxide) — wie bereits angegeben — in den folgenden Konzentrationen enthalten:
AI2O3:60-75%, SiO2:16-22%,
ZrO2:10-20%, Na20:03-U%,
entsprechend der folgenden Gewichts-Verhältnisse der einzelnen Phasen: Korund 35-50%, Mullit 30-45%,
B^ddeleyit 10-20%, glasartige Phase 11-15%. Es werden vorzugsweise Zusammensetzungen innerhalb
der folgenden Bereiche verwendet:
Al2O3:60-68%, SiO2:16-20%,
ZrO2:12-16%, Na20:03-1.1%,
ZrO2:12-16%, Na20:03-1.1%,
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:
Als Ausgangsmaterialien wurden verwendet:
1) weißer, calcinierter Guaiana-Bauxit der folgenden,
chemischen Zusammensetzung:
Al2O3:89,7%, SiO2:5.7%, Fe2O3:1,5%,
TiO2:23%. CaO: 0,12%, MgO: 0,10%;
TiO2:23%. CaO: 0,12%, MgO: 0,10%;
2) Australisches Zirkoniumsilicat der folgenden, chemischen
Zusammensetzung:
ZrO2:66,5%, SiO2:33,0%, Al2O3:0,04%,
Fe2O3:0,04%, TiO2:0,05%;
Fe2O3:0,04%, TiO2:0,05%;
3) Holländischer Kieselsand der folgenden chemischen Zusammensetzung:
SiO2:99,7%, Al2O3:0,10%,
Fe2O3:0,03%, CaO: 0,02%;
Fe2O3:0,03%, CaO: 0,02%;
4) Solvaysoda 56% in NaA-
Eine Beschickung der folgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) wurde in einem dreiphasischen Elektroofen
geschmolzen: 68% Bauxit, 21,4% Zirkoniumsand, 9,0% Kieselsand, 1,6% Solvaysoda. Dann wurde die geschmolzene
Masse bei einer Temperatur von 1860— 18700C 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%, ZrO2:124%,
Na20:0,8%, TiO2:2,54%, Fe2O3:0,52%,
CaO: 0,25%, MgO: 0,09%.
Na20:0,8%, TiO2:2,54%, Fe2O3:0,52%,
CaO: 0,25%, MgO: 0,09%.
Dies entspricht, bezogen auf die einzelnen Phasen (in
Gew.-%): Korund 404%, Mullit 35,0%, Baddeleyit 12,0%, glasartige Phase 124%.
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:
Al2O3:603%. SiO2:19,7%, ZrO2:15,0%,
Na2O:0,9%,TiO2:2I54%, Fe2O3:0,57%,
Na2O:0,9%,TiO2:2I54%, 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%.
Als Ausgangsmaterialien dienten die in den beiden vorhergehenden Beispielen verwendeten Materialien.
Eine Beschickung aus: 71,0% Bauxit, 22,6% Zirkoniumsand,
4,7% Kieselsand, 1,7% Solvaysoda wurde wie in Beispiel 1 behandelt, wodurch man ein Produkt der
folgenden Zusammensetzung erhielt:
63,6% AI2O3,16.0% SiO2,15,7% ZrO2,
03% NaA 2,57% TiO2,0,59% Fe2O3,
0,25% CaO, 039% MgO.
03% NaA 2,57% TiO2,0,59% Fe2O3,
0,25% CaO, 039% MgO.
Dies entspricht, bezogen auf die einzelnen Phasen (in
Gew.-%): Korund 40,0%, Mullit 31,5%, Baddeleyit 14,0%, glasartige Phase 14,5%.
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
13000C erhitzten Ofen); weiterhin wurden Beständigkeitstest
gegenüber Temperaturveränderungen durchgeführt.
Diese Tests erfolgten mit den in den Beispielen genannten, feuerfesten Materialien sowie mit zwei
feuerfesten Materialien vom Korund/Mullit-Typ, die im
Handel erhältlich sind und die folgende Zusammensetzung hatten:
A) 72,4% Al2O3,20^% SiO2,4,6% ZrO2,
1,4% NaA 0,48% TiO2,0,19% FeA3,
1,4% NaA 0,48% TiO2,0,19% FeA3,
0,24% CaO, 0,19% MgO;
13% Na A 0,20% TiO2,0,20% Fe2O3,
0,20% CaO.
0,20% CaO.
Handelsübliches Produkt
A B
A B
Produkt von Beispiel
1 2 3
1 2 3
Kaltabrieb (20°C) Verlust in Gewicht (g), bezogen auf
das in der Glasindustrie verwendete feuerfeste Korund/ Baddeleyitmaterial mit einem Abriebwert von 1
Beständigkeit gegen Temperaturänderungen von 1200C auf 5000C (Kühlen mit komprimierter Luft);
Fehler beginnend nach
Rißbildung nach
Rißbildung nach
3,27 3,26 3,48 3,49 3,50
2,2 3,25 1,3 1,40 1,35
-0,5 -0,25 -0,2 -0,2 -0,2
9 Zyklen 9 Zyklen bei 100 Zyklen sind die
25 Zyklen 25 Zyklen Proben noch fehlerfrei
25 Zyklen 25 Zyklen Proben noch fehlerfrei
Claims (2)
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 60-75% Al2O3, 16-22% SiO2.
10-20% ZrO2,03-13% Na2O (entsprechend den
folgenden Bereichen der einzelnen Phasen: Korund to 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-geschmoSzene,
feuerfeste Material die folgende chemische Zusammensetzung: 60—68% Al2O3, 16-20% SiO2.
12-16% ZrO2. 03-1,1% Na2O (entsprechend den
folgenden Gewichtsverhältnissen der einzelnen Phasen: Korund 35-45%, Mullit 35-40%, Baddeleyit
12—16%,glasartige Phase 12—14%) aufweist
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