DE2827285A1 - Selbstbindende feuerfeste zusammensetzung - Google Patents
Selbstbindende feuerfeste zusammensetzungInfo
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Description
2327285
DIPL.-ING. HANS W. GROENING
PATENTANWALT
3 -
In der Vergangenheit wurden schon viele feuerfeste Zusammensetzungen
hergestellt, die für Ofenauskleidungen brauchbar waren. Darunter befinden sich trockene Mischungen, die verschiedene Bindemittel wie Borsäure, verschiedene
Phosphate,Silikate und dergl. enthalten. Üblicherweise
binden diese Mittel das feuerfeste Material während der anfänglichen Erhitzung. Andere Bindemittel beinhalten
Verbindungen, die während des Erhitzens Spinelle bilden. Wieder weitere feuerfeste Gemische benötigen außergewöhnlich
hohe Anfangstemperaturen, um ausreichende Biridekräfte
zu entwickeln.
Die Qualität trocken eingerüttelter oder gestopfter Ofenauskleidungen
für verschiedene öfen, z.B. kernlose Induktionsöfen ,hängt von der maximal möglichen Dichte ab, die
ihnen während des Stopfens oder Einrütteins verliehen wird, damit derartige Auskleidungen dem Eindringen von
geschmolzenem Metall oder Metalldämpfen widerstehen können. Da bei derartigen Auskleidungen stets ein leich-
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ORIGINAL INSPECTED
~ Λ —
ter Grad permanenter Expansion wünschenswert irgendwelche Sprünge, die sich entwickelt haben könnten,
zu schließen, kann die Dichte des Materials nicht durch Schrumpfung erzielt werden, wie es z.B. bei vorgefeuerten
Ziegelsteinen und dergl. der Fall ist.
Um bei einer trockengestopften oder eingerüttelten Auskleidung eine maximale Dichte zu erzielen, muß die Korngrößenverteilung
sehr sorgfältig geregelt und die intergranuläre Reibung auf ein Minimum reduziert werden. Durch
die Verwendung der üblichen chemischen Bindemittel, wie Borsäure und Phosphatpulver wird die Reibung erhöht,und
zwar aufgrund niedriger Dichte (d.h. "Flockigkeit"},aufgrund der Teilchenform oder vielleicht aufgrund anhaften-=
der Feuchtigkeit, die eine dichte Teilchenpackung ernsthaft behindern. Abgesehen davon können es jedoch auch
noch andere Eigenschaften dieser Zusatzstoffe sein, die die Packungsdichte" herabsetzen. Es ist jedenfalls bekannt,
daß sie unerwünscht sind und, wenn eine maximale Dichte erreicht werden soll, am besten weggelassen werden.
Die Entwicklung von SpineHeiiergibt eine gute Bindung
und kann zu ziemlich hohen Packungsdichten führen, wenn die geeigneten Zusatzstoffe verwendet werden, jedoch
muß das Wachstum dieser Spinelle sorgfältig geregelt werden, damit eine exzessive Expansion der Auskleidung
und eine darauf folgende Beschädigung des Ofens vermieden wird, denn einige Spinellbindungen neigen dazu, ihre
Expansion über außerordentlich lange Zeiträume fortzusetzen.
Vorzugsweise sollte eine trockene Auskleidung eines Induktionsofens eine haltbare erosions- und korrosionsbeständige
"Schale" auf der heißen Oberfläche ausbilden, die während der ersten Erhitzungen eine leichte permanente
Expansion zeigt und bei nachfolgenden Erhitzungen während früheren Kühlperioden aufgetretene Sprünge
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schließt.
Es sollte außerdem zwischen dieser inneren "Schale" und den Ofenspulen eine gewisse Dicke eines trockenen ungebundenen
feuerfesten Materials verbleiben. Dies verhindert
ein "Auslaufen" des geschmolzenen Metalls/ das bei einem Auftreten von Sprüngen in der Schale die Induktionsspulen
beschädigen könnte.
Es ist deshalb das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
selbstbindende feuerfeste Zusammensetzung zu schaffen, die eine dichte starke Bindung ergibt.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch eine selbstbindende feuerfeste Zusammensetzung erreicht, die aus 55
bis 97 Gew.-% geschmolzenem oder blättrigem Aluminiumoxidkorn, 4 bis 18 Gew.-% geschmolzenem oder blättrigem
Aluminiumoxidfeinkies, 0 bis 10 Gew.-% gebranntem Aluminiumoxid
und 3 bis 17 Gew.-% Chromtrioxid besteht.
Obgleich es bekannt ist, Chromtrioxid zur Herstellung von Ziegeln und anderen gefeuerten Körpern in Kombination
mit Materialien mit einem hohen Gehalt an Aluminiumoxid zu verwenden und obgleich es außerdem bekannt ist, es
in vorgemischten nassen Produkten wie in Zementen und
dergl. einzusetzen, ist es doch bisher nicht bekannt, eine selbstbindende trockene Mischung von Aluminiumoxid
und Chromtrioxid ohne die Zufügung eines Bindemittels als trocken gestopfte oder eingerüttelte Auskleidung
für öfen zu verwenden.
Das erfindungsgemäße Gemisch bildet jedoch, wenn es in trockenem Zustand gestopft oder eingerüttelt wird, eine
dichte und starke Bindung während des anfänglichen Erhitzens.
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2S27285 — s —
Es wird angenommen/ daß sich eine Bindung auf der Basis
einer festen Lösung bei ungefähr 13000C zu bilden beginnt
und sich dann solange weiterentwickelt wie noch freies unreagiertes Chromtrioxid oder Aluminiumoxid vorhanden
ist. Es wurde festgestellt, daß das Verhältnis Al^O, :
Cr3O3 variieren kann, was die Möglichkeit bietet, das
Produkt den Bedürfnissen anzupassen.
Die Teilchengrößenverteilung der Bestandteile des trockenen feuerfesten Gemisches spielt bei der Herstellung einer Ofenauskleidung mit einer hohen Dichte eine
wesentliche Rolle.
Es wurde festgestellt, daß es von Vorteil ist,
wenn das verwendete Aluminiumoxidkorn eine Teilchengröße zwischen 6,68 und 0,044 mm ("-3 + 325 mesh (Tyler
screen)") besitzt. Der Aluminiumoxidfeinkies und das Chromtrioxid sollten eine Korngröße unter 0,044 mm
("- 325 mesh") haben.
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Das Aluminiumoxidkorn kann entweder geschmolzen oder blättrig sein, während der Aluminiumoxidfeinkies geschmolzen,
blättrig oder gebrannt sein kann. Es ist jedoch nicht nötig, daß das Chromtrioxid eine Farbstoffgütereinheit
von mindestens 97 % oder darüber hat. Vorzugsweise wird ein feuerfestes Chromtrioxid verwendet, das
eine Reinheit von ungefähr 95 % besitzt.
Bei einer besonders zufriedenstellenden. Charge, mit der bei der gebrannten Ofenauskleidung eine hohe Dichte
erreicht werden konnte t wurden folgende Teilchengrößen
bei den Gemischbestandteilen verwendet:
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_ "7 —
Aluminiumoxidkorn (geschmolzen oder blättrig)
6,68 bis 0,99 mm 30 bis 50 % der Charge
0,99 bis 0,41 mm 18 bis 30 % der Charge
0,41 bis 0,044mm 15 bis 30 % der Charge
geschmolzen oder blättrig 0,044 mm 4 bis 18 % der Charge
gebrannt 0,044 itm 0 bis 10 % der Charge
0,044 mm 3 bis 17 % der Charge
Die Erfindung sei im folgenden anhand einiger Beispiele noch näher erläutert.
In diesem Beispiel wurden folgende Bestandteile in trockenem Zustand gründlich vermischt:
geschmolzenes Aluminiumoxidkorn 6,68 bis 0,99 mm 43 %")
0,99 bis 0,41 mm 25 % V 86 %
.0,41 bis 0,044 mm 18 %J)
geschmolzener Aluminiumoxidfeinkies
unter 0,044 mm 5 %
feuerfestes Chromtrioxid
unter 0,044 mm 9 %
In trocken-kompaktem Zustand betrug die Dichte 2947,3 kg/m3 und die Porosität 24 %.
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ORIGINAL INSPECTED
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Das Geraisch wurde dann in einen kernlosen Stahlschmelzofen
eingestampft und bildete eine 8,89 cm dicke Ofenauskleidung .
Nach siebzig Erhitzungen wurde die Auskleidung untersucht. Es wurde festgestellt, daß von der ursprünglichen
Dicke von 8,89 cm der Auskleidung nur etwa 1,27 cm verloren
waren, was darauf hindeutete, daß die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Zusammensetzung etwa dem Dreifachen
der bekannter Auskleidungen entsprechen würde, wenn man die Auskleidung solange in Betrieb gelassen hätte, bis
die normale Dicke erreicht worden wäre, bei der üblicherweise
ein Ersatz der Auskleidung erfolgt.
Von den verbleibenden 7,62 cm waren 2,54 cm voll abgebunden, 1,27 cm halb hart und mindestens 3,81 cm loses
Schutzkorn in der Nähe der Spulen. Es wurde nur ein unwesentliches
Eindringen von Metall in die abgebundene Schicht beobachtet. Es zeigte sich somit, daß diese Auskleidung,
was Lebensdauer und Schutz der Ofenspulen betraf, deutlich den bekannten überlegen war.
Im Vergleich zu einer bekannten Aluminiumoxidtrockenauskleidung
mit einem glasartigen Bindemittel, die zum Abbinden einer Temperatur von 12050C unterworfen werden
mußte, zeigte die erfindungsgemäße Auskleidung sogar schon nach siebzig Erhitzungen eine Steigerung der Lebensdauer
um 40 %, denn ein Kunde hatte mit dieser bekannten Auskleidung überhaupt nur fünfzig Erhitzungen erreicht.
ORIGINAL INSPECTED
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— g _
Bei diesen Beispielen wurden die Verfahren des Beispiels 1 wiederholt, jedoch die Mengen der Gemischbestandteile
geändert. Die einzelnen Arbeitsschritte und die gewonnenen Resultate sind in der nachfolgenden Tabelle zusammen mit
denen des Beispiels 1 aufgeführt.
Die Gemische dieser beiden Beispiele liefern als Ofenauskleidungen
ähnliche Lebensdauern wie die in Beispiel 1«
Es wurde festgestellt/ daß feuerfestes Chromtrioxid für die Zwecke der vorliegenden Erfindung einem Chromtrioxid
mit Farbstoffgute überlegen ist.
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Feuerfestes Chromtrioxid enthält üblicherweise ungefähr 95 % Chromtrioxid, während Farbstoffgute 97 % Chromtrioxid
verlangt.
Eine typische Analyse eines feuerfesten Chromtrioxids bietet folgendes Bild:
Bestandteile %
Cr2O3 95
Al2O3 + Fe2O3 2
Alkalimetalloxide 0,5
CaO 0,5
Sulfate 1
andere 1
Bei diesem Beispiel wurde nicht wie im Beispiel 1 feuerfestes Cr3O3, sondern Farbstoff-Cr203 verwendet. Es ergab
sich hier eine trockene packungsdichte von 2867,2 kg/m3
anstelle der 2947,3 kg/m3 der Zusammensetzung des Beispiels
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2S27285
- /10 -
Es ist offensichtlich, daß die größere Dichte der Masse des Beispiels 1 auf die Teilchenform des feuerfesten
Cr3O3 im Vergleich zu der des Farbstoff-Cr3O3 zurückzuführen
ist.
Aus der obigen Beschreibung, insbesondere in Verbindung mit den Beispielen,geht eindeutig hervor, daß gemäß der
Erfindung trocken gestopfte oder eingerüttelte Ofenauskleidungen aus feuerfesten Gemischen herstellbar sind,
die während des anfänglichen Erhitzens selbst abbinden.
Diese Ofenauskleidungen besitzen eine starke Bindung mit einer hohen Dichte und einer niedrigen Porosität und besitzen
eine überlegene Lebensdauer. Da diese feuerfeste Mischung selbstbindend ist, braucht kein Bindemittel
zugesetzt zu werden.
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_ -j ι _
Bestandteile Baispiel-Nr.
geschmolzenes JÜuminiumoxid
6,68 bis 0,99 mm 0,99 bis 0,41 mm 0,41 bis 0,044 mm
geschmolzener Aluminiurnoxid-
feinkies
unter 0,044 mm
feuerfestes Cr3O3
unter 0,044 mm
unter 0,044 mm
gebranntes Aluminiumojg.d
unter 0,044 mm trockene Packungsdichte (kg/m?) Porosität 43)
25)86
18)
2 82
3 82
4 86
) - 9 6 2947,3 2883,2 2867,2 2867,2
> 24 25 26
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Claims (4)
1. Selbstbindende feuerfeste Zusammensetzung aus
55 bis 93 Gew.-% geschmolzenem oder blättrigem Aluminiumoxidkorn, 4 bis 18 Gew„-% geschmolzenem oder blättrigem
Aluminiumoxidfeinkies, 0 bis 10 Gew.-% gebranntem Aluminiumoxid
und 3 bis 17 Gew.-% Chromtrioxid.
2. Selbstbindende feuerfeste Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Aluminiumoxidkorn eine Teilchengröße zwischen 6,68 mm und 0,044 mm hat.
3. Selbstbindende feuerfeste Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß
der Aluminiumoxidfeinkies und das Chromtrioxid eine
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ORIGINAL INSPECTED
- 2 Korngröße unter 0/044 mm haben.
4. Selbstbindende feuerfeste Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
5 feuerfestes Chromtrioxid verwendet wird.
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