DE2321810A1 - FIRE-RESISTANT FIRED SHAPED BODIES AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF - Google Patents

FIRE-RESISTANT FIRED SHAPED BODIES AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF

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Description

VXE/P/Dr.Se/Fk Fall 2628VXE / P / Dr.Se / Fk Case 2628

P I D I E R - W E R K E A G 62 Wiesbaden, Lessingstr. 16P I D I E R - W E R K E A G 62 Wiesbaden, Lessingstr. 16

Feuerfeste gebrannte Formkörper· und Verfahren zu ihrer HerstellungFireproof molded articles and processes for their manufacture

Die Erfindung betrifft feuerfeste gebrannte Formkörper für Verschlüsse an Gießaggregaten für Stahl, Eisen und Metall (Düsen, Stopfen, Ausgüsse, Schieber) auf" der-Grundlage-von Zirkonoxid uiid Zirkonsilikat und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. ■ The invention relates to refractory fired molded articles for Closures on casting units for steel, iron and metal (Nozzles, plugs, spouts, slides) on the basis of Zirconium oxide and zirconium silicate and a process for their production. ■

Beim Vergießen aus Gießaggregaten, z.B. von flüssigem Stahl aus Pfannen» werden feuerfeste Verschlüsse benutzt. Diese Verschlüsse sitzen im oder, am Gießaggregat. Die Aufgabe dieser feuerfesten Verschlüsse ist es, die durch sie ausfließende Stahlmenge in der Zeiteinheit möglichst konstant zu halten, um den nachfolgenden Erstarrungs- und Kühlprozeß zu optimieren. Die pro Zeiteinheit austretende Stahlmenge ist im ■wesentlichen abhängig von der Höhe des Stahlbades im Gießaggregat und vom Locliqu er schnitt des Verschlusses.When casting from Gießaggregaten, for example of liquid steel from pans "refractory seals are used. These closures sit in or on the casting unit. The task of these refractory closures is to keep the amount of steel flowing out through them as constant as possible in the unit of time in order to optimize the subsequent solidification and cooling process. The amount of steel escaping per unit of time is essentially dependent on the height of the steel bath in the casting unit and the Locliqu he cut of the closure.

An die Verschlüsse werden daher hohe Anforderungen in Bezug auf die Verschleißfestigkeit gegenüber dem bei hohen Temperaturen fließenden Stahl, bzw. Eisen oder Metall gestellt, daneben in Bezug auf Unempfindlichkeit gegen schroffen Temperaturwechsel, da die Gießaggregate, die mit den angeführten Verschlüssen versehen sind, spontan mit hocherhitztem,The closures are therefore subject to high requirements in terms of wear resistance compared to high temperatures flowing steel, iron or metal, in addition, in terms of insensitivity to abrupt changes in temperature, since the casting units used with the specified Closures are provided, spontaneously with highly heated,

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geschmolzenem Material (Stahl, Eisen u. Metall) gefüllt werden. Wegen dieser hohen Beanspruchungen hat man bereits Zirkonsilikat (ZrSiO.) als Material für die Herstellung von Verschlußteilen, z.B. Düsen benutzt. Jedoch sind den Einsatzmöglichkeiten von Zirkonsilikatdüsen Grenzen gesetzt. Schwierigkeiten mit Zirkonsilikatdüsen ergeben sich bei Irangen Gießzeiten und beim Vergießen von unberuhigten oder legierten Stählen. Die starke Beanspruchung äußert sich in einem merklichen Aufweiten der Düsenlochquerschnitte, was eine unkontrollierte Veränderung der Gießgeschwindigkeit zur Folge hat. Mit dem Übergang auf Verschlüsse aus Zirkonoxid oder dichtem Aluminiumoxid hat man versucht, Abhilfe zu schaffen. Einer breiten Anwendung derartiger Erzeugnisse stellen neben einem sehr hohen Materialpreis gemessen an Zirkonsilikaterzeugnissen vor allen Dingen eine hohe Thermoschockempfindlichkeit solcher Erzeugnisse entgegen. molten material (steel, iron and metal). Because of these high loads, one already has Zirconium silicate (ZrSiO.) As a material for production used by closure parts, e.g. nozzles. However, those are There are limits to the possible uses of zirconium silicate nozzles. Difficulties arise with zirconium silicate nozzles at Irangen casting times and when casting unskilled or alloyed steels. The heavy use expresses itself in a noticeable widening of the nozzle hole cross-sections, which results in an uncontrolled change in the casting speed. With the transition to closures from zirconium oxide or dense aluminum oxide, attempts have been made to To remedy the situation. Wide application of such products In addition to a very high material price compared to zirconium-silica products, they are above all one high thermal shock sensitivity of such products.

Es sind auch Versuche bekannt, Mischungen aus Zirkonoxid mit Zirkonsilikat als Ausgangsmaterial für feuerfeste Steine zu verwenden. So schlagen Harders-Kienow in ihrem Buche "Feuerfestkunde", 1960, Springer-Verlag, S. 906/7, zur Herstellung von Feuerleichtsteinen ein Gemisch von 1000 g Zirkonoxid mit 500 g Zirkonsilikat (66,66 Gew.56 ZrO2 und 33,34 Gew.% ZrSiO.) vor. Der erzeugte Stein dient aber nur Isolierzwecken. Sein Einsatz als Formkörper für Verschlüsse an Gießaggregaten zur Weiterleitung von geschmolzenem Stahl verbietet sich wegen seiner hohen Porosität. Ein Formkörper für Gießzwecke muß im Gegenteil dicht sein, um der Korrosion wirksam zu widerstehen.Attempts are also known to use mixtures of zirconium oxide with zirconium silicate as a starting material for refractory bricks. In their book "Feuerfestkunde", 1960, Springer-Verlag, p. 906/7, for example, Harders-Kienow propose a mixture of 1000 g of zirconium oxide with 500 g of zirconium silicate (66.66 wt. 56 ZrO 2 and 33, 34% by weight ZrSiO.). The stone produced is only used for insulation purposes. Its use as a molded body for closures on casting units for the transfer of molten steel is prohibited because of its high porosity. On the contrary, a molded article for casting purposes must be dense in order to effectively resist corrosion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Einbau in Verschlüsse an Gießaggregaten für Stahl, Eisen und Metall eineThe invention is based on the object for installation in closures on casting units for steel, iron and metal

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preislich tragbare Qualität auf der Basis von Zirkonmaterial für Formkörper zu entwickeln, die die Vorzüge einer hohen Verschleißfestigkeit mit hoher Unempfindlichkeit gegen Thermoschock verbindet. affordable quality based on zirconium material for moldings that combine the advantages of high wear resistance with high insensitivity to thermal shock.

Die Aufgabe -wird dadurch gelöst, daß der Anteil an Zirkonoxid 10-50 Gew.%, vorzugsweise 35 Gew.% beträgt, der Anteil an Zirkonsilikat 50 - 90 Gew».%, vorzugsweise 65 Gew»5i, und daß das Zirkonoxid in einer Aufteilung von 30 - 60 Gew.% der Gesamtmenge Zirkonoxid in stabilisierter Form lind 70 - 40 Gew./S in nicht stabilisierter Form vorliegt. Das Zirkonoxid wird in einer Körnung von maximal 0,1 mm, vorzugsweise kleiner als 0,06 mm, eingebracht, das Zirkonsilikat in einer solchen von über 0,2 mm, vorzugsweise 0,2 — 0,5 mm.The object is achieved in that the proportion of zirconium oxide is 10-50% by weight , preferably 35% by weight, the proportion of zirconium silicate 50-90% by weight, preferably 65% by weight, and that the zirconium oxide in one Distribution of 30 - 60% by weight of the total amount of zirconium oxide in stabilized form and 70 - 40% by weight in non-stabilized form. The zirconium oxide is introduced in a grain size of at most 0.1 mm, preferably smaller than 0.06 mm, the zirconium silicate in a grain size of over 0.2 mm, preferably 0.2-0.5 mm.

Der Bemessung des Anteils an Zirkonoxid (Körnung unter 0,1 mm, vorzugsweise kleiner als 0,06 mm) liegt der Gedanke zugrunde, dieses wertvolle Material nur in einer solchen Menge einzubringen, wie sie für eine gute Korrosionsfestigkeit notwendig ist. Dieses gegen Korrosion widerstandsfähige Material bildet .wegen seiner Feinkörnigkeit im fertigen Stein die Matrix, die im allgemeinen besonders verschlackungsanfällig ist. · The idea is to measure the proportion of zirconium oxide (grain size below 0.1 mm, preferably smaller than 0.06 mm) based on introducing this valuable material only in such an amount as is necessary for good corrosion resistance necessary is. This corrosion-resistant material forms in the finished stone because of its fine grain the matrix, which in general is particularly susceptible to slagging. ·

Durch die Verwendung von billigem Zirkonsilikat in einer Menge von 50 — 90 Gew.%, vorzixgsweise 65 Gew.% der Mischung, ist ein Preisvorsprung gegenüber Materialien mit gleicher Haltbarkeit gewährleistet. Durch seinen Einsatz im gröberen Korn (0,2 - 0,5. mm) wird die Schlackenfestigkeit dieses an sich durch Verschlackung stärker als Zirkonoxid gefährdeten Materials letzterem angeglichen.By using cheap zirconium silicate in an amount of 50-90% by weight, preferably 65% by weight of the mixture, is a price advantage over materials with the same Durability guaranteed. Through its use in the coarser Grain (0.2 - 0.5. Mm), the slag strength is this is more closely aligned with the latter due to slagging.

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Die erfindungsgemäße Zusammensetzung - im Grobkorn Zirkon-silikat, im Feinmehl Zirkonoxid - ergibt als Struktur des gebrannten Körpers ein Gerüst aus Zirkonsilikat mit einer dazwischen liegenden Matrix aus versintertem Zirkonoxid. Da die bekannte Dissoziation des ZrSiO4 bei hohen TemperaturenThe composition according to the invention - in the coarse grain zirconium silicate, in the fine powder zirconium oxide - results as the structure of the fired body in a framework made of zirconium silicate with an intervening matrix of sintered zirconium oxide. Because the well-known dissociation of ZrSiO 4 at high temperatures

ZrSiO4* ZrO2 + SiO2 ZrSiO 4 - * ZrO 2 + SiO 2

von der inneren Oberfläche ausgeht» ist bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung der Mischung (ZrSiO4 = gröberes Korn) der Anteil der durch Zersetzung freigewordenen Kieselsäure um ein Vielfaches geringer als es der mengenmäßigen Substitution des ZrSiO4 in der Mischung durch ZrO« entspricht. Das wiederum hat zur Folge, daß die Matrix weniger niedrigschmelsende Verbindungen enthält und deshalb auch gegen Korrosionsangriff bei hoher Temperatur viel weniger wirksam ist. Andererseits verleiht das Gerüst aus ZrSiO4 dem' gebrannten Erzeugnis eine gute Temperaturwechselbestän— digkeit.starting from the inner surface "in the composition of the mixture according to the invention (ZrSiO 4 = coarser grain) the proportion of the silica released by decomposition is many times less than it corresponds to the quantitative substitution of ZrSiO 4 in the mixture by ZrO". This in turn has the consequence that the matrix contains fewer low-melting compounds and is therefore much less effective against corrosion attack at high temperatures. On the other hand, the framework made of ZrSiO 4 gives the fired product good thermal shock resistance.

Das nach der Erfindung zuzufügende Zirkonoxid ist ein Material, das in seiner ursprünglichen Modifikation reversible Voiume'nveränderungen bei erhöhter Temperatur (über 1000 C) aufweist, was zu Erschütterungen innerhalb des Gefüges von Massen führt, die dieses Material im Übermaß enthalten. Diesen Nachteil vermeidet man, wenn man stabilisiertes Zirkon— oxid verwendet. Um das Einbringen von Flußmitteln in die Zir— konoxidmatrix über ein bestimmtes Maß hinaus und eine daraus resultierende Gefährdung ihrer F eti er festigkeit zu vermeiden, ist die Zugabe von stabilisiertem Zirkonoxid, das bekanntlich CaO als Stabilisator enthält, mengenmäßig begrenzt.The zirconium oxide to be added according to the invention is a material the volume changes reversible in its original modification at elevated temperature (over 1000 C) which leads to vibrations within the structure of masses that contain this material in excess. This one One avoids the disadvantage if one uses stabilized zirconium oxide. In order to introduce fluxes into the Zir- Konoxidmatrix beyond a certain level and one from it to avoid the resulting risk to your fatigue strength, the addition of stabilized zirconium oxide, which is known to contain CaO as a stabilizer, is limited in terms of quantity.

Die obere Grenze des Zusatzes liegt bei 60 Gew.% des gesamten Zirkonoxidmaterials. Andererseits ist ein Mindestzusatz'notwendig,, um die stabilisierende Wirkung in der Mischung zu er-The upper limit of the addition is 60% by weight of the total Zirconia material. On the other hand, a minimum addition is necessary, to achieve the stabilizing effect in the mixture

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halten (Mindestzusatz 30 Gew.# der Zirkonoxidmenge).hold (minimum addition 30 wt. # of the amount of zirconium oxide).

Die Herstellung der Formkörper erfolgt sowohl im keramischen Schlickergieß— als auch im Preßverfahren. Zur Vermeidung einer Verunreinigung des Ausgangsmaterials verwendet man beim Gießverfahren einen zirkonoxidhaltigen Schlicker. Beim Preßverfahren benutzt man als Bindemittel entweder diesen Schlicker oder organische Bindestoffe« Der Schlicker wird, um eine Verunreinigung des Zirkonmaterials durch den Abrieb · von Fremdstoffen zu vermeiden, in einer Naßmühle hergestellt, deren Auskleidung aus Zirkonoxidformkörpern besteht, die in geeigneter Formgebung auch als Mahlkörper fungieren.The moldings are produced both in ceramic Slip casting as well as in the pressing process. To avoid contamination of the starting material, the Casting process a slip containing zirconia. Either this is used as the binding agent in the pressing process Slurry or organic binding agents «The slurry is used to prevent contamination of the zirconium material by abrasion. to avoid foreign matter, manufactured in a wet mill, the lining of which consists of zirconium oxide moldings, which are in suitable shaping also act as grinding media.

Die Erfindung wird an folgenden Ausführungsbeispielen erläutert! The invention is explained using the following exemplary embodiments.

a) Schlickergi e-ßverf ahren a) Slurry pouring process

83 kg stabilisiertes Zirkonoxid» Körnung unter 0,1 mm, und 83 kg nicht stabilisiertes Zirkoncxid, Körnung unter 0,1 mm werden mit 34 Ltr. Wasser und 5 Milliltr« einer83 kg stabilized zirconium oxide »grain size below 0.1 mm, and 83 kg of non-stabilized zirconium oxide, grain size less than 0.1 mm, are mixed with 34 liters of water and 5 milliliters

- '■■ wässerigen Lösung eines Alkalisalzes einer Polycarbon— ' 3äure in einer mit Zirkonoxidmahlkörpern beschickten Naßmühle, die mit einer Auskleidung aus Zirkonoxidformsteinen versehen ist, 200 Stunden gemahlen. Nach dieser Zeit werden 40 Gewichtsteilen dieses Schlickers 60 Gewichtsteile Zirkonsilikat, Körnung 0,2 - 0,5 mm, zugefügt und eingemischt. Diese Mischung wird in Gipsformen vergossen, nach 12 £- '■■ aqueous solution of an alkali salt of a polycarbonate '3 acid in a wet mill loaded with zirconium oxide grinding media, those with a lining made of shaped zirconium oxide stones is provided, milled for 200 hours. After this time, 40 parts by weight of this slip are added and 60 parts by weight of zirconium silicate, grain size 0.2-0.5 mm mixed in. This mixture is poured into plaster molds, after 12 pounds

gebrannt.burned.

nach 12 Stunden ausgeschalt, getrocknet und bei 1620 Cswitched off after 12 hours, dried and at 1620 ° C

b) Preßverfahren b) pressing process

650 kg Zirkonsilikat, Körnung 0,2 - 0,5 mm, werden im Ei-■richmischer unter Zusatz von 15 --Ltr. Sulfitablauge (30°B) mit 175 kg stabilisiertem Zirkonoxid* kleiner als 0,06 mm, und 175 kg nicht stabilisiertem Zirkonoxid ca. 10 Minuten650 kg of zirconium silicate, grain size 0.2 - 0.5 mm, are ■ mixed in an egg mixer with the addition of 15 liters Sulphite waste liquor (30 ° B) with 175 kg stabilized zirconium oxide * smaller than 0.06 mm, and 175 kg non-stabilized zirconium oxide approx. 10 minutes

409846/0578 -.- .409846/0578 -.-.

gemischt. Die fertige Masse wird auf einer hydraulischen Presse unter 500 kg/cm Druck verpreßt. Der Preßling wird getrocknet und anschließend bei 16200C gebrannt.mixed. The finished mass is pressed in a hydraulic press under a pressure of 500 kg / cm. The compact is dried and then fired at 1620 0 C.

Nach diesem Verfahren hergestellte Düsen zum Vergießen von Stahl haben folgende EigenschaftswerteiNozzles for casting steel produced by this method have the following property values

Chemische Analyse;Chemical Analysis;

ZrO2 ZrO 2 11 7575 Gew.Weight %% CaOCaO »5»5 Gew.Weight %% SiOSiO 2020th Gew.Weight %%

Physikalische Eigenschaften: Rohdichte 4.0 g/cm Physical properties: bulk density 4.0 g / cm

Wichte 5.0 g/cmJ Specific weight 5.0 g / cm J

Porosität, gesamt 20 Vol.gPorosity, total 20 vol

Düsen gemäß der Erfindung haben sich beim Einsatz in Stahlwerken hervorragend bewährt.Nozzles according to the invention have proven useful in steel mills well proven.

409846/0409846/0

Claims (7)

1. Feuerfester gebrannter Formkörper für Verschlüsse an Gießaggregaten für Stahl, Eisen und Metall (Düsen, Stopfen, Ausgüsse, Schieber) auf der Grundlage von Zirkonoxid und Zirkonsilikat, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Zirkonoxid 10-50 Gew.#, vorzugsweise 35 Gew.%, der Anteil an Zirkonsilikat 50-90 Gew.%, vorzugsweise 65 Gew.% beträgt, und daß das Zirkonoxid in einer Aufteilung von 30 — 60 Gevr.% der Gesamtmenge Zirkonoxid in stabilisierter Form und'70 - 40 Gew.% in nicht stabilisierter Form vorliegt.1. Fireproof, fired molded body for closures on casting units for steel, iron and metal (nozzles, stoppers, spouts, slides) based on zirconium oxide and zirconium silicate, characterized in that the proportion of zirconium oxide is 10-50 wt. #, Preferably 35 wt ...%, the proportion of zirconium silicate 50-90 wt%, preferably 65 wt%, and that the zirconium oxide in a pitch of 30 -. 60% Gevr the total amount of zirconium oxide in stabilized form und'70 -. 40% by weight in not in a stabilized form. 2. Feuerfester gebrannter Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zirkonoxid in Korngrößen unter 0,1 mm, vorzugsweise kleiner als 0,06 mm, eingebracht wird.2. Refractory fired molded body according to claim 1, characterized in that the zirconium oxide in grain sizes less than 0.1 mm, preferably less than 0.06 mm, is introduced. 3. Feuerfester gebrannter Formkörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zirkonsilikat in einer Körnung über 0,2 mm, vorzugsweise 0,2 - 0,5 mm, eingebracht wird.3. Refractory fired molded body according to claims 1 and 2, characterized in that the zirconium silicate in a grain size over 0.2 mm, preferably 0.2-0.5 mm, is introduced. 4. Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten gebrannten Formkörpers nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung im keramischen Schlicker-Gießverfahren unter Verwendung eines zirkonoxidhaltigen Schlickers erfolgt.4. A method for producing a refractory, fired molded body according to claims 1 - 3, characterized in that that the shaping in the ceramic slip casting process takes place using a zirconium oxide-containing slip. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung des zum Vergießen notwendigen Zirkonoxidschlickers in einer Naßmühle, die mit Zirkonoxidformkörpern ausgekleidet ist, mit Hilfe von Zirkonoxid-5. The method according to claim 4, characterized in that the production of the zirconium oxide slip required for casting in a wet mill, which is lined with zirconium oxide moldings, with the help of zirconium oxide ■ "jTiahlkörpern erfolgt. ' "■ "jtial bodies is done. '" 409846/057 8409846/057 8 6. Verfahren nach Anspruch 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung des Steines im Preßverfahren erfolgt, wobei als Bindemittel der Masse Zirkoiioxidschlicker oder ein organisches Bindemittel beigefügt wird.6. The method according to claim 1-3 »characterized in that the shaping of the stone takes place in the pressing process, zirconium dioxide slip or an organic binder being added as a binder to the mass. 7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der verformte Körper nach dem Trocknen bei Temperaturen über 1600°C gebrannt wird.7. The method according to claim 1-6, characterized in that the deformed body after drying at temperatures is fired over 1600 ° C. 409846/0578409846/0578
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