DE2533895C3

DE2533895C3 - Hitzebeständiges Werkstück und Ausbildungsformen desselben

Info

Publication number: DE2533895C3
Application number: DE2533895A
Authority: DE
Inventors: Nils G. Hallstahammar Schrewelius
Original assignee: Bulten Kanthal AB
Current assignee: Bulten Kanthal AB
Priority date: 1974-07-29
Filing date: 1975-07-29
Publication date: 1983-12-15
Also published as: DE2533895B2; SE7409758L; FR2280607A1; US4016313A; DE2533895A1; FR2280607B3; JPS5149207A; GB1513283A; SE394666B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hitzebeständiges Werkstück gemäß dem Oberbegriff de? Patentanspruchs 1 sowie dessen Ausbildungsformen.

Die gegenwärtig benützten Brennhilfsmittel für Brennofen zum Brennen von beispielsweise Porzellan oder ähnlichem Gut bestehen im allgemeinen aus feuerbeständigen Platten oder Fliesen, wie z. B. 25 bis 35 mm dicken Siliciumkarbidplatten. Die das zu brennende Gut tragenden Platteasind übereinander auf Tunnelofen-Karren angeordnet und gegenseitig mit Hilfe von Röhren oder sog. »Elefantenfüßen« auf Abstand gehalten. Häufig wiegen die feuerfesten Platten mehr als 50 kg, so daß daher ihre-Handhabung

ίο sehr beschwerlich ist Das Verhältnis des Gewichts der Brennhilfsmittel zu dem des zu brennenden Guts erreicht manchmal die Größenordnung von 2:1. Selbstverständlich bedeutet dies eine extreme Energievergeudung. Ein weiterer Nachteil der Brennhilfsmittel

!5 aus Siliciumkarbid besteht darin, daß dessen Festigkeit wegen der Oxydation im Luafe der Zeit abnimmt. Ferner besteht beim Brennen von Porzellan die Neigung, daß das Porzellangut an dem Karbid anhaftet, wenn nicht die obere Fläche der feuerbeständigen Platte mit einer Flächenbeschichtung wie beispielsweise einem Aluminiumoxyd-bzw. Tonerdeanstrich versehen ist

In einem Versuch zur Vermeidung dieser Nachteile wurde vorgeschlagen, eine besondere rekristallisierte hochreine Siliciumkarbidzusammensetzung zu verwenden (99% Reinheit). Ferner wurde vorgeschlagen, eine Aluminiumoxyd-Sliciumkarbid-Zusammensetzung zu verwenden. In beiden Fällen ist das Material jedoch ähnlich einem Schamottestein oder Brandziegel, der eine relativ niedrige Biegefestigkeit besitzt und der daher vergleichsweise dick sein muß, um die erforderliche Tragstärke zu gewährleisten. Ferner traten bei den bekannten feuerbeständigen Platten Probleme hinsichtlich der Vermeidung des Durchhängens und/oder des Werfens der Platten auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein hitzebeständiges Werkstück gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zu schaffen, daß sich bei wirtschaftlicher Herstellung durch hohe mechanische und thermische Festigkeit und lange Lebensdauer auszeichnet

Diese Aufgabe wird erfindupgsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmalen gelöst Die erfindungsgemäß vorgesehene Mischung aus Silicium und Molybdändisilicid für den die Poren ausfüllenden hitzebeständigen Werkstoff gewährleistet sowohl eine hohe, durch das Molybdändisilicid bestimmte Oxidationsbeständigkeit als auch eine wirtschaftliche Herstellung des Werkstückes, die auf der Verwendung des, billigen Siliciums beruht. Neben der durch die Oxidationsbeständigkeit begründeten langen Lebensdauer des Werkstückes bei sehr hohen Temperaturen erweist sich dieses als außerordentlich biegefest und widerstandsfähig gegenüber einer Wärmeschockbeanspruchung. Extrem gute Werte wurden mit einem hitzebeständigen Werkstoff erzielt, der ungefähr 10% Silicium und ungefähr 90% Molybdändisilicid enthielt.

Vorteilhaft enthält der hitzebeständige Werkstoff zusätzlich Aluminium. Die Menge der Aluminiumatome soll ausreichen, durch Oxidation des Werkstoffes die Ausbildung einer oberflächlichen Oxydschicht aus AI2O3

so und SiO₂ zuzulassen.

Das hitzebeständige Werkstück weist nach dem Ausfüllen der Poren mit dem hitzebeständigen Werkstoff insbesondere eine Porosität kleiner als 5%, vorzugsweise kleiner als 2% auf, wobei seine Biegefe-

f>5 stigkeit bei Raumtemperatur mindestens 49 MNm^-2, vorzugsweise mehr als 98 MNm-² beträgt. Vorteilhaft licet die Biegefestigkeit in der Größenordnung von rund 196MNm-².

Eine besondere Widerstandsfähigkeit gegen Wärmeschocks wird dadurch erreicht, daß das rekristallisierte Siliciumcarbid-Grundgerüst vor dem Ausfüllen der Poren eine Porosität bis 35% vorzugsweise von 20% aufweist

Ausbildungsformen des hitzebeständigen Werkstükkes sind Gegenstand der Unteransprüche 5 bis 10.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. ι ο

Fi,g. 1 stellt schematisch die Anordnung des zu brennenden Guts auf einem Tunnelofen-Karren mit Hilfe der erfindungsgemlßen Werkstücke dar.

F i g. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Röhrenprofils mit rechteckigem Querschnitt, das zur Herstellung der Brennhilfsmittel dient

F i g. 3 ist eine Seitenansicht eines Teils einer Platte, die aus miteinander verbundenen Röhrenprofilen nach F ig. 2 hergestellt ist.

Fig.4 ist eine Seitenansicht eines Teils einer Platte, die aus der Länge nach gespaltenen Röhrenprofilen mit ovalem Querschnitt hergestellt ist.

Fig.5 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Platte als Brennhilfsmittel, bei der erfindungsgemäße hitzebeständige Werkstücke als Stützvorrichtung verwendet sind.

Fig.6 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Platte, die erfindungsgemäße hitzebeständige Werkstücke als stützende und festigende Verstärkung enthält

Der in F i g. 1 dargestellte Tunnelofen-Karren 10 befördert eine zu brennende Ladung 11 beispielsweise in Form von Porzellantafelgeschirr in sieben übereinander stehenden Schichten, wobei jede Schicht eine stützende hitzebeständige Platte 12 der beschriebenen Zusammensetzung aufweist Die Platten 12 werden in gewünschten Abständen, die geringfügig größer sind als die einzelnen Porzellangegenstände, mit Hilfe von sog. Elefantenfüßen 13 gehalten, die vorzugsweise auch als erfindungsgemäß hitzebeständige Werkstücke ausgebildet sind.

Das in Fig.2 dargestellte Werkstück in Form eines Röhrenprofils 14 kann eine Breite in der Größenordnung von beispielsweise 100 mm und eine Höhe in der Größenordnung von beispielsweisr 20 mm haben. Die Wandstärke kann in der Größenordnung von 1 bis 5 mm liegen, wobei sie bei dem gezeigten Fall vorzugsweise 2 mm beträgt Die Länge der Röhrenproffle mit rechteckförmigem Querschnitt kann ungefähr 0,5 m betragen; sie können aber gewünschtenfalls auch länger sein.

Die Fig.3 zeigt eine der Platte 12 in Fig. 1 entsprechende Platte 15, die aus einer Mehrzahl von Röhrenprofilen der in F i g. 2 gezeigten Art hergestellt werden kann, die Seite an Seite angeordnet sind und auf geeignete Weise zusammengekittet sind, wie beispielsweise mittels eines sehr hitzebeständigen Klebemittels. Die Bindung kann dadurch verbessert werden, daß die Schmalseiten der Röhrenprofile mit Verschränkungsvorrichtungen wie Zungen bzw. Federn und Vertiefungen versehen sind. Ferner ist es möglich, die Schmalseiten der Röhrenprofile mit Nuten zu versehen, in die beim Verbinden der Profile Verschränkungszungen oder -federn eingesetzt sind.

Für bestimmte Arwendungszweck? kann es vorteilhaft sein, die rechteckigen Röhrenprofile der Länge nach in einer Ebene aufzuteilen, die in der Mitte zwischen den zwei Breitseiten liegt. Wenn die Röhrenprofile 14 bei einem geeigneten Herstellungsschritt aui diese Weise aufgeteilt werden und entlang ihrer kürzeren Seiten miteinander verbunden werden, erhält man eine Platte, deren obere Fläche im wesentlichen flach ist und deren untere Fläche eine Mehrzahl von Versteifungsflanschen besitzt, deren Höhe der halben Profildicke und deren Breite ungefähr der doppelten Wandstärke des Röhrenprofils entspricht

Selbstverständlich besteht kein Hinderungsgrund, die Röhrenwandstärken an den breiteren bzw. schmäleren Seiten eines Röhrenprofils verschieden zu machen. Ferner ist es auch möglich, die Röhrenprofile bei der Herstellung mit inneren Versteifungsstegen 14A zu versehen, wie es durch die angedeuteten Linien in F i g. 2 dargestellt ist Derartige Stege 14Λ können sich über die ganze Strecke der breiteren oberen und unteren Wandungen des Röhrenprofils erstrecken, sie können aber auch an nur einem kleineren Teil des freien Querschnitts der Röhre ausgebildet c-iiin.

Die Fig.4 zeigt eine aus Profilen 17 zusammengesetzte Platte 16, von denen jedes die Hälfte eines Röhrenprofils mit ovalem Querschnitt ist das der Länge nach in der Ebene der Hauptachse des Ovals geteilt wurde. Wegen der ovalen Querschnittsform erzielt man für das Gut wie beispielsweise Porzellanhaushaltsgegenstände an der oberen Seite der Platte eine wünschenswerte Berührungsfläche,, die zu der ausgeprägten Linienberührung im Gegensatz steht die bei kreisförmigem Querschnitt des Röhrenprofils erzielt werden würde.

Es ist offensichtlich, daß die Platte 16 nach Fig.4 ebenso aus vollständigen Röhrenprofilen hergestellt werden kann, die nicht der Länge nach geteilt sind, und ferner, daß die hinsichtlich der Platte nach Fig.3 ausgeführten Betrachtungen auf gleiche Weise auf die Platte nach F i g. 4 anwendbar sind.

Die F i g. 4 zeigt auch in angedeuteten Linien ein quer zu den Profilen 17 laufendes Profil 18 zur Erhöhung der Festigkeit der Platte. Selbstverständlich kann jede gewünschte Anzahl solcher Profile 18 unter gegenseitig geeignetem Abstand angeordnet verwendet werden.

Ferner ist es auch möglich, eine Platte aus einer Kombination unterschiedlicher Profile herzustellen, die beispielsweise aus einer oberen Schicht der Länge nach geteilter oder gespaltener Röhrenprofile der in F i g. 1 gezeigten Art und einer verstärkenden oder versteifenden unteren Schicht aus Röhrenprofilen mit beispielsweise kreisförmigem Querschnitt besteht, die entlang den oberen Profilen auf geeignete Weise unter gegenseitigem Abstand angeordnet sind.

Die F i g. 5 stellt Profile 19 dar, die als Stützgerüst für e«ne Platte 20 aus einem zweiten hitzebeständigen Material angeordnet sind, das geringere Biegefestigkeit und Hitzebeständigkeitswerte als die des Materials der Profile 19 aufweist. Die Profile 19 sind mit einem kleinen gegenseitigen Abstand dargestellt, sie können jedoch auch Seite an Seite angeordnet sein.

Die F i g. 6 zeigt Profile 21, die ein Verstärkungsgerippe einer Platte 22 aus hitzebeständigem Material bilden.

Die Erfindung wurde vorstehend in Hins'chi auf die Verwendung der hitzebeständigen Werkstücke als Brennhilfsmittel erläutert. Es ist jedoch offensichtlich, daß die Werkstücke auch auf vielen anderen Gebieten verwendbar sind, wie beispielsweise als Verkleidungen für Walzen, bei der Herstellung von Auspufftöpfen und im allgemeinen dort, wo für ein sehr hitzebeständiges Material hohe Lebensdauer bei sehr hohen Temperatu-

ren, hohe Wärmeschockwiderstandsfähigkeit, enge Toleranzen, keine Reaktion mit dem Produkt, vernachlässigbare Wiedererwärmungsschrumpfung und hohe Oxydationsbeständigkeit die wesentlichen Erfordernisse sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: -

1. Hitzebeständiges Werkstück, das insbesondere als Brennhilfsmittel geeignet ist und aus einem durch Sintern rekristallisierten Grundgerüst aus Siliciumcarbid besteht, dessen Teilchen durch die Rekristallisation unter Porenbildung miteinander verbunden sind, wobei die Poren durch einen hitzebeständigen Werkstoff ausgefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück eine Porosität kleiner als 5% hat und daß der hitzebeständige Werkstoff 10 Gew.-% bis 60 Gew.-% Silicium und als Rest Molybdändisilicid enthält

2. Hitzebeständiges Werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hitzebeständige Werkstoff zusätzlich Aluminium enthält

3. Hitzebeständiges Werkstück nach Anspruch 1 oder Z dadurch gekennzeichnet, daß es eine Porosfuis kleiner als 2% hat und daß seine Biegefestigkeit bei Raumtemperatur mindestens 49 MNm-², vorzugsweise mehr als 98 MNm-² beträgt

4. Hitzebeständiges Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das rekristallisierte Siliciumcaiiiid-Grundgerüst vor dem Ausfüllen der Poren eine Porosität bis 35%, vorzugsweise von 20% aufweist

5. Ausbildungsform des hitzebeständigen Werkstücks nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß es als hohles Profil (14) und vorzugsweise als langgestrecktes hohles Profil gestaltet ist

6. Ausbildungsform nach eiern der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß es als langgestrecktes Hohlprofil (14) gestaltet ist, das der Länge nach durch Versteifungsstege (i4A) in zwei oder mehr Teiiprofile aufgeteilt ist.

7. Ausbildungsform nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Hohlprofils (14) in der Größenordnung von 1 mm bis 10 mm liegt

8. Ausbildungsform nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die langgestreckten Hohlprofile (14) und/oder die abgeteilten Hohlprofilteile (14 und 14A) miteinander zur Bildung einer Platte (15) oder einer plattenartigen Stützstruktur verbunden sind.

9. Ausbildungsform nach einem der Ansprüche ibis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es als Stützgerüst (19) für ein zweites hitzebeständiges Werkstück (20) verwendbar ist, das vom Stützgerüst (19)· sich unterscheidende Biegefestigkeits- und Wärmewiderstandsfähigkeitswerte aufweist.

10. Ausbildungsform nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es in Form langgestreckter Profile oder Profilteile (21) in einem zweiten plattenförmigen hitzebeständigen Werkstück (22) als inneres Verstärkungsgerippe verwendbar ist.