DE2943926C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein feuerfestes, gegen
Korrosion und Tempeaturwechsel beständiges Material nach
dem Oberbegriff des Anspruchs.
Ein derartiges Material ist aus der DE-OS 27 44 486 bekannt.
Das dort beschriebene Material ist für die Verwendung bei
der Herstellung von Auskleidungen für Schmelzöfen und dergl.
geeignet und erfordert zum Brennen mindestens Temperaturen
von 500°C. Auch wird in der Lehre des Standes der Technik
beschrieben, daß das Metall eine exotherme Reaktion mit
Wasser eingeht, um den Ton mit Wasserdampf schneller zu
härten, wodurch eine verbesserte Festigkeit des Schmelzofens
erreicht werden soll.
Im weiteren Stand der Technik wurden im Hinblick auf
Energieeinsparung und Reduzierung der Produktionskosten
teilweise auch ungebrannte Ziegel aus Auskleidung in
einem begrenzten Bereich der Innenfläche eines Stahlraffinerieofens
eingesetzt. Die unterschiedlichen Probleme,
die die Verwendung derartiger ungebrannter Ziegel mit sich
bringt, sind im Stand der Technik bekannt.
Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
das eingangs genannte feuerfeste Material derart zu
verbessern, daß es wirkungsvoll die Nachteile vermeidet, die
bislang gebrannten und ungebrannten feuerfesten Materialien
innewohnten. Auch soll in energiesparender Weise
gleichzeitig auf eine exotherme Reaktion mit Wasser
verzichtet werden können.
Diese Aufgabe wird durch das Material nach dem Anspruch
gelöst.
Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter
Ausführungsformen näher beschrieben. Die einzige Figur der Anmeldung
ist eine grafische Darstellung, die den Einfluß
eines flittrigen Aluminiumpulveradditivs auf den Bruchmodul
des feuerfesten Materials aufzeigt.
Als Zuschlagsmaterial, das den obenerwähnten Anfordernissen
genügt, wird Aluminium mit dem Schmelzpunkt von 660°
verwendet, da dieses Metall sicher in der Herstellung und in
der Verwendung ist und selbst wenn das Metall oxidiert,
besitzt das Aluminiumoxid noch eine hohe Feuerfestigkeit.
Im Handel sind flittrige Aluminiumpulver erhältlich. Da der
Zweck des Aluminiumpulvers darin besteht, die Partikel-
Bindefunktion in der Matrix des feuerfesten Ziegels zu
erstellen, wenn das zugegebene Aluminium weich wird oder
schmilzt, und in Berührung mit den feuerfesten Bestandteilen
zu kommen, ist das flittrige Aluminiumpulver geeignet,
und zwar aus dem Grunde, da es ein im wesentlichen
kontinuierliches Netzwerk in der feuerfesten Matrix bildet.
Das Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Materialien
entsprechend der vorliegenden Erfindung wird im folgenden
beschrieben.
Zuerst werden feuerfestes Material, Aluminiumpulver und
aushärtbare Phenol-Harzbinder in den erforderlichen Mengen
in einem Mixer vermischt. Dabei ist es wünschenswert, daß
das feuerfeste Material und das Al-Pulver vor der Zugabe
des aushärtbaren Harzbinders vermischt werden, so daß das
Al-Pulver gleichmäßig in dem feuerfesten Material
dispergiert ist. Nach Zugae des aushärtbaren
Phenolharzbinders wird das Gemisch in einer Formpresse
geformt oder gegossen, falls das zu erstellende feuerfeste
Material eine komplizierte Form besitzt. Das geformte oder
gegossene Gemisch wird dann einer Wärmebehandlung bei
Temperaturen über 100°C unterworfen, um dadurch das
feuerfeste Material entsprechend der vorliegenden Erfindung
zu erhalten.
Die Teilchengröße der feuerfesten Ausgangsstoffe wird
geeigneterweise in Abhängigkeit von den speziellen
Anwendungen und Bedingungen des zu gewinnenden feuerfesten
Stoffes ausgewählt.
Das Zuschlagmaterial Aluminium in der Form des flittrigen
Pulvers liegt im Bereich zwischen 5-10 Gewichtsteilen.
Obwohl die Menge des durch Wärme aushärtbaren organischen
Phenolharzbinders in dem erfindungsgemäßen feuerfesten Material
von dem speziellen Schüttgut und der Gewichte des feuerfesten
Materials abhängt, wird der Phenolharzbinder in dem Bereich
zwischen 2 und 15 Gewichtsteilen verwendet. Wenn weniger als
2 Gewichtsteile Binder verwendet werden, kann das feuerfeste
Material nicht als Ziegel ausgebildet werden, und wenn andererseits
der Anteil des Binders 15 Gewichtsteile überschreitet, bringt
das Formen des feuerfesten Materials in einen Ziegel Schwierigkeiten
mit sich, und das erhaltene, erfindungsgemäße feuerfeste
Material besitzt eine Grobkornstruktur aufgrund des höheren
Anteils an flüchtigem Material, was eine unzureichende Säurebeständigkeit
und Festigkeit mit sich bringt.
Die Auswirkung des zugegebenen Metalls auf den Bruchmodul
des erfindungsgemäßen feuerfesten Materials ist in der zugehörigen
Zeichnung dargestellt.
Testproben des erfindungsgemäßen Materials wurden durch ein
Vermischen des feuerfesten Ausgangsmaterials hergestellt,
bestehend aus 40 Gewichtsteilen synthetischem Mullit und
60 Gewichtsteilen gesintertem Aluminiumoxid, 5-7 Gewichtsteilen
Phenolharz und 5-10 Gewichtsteilen eines flittrigen
Aluminiumpulvers. Das erhaltene Gemisch wurde in einer Formpresse
geformt, und das geformte Produkt wurde bei 200°C
24 Stunden wärmebehandelt.
Wie aus der Zeichnung deutlich wird, weist das erhaltene
feuerfeste Material, dem kein Aluminium hinzugegeben wurde,
einen unzureichenden Bruchmodul bei erhöhter Temperatur auf,
wohingegen die feuerfesten Materialien mit Aluminium einen
ansteigenden Bruchmodulwert in der Gegend des Schmelzpunktes
von Aluminium aufweisen, wenn die Temperatur erhöht wird.
Mit anderen Worten wird der Abriebswiderstand des feuerfesten
Materials durch die Zugabe von Aluminium verbessert.
In dem Temperaturbereich zwischen dem Schmelzpunkt von Aluminium
und einem höheren Wert wird das zugefügte Metall weich oder
schmilzt, um die Luftzwischenräume in dem feuerfesten Ziegel
zu verstopfen, wodurch die Oxidation des Ziegels verhindert
wird. Ungebrannte Ziegel nach dem Stand der Technik, die organischen
Binder verwendeten, hatten den Nachteil, daß die
Seite des feuerfesten Ziegels gegen der der Ofencharge zugewandten
Seite in ihrer Festigkeit abnahm aufgrund der Zerstörung
durch Oxidation, da der Bruchmodul sich verschlechterte.
Das erfindungsgemäße feuerfeste Material jedoch vermeidet diesen
Nachteil. Weiterhin ist die Bindungsart des Binders in dem erfindungsgemäßen
feuerfesten Material unterschiedlich zu der
nach dem Stand der Technik in gebranntem feuerfestem Material
und hängt von der Reibung zwischen dem feuerfesten Material
mit hohen Beanspruchungsfestigkeitseigenschaften und dem erweichten
oder geschmolzenen Zugabemetall zusammen, wodurch es
möglich wird, ein feuerfestes Material mit ausgezeichneten
Temperaturwechseleigenschaften zu erhalten.
Wie oben beschrieben wurde, besitzt das erfindungsgemäße feuerfeste
Material wesentlich verbesserte Eigenschaften gegenüber
den ungebrannten feuerfesten Ziegeln nach dem Stand der Technik,
die organische Binder verwendeten, und das erfindungsgemäße
Material übt keinen nachteiligen Einfluß auf die Stahlchargen-
Qualität, die in einem Raffinier-Ofen verarbeitet wird, aus.
Und da das erfindungsgemäße feuerfeste Material ein Brennen
bei verhältnismäßig niedriger Temperatur verlangt, führt die
vorliegende Erfindung zu einer Energieeinsparung. Nachdem das
erfindungsgemäße feuerfeste Material über seine angegebene
Lebensdauer hinaus verwendet wurde, wird das Material in Stücke
gebrochen und zur Ersparung von Rohstoffen durch eine konventionelle
Behandlung als feuerfestes Material wiederverwendet.
In der bisherigen Beschreibung wurde ein erfindungsgemäßes
Material angegeben, bei dem Aluminium als Zugabemetall verwendet
wurde. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf
Stoffe anwendbar, bei denen Aluminium in Kombination mit
einem oder mehreren Metallen mit niedrigen Schmelzpunkten
als Additiv-Metallkomponenten verwendet wird.
Die erfindungsgemäßen feuerfesten Materialien werden in
feuerfesten Auskleidungen von Konvertern, Lichtbogenöfen,
Torpedowagen, Schmelz- oder Raffinier-Öfen, Platten oder
Öffnungen für Gleitdüsen oder Tauchdüsen für kontinuierliches
Gießen verwendet.
Im folgenden werden einige Beispiele der Verwendung angegeben.
Um als Düse des unteren Abschnitts eines Gleitdüsensystems verwendet
zu werden, wurde das feuerfeste Material durch ein
Mischen der feuerfesten Ausgangsstoffe aus synthetischem
Mullit und gesintertem Aluminiumoxid im Mischverhältnis, das
in der folgenden Tabelle angegeben worden ist, mit 7 Gewichtsteilen
flittrigen Aluminiumpulvers und 6 Gewichtsteilen
Phenolharzbinders hergestellt.
Das erhaltene feuerfeste Material weist die gleiche Lebensdauer
und Korrosionsbeständigkeit wie das nach dem Stand der Technik
gebrannte feuerfeste Material auf und zeigt keine Schwierigkeiten
bei Temperaturwechseln.
Zur Verwendung als Deckenziegel in einem 100-Tonnen-Lichtbogenofen
wird ein feuerfestes Material hergestellt, in dem feuerfestes
Ausgangsmaterial, das aus Magnesiumoxid und flittrigem
Graphit besteht, im in der folgenden Tabelle angegebenen Verhältnis
mit 8 Gewichtsteilen Aluminium und 5 Gewichtsteilen Phenolharzbinder
gemischt wird. Zu Vergleichszwecken wurde ein ungebrannter
Ziegel zur Kontrolle, der die gleiche Zusammensetzung wie das
feuerfeste Material nach Beispiel 2 aufweist, erstellt, jedoch
bietet die Kontrolle noch das Problem, daß der Ziegel in
seiner Festigkeit aufgrund der Dekarbonation auf der der Ofenchargenseite
gegenüberliegenden Seite abnimmt.
In dem feuerfesten Material nach Beispiel 2 wurde eine Dekarbonisationsschicht
von etwa 5 mm Stärke auf der der Ofenchargenseite
gegenüberliegenden Seite des Ziegels ausgebildet,
jedoch bildete sich keine brüchige oder spröde Schicht aus.
Zur Verwendung als feuerfeste Auskleidung in einem Torpedowagen
wurde ein feuerfestes Material durch ein Vermischen der feuerfesten
Ausgangsstoffe aus Synthetikmullit, gesintertem Aluminiumoxid,
flittrigem Graphit im in der folgenden Tabelle angegebenen
Mischverhältnis, mit 7 Gewichtsteilen Aluminium und 6 Gewichtsteilen
Phenolharzbinder, erstellt.
Die feuerfeste Auskleidung wies eine Korrosionsbeständigkeit
auf, die dem gebrannten Material nach dem Stand der Technik
gleichwertig war oder sie sogar übertraf, selbst in dem Bereich,
in dem das feuerfeste Material leicht durch die Schlackenlinie
und dem geschmolzenen Roheisenfluß beschädigt wird.
Zur Verwendung als Auskleidungsmaterial in einer 150-Tonnen-
Pfanne wurde ein feuerfestes Material durch ein Mischen von
feuerfesten Ausgangsstoffen aus Pyrophyllit und Feuerton
in dem in der folgenden Tabelle angegebenen Mischverhältnis
mit 6 Gewichtsteilen flittrigem Pulver und 6 Gewichtsteilen
Phenolharzbinder gemischt. Das feuerfeste Auskleidungsmaterial
wurde auf die Wand eines Ofens aufgebracht.
Die feuerfeste Auskleidung wies eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit
auf und zeigte keine Schlackendurchdringung
auf der Chargenseite und keine Schwächung auf der entgegengesetzten
Seite.
Claims (1)
- Feuerfestes, gegen Korrosion und Temperaturwechsel beständiges Material, das einen überwiegenden Anteil an anorganischer, feuerfester Substanz und ein niedrig schmelzendes Metall mit relativ kleiner Partikelgröße feinverteilt sowie ein in der Wärme härtbares Bindemittel enthält, wobei das Gemisch bei einer Temperatur im Bereich zwischen 100°C und 800°C gehärtet oder gebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus 100 Gewichtsteilen feuerfester Substanz, 5-10 Gewichtsteilen flittrigen Aluminiums mit einer Partikelgröße von weniger als 0,5 mm und 2-15 Gewichtsteilen eines Phenolharzes hergestellt ist.
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