DE2248128A1

DE2248128A1 - Verschmolzener, feuerfester gusswerkstoff

Info

Publication number: DE2248128A1
Application number: DE19722248128
Authority: DE
Inventors: William Alfred Miller; Jun Henry Rutter Weiler
Original assignee: Carborundum Co
Current assignee: Unifrax 1 LLC
Priority date: 1971-10-01
Filing date: 1972-09-30
Publication date: 1973-04-05
Also published as: CA975013A; IT966136B; GB1409907A; FR2156687A1; JPS5545518B2; JPS4843406A; DE2248128C2; US3759728A; FR2156687B1

Description

PATENTANWÄLTE Dlpl-Ιηβ. WERNER COHAUSZ.Dipl-lne.WILHELM FLORACK · NpUnQ. RUDOLF KNAUF

A Düsseldorf, Schtmannstrafi· 97 2248128

The Carborundum Company

1625 Buffalo Avenue

niagara Palls, ITew fork, UCA 28. September 1972

Verschmolzener feuerfester Gußwerkstoff Die Erfindung betrifft einen verschmolzenen feuerfesten Gußwerkstoff.

Verschmolzene feuerfeste Gußwerkstoffe sind bekannt und werden schon seit vielen Jahren benutzt; solche feuerfesten Werkstoffe, die im wesentlichen ein monolithisches Gefüge haben, haben viele Vorteile in speziellen Anwendungsbereichen gegenüber noch älteren feuerfesten Produkten, die aus granulärem, hitzebeständigem Material bestehen, i» das in den gewünschten Formen mit hitzebeständigen Keramikwerkstoffen gebunden wird. Insbesondere wegen der naturbedingt dichteren Gefüge sind bestimmte verschmolzene Gußwerkstoffe, die feuerfest sind, extrem beständig· gegen Angriffe durch korrosive Schmelzen wie Glas und geschmolzene Metalloxide. Zusätzlich zu ihren Gefügen ist jedoch die chemische Zusammensetzung verschmolzener, feuerfester Gußwerkstoffe ein wichtiger Paktor in der Schaffung einer Korrosionsbeständigkeit.

Es sind sc.hon viele verschiedene Zusammensetzungen für verschmolzene feuerfeste Gußwerkstoffe bekanntg-eworden, und es ist festgestellt worden, daß für spezielle Anwendungen bestimmte Zusammensetzungen überlegen gind. Folglich sind eine Reihe solcher feuerfester Produkte verschiedener Zusammensetzungen kommerziell verfügbar gemacht worden, unter anderem eine Anzahl von Stoffen, die Chromoxid, Aluminiumoxid und Magnesiumoxid enthalten. Es ist jedoch festgestellt worden, da.3 eine Alkalierde-Borsilikatglas-Zusammensetzung, die als "E"-Glas bekannt ist, die im großen Umfange in der Herstellung von Glasfasern verwendet wird und die eine typische Zusammensetzung wie folgt hat;

26 340
Wa/Ti

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Prozent

SiO₂ 54,5

Al₂O₃ 14,5

CaO 22,0

B₂O_v 3,5

Na^O 0,5

besonders stark korrosiv ingegenüber fast allen solchen feuerfesten Werkstoffen ist und daß ein Bedarf an einem beseem korrosionsbeständigen verschmolzenen feuerfesten Gu3werkstoff für die Auskleidung von Glastanks zum Ausdruck gebracht worden ist, die für die Herstellung von Glae wie "E"-Glas verwendet werden. Die Zusammensetzungen, die nachstehend beschrieben werden, erfüllen diese Bedarfsflücke in sehr zufriedenstellender Weise.

Die erfindungsgemäßen verschmolzenen feuerfesten Gu3produkte haben eine Zusammensetzung innerhalb dee folgenden angenäherten Bereichs:

Cr₂O₃

MgO 5/S - 10/i

PeO 5Je - ' 8Jb

SiO₀ 1'>i - 4?i

C.

Al/,0, weniger als 6'fo

Darüber hinaus ist bei den feuerfesten Produkten daß Molverhültnis von Cr₀O₇ zu Al^O₇ größer ale 10, und das MolverhÄltnis von H₂O_x zu RO liegt im Bereich von 1,5 bis 2,3. Die Zusammensetzungen haben ein hohes spezifisches Gewicht, typischerweise über 4,1, und einen ausgezeichneten Widerstand gegen geschmolzene Glassorten, besonders Alkalierdeborsilikatglaee wie "E^ll-Glas.

Sie werden vorzugsweise aus Cheromerz hergestellt, wobei Türkische oder Transvaal-Erze besonders geeignet sind, wobei Chonnoxid und Magnesiumoxid zugesetzt wird, um Zusammensetzungen innerhalb des vorstehend angegebenen Bereichs su erzeugen. VoraugsweiGe wird ferner eine kleine Menge aus einem Lichtbogenstabilisierungsnittel zugeeetzt,

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Die Mengen an Lichtbogenstabilsierungsmittel, mit denen gearbeitet wird, sind sehr klein, wobei V₁I oder weniger wirksam sind, und folg-.lich wird die Zusammensetzung dor i-rodukte nicnt nennenswert beeinflußt. In den meisten Fällen ist es im übrigen extrem schwierig, vann nicht unmöglich, aus dem Produkt festzustellen, welches Stabilisierungsmittel in seiner Herstellung verwendet wurde, wenn überhaupt eins verwendet wurde. · ■

Die Verfahren zum Schmelzen, Gieren und Vergüten der Produkte sind nicht kritisch. Allgemein können bekannte Pratiken und Verfahren benutzt werden.

In der Herstellung von verschmolzenen feuerfesten Gußprodukten gemä.'l der Erfindung können die die Bestandteile bildenden Oxide in relativ reiner Form in der Herstellung der Ofenchargen eingesetzt werden. Das ist Jedoch allgemein zu teuer, und wo die Kosten ein wichtiger Faktor sind, wird vorzugsweise eine erhebliche Ilenge des Ghromoxids als Chromerz vorgesehen. Besonders brauchbar für diesen Zweck sind kommerzielle Chromerze, die als Transvaal- und Türkisch-Lrze bezeichnet werden und die nicht nur hohe Cr₀C,-Gehalte und relativ niedrige Gehalte an AIpO_x haben, sondern auch HgG enthalten. Die folgenden sind tpyische Zusammencetzungen für diese Erze, obgleich bekanntlich die Zusammensetzungen nicht konstant sind: ,

Transvaal-JÜrz Türkiseh-Srs

Al₂C.

Δ 1,2	5-1,2
ο π	17,?
46,8	15,2
<-> ' Λ *ι- -,f* ι**	12,7
; 1	2,6

Bade llrze werden unter Zusetzung weiteren Chromoxids zur Mischung verwendet. Fhillippinen-Chromerz kann jedoch wejen seines hohen Al₀C_r-Gehalts, typeischerweise mehr als ΓΟ^.-, nur im geringen ¹IaSe verwendet werden. Vie vorstehend erwälint, kann aer gesagte Chromgehalt des Ofen-

— L —

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gemisches gegebenenfalls von relativ reinem Chromoxid abgeleitet werden. Relativ reines Magnesiumoxid ict ohne veiteres verfügbar und wird vorzugsweise verwendet, wenn kein Chromerz verwendet wird oder wenn ee erforderlich ist, mehr IIgO einzusetzen, als in Chromerz vorhanden ist. In allen Fällen, bei denen mit einer erheblichen Henge an Chromerz gearbeitet wird, ict kein zusätzliches Eisenodxid oder Aluminiumoxid erforderlich, um eine Zusammensetzung zu erreichen, bei der PeO und AIrO₇ innerhalb des vorstehend erwähnten bereichs liegen. Die 3estandteile für die Ofenchargen in Granulatform werden gründlich gemischt, und die Charge wird in einea ^-Phasen-Elektroofen geschmolzen, der mit 75 - 1>0 YoIt in einem wassergekühlten Tiegel betrieben wira, wobei die Charge ihre eigene Ofenauskleidung bildet und Abstufungen der Charge periodisch zugesetzt werden, während die Verschmelzung voranschreitet.

Die feuerfesten Produkte, die aus dem erfindungsgemä/Jen Verfahren entstehen, sind sehr dicht und haben eine durchschnittliche spezifische Dichte von mehr als 4t1· Allgemein sind die Produkte durch ein Gefüge gekennzeichnet, das im wesentlichen oder vorherrschend aus Körnern aus einem vorherrschend Ilagnesiumoxid-Chromoxid-Spinell mit stäbchenodernadelfönaigen Einschlüssen von einer R_o0_x-Phase und einer recht kleinen Menge an Glas besteht, das intergranular auftritt. Die R₂O,-Phase ist eine feste Lösung indefinitiver und sich ändernder Zusammensetzung, bei der es sich vorherrschend um Cr₁-O₇ handelt, die jedoch in verschiedenen Zusammensetzungen und Anteilen Al„0, und Fe₉O_x enthalten kann. Es ist zu beachten» daß Magnesiumoxid als Periclease in Zusammensetzungen gemäß der Erfindung nicht vorhanden ist.

In Corrosionstests, die mit geschmolzenem Glas vorgenommen worden sind, ist festgestellt worden, daß verschmoleene feuerfeste Gu3produkte gemäß der Erfindung sehr beständig sind, und zwar nicht nur gegen Sodakalkglassorten, sondern auch gegen die noch korrodierenderen Alkalierdeborsilikatglassorten wie das "E"-GlaB, das vorstehend erwähnt worden ist. Bei Ctandardtests mit dem letzteren bestehen die erfindungsgeaäßen feuerfesten Werkstoffc besser als die teureren feuerfesten

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JA; ff.·:- ·

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Werkstoffe wie gesintertes Chromoxid. In einigen Tests ist festgestellt worden, da3 die Korrosion von Blöcken, die nach der Erfindung hergestellt wurden, nur etwa 4C$ oder weniger derjenigen eines normal verschmolzenen feuerfesten Gußblocks betrug, der üblicherweise in Verbindung mit Glas dieser Art verwendet wird.

In umfangreichen Versuchen ist festgestellt worden, daß die Zusammensetzung der erÄfindungsgenäßen verschmolzenen feuerfesten Gußwerkstoffe etwas kritisch ist. Der Cr_nO₇₁-GeIIaIt muß im Bereich von etwa 75/-· bis etwa S%: liegen, wobei etwa 8C> bevorzugt wird. Da Al₀C^ in Chromerzen gefunden wird, ist es immer vorhanden, wenn Chromerz als Ausgangsmaterial verwendet wird. Der Al^O^-Gehalt der feuerfesten Werkstoffe muß jedoch weniger als etwa 6>ί betragen, und in allen Fällen muß das llolverhältnis von Cr_?0_T zu Al„0, größer als 10 sein. 3er MgO-Gehalt liegt vorzugweise zwischen etwa %. u*¹** etwa 1θ;ό, und der PeG-Gehalt liegt vorzugsweise zwischen etwa 5;.' und- etwa Q^L/o. lis kann jedoch eine gewiesse Ersetzung von MgO oder FeO durch das andere erfolgen, so lange das llolverhältnis von HpO, zu EO in der Zusammensetzung im Bereich von etwa 1,5 bis 2,; bleib-t. Bis zu etwa 4/J Siliziumoxid sind normalerweeise vorhanden, die aus den Hohmaterialien kommen, welche in der Ofencharge verwendet werden. Sine bevorzugte Zusammensetzung hat in der Analyse etwa 80$'a Cr₉O₂,, etwa 8$ MgO, etwa 4^i Al₀O-Ja, etwa 6$ PeO und etwa 2<fo SiO₂.

Tpeypische Ofenchargen, die für die herstellung von verschmolzenen feuerfesten Gußwerkstoffen gemäß der Erfindung verwendet werden können, sind:

Prozent

(Α) Transvaal-Chromerz 25,3

Chromoxid (Cr₀O,) 68,7

Kagensiumoxid (ligO) 6,0

(B) Konaierzielles Chromoxid (Cr₂O₇) 80,2

Alamineiumoxid (Al₀O.) 9»9

<- j
Magneisiumojciu (ilgO) y,y

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(c) Transvaal-Chroznerz . 24,1 Chromoxid (Cr^O-,) 6? »9

Ilagnesiumoxid (ilgO) 6,0

In der vorstehenden Beeehreibunj und in den Ansprüchen beziehen sich Prozentzahlen auf das Gewicht, wenn nichts anderes an^e&eben ist.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Verschmolzener feuerfester Gußwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daS er in der Analyse etwa 754 - &%q Cr₉O-, 5>_u - 10'/.- 1IgO, 5;<> - 2> FeO, weniger als 6'^ Al₀O₇ und V^ - ζ'/'. SiO₀ aufweist, wobei das MoI-verhältnis von ^nO ^zu -^v⁰T äa^in größer als 1C ist und das R₁-O₇: RO-Kolverhältnis von 1,5 "bis -2,J beträgt, und daß er ein hohes spezifisches Gewicht und eine hohe Widerständsfähigkeit gegen einen An griff durch geschmolzenes Glas und insbesondere "S3"-Glas hat.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gefüge,' das hauptsächlich aus Körnern aus.einen vorherrschend MgO- und CroO,-Epinell mit stäbchen- oder nadeiförmigen Einschlüssen einer R₀O₂-

*- > Phase, vorherrschend cr_o0, und einer kleinen Kenge intergranularen

^ P-Glases besteht.

5· Werkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß KgO als Periclase nicht vorhanden ist.

4. Werkstoff nach Anspruch I₁ gekennzeichnet durch eine Analyse von etwa 80>j C^r ₂ ⁰^» ^etwa ⁸^ ¹^* ^e-fcwa 4/^{ü A1}2⁰^» ^™^& ^" ^^{60 und} ^

5. Werkstoff nach Anspruch 4» gekennzeichnet durch ein Gefüge, das hauptsächlich aus Körpnern aus einem vorherrechend HgO- und Cr Qy Spinell mit stäbchen oder naÄelförmigen Einschlüssen einer RoO,-Phase, vorherrschend CroO, und einer kleinen Menge intergranularen Glases besteht.

6. Werkstoff nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch das Fehlen von KgO als Periclase.

7. Rohe Charge zur Verwendung in der lerstellung von verschi&olehen feuerfesten Guüwerkstücken, die einen: Angriff durch geschmolzenes Glas widerstehen, gekennzeichnet durch im wesentlichen ein Gemisch

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aus Chromerz ι Chromoxid und Magnesiumoxid, wobei das Chromerz und das Chromoxid in solchen Anteilen vorhanden sind, daß eine Zusammensetzung entsteht, die etwa 7V ki^ß etwa 65_Λ Cr_r0_ mit einem Ilolverhiltnic von Cr „0₇ zu Al^O. von nchr als 1Oe aui¹ weist, wobei das Magnesiumoxid in einer solchen Ilen^e vorhanden ist, daü der ITßO-Gehalt zwischen etwa % unä 1O_#. und rinc Iu C_ :BC-I!olverliältnis zwischen etwa

v:erden.

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