DE2350662C3

DE2350662C3 - Material zur Herstellung von feuerfesten Formkörpern

Info

Publication number: DE2350662C3
Application number: DE19732350662
Authority: DE
Inventors: Barry Sheffield Yorkshire Jackson
Original assignee: Pickford Holland & Co Ltd Sheffield Yorkshire Gb
Current assignee: Pickford Holland & Co Ltd Sheffield Yorkshire Gb
Priority date: 1973-10-09
Filing date: 1973-10-09
Publication date: 1982-09-02
Also published as: DE2350662B2; DE2350662A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Material zur Herstellung von feuerfesten Formkörpern, das bei Temperaturen von 1550° C und darüber zu den feuerfesten Formkörpern gebrannt wird, mit einem Anteil eines körnigen Gemisches aus 10 bis 60 Gewichtsprozent Chromerz und 90 bis 40 Gewichtsprozent Magnesia, geschmolzen oder gesintert, einem Anteil von 5 bis 35 Gewichtsprozent Magnesia und einem Anteil von weniger als 2,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise weniger als 1,5 Gewichtsprozent, Kieselerde und in einer eine Grobfraktion, eine Mittelfraktion und eine Feinfraktion ergebenden Klassierung, wobei das körnige Gemisch aus Chromerz und Magnesia in einer den Hauptteil der Grobfraktion und der Mittelfraktion ergebenden Klassierung vorliegt (vgl. die deutsche Auslegeschrift 12 75 934).

Bei den in Rede stehenden gebrannten basischen feuerfesten Formkörpern, die aus dem eingangs beschriebenen Material hergestellt werden, ist die Dauerstandfestigkeit eine wesentliche Eigenschaft. Sie hängt weitgehend von der Festkörperbindung ab (Spinell-Bindung; als Spinelle werden Stoffe mit der allgemeinen Formel Me^{+ +} 0 · Me2^{+ ++}C>3 bezeichnet), d. h. von der Bindung zwischen dem Chromerz und der Magnesia. Die in dem Material vorhandene Kieselerde führt dazu, daß sich nach dem Brennen um die Körner des Chromerzes und der Magnesia Silikatfilme befinden.

Es hat sich nun gezeigt, daß die für die Dauerstandfestigkeit von aus dem in Rede stehenden Material hergestellten Formkörpern maßgebliche Festkörperbindung progressiv abnimmt, wenn ein solcher Formkörper den üblichen Tcmperaturbelastunscn unterworfen wird. Man nimmt an (vgl. die deutsche Auslegeschrift 12 75 934), daß dies auf die Unterschiedlichkeit in der reversiblen Wärmeausdehnung des Chromerzes einerseits und dsr Magnesia andererseits zurückzuführen ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ein auch unter Berücksichtigung von wirtschaftlichen Gesichtspunkten einsetzbares Material zur Herstellung von feuerfesten Formkörpern anzugeben, das

JU zu Formkörpern mit einer verbesserten Dauerstandfestigkeit führt.

Das erfindungsgemäße Material zur Herstellung von feuerfesten Formkörpern ist dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich (zu den eingangs beschrie-

benen Komponenten) einen Anteil von 5 bis 35 Gewichtsprozent handelsüblich reinem Chromoxid enthält und daß die Magnesia und das Chromoxid in einer den Hauptanteil der Feinfraktion ergebenden Klassierung vorliegt. Durch den erfindungsgemäß

vorgesehenen Zusatz von Chromoxid und die Beachlung der die Frage der Klassierung betreffenden Angaben — körniges Gemisch aus Chromerz und Magnesia in einer den Hauptanteil der Grobfraktion und de* Mittelfraktion ergebenden Klassierung,

Magnesia und C'hn.moxid in einer den llauptanteil der Feinfraktion ergebenden Klassierung — wird im Ergebnis erreicht, daß der (wirtschaftlich aufwendige) Anteil von Chromoxid vollständig zu einem den Formkörper durchsetzenden, seine Dauerstandfestig-

^!0 keit positiv beeinflussenden Gerippe wird.

Vorzugsweise beträgt der Anteil des körnigen Gemisches aus Chromerz und Magnesia 70 Gewichtsprozent, das wiederum zu 30 Gewichtsprozent aus Chromerz und zu 70 Gewichtsprozent aus Magnesia

besteht, während außerdem etwa 15 Gewichtsprozent Magnesia und etwa 15 Gewichtsprozent handelsüblich reines Chromoxid vorhanden sein können.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von 2 Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert; die

bei den Ausführungsbeispielen eingesetzten Ausgangsstoffe hatten folgende Zusammensetzung:

a) körniges Gemisch aus C' Omerz und Magnesia mit

13,0 Gewichtsprozent CnOa,

9,2 Gewichtsprozent Fe2Cb,

5,0 Gewichtsprozent AhCh,

0,8 Gewichtsprozent CaO,

0,9 Gewichtsprozent SiCh,
etwa 70 Gewichtsprozent MgO;

b) Magnesia mit

97,5 Gewichtsprozent MgO,
0,3 Gewichtsprozent CnOs,
0,2 Gewichtsprozent Fe2O3,
0,2 Gewichtsprozent AI2O3,

1,2 Gewichtsprozent CaO,
0,6 Gewichtsprozent SiOa;

c) Chromoxid mit

97,0 Gewichtsprozent CnOa,
0,2 Gewichtsprozent Fe2Oa,

0,1 Gewichtsprozent S1O2.

Beispiel 1

Das Gemisch aus Chromerz und Magnesia wurde zerkleinert und gesiebt, so daß sich, bezogen auf das Material insgesamt, folgende Klassierung ergab:

40 Gewichtsprozent Grobfraklion,
1,68 bis 2,8 mm;

20 Gewichtsprozent Mittelfraktion,

0,5 bis 1,68 mm;
10 Gewichtsprozent Feinfraktion,

0,5 mm und kleiner.

Im übrigen bestand das Material aus 15 Gewichtsprozent feinkörniger Magnesia und aus 15 Gewichtsprozent mehlförmigem Chromoxid.

Die Fraktionen des Gemisches aus Chromerz und Magnesia wurden innig vermischt. Danach wurde die feinkörnige Magnesia und das mehlförmige Chromoxid zugegeben und das körnige Gemisch aus Chromerz und Magnesia gut durchgemischt. Dabei wurde eine geringe Menge eines Bindemittels, z. B. Sulfitlauge, eingearbei.et, um die weitere Verarbeitung zu erleichtern. Das erhaltene Material wurde dann in eine Form eingefüllt und mit etwa 1,1 kp/cm² gepreßt. Der entstandene Formling wurde dann bei ein*:r Temperatur von 1700° C zu einem feuerfesten Formkörper gebrannt.

Beispiel 2

Es wurde wie im Beispiel 1 verfahren, mit dem Unterschied, daß das Material (nicht 15 Gewichtsprozent, sondern) 10 Gewichtsprozent feinkörnige Magnesia und (nicht 15 Gewichtsprozent, sondern) 20 Gewichtsprozent mehlförmiges Chromoxid enthielt.

Die gemäß den zuvor aufgezeigten Ausführungsbeispielen hergestellten Formkörper wurden auf ihre Eigenschaften geprüft, wobei folgende Ergebnisse ermittelt wurden (der erste Wert gilt jeweils für dus Beispiel 1, der zweite Wert für das Beispiel 2):

a)

Lineare Brandveränderung
+ 0,33 bzw. O,44"/o,

b) Scheinporosität
14,3 bzw. 13,9%,

c) Schüttdichte

3,28 bzw. 3,34 g/ml,

d) scheinbare Feststoffdichte
3,83 bzw. 3,88 g/ml,

e) Durchlässigkeit (in CGF-Einheiten)
0,007 bzw. 0,004,

f) effektive Porosität
8,3 bzw. 7,0'%,

g) durchschnittlicher Porendurchmesser
12,1 bzw. 8,9^m,

h) Porenabmessungen 3 bis 5 /<m
1,1 bzw. l,3o/o,
Porenabmessung 3 bis 10 μτη

3.3 bzw. 3,9o/o,
Porenabmessung 3 bis 20 μΐη

6.4 bzw. 6,0%,
Porenabmessung 3 bis 40 /tm
8,0 bzw. 6,60/0,

i) Verhältnis von effektiver Porosität zu

Scheinporosität

55,3 bzw 49,2o/o,
j) Bruchmodul, bei Raumtemperatur,

141,3 bzw. 138,5 kp/cm^z,

Bruchmodul bei 1400° C,

161,0bzw. 132,9 kp/cm²,
k) Wärmedehnung bei Torsion bei 1400° C

9,7 bzw. 11,3 mR/h.)*

·) Angabc des Torsionswinkels/h; mR = Winkel in Vlooo Bogenmaß.

Die vorstehend zusammengefaßten Ergebnisse der durchgeführten Prüfung zeigen, daß d'w, mit dem erfindungsgemäßen Material hergestellten feuerfesten Formkörper ausgezeichnete Eigenschaften haben, insbesondere bezüglich der Scheinporosität, d^r Durchlässigkeit und der Warmdehnung bei 1400° C.

Im folgenden wird nunmehr die Lehre der Erfindung noch an Hand von Figuren erläutert; es zeigt

F i g. 1 die MikroStruktur eines Formkörpers, der aus einem bekannten, im wesentlichen aus Chromerz und Magnesia bestehenden Material hergestellt und aus einer Brenntemperatur von 1700° C langsam abgekühlt wurde,

F i g. 2 die Mikrostruktur des Formkörpers nach Fig 1, der jedoch aus einer Brenntemperatur von 17U0° C schnell abgekühlt wurde,

F i g. 3 und 4 den F i g. 1 und 2 entsprechende Mikrostrukturen eines Formkörpers, der aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellt wurde, \vo^ao bei das körnige Gemisch aus Chromerz und Magnesia durch Schmelzen gewonnen wurde, und

F i g. 5 und 6 den F i g. 1 und 2 entsprechende Mikrostrukturen eines Formkörpers, der aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellt wurde, wobei das körnige Gemisch aus Chromerz und Magnesia durch Sintern gewonnen wurde.

Wie die F i g. 1 z;igt, wird, wenn ein Formkörper aus einem bekannten Material aus einer Brenniemperatur von 1700° C langsam abgekühlt wird, eine Spinell-Bindung erreicht. Wird jedoch der gleiche Formkörper schnell abgekühlt, bleibt, wie F i g. 2 zeigt, keine Schnell-Bindung mehr.

Wie nun die F i g. 3 und 5 bzw. 4 und 6 zeigen, ist bei Formkürpern, die aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellt worden sind, die Spinell-Bindung viel stärker als bei Formkörpern, die aus einem bekannten Material hergestellt worden sind. Von besonderer Bedeutung ist dabei, daß ein beachtlicher

*o Teil der zunächst erreichten Spinell-Bindung auch dann bestehen bleibt, wenn der Formkörper aus einer Brenntemperatur von 1700° C schnell abgekühlt wurde.

Während bei den F i g. 3 und 4 der Formkörper aus einem erfindungsgemäßen Material hergestellt wurde, bei dem das körnige Gemisch aus Chromerz und Magnesia durch Schmelzen gewonnen wurde, wurde bei den F i g. 5 und 6 der Formkörper aus einem Material hergestellt, bei dem das körnige Gemisch aus Chromerz und Magnesia durch Sintern gewonnen wurde. Unglücklicherweise war dabei das einzelne Korn nicht besonders dicht, so daß der hergestellte Formkörper, nachdem er schnell abgekühlt worden war, wie F i g. 6 zeigt, eine größere Anzahl von Poren aufweist.

Die F i g. 4 und 6 zeigen, daß Formkörper, die aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellt worden sind, im Gegensatz zu Formkörpern, die aus einem bekannten Material hergestellt sind, auch nach einer schnellen Abkühlung noch einen beachtlichen Anteil der ursprünglichen vorhandenen Spinell-Bindung aufweisen und relativ wenig flüssiges Silikat haben. Die aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellten Formkörper können dadurch Angriffen

von Schlacke oder Flußmitteln besser widerstehen.

Schließlich, zeigen die F i g. 4 und 6, daß der durch innere Spannungen innerhalb des Formkörpers erzeugte Schwüchungsbereidi wesentlich -näher an der

im Betrieb heißen Fläche des Formkörpers erwartet werden kann als dies bei feuerfesten Formkörpern aus bekanntem Material der Fall ist. Folglich kann man davon ausgehen, daß ein Abspalten oder Abplatzen, d. h. die Zerstörung des Formkörpers durch innere Spannungen, während üblidier Temperaturwechselbeiastungen bei Formkörpern, die aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellt worden sind, seltener ist als bei Formkörpern, die aus einem bekannten Material hergestellt worden sind.

■■SS":

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Material zur Herstellung von feuerfesten Formkörpern, das bei Temperaturen von 1550° C und darüber zu den feuerfesten Formkörpern gebrannt wird, mit einem Anteil eines körnigen Gemisches aus 10 bis 60 Gewichtsprozent Chromerz und 90 bis 40 Gewichtsprozent Magnesia, geschmolzen oder gesintert, einem Anteil von 5 bis 35 Gewichtsprozent Magnesia und einem Anteil von weniger als 2,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise weniger als 1,5 Gewichtsprozent, Kieselerde und in einer eine Grobfraktion, eine Mittelfraktion und eine Feinfraktion ergebenden Klassierung, wobei das körnige Gemisch aus Chromerz und Magnesia in einer den Hauptanteil der Grobfraktion iiiid der Mittelfraktion ergebende·"! Klassierung vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Material zusätzlich einen Anteil von 5 bis 35 Gewichtsprozent handelsüblich reinem Chromoxid enthält und daß die Magnesia und das Chromoxid in einer den Hauptanteil der Feinfraktion ergebenden Klassierung vorliegt.

2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des körnigen Gemisches aus Chromerz und Magnesia 70 Gewichtsprozent betrüg!.

3. Material nadi Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Gemisch aus Chromerz und Magnesia zu 30 Gewichtsprozent aus Chromerz und zu 70 Gewichtsprozent aus Magnesia besteht.