DE3050499C2

DE3050499C2 - Feuerfestes Pulver und Verfahren zu seiner Gewinnung

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Publication number: DE3050499C2
Application number: DE3050499T
Authority: DE
Inventors: Leonid Fedorovi&ccaron; &Zcaron;ukov; Evgenij Gavrilovi&ccaron; Kiev Chugunnij
Original assignee: INST PROBLEM LITYA AKADEMII NA
Current assignee: INST PROBLEM LITYA AKADEMII NA
Priority date: 1980-07-31
Filing date: 1980-07-31
Publication date: 1986-04-10
Also published as: JPH0142909B2; CA1150738A; WO1982000461A1; DE3050499T1; US4426457A; JPS57501232A

Description

2. Feuerfestes Pulver nach Anspruch 1, enthaltend (in Gewichtsprozent)

10

Aluminiumoxid
Siliziumoxid

51 bis 56
42 bis 47.

3. Feuerfestes Pulver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es Borsäure in einer Menge von 1 bis 1,5 Gewichtsprozent als Sintermittel enthält.

4. Feuerfestes Pulver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es Boroxid in einer Menge von 0,6 bis 0,8 Gewichtsprozent als Sintermittel enthält

5. Feuerfestes Pulver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es Orthophosphorsäure in einer Menge von 0,8 bis 1,1 Gewichtsprozent als Sintermittel enthält.

6. Feuerfestes Pulver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es Phosphorpentoxid in einer Menge von 0,6 bis 0,8 Gewichtsprozent als Sintermittel enthält.

7. Verfahren zur Gewinnung des feuerfesten Pulvers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß pulverförmiges Aluminiumoxid und Siliziumdioxid auf eine Temperatur von 1200 bis !400⁰C bzw. von 900 bis 1200⁰C erwärmt, dann bis auf die Raumtemperatur abgekühlt und unter Zugabe von Sintermittel bis zum Erhalten einer homogenen Masse vermischt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß pulverförmiges Aluminiumoxid und Siliziumdioxid mit einer Geschwindigkeit von 7 bis 10 K/min erwärmt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß pulverförmiges Aluminiumoxid und Siliziumdioxid nach der Erwärmung auf die erforderliche Temperatur unter diesen Bedingungen 1 bis 2 h lang gehalten werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß pulverförmiges Aluminiumoxid und Siliziumdioxid vor der Erwärmung einer Beheizung mit anschließender Wässerung unterzogen werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Komponenten des feuerfesten Pulvers vorhergehend bis auf eine Teilchengröße von 0,05 bis 0,1 mm zerkleinert werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Gewinnung des Pulvers nach Anspruch 5 Orthophosphorsäure in Form einer 3- bis 20prozentigen wässerigen Lösung eingegeben wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Aluminiumoxid in der Form Λ-ΑΙ2Ο3 genommen wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Betriebstem-Deratur des feuerfesten Pulvers von höchstens 870°

als Siliziumoxid Quarzpulver verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Betriebstemperatur des feuerfesten Pulvers von 870 bis 1470⁰C als Siliziuriidioxid Tridymitpulver verwendet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Betriebstemperatur des feuerfesten Pulvers von über 1470⁰C als Siliziumdioxid Kristobalitpulver verwendet wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Betriebstemperatur des feuerfesten Pulvers von über 1470⁰C als Siliziumdioxid zerkleinertes kieselerdehaltiges Glas verwendet wird.

15 Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die optische Pyrometrie von Schmelzen und betrifft insbesondere die Zusammensetzung und die Herstellungstechnologie von bei der Fertigung eines für die Übertragung der Wärmestrahlung von der Schme'-ze zum Pyrometer über die Auskleidung des Hüttenaggregats bestimmten Lichtleiterblocks verwendeten Materialien. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Zusammensetzung und Herstellungstechnologie eines feuerfesten Pulvers, mit welchem der Lichtleiterblock mit Korund-Lichtleiter zum Schutz des letzteren vor Wärmeeinwirkung der Schmelze und Auskleidung gefüllt wird.

Ein wichtiges Problem, auf welches der Fachmann auf dem Gebiet der optischen Pyrometrie stößt, ist die Erhöhung der Betriebssicherheit der Lichtleiterblöcke ohne Komplizierung deren Bauart.

Von der Aktualität dieses Problems und von den vorgenommenen Versuchen, das letztere zu lösen, zeugen zahlreiche in letzterer Zeit in verschiedenen Ländern erteilte Patente (siehe beispielsweise Erfindungsbeschreibungen zu UdSSR-Urheberschein 146 533, Int. Cl.² GOl Kl/00, veröffentlicht im Jahre 1961; 271 067, Int. Cl.² G 01 J 5/02, veröffentlicht im Jahre 1970; US-PS 37 45 834, sowie DE-PS 23 38 532. Ein Lichtleiterblock der bekannten Bauart enthält in der Regel einen aus lichtdurchlässigem hochschmelzendem korrosionsbeständigem Werkstoff, beispielsweise Quarz bzw. künstlichem Korund, gefertigten Lichtleiter sowie ein Mantelrohr, in welchem dieber Lichtleiter untergebracht ist. Der Raum zwischen der Innenfläche des Mantelrohrs und dem Lichtleiter ist mit feuerfestem Pulver ausgefüllt. Zur Messung der Schmelzguttemperatur wird der Lichtleiterblock in der Auskleidung des Hüttenaggregats derartig angeordnet, daß eine Stirn (Arbeitsstirn) des Lichtleiters mit der Schmelze in Berührung steht, während die andere Lichtleiterstirn nach außen herausgeführt und mit einem Pyrometer optisch gekoppelt wird.

Ungeachtet mehrerer unternommener Versuche konnte diis Problem der Erhöhung der Betriebssicherheit des Lichtleiterblocks befriedigend nicht gelöst werden. Eine der diesem Umstand zugrundeliegenden Ursachen besteht offensichtlich darin, daß in den vorstehend erwähnten technischen Lösungen nur die Hauptbauelcmente des Lichtleiterblocks vervollkommnet wurden, während die Zusammensetzung des feuerfesten Pulvers im wesentlichen unverändert blieb. Inzwischen soll darauf hingewiesen werden, daß der Lichtleiterblock unter den Bedingungen der Wärmestöße (schlagartige Tcm-

peraturänderungen an der Arbeitsstirn des Lichtleiters) und eines großen Temperaturgefälles in Längsrichtung des Lichtleiters funktioniert Unter solchen Bedingungen steigt die Schutzfunktion des den Lichtleiterblock ausfüllenden feuerfesten Pulvers stark an. Die an das Pulver gestellten Anforderungen werden dabei je nach Verringerung der Auskleidungsdicke und Erhöhung der Schmelzguttemperatur im Hüttenaggregat erhöht, weil In diesem Fall das Temperaturgefälle auf der Auskleidungsöicke zunimmt.

Als feuerfeste kommen insbesondere Pulver aus hochschmelzenden alkalifreien Oxiden zur Verwendung (siehe AT-PS 2 80 650). Von derartigen Oxiden werden am häufigsten insbesondere Zirkoniumdioxid (ZrO?) sowie Aluminiumoxid (AI2O3) verwendet. In der erwähnten technischen Lösung wird angenommen, daß das für die Ausfüllung des Lichtleiterblocks verwendete Pulver so, wie es durch die Industrie geliefert wird, d. h. ohne vorhergehende verfahrenstechnische Behandlung, genommen wird.

Es muß darauf hingewiesen werden, daß gegenwärtig Lichtleiter aus künstlichem (Einkristall-)-Korund am wirksamsten sind. Bei Verwendung von Lichtleiterblökken mit Korund-Lichtleiter, welche mit feuerfestem Pulver eines beliebigen der zwei vorstehend genannten Oxide gefüllt ist, stößt man jedoch auf folgende Schwierigkeiten.

Insbesondere verschmilzt pulverförmiges Aluminiumoxid bei Zusammensintern der Auskleidung und im Verlaufe des darauffolgenden Betriebs des Hüttenaggregats mit den· Korund-Lichtleiter. Somit wird die Möglichkeit einer ungehinderten Verschiebung des Lichtleiters in äer feuerfesten Masse ausgeschlossen und die Wahrscheinlichkeit dessen Zerstörung erhöht.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß — ungeachtet der gleichen chemischen Zusammensetzung des Korund-Lichtleiters und des feuerfesten Pulvers aus Aluminiumoxid — der erstgenannte einen Einkristall darstellt, während das zweite sich in polykristallinem Zustand befindet, infolgedessen die beiden über verschiedene lineare Ausdehnungskoeffizienten verfugen (der lineare Ausdehnungskoeffizient des Pulvers überschreitet den des Lichtleiters). Aus diesem Grunde kommt es nicht selten zur Zerstörung des Lichtleiters während der Erwärmung. Zu dieser Zerstörung trägt ebenfalls die Änderung des Temperaturgefälles in Längsrichtung des Lichtleiters (auf der Auskleidungsdicke) bei.

Darüber hinaus verfügt pulverförmiges Aluminiumoxid über eine durchaus niedrige Plastizität, was ebenfalls zur Zerstörung des Lichtleiters beiträgt.

Weiterhin muß hervorgehoben werden, daß zusammengesintertes pulverförmiges Aluminiumoxid über eine niedrige Temperaturwechselbeständigkeit verfügt, infolgedessen während des Betriebs des Lichtleiterblocks in der feuerfesten Masse Risse auftreten und ihr allmähliches Ausbröckeln vor sich geht. Dies führt dazu, daß die Schmelze, welche ein aggressives Medium darstellt, an die Seitenfläche des Lichtleiters gelangt. Darüber hinaus kann es einen Ausbruch der Schmelze aus dem Tiegel des Hüttenaggregates über den Lichtleiterblock hinaus zur Folge haben. Ein Schmelzgutausbruch hängt mit der Gefahr für das Bedienungspersonal zusammen und führt zum Ausfall des Hüttenaggregats.

Das zweite der bekannten Pulver — pulverförmiges Zirkoniumdioxid — gewährleistet die Betriebssicherheit des Lichtleiterblocks mit Korund-Lichtleiter ebenfalls nicht. Es hat dieselben Nachteile wie Aluminiumoxid (niedrige Temperaturwechselbeständigkeit und anderer, linearer Ausdehnungskoeffizient als beim Lichtleitermaterial) und kennzeichnet sich darüber hinaus durch eine hohe Sintertemperatur, so daß es unmöglich ist, das besagte Pulver beim Zusammensintern der Auskleidung bzw. während des Schmelzvorgangs zu sintern. Somit ist man gezwungen, pulverförmiges Zirkoniumdioxid vorhergehend zusammenzusintern, wodurch die Herstellungstechnologie des Lichtleiterblocks ziemlich kompliziert wird.

Ferner ist darauf hinzuweisen, daß das zusammengesinterte feuerfeste Zirkoniumdioxidpulver im Verlaufe des Betriebs an der Seitenfläche des Korund-Lichtleiters undicht anliegt. In den derart entstehenden Spalt gelangt die Schmelze und zerstört somit allmählich den Lichtleiter. Die vorstehend dargelegten Umstände gestatten es nicht, die Wärmestrahlung von der Schmelze zum Pyrometer über den Lichtleiter stabil zu übertragen, und verringern somit die Meßgenauigkeit der Schmelzguttemperatur.

Der Zweck der Erfindung besteht in der Beseitigung der eingangs genannten Schwierigkeiten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein feuerfestes Pulver einer solchen Zusammen-Setzung zu schaffen, bei welcher die Zerstörung des Korund-Lichtleiters ausgeschlossen ist, und ein technolo gisch einfaches Verfahren zur Herstellung des genannten Pulvers zu entwickeln.

Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ein solches feuerfestes Pulver, welches außer Aluminiumoxid auch Siliziumdioxid enthält, kennzeichnet sich durch einen niedrigeren, linearen Ausdehnungskoeffizienten als beim bekannten, nur aus Aluminiumoxid bestehenden Pulver, wobei dieser Koeffizient im wesentlichen der gleiche wie beim Lichtleiter aus künstlichem Korund, beispielsweise Leukosaphir, ist. Insbesondere beträgt der mittlere lineare Ausdehnungskoeffizient bei Leukosaphir in einem Temperaturbc, ^ich voⁿ 1000 bis 1500⁰C 9 · IQ-⁶K-'. während er beim erfindungsgemäßen Pulver 8,9 - 10~⁶ K-' gleich ist.

Darüber hinaus wird dank des Vorhandenseins von Siliziumdioxid die Temperaturwechselbeständigkeit des feuerfesten Pulvers wesentlich erhöht. Bei dem vorstehend angegebenen Gehalt an Aluminiumoxid und Siliziumdioxid beträgt die Schmelztemperatur der feuerfesten Masse 1800 bis 1850⁰C. Da diese Masse im Verlaufe des Betriebs des Lichtleiterblocks infolge der Wärmeabfuhr durch Ausstrahlung über den Lichtleiter örtlich abgekühlt wird und eine Schicht geringer Dicke (bis 8 mm) bildet, während die Temperatur je nach der Auskle^;dungsdicke in Richtung der Außenfläche der Auskleidung stark abfällt, kann das erfindungsgemäße Pulver sogar bei Betriebstemperaturen verwendet werden, weiche der Schmelztemperatur (bis zu 175O⁰C) nahe liegen.

Infolge des Vorhandenseins von Siliziumdioxid ist es ferner möglich, das Zusammensintern der feuerfesten Masse mit dem Korund-Lichtleiter zu verhindern und somit in einem bestimmten Maße ihre Plastizität im Betriebstemperaturbereich des Schmelzvorgangs zu erhöhen.

Das Einführen des Sintermittels gestattet es, die Plastizität der wärmebeständigen Masse noch mehr zu erhöhen, wobei diese Plastizität in einem breiteren Temperaturbereich gewährleistet wird. Die Plastizitätserhöhung wird durch eine physikalisch-chemische Zusammenwirkung zwischen dem Sintermittel und den übri-

gen Komponenten bewirkt, infolgedessen chemische Verbindungen oder Eutektika mit einem niedrigen Schmelzpunkt gebildet werden. Dabei wirkt das Sintermittel in bezug auf die übrigen Komponenten als Bindemittel, welches zum Zusammensintern des Pulvers zu einer zähen feuerfesten Masse beiträgt, die den Korund-Lichtleiter dicht umfaßt, aber mit ihm nicht verschmilzt Nach der Sinterung verfügt diese Masse über eine hohe Festigkeit und Beständigkeit gegenüber der Einwirkung der Schmelzprodukte.

Es muß hervorgehoben werden, daß das Zusammensintern des erfindungsgemäßen feuerfesten Pulvers nur im vorderen, der Schmelze am nächsten liegenden Teil des Lichtleiterblocks vor sich geht. Im Ergebnis dessen ist der Korund-Lichtleiter durch eine feste feuerbeständige Masse nur in seinem Vorderteil umgeben, während sein übriger (größerer) Teil sich im nichtgesinterten Pulver befindet, wodurch die Flexibilität des Lichtleiterblocks erhöht wird. Insbesondere bei Induktionstiegelöfen mit saurer Stampfauskleidup.g sintert das Pulver bis auf eine Tiefe von 3 cm zusammen. Durch Änderung des Anteils von Sintermittel im Pulver können seine Festigkeit und Sinterungstiefe geregelt werden.

Eine solche feuerfeste Masse gestattet eine ungehinderte Verschiebung des Korund-Lichtleiters in ihr bei Änderung des Temperaturgefälles auf der Auskleidungsdicke sowie bei der Verlagerung der letzteren und wirkt zugleich dem Gelangen von Schmelze an die Seitenfläche des Lichtleiters und dem Ausbruch der Schmelze aus dem Aggregat entgegen.

Weiter ist hervorzuheben, daß zum wirksamen Funktionieren des Lichtleiterblocks der Komponentengehalt im Pulver in den vorgegebenen Grenzen liegen soll.

Wenn der Gehalt an Aluminiumoxid 59% über- und der Gehalt an Siliziumdioxid 40% unterschreiten, so hat es eine starke Differenz zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Pulvers und des Korundstabes, die einen Wert von fast 10 · 10-⁶K"¹ erreicht, sowie eine Verengerung der Pulverplastizität zur Folge (seine Erweichungstemperatur unter einer Belastung von 20 N/cm² liegt über 1730⁰C). Dabei kommt es zur Verringerung der TemperatupAicchselbestandigkeit des Pulvers und zu seiner Verschmelzung mit dem Korund-Lichtleiter.

Wenn aber der Gehalt an Aluminiumoxid 40% unter- und der Gehalt an Siliziumdioxid 59% überschreitet, so hat es eine bedeutende Herabsetzung der Temperaturwechselbeständigkeit des Pulvers infolge der Verringerung seiner Schmelz'pmperatur zur Folge. Dabei muß mit der Möglichkeit gerechnet werden, daß die Schmelztemperatur de^c Pulvers die Verhüttungstemperatur von Schwarzmetallen (welche mitunter 1750⁰C erreicht) unterschreitet, so daß es unmöglich wird, den Lichtleiterblock mit einem solchen Pulver für die besagten Metalle zu verwenden. Darüber hinaus ist der lineare Ausdehnungskoeffizient eines derartigen Pulvers viel niedriger als derjenige bei Leukosaphir.

Zu den besten Ergebnissen gelangt man insbesondere, wenn der Gehalt an Aluminiumoxid 51 bis 56 und an Siliziumdioxid 42 bis 47 Gewichtsprozent beträgt. Wie es die vorgenommenen Untersuchungen erbracht haben, bewirkt die feuerfeste Masse aus dem Pulver mit einem solchen Gehalt an Aluminiumoxid und Siliziumdioxid den besten Schutz des Lichtleiters vor Zerstörung. Diese Masse behält ihre Schutzeigenschaften in einem breiten Temperaturbereich (von 400 bis i750°C) bei, was es gestattet, sie bei Temperaturmessungen der Schmelzen von sowohl Bunt- als auch Schwarzmetallen zu verwenden.

Das erfindungsgemäße feuerfeste Pulver kann verschiedene Komponenten als Sintermittel enthalten. Insbesondere kann es Borsäure (H3BO3) in einer Menge von vorzugsweise 1 bis 1,5 Gewichtsprozent oder Boroxid (B2O3) in einer vorzugsweise von 0,6 bis 0,8 Gewichtsprozent sein. Für einen Fachmann sollte es offenkundig sein, daß die erwähnten Stoffe nach ihren physikalisch-chemischen Eigenschaften gleichwertig sind, weil sich Borsäure bei Erwärmung zu Boroxid und Wasser zersetzt.

In diesem Fall schmilzt Boroxid bei einer Temperatur von 450⁰C und bildet zusammen mit Siliziumdicxid ein zweikomponentiges Eutektikum, wodurch die Plastizität der feuerfesten Masse wesentlich erhöht wird. Bei einer Temperatur von 470⁰C kommt es zu einer chemischen Zusammenwirkung des Boroxid? mit Aluminiumoxid, infolgedessen eine leichtschmeizende Verbindung 2 AI2O3 B2O3 entsteht, wodurch die Plastizität der Feuerfesten Masse noch mehr geste>- ..rt wird. Mit der Erhöhung der Temperatur bis 1035°C steigt die Plastizität dank der Bildung einer anderen leichtschmelzenden Verbindung, nämlich des 9 AI2O3 -2 B2O3. Die erwähnten leichtschmelzenden Verbindungen existieren im ganzen Schmelztemperaturbereich (bis zu 1750° C). Bei einer Temperatur von 1585"C kommt es zu einer Reaktion zwischen Aluminiumoxid und Siliziumdioxid, infolgedessen in Abhängigkeit von ihrem Verhältnis Kaolin (AI2O3 · 2 SiO₂) oder Sillimanit (Al₂O₃ · SiO₂) gebildet werden, welche die Plastizität der Masse noch mehr erhöhen. Das feuerfeste Pulver, welches als Sintermittel Borsäure (beziehungsweise Boroxid) enthält, eignet sich besonders gut für die Herstellung von Lichtleiterblökken für Niedertemperaturschmelzen, beispielsweise für Buntmetallschmelzen. Am vorteilhaftesten ist es dabei. Boroxid zu verwenden, da in diesem Fall das gesinterte Pulver über eine geringere Porosität verfügt

Möglich sind auch andere Modifikationen des erfindungjgemäßen feuerfesten Pulvers, wenn es als Sintermittel Orthophosphorsäure (H3PO4) in einer Menge von vorzugsweise 0,8 bis 1,1 Gewichtsprozent beziehungsweise Phosphorpentoxid (P2O5) in einer Menge von vorzugsweise 0,6 bis 0,8 Gewichtsprozent enihält. In diesem Zusammenhang soll erwähnt werden, dab sich die Orthophosphorsäure bei einer Temperatur von 315 bis 35O⁰C unter Bildung von Phosphorpentoxid und Wasser zersetzt.

Bei Erwärmung eines solchen Pulvers bis auf eine Temperatur von 260⁰C (wenn als Sintermittel Phosphorpentoxid dient) beziehungsweise auf eine Temperatur vor 315°C (wenn als Sintermittel Orthophosphorsäure verwendet wird) kommt es zu einer Zuscninenwirkung zwischen Phosphorpentoxid und Siliziumdioxid unter Bildung von niederschmelzenden Ver bindungen SiG^ · P2O5 und SiPrOz (ihr Schmelzpunkt liegt in den Grenzen von 1120 bis 1290⁰C). Diese Verbindungen erhöhen die Plastizität der feuerfesten Masse Bei nachfolgender Erwärmung (von 315 auf 425^rC) kommt es zv einer Zusammenwirkung zwischen Phosphorpentoxid und Aluminiumoxid unter Bildung noch einer Verbindung mit niedrigem (1212°C) Schmelzpunkt: AIPO4. Und schließlich, wie vorstehend ausgeführt, erfolgt bei einer Temperatur von 1585° C die Zusammenwirki'ng zwischen Siliziumdioxid und Aluminiumoxid unter Bildung von Kaolin beziehungsweise Sillimanit. Die erläuterten Abänderungen des erfindungsgemäßen Pulvers eignen sich für Hochtemperaturschmelzen, beispielsweise Schwarzmetallschmclzen.

Dabei kann die Orthophosphorsäure vorzugsweise in den Fällen verwendet werden, wenn die Sinterung des Pulvers im Verlaufe der Sinterung der Auskleidung vollzogen wird, und das Phosphorpentoxid in den Fällen, wenn eine vorhergehende Sinterung des Pulvers vonnöten ist.

Falls der Gehalt des beanspruchten Pulvers an Borsäure, Boroxid, Orthophosphorsäure bzw. Phosphorpentoxid entsprechend 1,5%, 0,8%, 1,1% bzw. 0,8% überschreitet, nimmt die Dicke der gesinterten Zone der feuerfesten Masse zu und die Dicke der niclitgesinterten Zone dieser Masse entsprechend ab. Somit wird die Beständigkeit des Lichtleiterblocks gegenüber der thermischen und korrodierenden Einwirkung der Schmelze zwar erhöht, kommt es aber auch zur Verringerung der Flexibilität des erwähnten Blocks, was im Endergebnis eine Herabsetzung seiner Betriebssicherheit bedeutet.

Falls der Gehalt an den erwähnten Komponenten die Werte vufi !%, 0,δ%, 0,8% bzw. 0.6% unterschreitet, so ist die feuerfeste Masse übermäßig porös, und ihre Festigkeit reicht dazu nicht aus, der zerstörenden Einwirkung der Schmelze standzuhalten.

Die vorstehend erwähnten sowie andere Zwecke der vorliegenden Erfindung werden auch damit erreicht, daß ein Verfahren zur Gewinnung des beanspruchten feuerfesten Pulvers vorgeschlagen wird, bestehend darin, daß pulverförmiges Aluminiumoxid und pulverförmiges Siliziumdioxid auf eine Temperatur von 1200 bis 1400°C beziehungsweise von 900 bis 1200°C erwärmt, dann bis auf die Raumtemperatur abgekühlt und unter Zugabe von Sintermittel bis zum Erhalten einer homogenen Masse vermischt werden.

Eine solche Technologie gestattet es, ein feuerfestes Pulver mit den erforderlichen Eigenschaften zu gewinnen, weiche einen sicheren Betrieb des Lichtleiterblocks in der Auskleidung des Hüttenaggregats sicherstellen. Dabei ist die Erwärmung von nulverförmigem Aluminiumoxid beziehungsweise Siliziumdioxid auf die vorstehend genannten Temperaturen zum Ausbrennen von Beimengungen und Entfernen der Feuchtigkeit notwendig. Darüber hinaus ist ein solches Rösten zum Erhalten von Pulvern mit stabilen wärmephysikalischen Eigenschaften erforderlich.

Erwärmt man pulverförmiges Aluminiumoxid auf eine Temperatur von unter 1200⁰C und pulverförmiges Siliziumdioxid auf eine Temperatur von unter 900⁰C, so werden die Beimengungen nicht vollständig entfernt, infolgedessen sich die Porosität der feuerfesten Masse erhöht. Darüber hinaus kann Aluminiumoxid in diesem Fall seine wärmephysikalischen Eigenschaften stark ändern, was zur Rissigkeit der wärmebeständigen Masse führt.

Erwärmt man pulverförmiges Aluminiumoxid auf eine Temperatur von über 1400⁰C und pulverförmiges Siliziumdioxid auf eine Temperatur von über 1200° C, so kann es unter Umständen zur Sinterung eines jeden Pulvers kommen, wodurch ihre darauffolgende Vermischung offenkundig erschwert wird. Ferner kann Siliziumdioxid bei einer solchen Erwärmung Modifikationsumwandlungen durchlaufen, was zur Rissigkeit der feuerfesten Masse im Verlaufe des Betriebs beiträgt.

Zweckmäßig wird das erfindungsgemäße Verfahren derart durchgeführt, daß die Erwärmungsgeschwindigkeit von pulverförmigem Aluminiumoxid und Siliziumdioxid von 7 bis 10 K/min beträgt Bei einer solchen Erwärmungsgeschwindigkeit werden die Beimengungen am allerbesten entfernt und die Porosität der feuerfesten Masse wesentlich herabgesetzt. Durch Entfernung der Beimengungen wird es möglich, willkürlichen Ausbrüchen des feuerfesten Pulvers aus dem Lichtleiterblock bei Sinterung des Pulvers in diesem vorzubeugen.

Unterschreitet die Erwärmungsgeschwindigkeit 7 K/min, so dehnt sich der Vorgang der Entfernung von Beimengungen übermäßig aus, was eine Vergrößerung des Zeitaufwandes für die Herstellung des Lichtleiterblocks zur Folge hat. Überschreitet die Erwärmungsgeschwindigkeit 10 K/min, so kommen die willkürlichen Ausbrüche der Pulver beim Rösten öfter vor, und die Entfernung von Beimengungen wird beeinträchtigt.

Zweckmäßig werden pulverförmiges Aluminiumoxid und Siliziumdioxid nach der Erwärmung auf die erforderliche Temperatur unter diesen Bedingungen 1 bis 2 h lang gehalten. Dadurch wird eine vollständige Entfernung von Beimengungen aus den Pulvern gewährleistet und das Zusammensintern der letzteren bei deren Rösten VGÜkcrrirfien ausgeschlossen. Darüber hinaus verfügen Aluminiumoxid und Siliziumdioxid in einem solchen Falle über stabile wärmephysikalische Eigenschaften, wodurch der Rissigkeit der feuerfesten Masse im Lichtleiterblock vorgebeugt wird.
Zweckmäßigerweise werden pulverförmiges Aluminiumoxid und Siliziumdioxid vor dem Rösten einer Beizung mit darauffolgender Wässerung unterzogen. Somit wird die Entfernung von Beimengungen erleichtert, weil sie im Vcilaufe des Beizens zu Verbindungen werden, welche aus dem Pulver mit Wasser ausgewaschen beziehungsweise durch Erwärmung entfernt werden können. Sehr zweckmäßig ist es. die festen Komponenten des erfindungsgemäßen Pulvers (Aluminiumoxid, Siliziumdioxid usw.) vorhergehend bis auf eine Teilchengröße von 0,05 bis 0.1 mm zu zerkleinern. Somit wird die Sinterung des feuerfesten Pulvers erleichtert, die Porosität der gesinterten Masse und folglich auch die Dicke der Metallisierungszone werden verringert. Durch den letztgenannten Umstand werden die Betriebsbedingungen des Lichtleiterblocks verbessert, da sich der thermisehe Ausdehnungskoeffizient der feuerfesten Masse in der Metallisierungszone vom mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten der übrigen Masse bedeutend unterscheidet. Darüber hinaus kommt es zur Verschmelzung der feuerfesten Masse mit dem Korund-Lichtleiter in der Metallisierungszone, wodurch die Wahrscheinlichkeit der Zerstörung des Arbeitsendes des Lichtleiters erhöht wird. Die Wärmeleitfähigkeit in der erwähnten Zone übersteigt die der übrigen Masse und liegt der Wärmeleitfähigkeit der Schmelze nahe.

wodurch die zulässigen Temperaturgradienten stark herabgesetzt werden.

Unterschreitet die Teilchengröße einer jeden festen Komponente 0,05 mm, so werden somit die Wahrscheinlichkeit des Versinters des Pulvers beim Rösten erhöht sowie ihre Beheizung und Wässerung erschwert. Ferner wird bei der Herstellung des Lichtleiterblocks das Verdichten des feuerfesten Pulvers erschwert Überschreitet die Teilchengröße 0,1 mm, so nehmen die Porosität der feuerfesten Masse und folglich die Dicke deren Metallisierungszone zu.

Bei Gewinnung von feuerfestem Pulver, welches Orthophosphorsäure (d. h. flüssige Komponente) enthält, wird diese Säure zweckmäßigerweise in Gestalt einer 3-bis 20prozentigen wäßrigen Lösung zugegeben. Dank dessen ist beim Vermischen der Komponenten Wasser in einer Menge anwesend, die zum Vermitteln der erforderlichen Plastizität an die feuerfeste Masse ausreicht, wodurch eine bessere Verdichtung dieser Masse bei der

Herstellung des Lichtleiterblocks gewährleistet wird. Darüber hinaus ist in diesem Falle das Auschütten des Pulvers aus dein erwähnten Block bei seiner Anordnung in der Auskleidung ausgeschlossen.

Beträgt die Konzentration der Orthophosphorsäure mehr als 20%, so wird da·; Wasser in einer Menge anweseij^sein, welche für eine gute Verdichtung der feuerfesten Masse unzureichend ist. Beträgt diese Konzentration weniger als 3%, so weist die gesinterte Masse eine übermäßige Porosität auf.

Bei der Gewinnung des erfindungsgemäßen feuerfesten Pulvers können verschiedene polymorphe Modifikationen und Formen von Aluminiumoxid und Siliziumdioxid als Ausgangskomponenten verwendet werden.

Insbesondere ist es zweckmäßig. Aluminiumoxid in Form von Λ-ΑΙ2Ο3 zu nehmen. Von sämtlichen polymorphen Formen von Aluminiumoxid weist diese Form die geringste Neigung t.üt Hydratisierung auf. Daher verfügt das aus Aluminiumoxid solcher Form bestehende Pulver nach dem Rösten über die mindestmögliche Porosität. Darüber hinaus sind bei diesem Pulver weniger willkürliche Ausbrüche beim Rösten, höhere Festigkeit und Wärmebeständigkeit im gesinterten Zustand sowie ein höheres Vermögen zur Bildung plastischer Verbindungen mit anderen Komponenten zu verzeichnen. Die erwähnte Form von Aluminiumoxid eignet sich zum Einsatz im gesamten Temperaturbereich des feuerfesten Pulvers (von 400 bis 1750"C).

Wie es die unternommenen Versuche erbracht haben, is. es am zweckmäßigsten, von sämtlichen polymorphen Modifikationen von Siliziumdioxid bei einer Betriebstemperatur des feuerfesten Pulvers von höchstens 870° C Quarz-, bei einer Temperatur von 870 bis 1470° C Tridymit- und bei einer Temperatur von über 1470^cC Kristobalitpulver beziehungsweise zerkleinertes kieselerdehaltiges Glas zu verwenden. Bei den genannten Modifikationen von Siliziumdioxid bleiben in den entsprechenden Temperaturbereichen innerhalb einer längeren Zeit polymorphe Umwandlungen aus, welche durch sprunghafte Änderungen ihres Volumens begleitet werden. Daher erfolgt die Volumenänderung bei jeder solchen Modifikation nur infolge einer Temperaturänderung und beträgt bei einem relativ geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten eine geringe Größe. Somit wird die Wahrscheinlichkeit der Rißbildung in der im Lichtleiterblock befindlichen feuerfesten Masse sowie der Zerstörung des Lichtleiters herabgesetzt.

Im weiteren sind zu Anschaulichkeitszwecken konkrete Herstellungsbeispiele u.id Prüfungsergebnisse des erfindungsgemäßen feuerfesten Pulvers gebracht.

Beispiel 1

Aluminiumoxid	54
Siliziumdioxid	45
Borsäure	1

derweise gewonnen. Pulverförmiges Aluminiumoxid sowie pulverförmiges Siliziumdioxid wurden entsprechend auf eine Temperatur von 1300 beziehungsweise 1100⁰C erwärmt, dann bis auf die Raumtemperatur (2O⁰C) abgekühlt und anschließend unter darauffolgender Zugabe von Borsäure bis zum Erhalten einer homogenen Masse vermischt.

Der Lichtleiterblock wurde zur Messung der Temperatur der Gußeisenschmelze in einem Induktionsofen verwendet (der Betriebstemperaturbereich betrug 1200 bis 1600"C). Die feuerfeste Masse des Pulvers der angegebenen Zusammensetzung verschmolz nicht mit dem Lichtleiter beim Versintern und im Verlaufe des darauffolgenden Betriebs, lag an diesem dicht an und zersplitterte nicht bei Wärmestößen, so daß der Lichtleiter binnen der gesamten Lebensdauer der Ofenauskleidung nicht zerstört wurde. Dann wurden aus der feuerfesten Masse zur Bestimmung ihrer wärmephysikalischen Kennwerte genormte Probekörper hergestellt und den entsprechenden Prüfungen unterzogen.

Man kam zu folgenden Prüfungsergebnissen:

Temperatur des Erweichungsbeginns unter einer Belastung von

20 N/cm² (in ⁰C) 1450

mittlerer linearer Ausdehnungskoeffizient im Betriebsiemperaturbereich des Schmelzvorgangs,
A-IO⁶OnK-¹) 9,0

Temperaturwechselbeständigkeit
(Anzahl der genormten

Temperaturwechselspiele) von 70 bis 80

Sintertemperatur (in "C) von 1400 bis 1500

Porosität (in Prozent) von 16 bis 17

Schmelzpunkt (in ⁰C) 1860

Dicke der metallisierten Schicht
(in cm) von 0,7 bis 0,8

Sinterungstiefe (in cm) von 1,6 bis 1,7

Hier und weiter wird unter dem genormten Temperaturwechselspiel ein Zyklus verstanden, welcher die Erwärmung des Probekörpers auf eine Temperatur von 850° C und seine darauffolgende Abkühlung in fließendem Wasser bis auf eine Temperatur von 25°C einschließt. Unter der Anzahl der genormten Temperaturwechselspiele wird diejenige Anzahl der Temperaturwechselspiele verstanden, bei deren Erreichen der Probekörper 20% seiner Masse verliert.

Unter den gleichen Bedingungen wurden Lichtleiterblöcke und Probekörper aus feuerfesten Pulvern der bekannten Zusammensetzungen geprüft

Zur Untersuchung der Eigenschaften des erfindungsgemäßen feuerfesten Pulvers wurde ein Lichtleiterblock hergestellt, welcher einen Korund-Lichtleiter einschließt, der in einem mit dem erwähnten Pulver gefüllten hochschmelzenden Mantelrohr untergebracht ist Das Pulver wies folgende Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) auf:

Dabei wurde das feuerfeste Pulver in Obereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren folgen-

1) Al₂O₃;

2) ZrO₂;

3) ZrSiO₄-

Im Verlaufe des Betriebs des Lichtleiterblocks verschmolz die feuerfeste Masse aus dem bekannten Pulver Nr. 1 mit dem Lichtleiter und zersplitterte bei Wärmestößen, so daß der Lichtleiter noch lange vor der Beendigung der Lebensdauer der Auskleidung zerstört wurde. Dabei waren die wärmephysikalischen Kennwerte dieser Masse schlechter als der Masse aus dem erfindungsgemäßen Pulver und wiesen folgende Werte auf:

Temperatur des Erweichungsbeginns unter einer Belastung von

20 N/cm² (in ° C) 1850

mittlerer linearer Ausdehnungskoeffizient im Betriebstemperaturbereich « ■ 10⁶OnK-¹) 10,6
Sintertemperatur (in ⁰C) von 1750bis 1850
Tempcraturwechselbeständigkeit 3 bis 4
Porosität (in Prozent) von 20 bis 23
Schmelzpunkt (in ⁰C) von 2000 bis 2030
Dicke der metallisierten Schicht
(in cm) von 3 bis 4

Da die Sintertemperatur des bekannten Pulvers Nr. 1 die Sintertemperatur der sauren Auskleidung (1400 bis 1500°C) überschreitet, war es erforderlich, dieses Pulver vorhergehend zu versintern, wodurch die Herstellung des Lichtleiterblocks wesentlich kompliziert wurde. Es isl festgestellt worden, daß die Sinterungstiefe des Pulvers Nr. 1 durch die Sinterprozeßführung bedingt wird und von der Temperaturführung der Auskleidung nicht abhängt, was zur Herabsetzung der Betriebssicherheit des Lichtleiterblocks führt. Die Masse aus Pulver Nr. 2 sowie die aus Pulver Nr. 3 zersplitterten im Verlaufe des Betriebs des Lichtleiterblocks, bröckelten aus und lagen undicht am Lichtleiter sowie an der Innenfläche des Mantelrohrs des Lichtleiterblocks an. Dabei wurde das Durchdringen der Schmelze an die Seitenfläche des Lichtleiters festgestellt, was zu seiner Zerstörung führte.

Beispiel 2

Unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wurde ein feuerfestes Pulver folgender Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) geprüft:

Im Verlaufe des Betriebs des Lichtleiterblocks in der Auskleidung eines. Induktionsofens offenbarte die Masse aus dem erfindungsgemäßen feuerfesten Pulver die gleichen Eigenschaften wie in Beispiel 1. Die wärmephysikalischen Kennwerte der aus dem Pulver hergestellten Probekörper waren folgende:

Temperatur des Erweichungsbeginns unter einer Belastung von

20 N/cm²(in "C) 1420

mittlerer linearer Ausdehnungskoeffizient im Betriebstemperaturbereich des Schmelzvorgangs,
«· 10⁶(inK-') 8,0

Temperaturwechselbeständigkeit von 90 bis 100 Sintertemperatur (in ⁰C) von 1400 bis 1500

Porosität (in Prozent) von 14 bis 16

Schmelzpunkten ⁰C) 1800

Dicke der metallisierten Schicht

(in cm) von 0,9 bis 1,0

Sinterungstiefe (in cm) von 1,1 bis 1,3

Beispiel 4

Aluminiumoxid

Siliziumdioxid

Borsäure

40
59

Aluminiumoxid	40,5
Siliziumdioxid	59
Borsäure	0,5

Aluminiumoxid	50
30 Siliziumdioxid	49
Borsäure	1

Im Verlaufe des Betriebs des Lichtleiterblocks in der Auskleidung eines Induktionsofens offenbarte die Masse aus dem erfindungsgemäßen feuerfesten Pulver die gleichen Eigenschaften wie in Beispiel 1.

Die wärmephysikalisch".n Kennwerte der aus dem Pulver hergestellten Probekörper waren folgende:

Temperatur des Erweichungsbeginns
unter einer Belastung von
20 N/cm² (in ⁰C) 1400

mittlerer linearer Ausdehnungskoeffizient im Betriebstemperaturbereich des Schmelzvorgangs,
A-IO⁶OnK-¹) 8,0

Porosität (in Prozent) von 13 bis 15

Schmelzpunkten ⁰C) 1800

Dicke der metallisierten Schicht
(in cm) von 0,4 bis 0,5

Sinterungstiefe (in cm) von 2,1 bis 2,3

Beispiel 3

Im Verlaufe des Betriebs des Lichtleiterblocks in der Auskleidung eines Induktionsofens offenbarte das erfindungsgemäße Pulver die gleichen Eigenschaften wie in Beispiel 1.

Die wärmephysikalischen Kennwerte der aus dem Pulver hergestellten Probekörper waren folgende:

Temperatur des Erweichungsbeginns unter einer Belastung von
20 N/cm² (in ⁰C) 1435

mittlerer linearer Ausdehnungskoeffizient im Betriebstemperaturbereich des Schmelzvorgangs,

Λ- 10⁶ (in K-') 8,7

Temperaturwechselbeständigkeit von 80 bis 90 Sintertemperatur (in ³C) von 1400 bis 1500

Porosität (in Prozent von 15 bis 16

Schmelzpunkt (in "C) 1840

Dicke der metallisierten Schicht
(in cm) von 0,5 bis 0,6

Sinterungstiefe (in cm) von 1,7 bis 1,9

Beispiel 5

Aluminiumoxid	45
Siliziumdioxid	54
Borsäure	1

Temperatur des Erweichungsbeginns
unter einer Belastung von
20 N/cm² (in ⁰C) 1420

mittlerer linearer Ausdehnungskoeffizient im Betriebstemperaturbereich des Schrnelzvorgangs,
« ■ 10⁶ (in K-") 8,3

Temperaturwechselbeständigkeit von 85 bis 95
Sintertemperatur (in °C) von 1400 bis 1500

Porosität (in Prozent) vonl4bisl6

Schmelzpunkten "C) 1820

Dicke der metallisierten Schicht
(in cm) von 0,4 bis 0,5

Sinterungstiefe (in cm) von 1,9 bis 2,1

Beispiel 6 (negativ)

Im Verlaufe des Betriebs des Lichtleiterblocks in der Ofenauskleidung versinterte die Masse aus dem feuerfesten Pulver auf eine beachtliche Tiefe, welche die Sinterungstiefe der Auskleidung übertraf. Dies hatte die Zersplitterung der Masse und das Gelange"¹ der Schmelze an die Seitenfläche des Lichtleiters sowie die Zerstörung des letzteren zur Folge.

Beispiel 9

Aluminiumoxid	40,6
Siliziumdioxid	59
Orthophosphorsäure	0,4

Aluminiumoxid

Siliziumdioxid

Borsäure

10

89

im venauie ues oeineos ues LiLTiueueroiocKS in tier Auskleidung eines Induktionsofens offenbarte die Masse aus dem erfindungsgemäßen feuerfesten Pulver die gleichen Eigenschaften wie in Beispiel 1.

Im Verlaufe des Betriebs des Lichtleiterblocks in Ofenauskleidung wies die Masse aus dem feuerfesten Pulver eine niedrige Feuerfestigkeit auf, wobei sich ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Lichtleiters stark unterschied. Dies führte zum Gelangen der Schmelze an die Seitenfläche des Lichtleiters, was eine Zerstörung des Lichtleiters zur Folge hatte, noch lange bevor die Le-Kone/ίοιιαι* Hai¹ Aiicl^1^i/4tmrr nKnalai ι fön uio t*

Beispiel 7 (negativ)

Temperatur des Erweichungsbeginns
unter einer Belastung von
20 N/cm² (in "C) 1420

mittlerer linearer Ausdehnungs-

koeffizientim Betriebstemperaturbereich des Schmelzvorgangs,
cc- 10⁶(inK-') 8,0

Temperaturwechselbeständigkeit von 90 bis 100
Sintertemperatur (in ° C) von 1400 bis 1500

Porosität (in Prozent) von 14 bis 16

Schmelzpunkt (in ⁰C) 1800

(in cm)
Sinterungstiefe (in cm)

von 0,9 bis 1,0
von 1,1 bis 1,3

40 Beispiel 10

Aluminiumoxid

Siliziumdioxid

Borsäure

90
9
1

Unter den gleichen Bedingungen, wie in Beispiel 1, wurde ein feuerfestes Pulver folgender Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) geprüft:

Im Verlaufe des Betriebs des Lichtleiterblocks in der Ofenauskleidung wies die Masse aus dem feuerfesten Pulver eine ungenügende Feuerfestigkeit auf, lag am Mantelrohr des Lichtleiterblocks undicht an und verschmolz mit dem L ichtleiter, wobei ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient den thermischen Ausdehnungskoeffizient des Lichtleiters bei weitem übertraf. Dies hatte die Zersplitterung der Masse und das Gelangen der Schmelze in das Innere des Lichtleiterblockes zur Folge, so daß der Lichtleiter zerstört wurde noch lange bevor die Lebensdauer der Auskleidung abgelaufen war.

Beispiel 8 (negativ)

Aluminiumoxid

Siliziumdioxid

Orthophosphorsäure

40

59

Im Verlaufe des Betriebs des Lichtleiterblocks in der Auskleidung eines Induktionsofens offenbarte die Masse aus dem feuerfesten Pulver die gleichen Eigenschaften wie in Beispiel 1.

Ψ	Aluminiumoxid	53
	Siliziumdioxid	43
lly VS	Borsäure	4

Temperatur des Erweichungsbeginns
unter einer Belastung von

20 N/cm² (in ⁰C) 1400

mittlerer linearer Ausdehnungskoeffizient im Betriebstemperaturbereich des Schmelzvorgangs,
*-10⁶(inK-·) 8,0

Ternperaiurwechselbeständigkeit von 90 bis 100
Sintertemperatur (in ° C) von 1400 bis 1500

Porosität (in Prozent) von 13 bis 15

Schmelzpunkt (in ⁰C) 1800

Dicke der metallisierten Schicht
(in cm)
Sinterungstiefe (in cm)

von 0,4 bis Op von 2,1 bis 23

16
Beispiel 13

Beispiel 11

Unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wurde ein feuerfestes Fulver folgender Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) geprüft:

Aluminiumoxid

Siliziumdioxid

Orthophosphorsäure

45

54

Aluminiumoxid

Siliziumdioxid

Orthophosphorsäure

54

45

Temperatur des ErA-eichungsbeginns unter einer Belastung von
20 N/cm² (in ° C) 1450

mittlerer linearer Ausdehnungskoeffizient im Betriebstemperaturbereich des Schmelzvorgangs,
λ · 10⁶(ίηΚ-·) 9,0

Temperaturwechselbeständigkeit von 70 bis 80 Siiitertemperatur(in ⁰C) von 1400 bis 1500

Porosität (in Prozent) von 16 bis 17

Schmelzpunkt (in ⁰C) 1860

Dicke der metallisierten Schicht
(in cm) von 0,7 bis 0,8

Sinterungstiefe (in cm) von 1,6 bis 1,7

Beispiel 12

Im Verlaufe des Betriebs des Lichtle'iterblocks in der Auskleidung eines Induktionsofens offenbarte das erfindungsgemäße Pulver die gleichen Eigenschaften wie in Beispiel 1.

Die wärmephysikalische Kennwerte der aus dem Pulver hergestellten Probekörper waren folgende:

Temperatur des Erweichungsbeginns
unter einer Belastung von

20 N/cm² (in ⁰C) 1420

mittlerer linearer Ausdehnungskoeffizient im Betriebstemperaturbereich des Schmelzvorganss,
Λ·10⁶(ϊηΚ-') 83

Temperaturwechselbeständigkeit von 85 bis 95
Sintertemperatur (in ° C) von 1400 bis 1500

Porosität (in Prozent) von 14 bis 16

Schmelzpunkt (in ° C) 1820

Dicke der metallisierten Schicht
(in cm) von 0,4 bis 0,5

Sinterungstiefe (in cm)

Aluminiumoxid

Siliziumdioxid

Orthophosphorsäure

50

49 1

Im Verlaufe des Betriebs des Lichtleiterblocks in der Auskleidung eines Induktionsofens offenbarte das erfindungsgemäße Pulver die gleichen Eigenschaften wie in Beispiel!.

Temperatur des Erweichungsbeginns unter einer Belastung von
20N/cm^J(in°C) 1435

mittlerer linearer Ausdehnungskoeffizient im Betriebstemperaturbereich des Schmelzvorgangs,
a ■ 10⁶(inK-') 8,7

Temperaturwechsc'.beständigkeil von 80 bis 90 Sintertemperatur (in °C)
Porosität (in Prozent)
Schmelzpunkt (in ⁰C)
Dicke der metallisierten Schicht
(in cm)
Sinterungstiefe (in cm)

von 1400 bis 1500 von 15 bis 16 1840

von 0,6 bis 0.7 von 1,7 bis 1,9

von 1S bis 2,1

Beispiel 14 (negativ)

Aluminiumoxid
Siliziumdioxid

Orthophosphorsäure

10

89

Im Verlaufe des Betriebs des Lichtleiterblocks in der Ofenauskleidung wies die Masse aus dem feuerfesten Pulver eine niedrige Feuerfestigkeit auf, und ihr Wärmeausdehnungskoeffizient unterschied sich beachtlich vom Wärmeausdehnungskoeffizienten des Lichtleiters. Dies hatte das Gelangen der Schmelze an die Seitenwand des Lichtleiters und die Zerstörung des letzteren zur Folge, noch lange bevor die Lebensdauer der Auskleidung abgelaufen war.

Beispiel 15(negativ)

Unter den gleichen Bedingungen wie ;n Beispiel 1 wurde ein Feuerfestes Pulver folgender Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) geprüft:

Aluminiumoxid
Siliziumdioxid

Orthophosphorsäure

90
9

Im Verlaufe des Betriebs des Lichtleiterblocks in der Ofenauskleidung verfügt die Masse aus dem feuerfesten Pulver über eine ungenügende Temperaturwechselbeständigkeit, verschmolz mit dem Lichtleiter und wies einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Lichtleiters über-

traf. Dies hatte die Zersplitterung der feuerfesten Masse und das Gelangen der Schmelze in das Innere des Lichtleiterblocks zur Folge, im Ergebnis dessen der Lichtleiter zerstört wurde lange bevor die Lebensdauer der Auskleidung abgelaufen war.

Beispiel 16 (negativ)

Aluminiumoxid

Siliziuradioxid

Orthophosphorsäure

53
43

Im Verlaufe des Betriebs des Lichtleiterblocks in der Ofenauskleidung versinterte die feuerfeste Masse aus diesem Pulver auf eine bedeutende Ήείε, welche die Sinterungstiefe der Auskleidung übertraf. Dies hatte die Zersplitterung der Masse, das Gelangen der Schmelze an die Seitenfläche des Lichtleiters und die Zerstörung des letzteren zur Folge.

Beispiel 17 (negativ)

Aluminiumoxid	54,8
Siliziumdioxid	45
Orthophosphorsäure	0,2

Im Verlaufe des Betriebs des Lichtleiterblocks in der Ofenauskleidung versinterte die Masse aus diesem Pulver auf eine geringe Tiefe und wies eine ungenügende Festigkeit auf. Dies hatte die Zerstörung der Masse, deren Auswaschen durch Schmelze und Zerstörung des Lichtleiters zur Folge.

Beispiel 18

Aluminiumoxid

Siliziumdioxid

Boroxid

54,3
45
0,7

Im Verlaufe des Betriebs des Lichtleiterblocks in der Auskleidung eines Induktionsofens offenbarte die Masse aus dem erfindungsgemäßen feuerfesten Pulver die gleichen Eigenschafter wie in Beispiel 1.

Die wärmephysikalischen Kennwerte der aus dem Pulver hergestellten Probekörper waren im wesentlichen die gleichen wie in Beispiel 1. Dabei wies die feuerfeste Masse eine geringe Porosität von 14 bis 16% auf. Die Dicke der metallisierten Schicht der Masse verminderte sieh auf 1,1 bis 1,2 cm.

Beispiel 19

Aluminiumoxid	40
Siliziumdioxid	58,8
Boroxid	U

Die wärmephysikalischen Kennwerte der aus dem Pulver hergestellten Probekörper waren im wesentlichen die gleichen wie in Beispiel 2. Dabei war die Porosität der feuerfesten Masse geringer und betrug 11 bis 13%. Die Dicke der metallisierten Schicht der Masse verminderte sich auf 0,8 bis 1,0 cm.

Beispiel 20

Unter den gleichen Bedingungen wie i«> Beispiel 1 wurde ein feuerfestes Pulver folgender Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) geprüft:

Aluminiumoxid	543
Siliziumdioxid	45
Phosphorpentoxid	0,7

Die wärmephysikalischen Kennwerte der aus dem Pulver hergestellten Probekörper waren im wesentlichen die gleichen wie in Beispiel 11. Dabei war die Porosität der feuerfesten Masse geringer und betrug 12 bis 14%. Die Dicke der metallisierten Schicht der Masse verminderte sich auf 0,8 bis 1,0 cm.

Beispiel 2i

Aluminiumoxid

Siliziumdioxid

Phosphorpentoxid

40,2
59
0,8

Im Verlauf des Betriebs des Lichtleiterblocks in der Auskleidung eines Induktionsofens offenbarte die Masse aus dem erfindungsgemäßen feuerfesten Pulver die gleichen Eigenschaften wie in Beispii j1.

Die wärmephysikalischen Kennwerte der aus dem l'jlver hergestellten Probekörper waren im wesentlichen die gleichen wie in Beispiel 10. Dabei war die Porosität der feuerfesten Masse geringer und betrug 11 bis 12%.

Die Dicke der metallisierten Schicht der Masse verminderte sich auf 0,8 bis 0,9 cm.

Beispiel 22

Das erfindungsgemäBe feuerfeste Pulver der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel I wurde im wesentlichen so, wie im erwähnten Beispiel gewonnen. Dabei betrug die Erwärmungsgeschwindigkeit von pulverförmigem Aluminiumoxid und Siliziumdioxid beim Rösten 8 K/min.

Dank der gewählten Erwärmungsgeschwindigkeil von pulverförmigem Aluminiumoxid und Siliziumdioxid

konnte willkürlichen Ausbrüchen vorgebeugt und eine bessere Entfernung der Beimengungen als in Beispiel 1 gesichert werden.

Die Prüfungsergebnisse waren im wesentlichen die gleichen wie in Beispiel 1. Dabei war die Porosität der feuerfesten Masse geringer und betrug 15 bis 16%. Die Dicke der metallisierten Schicht verminderte sich ebenfalls und betrug 1,1 bis 1,2 cm.

Beispiel 23

Das erfindungsgemäße feuerfeste Pulver der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 wurde im wesentlichen so wie in Beispiel 22 gewonnen. Dabei wurden pulverförmiges Aluminiumoxid und Siliziumdioxid nach deren Erwärmung auf die vorgegebene Temperatur unter diesen Bedingungen im Verlaufe von 1,5 h gehalten.

Dank dem Halten konnte eine bessere Entfernung der Beimengungen als in Beispiel 22 erreicht und die Gewinnung einer stabilen polymorphen Modifikation von Aluminiumoxid unter Aufrechterhaltung der ursprünglichen Modifikation von Siliziumdioxid gesichert werden. Somit wurde der Zersplitterung der feuerfesten Masse und dem Gelangen der Schmelze an die Seitenfläche des Lichtleiters und folglich der Zerstörung des letzteren vorgebeugt. Dabei wurden willkürlich Ausbrüche beim Versintern des feuerfesten Pulvers ausgeschlossen.

Die Ergebnisse der an den Probekörpern durchgeführten Untersuchungen waren im wesentlichen die gleichen wie in Beispiel 1. Dabei war die Porosität der feuerfesten Masse geringer und betrug 14 bis 15%. Die Dicke der metallisierten Schicht der Masse verminderte sich auf 0,9 bis 10 cm.

Beispiel 24

Das feuerfeste Pulver der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 wurde im wesentlichen auf die in Beispie! 23 beschriebene Weise gewonnen. Dabei wurden pulverförmiges Aluminiumoxid und Siliziumdioxid vor der Erwärmung einer Beizung mit 60prozentiger Chlorwasserstoffsäure mit darauffolgender Wässerung unterworfen.

Dank der vorhergehenden Beizung von pulverförmigem Aluminiumoxid und Siliziumdioxid wurden die in ihnen enthaltenen Beimengungen in leichtlösliche Verbindungen umgewandelt, welche bei darauffolgender Wässerung ohne Schwierigkeiten entfernt werden konnten.

Die Prüfungsergebnisse waren im wesentlichen die gleichen wie in Beispiel 1. Dabei war die Porosität der feuerfesten Masse geringer und betrug 13 bis 14%. Die Dicke der metallisierten Schicht der Masse verminderte sich ebenfalls und betrug 0,7 bis 0,9 cm.

Beispiel 25

Das feuerfeste Pulver der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel I wurde im wesentlichen so wie in Beispiel 24 gewonnen. Dabei wurden die Ausgangskomponenten vorhergehend bis auf eine Teilchengröße von 0,07 bis 0,08 mm zerkleinert.

Dank der Zerkleinerung der Komponenten konnte ihre Zusammenwirkfläche vergrößert werden, infolgedessen ihre Sintertemperatur um 50 bis 60 K herabge^ setzt wurde. Dies trug zur Erhöhung der Festigkeit <k-r feuerfesten Masse bei.

Die Ergebnisse der an den Probekörpern durchgeführten Untersuchungen waren im wesentlichen die gleichen wie in Beispiel 1. Dabei war die Porosität der feuerfesten Masse geringer und betrug 11 bis 12%. Die Dicke der metallisierten Schicht der Masse verminderte sich auf 0,5 bis 0,7 cm.

Beispiel 26

Der Untersuchung wurden Probekörper aus d«m Pulver folgender Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) unterworfen:

Aluminiumoxid
Siliziumdioxid

Orthophosphorsäure

54

45

Das Pulver wurde im wesentlichen auf die in Beispiel 25 beschriebene Weise gewonnen. Orthophosphorsäure wurde dabei in Form einer 7prozentigen wäßrigen Lösung genommen.

Bei der Herstellung des Lichtleiterblocks ließ sich die Masse aus dem erwähnten Pulver gut verdichten und wurde aus dem hochschmelzenden Mantelrohr bei der Anordnung des Blocks in der Auskleidung nicht ausgeschüttet.

Beispiel 27 (negativ)

Das feuerfeste Pulver der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 wurde im wesentlichen so wie im erwähnten Beispiel gewonnen. Dabei wurden pulverförmiges Aluminiumoxid und Siliziumdioxid beim Rösten auf Temperaturwerte erwärmt, welche die empfohlenen Werte unterschreiten, nämlich auf 500 beziehungsweise 300⁰C entsprechend.

Demzufolge waren die Beimengungen aus den besagten Pulvern nicht vollständig entfernt. Dabei nahmen die Porosität der feuerfesten Masse und die Dicke der metallisierten Schicht zu und wurde eine teilweise Zersplitterung der Masse festgestellt.

Beispiel 28(negativ)

Das feuerfeste Pulver der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 wurde im wesentlichen so wie im erwähnten Beispiel gewonnen. Dabei wurden pulverförmige Aluminiumoxid und Siliziumdioxid bei Rösten auf Temperaturwerte erwärmt, welche die empfohlenen Werte überschreiten, nämlich auf 1700 beziehungsweise 1500⁰C entsprechend. Demzufolge ist es zu einem teilweisen Versintern jedes der genannten Pulver gekommen, so daß ihre erneute Zerkleinerung erforderlich wurde.

Beispiel 29

Das feuerfeste Pulver derselben Zusammensetzung wie in Beispiel 1 wurde im wesentlichen so wie in Beispiel 25 gewonnen. Die Teilchengröße der Ausgangskomponenten unterschritt dabei den empfohlenen Wert und betrug 0,02 mm.

Dadurch wurde bei der Herstellung des Lichtleiterblocks die Verdichtung des feuerfesten Pulvers erschwert. Im Verlaufe des Betriebs dieses Blocks kam es zu einer teilvveisen Spaltung der feuerfesten Masse und zu deren Auswaschung durch die Schmelze. Dies führte in einzelnen Fallen zum Gelangen der Schmelze an die Seitenfläche des Lichtleiters.

21
Beispiel 30

Das feuerfeste Pulver derselben Zusammensetzung wie in Beispiel 1 wurde auf die in Beispiel 25 beschriebene Weise gewonnen. Dabei überschritt die Teilchengröße der Ausgangskomponenten den empfohlenen Wert und betrug 0,2 mm.

Dadurch wurde die Porosität der feuerfesten Masse bedeutend erhöht, was eine beachtliche Vergrößerung der Dicke ihrer metallisierten Schicht zur Folge hatte.

Beispiel 31

10

Für einen bei einer Temperatur von höchstens 870⁰C (beispielsweise im Kontakt mit Aluminiumschmelze) be- is triebenen Lichtleiterblock wurde das feuerfeste Pulver derselben Zusammensetzung wie in Beispiel 1 nach der in Beispiel 25 dargelegten Technologie gewonnen. Dabei stellte ursprüngliches pulverförmiges Aluminiumoxid seine polymorphe Form Ä-AI2O3 dar.

Siliziumdioxid wurde in zwei verschiedenen polymorphsn Modifikationen genommen. In der ersten Variante wurde pulverförmiger Tridymit, i" der zweiten pulverförmiger Quarz verwendet.

Nach 1000 Betriebsstunden des Lichtleiterblocks bei der erwähnten Temperatur zersplitterte teilweise die Tridymit enthaltende feuerfeste Masse, während die Quarz enthaltende Masse von diesem Fehler frei war.

B e i s ρ i e 1 32

Das in Übereinstimmung mit denselben Varianten wie in Beispiel 31 gewonnene feuerfeste Pulver wurde in einem bei einer Temperatur von 870 bis 1470° C (Gußeisenschmelze) betriebenen Lichtleiterblock untersucht.

In diesem Fall wurde eine teilweise Zersplitterung der den Quarz enthaltenden feuerfesten Masse festgestellt, während die Masse mit Tridymit keine Risse aufwies.

Beispiel 33

Für einen bei einer Temperatur von über 1470⁰C (Stahlschmelze) betriebenen Lichtleiterblock wurde das feuerfeste Pulver derselben Zusammensetzung wie in Beispiel 1 nach der in Beispiel 25 dargelegten Technologie gewonnen. Als Aluminiumoxid wurde seine Form Ä-AI2O3 genommen.

Als Siliziumdioxid wurde in einer Variante pulverförmiger Quarz und in der anderen Variante pulverförmiger Kristobalit genommen.

Nach 1000 Betrietistunden des Lichtleiterblocks bei der erwähnten Temperatur zersplitterte teilweise die feuerfeste Masse mit Quarz, während die Masse mit Kristobalit von diesem Fehler frei war.

Beispiel 34

55

Für einen bei einer Temperatur von über 1470⁰C (Schmelze von hochfestem Grauguß) betriebenen Lichtleiterblock wurde das feuerfeste Pulver derselben Zusammensetzung wie in Beispiel 1 nach der in Beispiel 25 dargelegten Technologie gewonnen. Als Aluminiumoxid wurde seine Form Λ-ΑΙ2Ο3 genommen.

Als Siiiziumdioxid wurde in einer Variante pulverförmiger Quarz und in einer anderen Variante zerkleinertes kieselerdehaltiges Glas verwendet.

Nach 1000 Beiriebsstunden des Lichtleiterblocks bei der erwähnten Temperatur zersplitterte teilweise die feuerfeste Masse mit Quarz, während die Masse mit kieselerdehaltigem Glas von diesem Fehler frei war.

Beispiel 35

Für einen bei einer Temperatur von 840 bis 1470⁰C (Schmelze von grauem Roheisen) betriebenen Lichtleiterblock wurde das feuerfeste Pulver derselben Zusammensetzung wie in Beispiel 1 nach der in Beispiel 25 dargelegten Technologie gewonnen. Als Siliziumdioxid wurde pulverförmiger Tridymit verwendet.

Aluminiumoxid wurde dabei in zwei verschiedenen polymorphen Formen genommen, in der ersten Variante wurde ^AbOs-Pulver und in der zweiten Variante ar-Al2O3-Pulver verwendet.

Nach 1000 Betriebsstunden des Lichtleiterblocks wurden in der feuerfesten Masse mit ^AhCb einzelne Risse festgestellt, während die Masse mit «-AI2O3 von diesem Fehler frei war. Ferner wies die erste Masse eine größere Dicke der Metallisierungszone als die zweite Masse auf, infolgedessen die Betriebsbedingungen des Lichtleiters verschlechtert warei;.

Vorstehend sind nur einige konkrete Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gebracht. Selbstverständlich ist die Erfindung auf die beschriebenen Beispiele nicht beschränkt, so daß in diese verschiedene Änderungen und Ergänzungen eingetragen werden können, welche für den Fachmann auf diesem Gebiet der Technik offenkundig sind, wobei der Erfindungstatbestand und -inhalt im Rahmen der Patentansprüche erhalten bleiben.

Die vorliegende Erfindung kann bei der Herstellung von Lichtleiterblöcken verwendet werden, welche im Hütten- und Gießereiwesen für Temperaturmessungen der Schmelzen von Schwarz- und Buntmetallen in Induktionsöfen, magnetohydrodynamischen Pumpen, Kupolöfen, Siemens-Martin-Öfen und Konvertierungsöfen Verwendung finden.

40

Claims

Patentansprüche:

1. Feuerfestes Pulver, bestehend aus (in Gewichtsprozent):

Aluminiumoxid

Siliziumdioxid

Sintermittel

40 bis 59
40 bis 59
03 bis 2,0.