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"Verfahren zum'Herstellen feuerfester Formkörper mit Flockengranhit'
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen feuerfester Formkörper, beispielsweise
Steine mit Flockengraphit.
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Bei formgepreßten Steinen aus sauren, neutralen oder basischen Feuerfeststoffen,
wie beispielsweise Tonerde, Aluminiumsilikat, Magnesia und Zirkonerde, denen Flockengraphit
zugemischt ist, zeigen sich erhebliche Mängel; so sind vor allem die physikalischen
Eigenschaften der Formsteine, insbesondere die Festigkeit, die Korrosionsbeständigkeit
und die Wärmeleitfähigkeit richtungsabhängig. Dies ist auf eine Ausrichtung der
Graphitflocken fast senkrecht zur Preßrichtung beim Ausformen zurUckzuführen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Herstellen von Feuerfeststeinen
mit Flockengraphit die nachteilige Richtungsabhängigkeit der physikalischen Eigenschaften
zu vermeiden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Formmasse unter Druck vorgepreßt
wird, die Formlinge
auf eine Teilchengröße von höchstens 20 mm zerkleinert
werden,und daß das zerkleinerte Gut erneut, 3edoch mit einem Druck gepreßt wird,
der ein- bis zweimal so hoch ist wie der Vorpreßdruck , und daß die Steine gegebenenfalls
gebrannt werden. Durch das Vorformen unter Druck, das anschließende Brechen und
das erneute Formen des Gutes unter Druck folgt die Ausrichtung der Graphitflocken
einer statistischen Verteilung, so daß die Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften
vermieden und das Gefüge der Steine vereinheitlicht wird sowie eine Schichtbildung
verhütet werden kann.
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Die hauptsächlichen sauren Feuerfeststoffe, die im Zusammenhang mit
der Erfindung verwendet werden, sind Tonschamotte, Pyrophyllit, Zirkon und Quarz.
Die hauptsächlichen neutralen Feuerfeststoffe sind Sillimanit, Mullit, Korund und
Chromit. Die hauptsächlichen basischen Feuerfeststoffe sind schließlich Forsterit,
Dolomit und Periclas. Diese Feuerfeststoffe werden zunächst auf eine Teilchengröße
unter 1 mm zerkleinert.
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Als Flockengraphit werden A-, B- und C-Flocken gemäß der japanischen
Industrienorm M 8601 verwendet. Bei Bedarf können Siliziumkarbid, Silizium, Tonerde,
Pech und Teer etc. der Formmasse zugemischt werden. Als Bindemittel kommen Phosphate,
Silikate, Sulfate und Ligninsulfate infrage.
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Zum Herstellen von Formsteinen nach der Erfindung werden je nach Anforderung
saure, neutrale oder basische Feuerfeststoffe bestimmter Teilchengröße mit Flockengraphit
vermischt. Soweit erforderlich, werden auch die genannten Zusatzstoffe verwendet,
um eine gut ausformfähige
Masse zu erhalten. Die Formmasse wird
dann zu-'nächst mit einem Druck von 20 bis 100 bar gepreßt. Eine sogenannte Ölpresse
zum Druckaufbringen von beiden Seiten, wie sie beim Formen von Formsteinen gebräuchlich
ist, kann ebenso verwendet werden wie eine Friktionspresse.
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Di-e technologischen Eigenschaften der auf diese Weise gepreßten Formlinge
sind richtungsabhängig, da sich die Graphitflocken etwa senkrecht zur Preßrichtung
einordnen. Die rohen Formlinge werden deshalb beispielsweise mit einem Backenbrecher,
auf eine Teilchengröße unter 20 mm zerkleinert. Das zerkleinerte Gut wird in eine
Form eingebracht und mit einem Preßdruck ausgeformt, der dem ein- bis zweifachen
Wert des Preßdrucks des Vorformens entspricht. Die auf diese Weise erhaltenen Formlinge
können noch gebrannt werden.
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Liegt die Teilchengröße nach dem Zerkleinern des im ersten Verfahrensschritt
mit einem Druck von 20 bis 100 bar geformten Gutes nicht unter 20 mm, so läßt sich
eine unerwünschte Ausrichtung des Flockengraphits beim erneuten Pressen bzw. Formen
des gebrochenen Gutes nicht vermeiden. Damit die Richtungen des Flockengraphits
beim endgültigen Formen einer statistischen Verteilung genügen, ist beim Fertigformen
ein Preßdruck erforderlich, der dem halben bis zweifachen Wert des Preßdrucks des
Vorformen entspricht. Da jedoch das Verdichtungsverhältnis beim Fertigpressen mit
einem Druck, der dem halben bis einfachen Wert des Vorformdrucks entspricht, zu
niedrig ist, sollte der untere Wert des Drucks beim Fertigpressen erfindungsgemäß
dem Vorformdruck wenigstens näherungsweise gleich sein. Aus diesem Grunde entspricht
der Fertigpreßdruck dem ein- bis zweifachen Wert des Vorformdrucks.
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Entsprechend den Einsatzbedingungen werden die bei den Feuerfestwerkstoffen
unterschiedlichen Gehalte an Flockengraphit eingestellt. So werden Kanalsteine für
Hochöfen und Steine für Zustellungen von Gießpfannen hauptsächlich aus sauren Feuerfeststoffen
gefertigt.
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Die Gewichtsanteile betragen zwischen 5 und 90% für den sauren Feuerfeststoff
und 5 bis 30% für den Flockengraphit. Eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit
und nur geringfügige Benetzbarkeit durch die Schmelze sind bei verhältnismäßig niedrigen
Temperaturen erforderlich. Steine aus neutralen Feuerfeststoffen werden dort verwendet,
wo es insbesondere auf die Korrosionsbeständigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit
ankommt, nämlich bei Pfannenausgüssen, Verschlußstopfen und Stranggußkokillen. Hierbei
betragen die Gewichtsanteile 30 bis 70% für den neutralen Feuerfeststoff und 10
bis 35% für den Flockengraphit. Steine aus basischen Feuerfeststoffen werden beispielsweise
für Pfannenzustellungen und Stopfenstangenrohre für Stahlschmelzen mit stark aggressiven
basischen Schlacken verwendet. Die Gewichtsanteile belaufen sich hier auf 50 bis
80% für den basischen Feuerfeststoff und 5 bis 30% für den Flockengraphit.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
in Einzelheiten erläutert.
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Beispiel 1 80% Rosekis (überwiegend Pyrophyllit aus Goto bei Nagasaki,
mit 7520 % Si02 und 19je% Al203 als Hauptbestandteile und 6% anderer Beimengungen
wurden zunächst auf eine Teilchengröße unter 1 mm zerkleinert. Dem zerkleinerten
Gut
wurden 20% Flockengraphit (Gruppe B der japanischen Industrienorm) zugemischt. 5
GT Natriumsilikat (japanische Industrienorm Nr. 2, Lösungen) und 3 GT Wasser wurden
100 GT der vorgenannten Mischung zugesetzt. Die so entstandene Mischung wurde durchgeknetet
und auf einer Ölpresse mit einem Druck von 30 bar zu üblichen Steinen gepreßt. Die
Vorformlinge wurden mit einem Backenbrecher auf eine Teilchengröße unter 20 mm zerkleinert.
Das gebrochene Gut wurde dann in einer Ölpresse mit einem Druck von 30, 45 und 60
bar zu üblichen Steinen ausgeformt und etwa 24 Stunden bei einer Temperatur zwischen
80 und 1000C getrocknet.
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Ein Teil der Mischung wurde mit einem Druck von 15 bar zu Vergleichsproben
ausgeformt und getrocknet Die Werte für die Druckfestigkeit, die Korrosionsbeständigkeit
und die Temperaturwechselbeständigkeit wurden durch Versuche ermittelt. Die Ergebnisse
sind in Tabelle I zusammengestellt, wobei sichter jeweils erste Zahlenwert auf eine
Messung in Pressrichtung und der jeweils zweite Zahlenwert auf eine Messung quer
zur Pressrichtung bezieht.
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Tabelle 1
| Vergleichspro- Proben nach der Erfindung Vergleichs- |
| ben proben |
| Vorpressen mit 30 bar |
| Nach Zerkleinern auf eine Teil |
| chengröße unter 20 mm und Fert g- |
| pressen |
| Aus- |
| form - 30 45 60 15 |
| druck |
| (bar) |
| Druck- |
| festig- 14 8 23 24 25 23 26 21 16 15 |
| keit |
| (bar) |
| Korro- |
| sions- 1.0 1.4 1.0 1.0 0.9 1.0 0.9 1.1 1.3 1.3 |
| verh. |
| Wärme- |
| leitfähigk |
| bei 300°C 16,7 29,2 21 21 21 25 21 25 16,7 16,7 |
| (kJ/m.h.°C) |
| Tempera- |
| turwedsel- >10 8 7 9 |
| beständigk. 1 |
| Zahl der |
| Wechsel |
Unter Korrosionsverhältnis ist das jeweilige Ausmaß des chemischen
Angriffs im Verhältnis zu dem gleich 1 gesetzten an der nur vorgepreßten Probe parallel
zur Richtung des Preßdrucks zu verstehen. Zur Prüfung wurde eine 25 mm-SäuXenprobe
50 mm tief in eine Stahlschmelze bei 16500C eingetaucht. Bei der Temperaturwechselbeständigkeit
wird unter einem Wechsel ein Aufwärmen auf 12000C (15 min) und Wasserabkühlung (5
min) an einer Würfelprobe mit 4 cm Kantenlänge verstanden. Die Zahl der Wechsel
bis zum Auftreten von Rissen ist als Maß für die Temperaturwechselbeständigkeit
angegeben.
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In der Vergleichsprobe, die nur einmal und zwar mit einem Preßdruck
von 30 bar ausgeformt worden war, hatte sich der Flockengraphit fast senkrecht zur
Richtung des Ausformdrucks ausgerichtet. Außerdem war eine Schichtbildung zu beobachten.
Aus den angegebenen Daten geht schließlich hervor, daß die Rstigkeit sehr stark
richtungsabhängig ist.
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Bei den Proben, die gemäß der Erfindung ein zweites Mal, und zwar
mit 30, 45 bzw. 60 bar ausgeformt worden waren, fehlt die Richtungsabhängigkeit
der Festigkeit ganz oder wird im ausreichendem lHaße verringert0 Der Flockengraphit
zeigte keinerlei Vorzugsrichtung, so daß sich ein einheitliches Gefüge ergab Die
beim Fertigpressen unter einem Druck von 15 bar erhaltene Festigkeit war ungenügend,
obwohl der Flockengraphit keine Vorzugsrichtung aufwies.
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Die erfindungsgemaß hergestellten Steine eigneten sich ausgezeichnet
für die Zustellung einer Gießpfanne für Stahl und als Kanasstsine für Hochöfen.
Die Lebensdauer war gegenüber herkömmlichen Pyrophillitsteinen um das Zwei bis Fünffache
verlängert.
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Beispiel 2 50% geschmolzenes Aluminiumoxyd mit einer Reinheit von
98% und einer Teilchengröße unter 1 mm, 30% Flockengraphit (japanische Industrienorm
A), 5% Silizium einer Teilchengröße unter 0,3 mm, 10% Ton einer Teilchengröße unter
0,5 mm und 5% Pech einer Teilchengröße unter 0,3 mm wurden gemischt. Zu 100 GT der
vorgenannten Mischung wurden 5 GT Wasser hinzugefügt, die Masse durchgeknetet und
auf einer Ölpresse mit einem Druck von 50 bar zu Riemchen von 150 mm x 150 mm x
700 mm geformt.
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Die Riemchen wurden in einem Backenbrecher auf eine Teilchengröße
unter 10 mm zerkleinert. Die eine Volumenhälfte des zerkleinerten Guts wurde in
eine waagerechte Riemchenform, die bereits beim Vorpressen verwendet worden war,
eingebracht. Hierauf wurde ein metallischer Kern mit einem Durchmesser von 60 mm
und einer Länge von 650 mm auf die Füllung gebracht und dann die verbleibende Volumenhälfte
des gebrochenen Gutes hinzugefügt und mit einem Druck von 50, 75 bzw. 100 bar geformt.
Zum Vergleich wurde eine Probe mit einem Pressdruck von 25 bar hergestellt. Die
Formlinge wurden den Formen entnommen, getrocknet und 5 Stunden bei 12000C in reduzierender
Atmosphäre gebrannt. Auf diese Weise ergaben sich einseitig geschlossene hohle Riemchen.
Die Versuchsergebnisse zur Ermittlung der Druckfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit
und Wärmeleitfähigkeit sowie Temperaturwechselbeständigkeit dieser Proben sind in
Tabelle II wiedergegeben.
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Tabelle II
| Vergleichs- Probe nach der Erfindung Vergleichs- |
| proben proben |
| Vorpressen mit 50 bar |
| Nach Zerkleinern auf eine Teil- |
| chengröße unter 20 mm und Fer- |
| tigpressen |
| Ausform- |
| druck - 50 75 100 25 |
| (bar) |
| Druck- |
| festig- 25 16 28 27 31 29 33 29 21 18 |
| keit |
| (bar) |
| Korrosi- |
| onsver- 1.0 1.3 1.0 1.1 0.9 1.0 0.8 0.9 1.2 1.3 |
| hältnis |
| Wärmeleit- |
| fähigkeit |
| bei 300°C 21 47 29.2 29.2 33.4 37.6 33.4 37.6 21 21 |
| (kJ/m.h.°C) |
| Temperatur- |
| wechselbe- |
| 1 >10 >10 >10 >10 |
| ständigkeit |
| Zahl der |
| Wechsel |
Die Versuchsergebnisse zeigen, daß die bei einem Druck von 50
bar nur vorgepreßte Vergleichsprobe unzureichende physikalische Eigenschaften aufwies,
weil in ihr der Flockengraphit senkrecht zur Preßrichtung ausgerichtet war. In den
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Proben war die Richtungsabhängigkeit
der physikalischen Eigenschaften verschwunden oder doch in ausreichendem Maße vermindert,
da sie bei regelloser Ausrichtung des Flockengraphits ein einheitliches Gefüge aufwiesen.
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Die Vergleichsprobe, die unter einem Druck von 25 bar fertiggepreßt
worden war, wies eine unzureichende Festigkeit auf, obwohl der Flockengraphit regellos
angeordnet war.
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Die gemäß der Erfindung nach dem vorbeschriebenen Beispiel hergestellten
Erzeugnisse bewährten sich als Eintauchmundstücke von Gießrohren zwischen einem
Tandish und einer Stranggußkokille für Stahl unter folgenden Bedingungen: Stahlsorte:
Manganstahl (0,2% Kohlenstoff, 1,5% Mangan), Temperatur der Stahlschmelze: 1580
bis 15880C, Ausbringen : 200 bis 250 t und Dauer des Gießvorganges: 150 bis 200
Minuten.
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Ferner wurde ein Eintauchmundstück für das Stranggießen nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren aus einer Mischung hergestellt, die zusätzlich zu den in dem voraufgehenden
Beispiel genannten Mischungsanteilen 1 bis 5,' Magnesia enthielt. Die Temperaturwechselbeständigkeit
und die
Korrosionsbeständigkeit wurden dadurch gegenüber dem Eintauchmundstück,
das aus der ursprünglich beschriebenen Mischung dieses Beispiels hergestellt worden
war, um etwa 10% verbessert.
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Beispiel 3 70 T Magnesiaklinker 94% MgO, Teilchengröße unter 1 mm)
20 T Flockengraphit (japanische Industrienorm A) 5 T Pech, gepulvert, Teilchengröße
unter 0,3 mm 3 T Silizium, Teilchengröße unter Q,3 mm 2 T Natriumhexametaphosphat
und 3 T Wasser wurden miteinander vermischt und zu einer Formmasse geknetet. Die
Formmasse wurde unter einem Druck von 50 bar zu normalen Rohlingen vorgepreßt9 auf
eine Teilchengröße unter 20 mm gebrochen und das gebrochene Gut mit einem Druck
von 50 bzw. 75 bar fertiggepreßt. Vergleichs.
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proben wurden unter einem Druck von 30 bzw. 110 bar hergestellt. Die
Fertigpreßlinge wurden getrocknet und 12 Stunden bei 1 4000c gebrannt. Die erfindungsgemäßen
Erzeugnisse besaßen ein hervorragendes und gleichmäßiges Gefüge; der in der Mischung
vorhandene Flockengraphit war regellos angeordnet. Die Temperaturwechselbeständigkeit,
die bei herkömmlichen basischen Feuerfestformkörpern am mangelhaftesten war, konnte
wesentlich verbessert werden. Die physikalischen Eigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Proben und
der Vergleichsproben sind in
Tabelle III wiedergegeben.
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Tabelle III
| Vergleichs- Proben nach der Erfindung Vergleichs- |
| proben proben |
| Vorpressen mit 50 bar |
| Nach Zerkleinern auf eine |
| Teilchengröße unter 20 mm |
| und Fertigpressen |
| Ausform- |
| druck - 50 75 30 10 |
| (bar) |
| Druck- |
| festig- 20 14 23 21 25 25 18 16 31 21 |
| keit |
| (bar) |
| Korrosions- |
| verhältnis 1.0 1.4 0.9 1.0 0.8 0.8 1.2 1.2 0.8 1.2 |
| Wärmeleit- |
| fähigkeit bei |
| 300°C |
| kJ/m.h.0C) 16.7 37.6 21 25 25 29.2 16.7 16. 21 33.4 |
| Temperatur- |
| wechselbe- |
| ständigkeit 1 9 8 9 2 |
| Zahl der |
| Wechsel |
Die Versuchsergebnisse weisen für die bei einem Druck von 50 bar
nur einmal gepreßten Vergleichsproben infolge der fast senkrecht zur Preßrichtung
ausgerichteten Graphitflocken mangelhafte physikalische Eigenschaften auf, während
bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Proben die Richtungsabhängigkeit
der Werkstoffeigenschaften infolge regelloser Anordnung des Flockengraphits fehlt,
oder stark verringert worden war.
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Die Vergleichsproben, die einem zweiten Pressen bzw.
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Fertigpressen mit einem Druck von 30 bar unterworfen worden waren,
wiesen eine unzureichende Festigkeit auf, obwohl die Graphitflocken regellos angeordnet
waren. Dagegen konnte beobachtet werden, daß sich in den Vergleichsproben, die beim
Fertigpressen einem Druck von 110 bar ausgesetzt worden waren, der Flockengraphit
fast senkrecht zur Preßrichtung ausgerichtet hatte. Eine sehr starke Abnahme der
Temperaturwechselbeständigkeit war offensichtlich.
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Sin zufriedenstellendes Ergebnis wurde nit den erfindungsgemäß nach
dem vorbeschriebenen Beispiel hergestellten Erzeugnissen bei deren Einsatz in der
Schlackenzone einer Stahlpfanne erzielt. Verglichen mit üblichen basischen Feuerfestformkörpern
war die Haltbarkeit etwa doppelt so groß.