DE2603342B2 - Steinplatte für einen Verschlußschieber eines Gefäßes zur Aufnahme einer Metallschmelze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steinplatte für einen Verschlußschieber eines Gefäßes zur Aufnahme einer Metallschmelze, die durch Formen und Brennen einer Masse hergestellt ist, die einen sauren oder neutralen feuerfesten Stoff als Grundmaterial und Ton, Teer oder Pech, ein Gemisch aus Teer und Pech, Ammoniumalginat oder Phenolharz als Bindemittel enthält.

Die bei einem derartigen Verschlußschieber verwendeten Steinplatten müssen eine hohe Korrosionsbeständigkeit, Wärmeschockbeständigkeit, Verschleiß- und Abriebfestigkeit, Schmierfähigkeit und insbesondere die Fähigkeit besitzen, das Anhaften von Metallschmelze und Schlacke etc. zu verhindern.

Bisher war es üblich, derartige Steinplatten aus Ziegeln oder Steinen mit hohem Aluminiumoxydgehalt, Zirkon- oder Siliziumnitridstein und dergleichen herzustellen und mit Pech, Teer, organischem Harz oder dergleichen zu imprägnieren. Dabei konnten relativ gute Ergebnisse in bezug auf die gewünschten Eigenschaften der Steinplatten erzielt werden, z. B. bezüglich der für die Verschiebung der Steinplatte während des Abstichs erforderlichen Schmierfähigkeit, Korrosionsfestigkeit, Verschleiß- und Abriebbeständigkeit und der Fähigkeit, das Anhaften von Metallschmelze, Schlacke usw. an der Steinplatte zu verhindern.

Gewöhnlich werden die Steinplatten von Verschlußschiebern sehr häufig betätigt. Der an die Öffnung angrenzende Teil der Steinplatte wird infolge des Kontakts mit der aus dem Gefäß ausströmenden Metallschmelze auf hohe Temperaturen erhitzt, während der restliche Teil nur durch Wärmeleitung oder -übertragung erwärmt wird. Die Temperaturverteilung innerhalb einer Steinplatte ist also großen Unterschieden unterworfen. Beim Abguß steigt beispielsweise die Temperatur des mit der Metallschmelze in Berührung kommenden Abschnitts der Steinplatte auf etwa 1600° C Celsius an, während die Temperatur des von dem die öffnung umgebenden Teil am weitesten entfernten Abschnitts nur auf etwa 60° Celsius ansteigt Man hat festgestellt, daß bei den herkömmlichen Steinplatten bei wiederholter Benutzung flüchtige Stoffe und Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltige Substanzen aus dem Imprägnierungsmittel entweichen und sich ungleichmäßig an der Oberfläche der Steinplatte ablagern, wodurch die Schmier- oder Gleitfähigkeit des Steins verschlechtert und sein Widerstand gegenüber einer Verschiebung erhöht wird. Dem könnte natürlich dadurch abgeholfen werden, daß man die Antriebskraft für das Verschieben der verschiebbaren Steinplatte erhöht Man hat jedoch weiterhin festgestellt, daß bei den bekannten Steinplatten beim Verschieben der Schieberplatte Metallschmelze zwischen die Berührungsflächen der aneinandergleitenden Steinplatten hineingezogen wird, wodurch die Gefahr einer Leckage der Metallschmelze entsteht

Schließlich bilden die aus dem Imprägnierungsmittel entweichenden Substanzen eine Quelle für Umweltverschmutzung, so daß diesbezüglich ein echter Bedarf für wirksame Gegenmaßnahmen besteht Der vorliegenden Erfindung liegt in Kenntnis der Nachteile der bekannten Steinplatten die Aufgabe zugrunde, eine Steinplatte der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sie sich durch hohe Korrosionsbeständigkeit, Wärmeschockbeständigkeit, Verschleiß- und Abriebfestigkeit, Schmierfähigkeit und insbesondere Fähigkeit das Anhaften von Metallschmelze, Schlacke etc. zu verhindern, und damit durch hohe Lebensdauer und leichte Gängigkeit im eingebauten Zustand auch nach längerer Betriebsdauer auszeichnet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß die Formmasse für die Steinplatte 2 bis 20% Graphit enthält, und in reduzierender Umgebung gebrannt ist.

Es hat sich gezeigt, daß sich durch diese Maßnahmen die oben gestellte Aufgabe in optimaler Weise lösen läßt

Wenn in Weiterbildung der vorliegenden Erfindung die Masse für die Steinplatte mit Teer, Pech oder einem Gemisch davon imprägniert wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die imprägnierte Masse nach dem Formen und Brennen nochmals in reduzierender Umgebung gebrannt wird. Dadurch werden die im Imprägnierungsmittel enthaltenen flüchtigen Stoffe vollständig ausgetrieben und die Poren des Steins mit Kohlenstoff gefüllt. Die Betriebslebensdauer der Steinplatte läßt sich durch diese Maßnahmen weiter erhöhen. · Vorzugsweise enthält die Masse 3 bis 10% Graphit. Zur Verbesserung der Sinterfähigkeit und Festigkeit der Steinplatte wird der Formmasse für die Steinplatte vorzugsweise zusätzlich 1 bis 10% Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, ein Gemisch aus Siliziumkarbid und -nitrid, metallisches Silizium oder Ferrosilizium als Sintermittel zugesetzt.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, die eine graphische Darstellung zum Vergleich des Leistungsverhaltens von Steinplatten für Verschlußschieber, die gemäß vorliegender Erfindung hergestellt sind, mit bisher verwendeten Steinplatten dieser Art zeigt.

Bei der Herstellung des Steins für den angegebenen Zweck können verschiedene Werkstoffe, z. B. gebrannter Ton oder Materialien mit hohem Silizium-, Aluminium(oxid)- oder Zirkongehalt als saurer oder

neutraler feuerfester Stoff für das Grundmaterial des Steins verwendet werden. Der Mengenanteil an zugesetztem Graphit bestimmt sich dabei im Hinblick auf die Festigkeit und Formbarkeit des Steins. Obgleich Graphit in Form von Graphiterde oder künstlichem Graphit verwendet werden kann, wird im Hinblick auf die Gleitfähigkeit bevorzugt Flocken bzw. Schuppengraphit in feiner Pulverform verwendet

Als Bindemittel werden 2-30% Ton oder 3—30% Teer oder Pech oder ein Gemisch von Teer und Pech verwendet Andere organische Bindemittel, wie Ammoniumalginat oder Phenolharz, können ebenfalls eingesetzt werden.

Die so erhaltene Masse kann zusätzlich 1 — 10% Siliziumkarbid oder -nitrid oder ein Gemisch davon, metallisches Silizium oder Ferrosilizium enthalten, um verbesserte Sinterbarkeit und Festigkeit zu gewährleisten.

Genauer gesagt: Die besten Ergebnisse bezüglich Festigkeit und Wärmeschockbeständigkeu des Steins können dann erziel* werden, wenn Binderton in einer Menge von 10—30%, falls das Grundmaterial gebrannter Ton oder ein Material mit hohem Siliziumgehalt ist, oder in einer Menge von 2—10% zugesetzt wird, falls das Grundmaterial ein neutraler feuerfester Stoff, z. B. ein solcher mit hohem Aluminium(oxid)gehalt ist Wenn dagegen Teer oder Pech als Bindemittel verwendet wird, ist es — obgleich der Graphitgehalt berücksichtigt werden muß - vorteilhaft, die 10—20% Teer oder Pech enthaltende Masse unter Erwärmung zu kneten und jo dann ihre Temperatur vor dem Formvorgang auf den richtigen Wert zu senken, um die Viskosität bis zum optimalen Wert zu erhöhen. In diesem Fall kann die Masse bliebig viel zusätzlichen Binderton enthalten.

Wenn der Masse zusätzlich Siliziumkarbid oder einer der vorgenannten Stoffe zur Verbesserung ihrer Sinterfähigkeit und Festigkeit zugegeben wird, liefert die Zugabe von 2—8% an fein gemahlenem Sintermittel die besten Ergebnisse im Hinblick auf die Verhinderung von Oxydation des Kohlenstoffs und der Gewährleistung verbesserter Festigkeit

Nachdem die so zubereitete Masse geformt worden ist wird sie in ein Reduziergefäß, etwa einen Graphittiegel, eingebracht, das dann mit kohlenstoffhaltigen Teilchen gefüllt wird, um eine Lufteinwirkung auf die geformte Masse auszuschließen, worauf die geformte Masse einem reduzierenden Brennen in einem Darr- oder Schachtofen unterworfen wird. Die auf diese Weise hergestellte Steinplatte besitzt einen verringerten und stabilen, d. h. gleichbleibenden Widerstand gegenüber einer Verschiebung sowie verbesserte Korrosionsfestigkeit Wärmeschockbeständigkeit mechanische Festigkeit und Dauerhaftigkeit bzw. Betriebslebensdauer.

Indem die gebrannte Masse mit Pech oder Teer oder einem Gemisch davon imprägniert und dann wiederum einem ähnlichen reduzierenden Brennen unterworfen wird, ist es außerdem möglich, die in der Imprägnierung enthaltenen flüchtigen Stoffe vollständig auszutreiben, die Poren im Stein mit Kohlenstoff zu füllen und die Dauerhaftigkeit des Steins weiter zu verbessern.

In den folgenden Beispielen ist die Herstellung der erfindungsgemäßen Steinplatte näher erläutert.

!.Zusammensetzungder Rohstoffe

Die folgende Tabelle gibt die Bestandteile und dgl. der erfindungsgemäß hergestellten Steine an.

	Grundmaterial	Bestandteile	Teilchengröße	Mengen
				ame i!
			(mm)	<%;
Beispiel 1	Material mit hohem	gesintertes Aluminiumoxid	0,5-3	50
	Aluminium(oxid)gehalt	gesintertes Aluminiumoxid	<0,5	37
		Schuppengraphit	<0,l	3
		Binderton	<0,l	10
Beispiel 2	Material mit hohem	gesintertes Aluminiumoxid	0,5-3	50
	Aluminium(oxid)gehalt	gesintertes Aluminiumoxid	<0,5	30
		Schuppengraphit	<0,l	10
		Teer		5
		Siliziumkarbid	<0,l	5
Beispiel 3	gebrannter Ton	Kalzinierter Hartton	0,5-3	40
		Kalzinierter Hartton	<0,5	25
		Schuppengraphit	<0,l	10
		Binderton	<0,2	20
		Siliziumkarbid	<0,l	5

30% Anthracenöl bestand. Der Formdruck betrug in Beispielen 1 und 3 jeweils 500 kg/cm² und in Beispiel 2 1200 kg/crtf.

In Beispiel 1 und 3 wurde eine Tonbindung angewandt, während in Beispiel 2 eine Teerbindung angewandt wurde, wobei der Teer aus 70% Pech und

2. Brennen

Jede der auf beschriebene Weise hergestellten 65 durch einen Tunnelofen (Höchsttemperatur 1520°C) Massen wurde in einen Graphittiegel eingebracht und geschickt wurde. Die auf diese Weise hergestellten unter Luftausschluß mittels feiner Koksteilchen einem Steine besaßen ausgezeichnete Eigenschaften für die reduzierenden Brennen unterworfen, indem der Tiegel Verwendung als Steinplatten für Verschlußschieber.

3. Imprägnieren und reduzierendes Brennen

Nach dem beschriebenen reduzierenden Brennen wurde einige Steine weiterhin mit Teer (Zusammensetzung: 70% Pech und 30% Anthracenöl) imprägniert und sodann zusätzlich einem ähnlichen reduzierenden Brennen unterworfen. In den Beispielen wurden das Imprägnieren und das reduzierende Nachbrennen jeweils zweimal durchgeführt.

4. Eigenschaften des Steins

Die folgende Tabelle gibt die Eigenschaften des auf beschriebene Weise hergestellten Steins an.

Physikalische	Beispiel 1	B	Beispiel 2	B	Beispiel 3	B
Eigenschaften	A	2,75	Λ	2,79	A	2,40
Spezifische	2,56		2,68		2,19
Schüttdichte		7,6		8,4		9,4
Porosität (%)	14,6	850	11,2	940	19,0	750
Druckfestigkeit	650		800		400
(kg/cm2)		keine		keine		1590 C
Erweichungspunkt T2	keine	Erweichung	keine	Erweichung	153OX
unter Last	Erweichung	bei 1750 C	Erweichung	bei 175OnC
(bei 2 kg/cm2)	bei 1750°C	bei 1750rC

In obiger Tabelle sind mit A die Steine bezeichnet, die nicht imprägniert und zusätzlich reduzierend gebrannt wurden, während mit B die Steine bezeichnet sind, welche der Imprägnierung und dem zusätzlichen reduzierenden Brennen unterworfen wurden. Der Erweichungspunkt T2 entspricht dem Erweichungspunkt unter Last gemäß dem Prüfverfahren nach der japanischen Industrienorm (Japanese Industrial Standard) R 2209; dieser Wert gibt die Temperatur zu dem Zeitpunkt an, an welchem die Höhe des Prüflings unter Druck um 2% seiner anfänglichen Höhe abnimmt, wenn er weiter erhitzt wird, nachdem die Erwärmungstemperatur einen Erweichungs-Anfangspunkt (T\) erreicht hat.

Die mit den oben beschriebenen, verschiedenartigen Steinen für Verschlußschieber erzielten praktischen Ergebnisse bieten im Vergleich zu den bisher verwendeten, mit Teer oder Pech imprägnierten Steinen die folgenden Vorteile: 1. Eine Verunreinigung durch die Imprägnierung wird verhindert. 2. Ein erhöhter Widerstand gegenüber einer Verschiebung aufgrund des Entweichens oder Aussickerns des Imprägniermittels wird ausgeschaltet 3. Die Betriebslebensdauer der Steine erhöht sich um über 20%.

In der Zeichnung, die einen Vergleich zwischen dem Leistungsverhalten von erfindungsgemäß hergestellten Steinplatten für Schiebeverschlüsse und entsprechende Steinplatten nach dem Stand der Technik zeigt, gibt die Ordinate den Widerstand gegenüber einer Verschiebung an, während auf der Abszisse die Zahl der Benutzungen bzw. Betätigungen der Steinplatten aufgetragen ist Dabei zeigt die Zahl 0, daß die ss Steinplatten noch unbenutzt sind, während die Zahlen 1 usw. die Zahl der Benutzungen der Steinplatten (d. h. das erste Mal, das zweite Mal usw.) angeben und die Buchstaben a, b und c den Beginn der Benutzung oder Betätigung, die Einstellung der Durchsatzmenge während des Austrage oder Abstichs bzw. das Ende des Abstichs angeben. Kurve \A veranschaulicht die Änderung des Gleitwiderstands des Steins gemäß Beispiel 1A nach der Erfindung, während die Kurven 1B, 2A und 2B den gleichen Widerstand für die erfindungsgemäßen Steine gemäß Beispiel IB, 2A bzw. 2B angeben.

Die Kurven T und P verdeutlichen andererseits die Änderung des Gleitwiderstands von bisher verwendeten, mit Teer bzw. Pech imprägnierten Steinen. Im Gegensatz zu den bisher verwendeten Steinen, deren Gleitwiderstand mit zunehmender Betätigungszahl beträchtlich ansteigt zeigt der Gleitwiderstand bei den erfindungsgemäßen Steinen praktisch keinen Anstieg, und er ist außerordentlich stabil bzw. gleichbleibend.

Bezüglich der Eigenschaften im Hinblick auf den Gleitwiderstand bestand andererseits kein merklicher Unterschied zwischen den mehr als 10% Graphit enthaltenden Steinen und den Steinen, die 10% Graphit enthalten. Die Zugabe von Graphit in Mengen von mehr als 20% erwies sich jedoch im Hinblick auf die Schwierigkeiten bei der Herstellung der Steine, die Verschlechterung der Festigkeit und die Fertigungskosten als nicht vorteilhaft

Wie aus den vorstehend offenbarten Ausführungsbeispielen der Erfindung ersichtlich ist eigne sich die erfindungsgemäß hergestellten feuerfesten Steine außerordentlich gut für den Bau eines Verschlußschiebers für Metallschmelzengefäße.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Steinplatte für einen Verschlußschieber eines Gefäßes zur Aufnahme einer Metallschmelze, die durch Formen und Brennen einer Masse hergestellt ist, die einen sauren oder neutralen feuerfesten Stoff als Grundmaterial und Ton, Teer oder Pech, ein Gemisch aus Teer und Pech, Ammoniumalginat oder Phenolharz als Bindemittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse

a) 2 bis 20% Graphit enthält und

b) in reduzierender Umgebung gebrannt ist.

2. Steinplatte nach Anspruch 1, wobei die Masse mit Teer, Pech oder einem Gemisch davon imprägniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die imprägnierte Masse nach dem Formen und Brennen nochmals in reduzierender Umgebung gebrannt ist

3. Steinplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse 3 bis 10% Graphit enthält

4. Steinplatte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse zusätzlich 1 bis 10% Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, ein Gemisch aus Siliziumkarbid und -nitrid, metallisches Silizium oder Ferrosilizium als Sintermittel enthält