DE2454711C3 - Feuerfeste Masse und deren Verwendung - Google Patents

Feuerfeste Masse und deren Verwendung

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Description

Eine der schwerwiegenden Kosten in den Industrieöfen mit feuerfesten Auskleidungen betrifft die Abschaltperioden für Reparaturen oder Erneuerungen der hitzebeständigen Auskleidung, je größer der Ofen und je länger die für eine Reparatur erforderliche Abschaltperiode ist, desto größer ist der Produktionsausfall und desto größer sind die Ofenkosten oder der Verlust.
Infolge dieser Tatsachen besteht ein ständiges, stets wachsendes Interesse an der Verwendung feuerfester Auskleidungen, die die kürzest mögliche Zeit für die Herstellung und Reparatur erfordern. Die am wenigsten zeitraubenden Methoden für das Auskleiden eines Ofens sind das Gießen oder Stampfen von feuerfesten Massen. Solche Massen umfassen feuerfeste Körner als Füllstoffe (sogenanntes Magerkorn), Bindemittel und Wasser, um der Masse eine geeignete Fließfähigkeit oder Plastizität für ein Gießen oder Stampfen zu verleihen. Das Magerkorn besteht gewöhnlich aus Körnern eines feuerfesten Materials, wie Corund, Bauxit oder Kaolin, während Calciumaluminatzement, Phosphorsäure oder ein Phosphat, Silicalzement oder kolloidale Kieselsäure bevorzugt als Bindemittel verwendet werden.
Allgemein haben heute auf dem Markt erhältliche derartige Massen gemäß einer Faustregel eine Zusammensetzung von 60 bis 95 Gew.-% feuerfester Füllstoffe (Magerkorn) und 40 bis 5 Gew.% Bindemittel (Ton, Zement, Phosphorsäure usw). Zu diesen Komponenten wird eine geeignete Menge Wasser zugesetzt, im Falle des Stampfens einer Auskleidung etwa 5 Gew,-% von Füllstoff-)-Bindemittel und im Falle des Gießens einer Auskleidung etwa 10% des Gewichtes von Füllstoff+
Bindemittel.
Obwohl diese Massen schnell gestampft oder gegossen werden können, um feuerfeste Auskleidungen zu bilden, erfordern sie allgemein ein relativ zeitraubendes Trocknen, um das Wasser zu verdampfen, bevor der
ίο auf diese Weise ausgekleidete Ofen oder dergleichen in Benutzung genommen werden kann.
Der Grund hierfür besteht darin, daß bei schnellem Trocknen, d. h, wenn man die Auskleidung unmittelbar nach der Herstellung hohen Temperaturen aussetzt, das
is Verdampfen sa schnell stattfindet, daß die Masse reißt oder sogar zu Stücken zerbricht In bestimmten Versuchen wurden diese Nachteile vermieden, indem man Kanäle in die Oberzüge einfornm, um das Entweichen des beim schnellen Trocknen gebildeten Wasserdampfes zu erleichtern. Diese Kanäle wurden in der Weise eingeformt daß man Eisen- oder Stahldrähte durch zahlreiche Löcher in der Wand der Form einführte und diese Drähte wieder herauszog, nachdem die Masse teilweise gehärtet war, wobei Verdampfungs-
zs kanäle zurückblieben. Diese Kanalherstellung muß jedoch von Hand durchgeführt werden und ist daher zeitraubend und teuer, was die durch längere Abschaltperioden für den Ofen verursachten Kosten steigert. Die Erfinder fragten sich daher selbst, ob es nicht möglich sei, auf einfachere Weise Verdampfungskanäle in die gegossenen oder gestampften Auskleidungen einzuformen. um das Entweichen von Wasser bei schnellem Trocknen zu erleichtern und so die oben beschriebenen Nachteile zu vermeiden.
Nach der vorliegenden Erfindung wurde dieses Problem auf sehr einfache und wirksame Weise gelöst, indem man einen ganz anderen Typ von kanalbildenden Elementen verwendet, nämlich strohförmige kanalbildende Elemente, die homogen in die für das Gießen oder Stampfen oder dergleichen zu verwendende hitzebeständige Masse eingemischt werden und automatisch Verdampfungskanäle liefern. Bevorzugte kanalbildende Elemente oder Materialien sind Stroh oder Halme von üblichen Gelreidesorten, Gräsern, Schilf oder ähnlichen natürlichen Materialien. Strohförmige synthetische Elemente, wie solche aus Papier, Kunststoff oder anderen organischen Materialien, die geeignete aschebildende Bestandteile enthalten, können jedoch ebenfalls verwendet werden. Während des Schnelltrocken-Verfahrens werden diese Materialien durch Verbrennung teilweise oder vollständig entfernt.
Das kanalbildende Material sollte vorzugsweise auf solche Längen zerschnitten oder zerhauen werden, die leicht und gleichmäßig mit der hitzebeständigen Masse
SS in Mischern, welche üblicherweise in der Keramikindustrie eingesetzt werden, vermischt werden können. Aus diesem Grund erwies es sich als vorteilhaft, nicht größere Längen als etwa 6 cm zu verwenden. Größere Längen können nämlich einigen Ärger beim Vermisehen bezüglich der gleichmäßigen Verteilung der Kanäle in der Masse bereiten. Da es Zweck der Erfindung ist, Kanäle und nicht nur übliche Poren zu bilden, sollten die geschnittenen Längen nicht zu kurz sein. Folglich besteht kein Grund, die strohförmigen
6s Elemente auf Längen unterhalb 1 cm zuzuschneiden. Eine bevorzugte Länge liegt bei etwa 2 cm. In dieser Verbindung sollte beachtet werden, daß eine Steigerung der Porosität der Masse, wie beispielsweise durch
24 54 7 Π
Einmischen üblicher porenbildender Materialien, wie Sägemehl, einem Bersten während des schnellen Trocknens nicht entgegenwirkt. Diese Tatsache spricht auch gegen zu kurze Stöcke der kanalbildenden Elemente.
Was die Menge der kanalbildenden Elemte betrifft, die erforderlich ist, um ein Bersten oder eine Explosion während des schnellen Trocknens ;eu vermeiden, so ist zu sagen, daß gute Ergebnisse mit Q',05 bis 035 Gew.-% kanalbildender Elemente, bezogen auf das Gewicht der Masse, denen die Elemente zugesetzt werden sollen, erzielt wurden, wobei die Menge auf die Feststoffe berechnet wird, was 50 bis 350 g trockener Strohelemente je 100 kg, berechnet als Feststoffe, der hitzebeständigen Masse entspricht Aus Sicherheitsgründen sollte die untere Grenze der Zugabe von Strohelementen nicht geringer als 0,1 Gew.-% sein, und höhere Prozentsätze als 0,25 Gew.-% sind im allgemeinen nicht erforderlich.
Aus praktischen Gründen einschließlich der erwünschten Vermeidung unnötiger Porosität, die die Festigkeit und Schlackenbeständigkeit der Auskleidung beeinträchtigen könnte, ist es bevorzugt, 0,1 bis 0,25 Gew.-% strohartige Elemente, besonders Stroh, vorzugsweise von Weizen, mit einer Länge von etwa 2 cm zu verwenden. In dieser Verbindung sei darauf hingewiesen, daß ein lufttrockenes Wtizenstroh, das auf eine Länge von 2 cm zerschnitten ist, ein Volumengewicht in losem, ungepacktem Zustand von etwa 28 g je Liter besitzt
Beispiel 1
Eine übliche feuerfeste Gießmasse aus 75 Gew.-% Korund als Magerkorn und 25 Gew.-% eines Calciumaluminatzementes als Bindemittel wurrf■». in zwei gleiche Anteile geteilt. Einer dieser Anteile wurde als solcher verwendet, während der andere mit 0,2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von Magerkorn + Bindemittel, luftrockenen Weizenstrohes vermischt wurde, welches auf eine Länge von etwa 2 cm zerschnitten worden war. Aus jeder dieser beiden Massen, denen jeweils 9% Wasser, bezogen auf das Gewicht der Masse, zugesetzt worden waren, wurden Blöcke mit den Abmessungen 64 χ 423 cm hergestellt Diese Blöcke wurden in zwei Wänden eines Plattenzersplitterungstest-Vorerhitzungsofens (ASTM) eingepaßt, wobei eine der Wände aus zerschnittenes Stroh enthaltenden Blöcken und die andere aus Blöcken ohne Stroh bestand. Die Wände wurden dann schnell mit Hilfe einer Feuerung mit ölbrennern getrocknet. Nach etwa einer halben Stunde, wenn die Ofentemperatur auf etwa 500°C angestiegen war, erfolgte eine Explosion, wobei die Wand ohne Stroh in Stücke zerbarst. Die Feuerung wurde dann unterbrochen und der Ofen besichtigt. Diese Besichtigung ergab, daß die aus Blöcken mit einem Gehalt zerschnittenen Strohes gemachten Wände vollständig intakt waren.
Das Experiment wurde wiederholt, wobei der Ofen lediglich mit den zerschnittenes Stroh enthaltenden Blöcken ausgekleidet und mit der gleichen Geschwindigkeit bis zu 1000°C schnell erhitzt wurde, ohne daß irgendwelche sichtbaren Risse oder Zerstörungen der Blöcke auftraten. Die Festigkeit der Blöcke, die bei einer Temperatur bis zu l000°C schnell getrocknet worden waren, war die gleiche wie jene vergleichbarer Blöcke ohne zerschnittenes Stroh, die mit einer langsameren Geschwindigkeit bis zu einer Temperatur von 1000°C getrocknet worden waren, Hm Risse zu. vermeiden.
Zu Vergleichszweeken wurden Blöcke aus der gleichen hitzebeständigen Masse mit einem entsprechenden Volumenprozentsatz an trockenem Sägemehl
(d, h, mit 0,7 Gew,-1**)) anstelle des zerschnittenen
Strohes hergestellt Auch in diesem Fall trat während
der gleichen Art schnellen Trocknens explosionsartiges
Bersten ein. Das Experiment wurde auch wiederholt, indem das
ίο zerschnittene Weizenstroh durch 0,2 Gew,-% zerschnittener Stücke von Kunststoff-Trinkhalmen mit einer Länge von etwa 2 cm ersetzt wurde. Dieses Material hatte den gleichen guten Effekt auf das Schnelltrocknungsverfahren wie das zerschnittene Weizenstroh, doch ist dieses Material wegen des heutigen hohen Preises von geringerem wirtschaftlichem Interesse.
Beispiel 2
Ein Block mit einem Gewicht von 300 kg wurde aus einer Masse gestampft die aus 95 Gew.-% Tonerde, Magerkorn und 5 Gew.-°/b Bindemitteiton bestand, denen üblicherweise 7 Gew.-% Phosphorsäure (80%ig) und 5 Gew.-% Wasser zugesetzt worden waren. Dieser Block wurde bei einer Temperatur bis zu 300° C getrocknet Um ein Reißen des Blockes zu vermeiden, folgte das Erhitzen bis zi) 300° C während einer Zeit von 48 Stunden. Sodann wurden Blöcke der gleichen Größe und aus der gleichen Masse unter Zugabe von 0,2 Gew.-% zerschnittenen Weizenstrohs mit einer Länge von etwa 2 cm hergestellt, wobei die Strohmenge auf das Gewicht der Trockenmaterialien vor der Strohzugabe berechnet wurde. Diese Blöcke konnten zur gleichen Temperatur in 12 Stunden ohne irgendwelche Rißbildung getrocknet werden. Ein solch schnelles Trocknen führte bei dem ersten Block zu explosionsartigem Bersten.
Beispiel 3
Eine Testreihe wurde unter Verwendung der feuerfesten Masse aus Beispiel 1 durchgeführt, und dieser wurden 0,25 Gew.-°/o, bezogen auf das Gewicht von Magerkorn und Bindemittel, zerschnittenes Weizenstroh mit Längen von 1, 2, 3, 4.5 bzw. 6 cm zugegeben.
Blöcke, die aus diesen Massen hergestellt waren, wurden wie in Beispiel 1, aber in einem kleinen Testofen schnell getrocknet. Dip, Befeuerungen wurden bei 900 bis l000°C unterbrochen, wonach die Blöcke alle noch vollständig intakt waren.
Wie in Beispiel 1 wurde das Experiment unter Verwendung von trockenem Strohstaub wiederholt, der zu einem explosionsartigen Bersten während des
SS Schnelltrocknens führte.
Der oben beschriebene Erfindungsgedanke ist natürlich allgemein anwendbar auf Auskleidungen mit wasserhaltigen feuerfesten Massen, die durch Gießen oder Stampfen hergestellt werden, wenn schnelles Trocknen folgen soll. Solche Anwendungsgebiete sind Abstich- oder Gießkanäle in Verbindung mit Schmelzöfen, wie Hochöfen, Gießpfannen für Roheisenschmelzen, wo das Einfließen von heißem Metall ein Bersten verursachen kann. Auch in diesen Fällen können kanalbildende Elemente in der feuerfesten Masse das Entweichen von Restwasser im Dampfzustand erleichtern, um so ein Reißen der Auskleidung zu vermeiden.

Claims (7)

  1. Patentansprüche:
    J. Feuerfeste Massen an sich bekannter Zusammensetzungen für das Gießen oder Stampfen von feuerfesten Auskleidungen und für metallurgische Gießpfannen oder Abstichkanäle auf der Grundlage eines feuerfesten Magerkorns und eines Bindemittels, gekennzeichnet durch einen niedrigen Gehalt strohartig geformter kanalbildender Elemente, die in der gesamten Masse gleichmäßig verteilt sind.
  2. 2. Masse nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalbildenden Elemente in einer Menge von 0,05 bis 035 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der trockenen Bestandteile der Masse vor der Zugabe der kanalbildenden Elemente, enthalten sind.
  3. 3. Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie die kanalbildenden Elemente in einer Menge von 0.1 bis 0.25 Gew.-% enthält.
  4. 4. Masse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als kanalbildende Elemente geschnittenes Stroh der üblichen Getreidesorten enthält.
  5. 5. Masse nach Anspruch I —4, dadurch gekennzeichnet, daß sie die kanalbildenden Elemente mit einer Länge im Bereich von I bis 6 cm enthält
  6. 6. Masse nach Anspruch 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 0,1 bis 0,25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der trockenen Bestandteile der Masse, zerschnittenes Weizenstroh mit einer Länge von etwa 2 cm enthält.
  7. 7. Verwendung einer Masse nach Anspruch 1 —6 zum Gießen oder Stampfen von feuerfesten Auskleidungen, für metallurgische Gießpfannen oder Abstichkanäle.
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