DE3131434C2 - - Google Patents

Description

Gemäß der japanischen Patentanmeldung Nr. 52-40 699 bzw. der entsprechenden DE-OS 28 15 094 wurde bereits eine feuerfeste Zusammensetzung für den Strangguß entwickelt, bei der herkömmlicher Aluminiumoxidzement, der die Wärme- und Korrosionsbeständigkeit der Auskleidungen reduzieren kann, nicht als Hauptbindemittel verwendet wird. Das dort verwendete Hauptbindemittel ist eine Kombination eines Alkalimetallsilikats und eines kaum wasserlöslichen bzw. wenig wasserlöslichen Aluminiumtripolyphosphats, vondem eine geringe Menge zu dem feuerfesten Material zugegeben wird.

Diese feuerfeste Zusammensetzung wurde unter Erzielung guter Ergebnisse als Auskleidungsmaterial für eine Hochofen-Anstichrinne verwendet, die im allgemeinen scharfen Betriebsbedingungen ausgesetzt ist, so daß die zuvor bekannten gießfähigen Ofenauskleidungsmaterialen hierfür nicht verwendet werden können. So zeigt die genannte feuerfeste Zusammensetzung eine bessere Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Eisen und Schlacken als gewöhnliche Wannenauskleidungsmaterialen, die durch Stampfen bzw. Rammen aufgebracht werden, und eine längere Lebensdauer derart, daß der Materialverbrauch je Tonne gebildetes Eisen um die Hälfte reduziert werden kann.

Weiterhin besitzt sie Vorteile beim Aufbringen auf die Wand eines Ofens zum Vorheizen der Blöcke, so daß selbst bei raschem Trocknen keine Explosion verursacht wird, noch irgendein Schälen bzw. ein Abblättern durch Erhitzen während des Gebrauchs und eine zweimal so hohe Lebensdauer im Vergleich zu üblichen gießbaren Ofenauskleidungen erwartet wird.

Derartige Ofenauskleidungen des Stands der Technik besitzen jedoch die folgenden Mängel. Bei seiner Anwendung wird das Auskleidungsmaterial des Stands der Technik mit Wasser gemischt, in die gewünschte Form gegossen und zum Härten stehengelassen, wobei jedoch keine ausreichende Grünfestigkeit, nämlich Beibehaltung der Gestalt durch Härten bei Raumtemperatur erzielt werden kann. Beim Entfernen der Form bewegt sich daher das Gußmaterial mit der Form, wodurch die Oberfläche des Materials deformiert wird oder zu Konstruktionsmängeln führende kleine Risse innerhalb des Körpers auftreten und die Lebensdauer des Ofens vermindert wird.

Aus diesem Grund kann eine derartige unzureichende Grünfestigkeit eine rasche Entfernung der Form nach dem Gießen, wie z. B. in Verbindung mit dem Ofenverfahren erforderlich ist, verhindern. Derartige Mängel können die Dicke des Arbeitsstückes erhöhen und spürbar werden, wenn die Dicke etwa 300 mm überschreitet. Daher wird in der Praxis das Werkstück vordem Enfernen der Form von außen erhitzt, jedoch kann dies mühsame und zeitraubende Arbeitsgänge erforderlich machen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine feuerfeste Zusammensetzung für den Strangguß zu schaffen, die die vorteilhaften Merkmale der Zusammensetzung des Stands der Technik beibehält und bei der die vorstehend beschriebenen Mängel beseitigt sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine feuerfeste Zusammensetzung für den Strangguß, bestehend im wesentlichen aus: 100 Gewichtsteilen eines feuerfesten Materials, 0,1 bis 2 Gewichtsteilen eines wenig bzw. mäßig wasserlöslichen Aluminiumtripolyphosphats, 0,2 bis Gewichtsteilen eines Alkalimetallsilikats, 0,5 bis 5 Gewichtsteilen Ton, bis zu 2/5 Gewichtsteilen Carboxymethylcellulose, bezogen auf den Tonanteil und 0,2 bis 4 Gewichtsteilen Calciumsilikat und/oder Calciumaluminat.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung zeichnet sich somit gegenüber der feuerfesten Zusammensetzung des Stands der Technik (Japanische Patentanmeldung Nr. 52-40 699, DE-OS 28 15 094) durch die Anwesenheit einer geringen Menge eines die Härtung beschleunigenden Reagens, nämlich Calciumsilikat und/oder Calciumaluminat, aus, die während des Härtens sanft bzw. schwach mit Wasser reagieren und die Härtung beschleunigen.

Zwar waren - wie sich aus den DE-OS 22 30 746, 28 39 080 und 29 24 356 ergibt - bereits feuerfeste Zusammensetzungen für den Strangguß bekannt, die Kombinationen von Phosphorsäure und Calciumaluminatzement bzw. Kombinationen aus Silikat und Zement enthalten. Den genannten Druckschriften war jedoch kein gezielter Hinweis dahingehend zu entnehmen, daß mit der vorliegenden Zusammensetzung, die eine Kombination näher definierter Komponenten in spezifischen Mengenanteilen enthält, die genannte Aufgabe gelöst werden kann.

Die feuerfeste Zusammensetzung kann durch Zugabe des Wassers vor der Verwendung geknetet und nach dem Gießen gehärtet werden.

Beispiele für Alkalimetallsilikat-Bindematerialen, die bei der feuerfesten Zusammensetzung der Erfindung verwendt werden können, sind Natriumsilikat, Kaliumsilikat oder Lithiumsilikat.

Es hat sich gezeigt, daß das bei der Erfindung eingesetzte die Härtung beschleunigende Reagens, nämlich Wasser-härtbares Calciumsilikat und Wasser-härtbares Calciumaluminat, den folgenden Anforderungen im Hinblick auf die Anwendung bzw. das Aufbringen des Materials sowie im Hinblick auf die Eigenschaften des aufgebrachten Materials genügt. Beispielsweise sollte es nicht nur die Härtung des Alkalimetallsilikats und Aluminiumtripolyphosphats, das kaum bzw. wenig wasserlöslich ist, fördern, sondern auch sanft mit Wasser reagieren und selbst härten. Es sollte die Grünfestigkeit erhöhen, ohne daß die Hitze- und Korrosionsbeständigkeit der so erhaltenen Ofenauskleidungen herabgesetzt werden. Es sollte auch als Reagens bei Raumtemperatur innerhalb eines Bereichs stabil sein, in dem eine geringfügig hygroskopische Eigenschaft zulässig sein kann. Schließlich sollte es bei der Handhabung nicht gefährlich sein.

Das in der vorliegenden Zusammensetzung enthaltene, die Härtung beschleunigende Reagens Calciumsilikat und/oder Calciumaluminat ist im Handel als Portland-Zement und Aluminiumoxid- bzw. Tonerdezement erhältlich und gewährleistet auf einfache Weise das angestrebte Resultat. Wird es in größerer Menge als angegeben verwendet, beobachtet man eine deutliche Erniedrigung der Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Metall. Dies wird aus der Probe Nr. 8 in den nachstehenden Tabellen 1 und 2 ersichtlich. Eine Zugabe von mehr als 4 Gewichtsteilen, des die Härtung beschleunigenden Reagens verschlechtert die Eigenschaften der Ofenauskleidungen und bei einer Zugabe von weniger als 0,2 Gewichtsteilen wird kein merklicher Effekt beobachtet. Daher beträgt der geeignete Bereich des die Härtung beschleunigenden Reagens 0,2 bis 4 Gewichtsteile.

Der Härtungsmechanismus der erfindungsgemäßen feuerfesten Zusammensetzung kann wie folgt betrachtet werden. Das Alkalimetallsilikat bildet durch die Zugabe des Wassers ein wäßriges Sol, und es findet langsam durch die milde Reaktion des wenig wasserlöslichen Aluminiumtripolyphosphats eine Gelbildung statt und eine Verfestigung während des Härtens, jedoch ist die Erhärtung bei Raumtemperatur unzureichend und die Grünfestigkeit noch niedrig. Das die Härtung beschleunigende Calciumsilikat und/oder Calciumaluminat, das mit Wasser wenig bzw. mäßig reagiert, bildet nicht nur die entsprechende hydratisierte Verbindung und härtet selbst, sondern beschleunigt auch die Gelbildung des wäßrigen Sols des Alkalimetallsilikats infolge der durch die Hydratationsreaktion gebildeten Wärme und erhöht merklich innerhalb einer kurzen Härtungsdauer die Festigkeit.

Da die erhaltene Grünfestigkeit weitaus höher ist als die Summe der Festigkeit, erhältlich durch die Reaktion zwischen dem Alkalimetallsilikat und dem Aluminiumtripolyphosphat und die Hydratationsreaktion des die Härtung beschleunigenden Reagenz, nimmt man an, daß die Festigkeit erhöht wird durch eine in gewissem Sinn kombinierte Reaktion einer jeden Komponente der Bindemittel.

Zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit des Materials können zusätzlich Metalle und dergleichen, die durch den Kontakt mit Wasser Wärme bilden, verwendet werden.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung.

Beispiel

Die erfindungsgemäße feuerfeste Zusammensetzung wurde auf ein Auskleidungsmaterial einer Hochofenwanne aufgebracht, das im allgmeinen unter scharfen Bedingungen verwendet wird, da es geschmolzenem Eisen und Schlacke ausgesetzt und scharfen Temperaturveränderungen unterzogen wid, und es wurden Tests im Vergleich zu feuerfesten Zusammensetzungen gemäß dem Stand der Technik (Japanische Patentanmeldung Nr. 52-40 699, DE-OS 28 15 094) durchgeführt. Die Tabelle 1 veranschaulicht erfindungsgemäße Materialzusammensetzungen im Vergleich zu einer der bekannten (Japanische Patentanmeldung Nr. 52-40 699 bzw. DE-OS 28 15 094).

Man verwendete im Handel erhältliche feuerfeste Materialien, enthaltend kein kaum wasserlösliches Aluminiumtripolyphosphat, bei denen ähnliches Material wie in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 52-40 699 bzw. DE-OS 28 15 094 erläutert, verwendet wurde. Man mischte 10 kg einer jeden pulverförmigen Zusammensetzung in einer üblichen Mischmachine vom V-Typ 10 Minuten, führt dann zu einer üblichen Knetmaschine mit einem Schnecken-Holländer über und knetete 5 Minuten durch Zugabe der erforderlichen Menge Leitungswasser.

Die folgenden Tests wurden mit dem gekneteten Material durchgeführt.

Grünfestigkeit (Härtbarkeit)

Ein Teil des verkneteten Materials wurde in eine Eisenform mit einer Dicke von 3 mm gegossen, um säulenförmige Proben mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Höhe von 50 mm zu ergeben und jede Probe wurde 4 Stunden, 10 Stunden, 16 Stunden bzw. 24 Stunden in einem Thermohygrostaten, der bei 20°C und einer Feuchtigkeit von 80% gehalten wurde, gehärtet. Man bestimmte die Druckfestigkeit unter Verwendung einer Grün-Druckfestigkeit- Testvorrichtung an jeder gehärteten Probe nach Entfernen aus der Form.

Beständigkeit gegenüber raschem Trocknen

Ein Teil des verkneteten Materials wurde in eine Eisenform mit einer Dicke von 5 mm gegossen, um große säulenförmige Probestücke mit einem Durchmesser von 75 mm und einer Höhe von 75 mm zu ergeben, dann 24 Stunden in einem unter den gleichen Bedingungen wie vorstehend gehaltenen Thermohygrostaten gehärtet und nach Entfernen aus der Form wurden die Probestücke in einen Nickelchromdraht-Elektroofen, der bei 400°C gehalten wurde, eingebracht und es wurde die Beständigkeit gegenüber raschem Trocknen untersucht.

Abschälbeständigkeit

Ein Teil des verkneteten Materials wurde zu Probestücken geformt und nach einem ähnlichen Verfahren, wie in dem vorangegangenen Test beschrieben, gehärtet, danach 24 Stunden bei 110°C getrocknet und 2 Stunden in einem Siliciumcarbid- Elektroofen in einer reduzierenden Atmosphäre auf 1450°C erhitzt (Erhitzungsgeschwindigkeit 5°C/min) und hiernach luftgekühlt, um das Material zu sintern. Die gesinterten Probestücke wurden dann in einen ähnlichen Ofen, der bei 1200°C gehalten wurde, eingebracht und 10 Minuten stehengelassen, luftgekühlt und 30 Minuten belassen. Dieses rasche Erhitzungs- und Abkühlverfahren wurde dreimal wiederholt und es wurde die Abschälbeständigkeit bestimmt.

Heißbruchfestigkeit

Ein Teil des verkneteten Materials wurde in eine Eisenform gegossen, um Probestücke mit Abmessungen von 40 mm×40 mm× 160 mm zu bilden, wie in dem Japanese Industrial Standard JISR2553 angegben, und 24 Stunden in dem Thermohygrostaten, der unter den gleichen Bedingungen wie vorstehend gehalten wurde, gehärtet, danach getrocknet und nach analogen Verfahren, wie bei dem vorstehenden Test beschrieben, gesintert. Jedes gesinterte Probestück wurde in einen ähnlichen Ofen, wie vorstehend beschrieben, eingebracht, der bei 1450°C gehalten wurde und 1 Stunde stehengelassen und der Heißbiegetest wurde unter Anwendung der üblichen Testmethode durchgeführt.

Korrosionsbeständigkeit

Ein Teil des verkneteten Materials wurde in eine Form gegossen, die nahezu dem JISR2553 entspricht, um jedoch Probestücke mit einer trapezförmigen Form mit einer Höhe von 20 mm, einer oberen Kantenlänge von 36 mm, einer unteren Kantenlänge von 53 mm und einer Länge von 120 mm zu bilden. Die Probestücke wurden gehärtet und nach den gleichen Verfahren wie vorstehend erwähnt getrocknet. Die Probestücke wurden dann in Kokskörner eingebettet und in einem Nickelchromdraht-Elektroofen auf 350°C erhitzt (Erhitzungsgeschwindigkeit 5°C/min) und 2 Stunden belassen und luftgekühlt, um die Calcinierung zu bewirken. Es wurden dann 8 Probestücke angeordnet, um ein oktagonales Rohrmaterial zu bilden; das Rohrmaterial wurde dann in einen Graphitgußtiegel eingebracht und der Spalt zwischen dem Rohrmaterial und dem Gußtiegel wurde mit Aluminiumoxidpulver gefüllt. Der Gußtiegel wurde dann auf eine Rotationsvorrichtung montiert und mit Schnitzel von Hochofeneisen und Schlacke beschickt, die durch Erhitzen auf 1580°C geschmolzen und 5 Stunden mit Hilfe einer Oxypropanflamme unter diesen Bedingungen gehalten wurden, während man den Gußtiegel um eine abgeschrägte Achse rotieren ließ. Man bestimmte die Korrosion durch Vergleich der Tiefe der Korrosion an den am stärksten korrodierten Teilen.

Die Testergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.

Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß die Grünfestigkeit der erfindungsgemäßen feuerfesten Zusammensetzung für den Strangguß selbst nach einer sehr kurzen Härtungsdauer im Vergleich zu herkömmlichen feuerfesten Materialien bzw. Ofenauskleidungsmaterialien erhöht ist. Im einzelnen kann die Festigkeit, die eine rasche Entfernung der Form nach dem Gießen gestattet, innerhalb einer Härtungsdauer erhalten werden, die weniger als die Hälfte derjenigen der bekannten Ofenauskleidungsmaterialien beträgt; mit anderen Worten kann in etwa der gleichen Härtungsdauer eine Grünfestigkeit erhalten werden, die mehr als zweimal so hoch ist, wie diejenige der bekannten Zusammensetzungen, derart daß selbst wenn eine rasche Entfernung der Form nach dem Gießen notwendig ist, dies ohne ein derart mühsames Erhitzungsverfahren wie vorstehend erwähnt erhöht werden kann. Weiterhin können, da die Grünfestigkeit erhöht werden kann, Mängel von Ofenauskleidungsmaterialien, die durch die Entfernung der Form hervorgerufen werden, verhindert werden, wodurch die Ofenkonstruktion stabilisiert und die Lebensdauer des Ofens erhöht werden. Die erfindungsgemäße feuerfeste Zusammensetzung kann somit einem weiteren Anwendungsbereich zugeführt werden, als diejenige des Standes der Technik, da diese anwendbar ist auf einen dicken Arbeitsstück-Körper.

Claims (1)

1. Feuerfeste Zusammensetzung für den Strangguß, bestehend im wesentlichen aus: 100 Gewichtsteilen eines feuerfesten Materials, 0,1 bis 2 Gewichtsteilen eines wenig bzw. mäßig wasserlöslichen Aluminiumtripolyphosphats, 0,2 bis 2 Gewichtsteilen eines Alkalimetallsilikats, 0,5 bis 5 Gewichtsteilen Ton, bis zu 2/5 Gewichtsteilen Carboxymethylcellulose, bezogen auf den Tonanteil und 0,2 bis 4 Gewichtsteilen Calciumsilikat und/oder Calciumaluminat.