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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine dauerhafte Auskleidung für einen Converter.
Im allgemeinen werden in üblicher Weise gebrannte Magnesit-Dolomitsteine einschließlich
synthetischer Magnesitdolomitklinkersteine als dauerhaftes Auskleidungsmaterial
eines Converters verwandt. Neben der Verwendung dieser Ofenbauelemente haben die
Anwendung der Heißstrahlreparatur, der Schlackenüberwachung, des Schlackenüberzugs
oder der Schlackenumhüllung usw. die Lebensdauer der Converterauskleidung merklich
verlängert.
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In Verbindung mit der jüngsten Verschärfung der Energiesituation und
des Rohstoffproblems ist eine weitere Herabsetzung der Stahlherstellungskosten für
die Stahlindustrie wünschenswert geworden.
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Die Stahlherstellung nach dem Sauerstoffblasverfahren wird in verschiedener
Weise beispielsweise als Sauerstoffaufblasverfahren, als Sauerstoffdurchblasverfahren,
in einer Kombination dieser Verfahren und ähnlichen Verfahren durchgeführt.
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Das hat zur Folge, daß die thermischen Lastverhältnisse des Converters
sich geändert haben, wodurch die feuerfesten Converterauskleidungsstoffe einer starken
Belastung ausgesetzt wurden.
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Unter diesen Umständen soll durch die Erfindung ein feuerfestes Material
geliefert werden, das ausgezeichnete Eigenschaften aufweist, so daß es den oben
beschriebenen Umständen gewachsen ist, um dadurch die Lebensdauer der Converterauskleidung
verlängern zu können.
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Es ist allgemein bekannt, daß Kohlenstoff ausgezeichnete Eigenschaften
als feuerfestes Material, beispielsweise eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit,
eine hohe Schlackenkorosionsfestigkeit,
eine hohe Schlackendurchdringungsfestigkeit
und ähnliches hat.
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Es wurden daher bisher nicht gebrannte Teerdolomitsteine verwandt.
Derartige Steine haben jedoch den Nachteil, daß ihre Struktur aufgrund einer Reaktion
zwischen dem CaO im Dolomit und dem Kohlenstoff während der Verwendung bei hoher
Temperatur beeinträchtigt wird.
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Da die dem Teerdolomit zuzugebende Kohlenstoffmenge notwendigerweise
begrenzt ist, können die Eigenschaften des Kohlenstoffes nicht in zufriedenstellender
Weise ausgenutzt werden.
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Die Teerdolomitsteine wurden tatsächlich durch gebrannte teerdurchdrungene
Magnesitdolomitsteine ersetzt. Da der durch die Teerdurchdringung erhaltene Kohlenstoffgehalt
jedoch nicht ausreicht, um die Eigenschaften des Kohlenstoffes in zufriedenstellender
Weise auszunutzen, konnten dadurch die Nachteile der gebrannten Steine noch nicht
grundsätzlich beseitigt werden.
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Ungebrannte Kohlenstoffmagnesiasteine (japanische Patentschrift Nr.
756495, US PS 3 667 974, UK PS t 233 646 und kanadische Patentschrift Nr. 896 629)
wurden in weitem Umfang in elektrischen Lichtbogenöfen insbesondere als Steine für
die Decke und heiße Stellen mit Erfolg verwandt. Diese Steine wurden jedoch als
ungeeignet fur die Verwendung in einem Converter angesehen, da sie die Gefahr mit
sich bringen, daß sie aufgrund ihrer relativ geringen Bruchfestigkeit Stößen oder
Schlägen ausgesetzt sind, wenn Altmetall in den Converter geworfen wird, und daß
sie eine Entkohlung zeigen, wenn sie mit geschmolzenem Stahl in Kontakt gebracht
werden.
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Um die Qualität nicht gebrannter Kohlenstoffmagnesiasteine zu verbessern,
wurden verschiedene Weiterentwicklungen durchgefouhrt, wie es beispielsweise in
der japanischen Offenlegungsschrift SHO-53-6312 dargestellt ist, bei der Silizium
zugegeben wird, um die Oxidationsbeständigkeit zu verbessern, wie es beispielsweise
in der japanischen Offenlegungsschrift SHO-54-11113 dargestellt ist, bei der die
Warmfestigkeit erhöht wird, indem verschiedene Probleme beim Preßvorgang überwunden
werden und wie es beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung Nr. SHO-53-104292
(US-Patentanmeldung 13478) dargestellt ist, bei der der Kohlenstoffgehalt wesentlich
auf mehr als 55% erhöht wird, um dadurchdie volle Ausnutzung der Eigenschaften des
Kohlenstoffes zu ermöglichen und bei dem verschiedene Schwierigkeiten in Verbindung
mit dem Preßvorgang gemildert werden.
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Dieses kohlenstoffbindende Material für Kohlenstoffmagnesia steine
ist dennoch nicht derart, daß diese gleichzeitig sowohl die Eigenschaft der Oxidationsbeständigkeit
als auch einen hohen Bruchmodul zeigen.
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Um kohlenstoffgebundene Steine zu entwickeln, die gleichzeitig kombiniert
die Eigenschaft eines hohen Bruchmoduls und eine hohe Oxidationsbeständigkeit zeigen,
wurden Versuche mit verschiedenen Zusatzmaterialien durchgeführt. Es hat sich als
Ergebnis herausgestellt, daß Metallzusätze, insbesondere Aluminium, außerordentlich
wirksam für eine gleichzeitige Verstärkung dieser beiden Eigenschaften sind, so
daß durch die Erfindung als Folge dieser Versuche eine dauerhafte Auskleidung- für
einen Converter geliefert wird, die eine längere Lebensdauer hat, indem von Aluminium
enthaltenden nicht gebrannten Kohlenstoffmagnesiasteinen Gebrauch gemacht wird.
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Die Erfindung betrifft eine dauerhafte Auskleidung für einen Converter,
die sich dadurch auszeichnet, daß die Auskleidung wenigstens teilweise aus ungebrannten
kohlenstoffgebundenen Steinen aus 3 - 40 Gew.-% kohlenstoffhaltigem Material, 1-lO
Gew.-XAluminium und/oder weniger als 6 Gew.-% Silizium
und einem
Restanteil aus Magnesitklinker besteht.
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Im folgenden werden die ungebrannten kohlenstoffgebundenen Steine
gemäß der Erfindung im einzelnen beschrieben.
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Die Menge an kohlenstoffhaltigem Material in den Steinen beträgt 3-40
Gew.-% vorzugsweise 5-30 Gew.-X: Der Bereich des Gehaltes an kohlenstoffhaltigem
Material ist aus den folgenden Gründen in dieser Weise begrenzt. Wenn der Gehalt
weniger als 3-Gew.-% beträgt, ist es unmöglich, die Temperaturwechselbeständigkeit,
die Schlackenkorosionsbeständigkeit, die Schlackendurchdringungsbeständigkeit und
ähnliche Eigenschaften vollständig auszunutzen, während dann, wenn der Gehalt über
40 Gew.-t beträgt, die Beständigkeit sowohl gegenüber Schlägen durch eingeworfene
Altmetallteile und gegenüber der Abnutzung durch den geschmolzenen Stahl abnimmt.
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Aus den folgenden Gründen wird Aluminium dem Steinmaterial zugegeben.
Das zugegebene und mit dem Material vermischte Aluminium verhindert eine Bindung
zwischen dem Kohlenstoff und dem Sauerstoff von außen durch eine Bindung mit dem
Restkohlenstoff (A14C3) in einem struktürell instabilen Zustand im Bindematerial
(harziges Pech, härtbare Phenolharze usw.) in einem Hochtemperaturbereich, wodurch
es möglich ist, die Entkohlung vom Bindematerial zu verhindern, das Verhältnis des
Restkohlenstoffes im gebundenen Teil stark zu erhöhen und die Wirkung der Kohlenstoffmagnesiasteine
aufzuzeigen.
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Gleichzeitig vermindert Aluminium das Volumen jeder Pore aufgrund
einer räumlichen Ausdehnung, während es in Carbid in einer Reaktion mit kotlenstoffhaltigen
Materialien umgewandelt wird. Die Steinstruktur ist daher kompakter und die Festigkeit
des Steins ist erhöht, wodurch es besonders in Oberschichten für Schlacke und geschmolzenen
Stahl schwierig wird, die Steine zu korrodieren.
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Die erhöhte Oxidationsbeständigkeit kann weiterhin eine Beeinträchtigung
der Struktur aufgrund einer Entkohlung ausschließen.
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Wie es oben beschrieben wurde, hat die Zugabe von Aluminium die Wirkung,
daß gleichzeitig der Bruchmodul und die Oxidationsbeständigkeit der kohlenstoffgebundenen
Steine verbessert werden.
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Bei den erfindungsgemäßen Steinen mit 3-40 Gew.% kohlenstoffhaltigem
Material, die die oben genannten ausgezeichneten Eigenschaften zeigen können, liegt
der geeignete Gehalt des Aluminiums bei 1-10 Gew.% vorzugsweise bei 1-6 Gew.%.
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Wenn der Aluminiumgehalt unter 1 Gew.% liegt, ist die Zugabe nicht
nur wirkungslos sondern wird es auch unmöglich, die starke Wirkung des kohlenstoffhaltigen
Materials vollständig auszunutzen, da es unmöglich ist, den Kohlenstoffgehalt in
den Steinen zu erhöhen, während dann, wenn der Aluminiumgehalt über 10 Gew.% liegt,
die Feuerfestigkeit beeinträchtigt ist.
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Falls es erforderlich ist, können die Eigenschaften der erfindungsgemäßen
Steine um den Faktor 2 verbessert werden, indem dem Material Silizium zugegeben
wird.
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Das heißt im einzelnen, daß das dem Steinmaterial zugegebene Aluminium
in Verbindung mit dem Kohlenstoff unter den Heizverhältnissen eines Converters Carbid
erzeugt, und daß dann, wenn dieses Carbid mit Wasser bei einer hohen. Temperatur
in Berührung gebracht wird, die folgende Reaktion abläuft
wodurch die Gefahr besteht, daß die Steinstruktur mit einer Zunahme der Risse beeinträchtigt
wird oder sogar zusammenbricht.
Wenn Silizium zugegeben ist, wird
eine Hydrierung des Carbids mit Erfolg verhindert. Der Siliziumanteil liegt unter
6 Gew.% und beträgt vorzugsweise 1-4 Gew.%. Wenn der Anteil über 6 Gew.% liegt,
wird die Feuerfestigkeit der Steine in unerwünschter Weise beeinträchtigt.
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Vorzugsweise wird die Siliziumzugabe konform mit der Aluminiumzugabe
erhöht. Das insbesondere geeignete Verhältnis der Zugabe beträgt 0,2 bis 1,0 Gew.%
Silizium zu 1 Gew.
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Aluminium.
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Zusätzlich zur Verhinderung der Hydrierung der Carbide ermöglicht
es die Zugabe von SiliziumRdie Oxidationsbeständigkeit des Kohlenstoffs in Zusammenarbeit
mit dem Aluminium zu verbessern. Diese Wirkung ist vollständig verschieden von der
beim herkömmlichen Fall beabsichtigten Wirkung, bei dem Silizium unabhängig zur
Vermeidung einer Oxidation zugegeben wird.
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Im folgenden wird im einzelnen ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen
der erfindungsgemäßen nicht gebrannten kohlenstoffgebundenen Steine beschrieben.
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Als feuerfeste Materialien werden Magnesitklinker und ein kohlenstoffhaltiges
Material verwandt. Der Magnesitklinker umfaßt gebrannten Magnesit, Meerwassermagnesitklinker
oder Elektroschmelzmagnesit, während das kohlenstoffhaltige Material Graphit, künstlichen
Graphit, Elektrodenreste, Petroleumkoks, Gießereikoks, Kohlenstoffruß und Pechkoks
umfaßt.
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Diese feuerfesten Materialien werden einer Teilchengrößenkontrolle
unterworfen und dann mit Bindematerialien verbetet, die in erhitztem Zustand Kohlenstoff
liefern, wie beispielsweise Teer, Pech, Harz und ähnliches.
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Das geknetete Gemisch wird nach einem herkömmlichen Verfahren gepreßt
und erhitzt,, um das fertige Produkt zu erhalten.
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Die zufriedenstellensten Ergebnisse werden dann erhalten, wenn die
nicht gebrannten kohlenstoffgebundenen Steine, die in dieser Weise erhalten wurden,
als dauerhafte Auskleidung über den gesamten Boden, den Körper und den Konus eines
Converters verwandt werden. Ein gutes Ergebnis wird selbst dann erhalten, wenn nur
die Beschickungsseite und/oder die Wendezapfenseite, die einer starken Abnutzung
ausgesetzt sind, ausgekleidet werden.
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In Hinblick darauf, daß de-Grund und das Ausmaß der Abnutzung entsprechend
den jeweiligen Teilen jedes Converters verschieden sind, kann die Lebensdauer des
Converters weiter dadurch verlängert werden, daß er mit nicht gebrannten kohlenstoffgebundenen
Steinen ausgekleidet wird, die einen unterschiedlichen Gehalt an Kohlenstoff und
Metallpulvern haben. Das heißt im einzelnen, daß es bevorzugt ist, ungebrannte kohlenstoffgebundene
Steine mit 3 bis 30 % kohlenstoffhaltigem Material und mehr als 2 % Metallpulver
für den Boden, das Bad und die Beschickungsseite des Converterkörpers, Steine mit
5 - 35 % kohlenstoffhaltigem Material und mehr als 1 % Metallpulver für die Abstichseite
des Körpers und die Wendezapfenseite und Steine mit 10 - 40 % kohlenstoffhaltigem
Material und mehr als 3 % Metallpulver für den konischen Teil jeweils zu verwenden.
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Die erfindungsgemäßen ungebrannten kohlenstoffgebundenen Steine haben
verglichen mit den herkömmlichen gebrannten Steinen die folgenden kennzeichnenden
Merkmale: 1. Aufgrund der hohen Temperaturwechselbeständigkeit brechen die Steine
selbst dann nicht, wenn der Ofenkörper schnell aufgeheizt oder durch das Hereinwerfen
von Altmetallstücken abgekühlt wird.
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2. Die Steine korodieren kaum, da sie nicht mit der Schlacke reagieren.
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Verglichen mit den herkömmlichen nicht gebrannten kohlenstoffgebundenen
Steinen ohne Metallpulver haben die erfindungsgemäßen Steine die folgenden Eigenschaften:
3. Die Struktur ist kompakter und hat eine größere Festigkeit.
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4. Die Struktur wird weniger aufgrund einer Entkohlung beeinträchtigt,
da sie kaum oxidiert.
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5. Das Eindringen von Schlacke in die Steinstruktur wird damit verhindert
und die Steine zeigen eine hohe Festigkeit gegenüber Schlägen von Altmetallstücken
und eine hohe Abnutzungsbeständigkeit gegenüber dem geschmolzenen Stahl.
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Die oben beschriebenen charakteristischen Eigenschaften stellen eine
lange Lebensdauer der Auskleidung des Converters sicher, für die die erfindungsgemäßen
Steine verwandt werden.
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Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen anhand einiger Beispiele
beschrieben.
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Beispiele 1 - 6 Die Beispiele 1 - 6 und die Vergleichsbeispiele 1-3
sind ungebrannte Steine. Es wurden Gemische mit den in Tabelle 1 angegebenen Mischungsverhältnissen
hergestellt, gepreßt und dann bei 3000C 4 Stunden lang wärmebehandelt, um die Proben
zu erhalten.
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Die Vergleichsprobe 4 ist ein gebrannter Magnesitdolomitstein, der
synthetischen Magnesitdolomitklinker enthält und mit Teer durchzogen ist. Seine
chemische Zusammensetzung ist in Tabelle 1 angegeben.
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Die Proben wurden einer Messung der Werte ihrer physikalischen Eigenschaften
und des Bruchmoduls sowie einem Temperaturwechseltest
und einem
Schlackentest unterworfen.
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Die in der beschriebenen Weise erhaltenen Steine wurden weiterhin
als Auskleidung der Drehzapfenwände eines 300 Tonnen-Converters verwandt, der von
der Firma A hergestellt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
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Der Temperaturwechseltest, der Schlackentest und der wirkliche Ofentest
wurden nach den folgenden Verfahren durchgeführt: 1. Temperaturwechseltest Die Proben
wurden in einem Kohlenstofftiegel in einem elektrischen Ofen mit einem Heizelement
aus Siliziumcarbid 15 Minuten lang auf 14000C erhitzt und dann in der Außenluft
15 Minuten lang abkühlen gelassen. Nachdem dieser Arbeitsvorgang nacheinander 5
mal wiederholt wurde, wurden die Proben durchgeschnitten, um das Wachstum der Risse
zu prüfen.
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2. Schlackentest Jede Probe wurde zu einem Zylinder geformt. Der Zylinder
wurde in die horizontale Lage gedreht und 5 Stunden lang bei 1750C erhitzt, während
die Schlacke auf den Zylinder geworfen wurde. Dann wurde die Probe durchgeschnitten,
um den Abrieb oder die Abnutzung und die Stärke der entkohlten Schicht zu messen.
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3. Tatsächlicher Ofentest Die Drehzapfenwände eines 300 Tonnen-Converters,
hergestellt von der Firma A. wurden mit den jeweiligen Beispielen ausgekleidet.
Nachdem dieser Converter benutzt worden ist, bis die rückseitige Auskleidung freilag,
wurde die Auskleidung ausgebaut und wurden die Proben gesammelt, um das Ausmaß der
Abnutzung zu vergleichen. Die Abnutzungsverhältnisse wurden mit einem Abnutzungsverhältnis
beim
Tabelle 1
| Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4 Beispiel 5 Beispiel
6 |
| - Magnetsitkl inker 80 82 79 90 83 83 |
| Graphit 15 15 15 7 7 15 |
| v> a3 5 3 3 3 6 1 |
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| Lz O) spezifisches SchUtt- |
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| 1500 C (kg/cm mm 115 86 180 100 110 82 |
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| ~ (%-'MED) SWnSEaMPSNG I -zXFSARd lap alaM -xVT4PS |
Aus der obigen Tabelle 1 ist ersichtlich, daß jedes der Beispiele
gemäß der Erfindung bessere Ergebnisse als irgendein Vergleichsbeispiel bezüglich
des Bruchmodul, des Temperaturwechseltestes, des Schlackentestes und des tatsächlichen
Ofentestes zeigt.
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Beispiel 7 Ungebrannte Kohlenstoff steine mit einem Mischverhältnis,
wie es in selle2 dargestellt ist, wurden an einem 300-Tonnen-Converter, hergestellt
von der Firma A., als Auskleidung des Bodens; des Bades und des Körpers (Drehzapfenwand)
verwandt.
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Die Abnutzungsgeschwindigkeit bis die rückwärtige Auskleidung freilag,
wurde mit der herkömmlicher Produkte unter denselben Bedingungen verglichen, um
die in Tabelle 2 dargestellten Ergebnisse zu erhalten.
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Tabelle 2
| X E < cO 1n o 1s |
| a> |
| rt der Verwendung Boden < - |
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| as 16 1 ~ 4 ~ n S n u7 O) eol n |
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| § ZU S ~ N ~ 4 ~ S ~ 4 S O 4 |
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| as / va d ~ o O s 4 s 81 aJ s n c |
| X / 6 t ~ ~ . Oe ~ n |
| 4 ) / X eC UM sb 1- U ) za |
| // (%) LtalpueXs ;eqzsuaSt3 uaqss | |
| // s tuLetJa4sS tW -aqdneH - t leX lsKd vlap XlaM |
Die herkömmlichen Produkte A, B und C sind ungebrannte Kohlenstoffsteine
Aus
diesen Ergebnissen ist ersichtlich, daß die von ungebrannten kohlenstoffgebundenen
Steinen gemäß der Erfindung gebildete Auskleidung eine hohe Dauerhaftigkeit bei
einem geringeren Abbröckeln, einer geringeren Abnutzung durch den geschmolzenen
Stahl und einer geringeren Korosion durch die Schlacke verglichen mit herkömmlichen
Produkten zeigt.
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Es hat sich somit bestätigt, daß die dauerhafte Auskleidung für einen
Converter gemäß der Erfindung eine längere Lebensdauer als die herkömmliche Auskleidung
aus gewöhnlichen nicht gebrannten kohlenstoffgebundenen Steinen ohne Metallpulver,geschweigedenn
aus herkömmlichen gebrannten Magnesitdolomitsteinen hat, die synthetischen Magnesitdolomitklinker
enthalten.
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Die Erfindung betrifft somit eine dauerhafte Auskleidung für einen
Converter.
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Erfindungsgemäß werden ungebrannte kohlenstoffgebundene Steine mit
3 - 40 Gew.-% kohlenstoffhaltigem Material, 1 - 10 Gew.-8 Aluminium und als Restanteil
Magnesitklinker für wenigstens einen Teil der dauerhaften Auskleidung verwandt,
um es zu ermöglichen, daß die Auskleidung eines Converters den verschiedenen hohen
thermischen Lastverhältnissen widersteht, denen die feuerfesten Auskleidungsmaterialien
beim Sauerstoffblasverfahren zur Herstellung von Stahl in verschiedener Form, beispielsweise
beim Sauerstoffaufblasverfahren, beim Sauerstoffdurchblasverfahren, bei Kombinationen
dieser Verfahren und ähnlichem ausgesetzt sind, um es dadurch zu ermöglichen, daß
die Auskleidung des Converters selbst unter diesen thermischen Lastverhältnissen
einerlange Benutzungsdauer widersteht.