DE3842691A1 - Feuerfestmoertel oder feuerfestkitte und ihre verwendung - Google Patents

Feuerfestmoertel oder feuerfestkitte und ihre verwendung

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Description

Die Erfindung betrifft den Gegenstand der Patentansprüche.
Zum Verbinden von Feuerfestformteilen, z. B. Feuerfeststeinen, insbesondere zum Einbau von gasdurchlässigen Formteilen, wie Gasspülsteinen oder Gasspülkegeln oder auch von Hülsen in Gefäße oder Behälter für geschmolzene Metalle, insbesondere geschmolzenen Stahl, werden sogenannte Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte verwendet. Solche Gasspülsteine und Gasspülkegel sind beispielsweise in der EP 00 21 861 B1 und der US-PS 33 30 645 beschrieben.
Bislang für den Einbau solcher Hülsen, Gasspülsteine und Gasspülkegel verwendete Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte umfaßten u.a. wenigstens ein Al2O3-haltiges, gekörntes Feuerfestmaterial, Ton und ein temporäres Bindemittel. Diese vorbekannten Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte weisen jedoch den Nachteil auf, daß hiermit befestigte Hülsen, Gasspülsteine oder Gasspülkegel, welche in Gefäßen oder Behältern für geschmolzene Metalle, insbesondere geschmolzenen Stahl, eingesetzt wurden, nur schwierig wieder auszubauen waren, da dieser Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte durch die Beaufschlagung mit hohen Temperaturen, z.B. in der Größenordnung von 1500°C bei geschmolzenem Stahl, so verfestigt und keramisch versintert war, daß die Hülsen, Gasspülsteine oder Gasspülkegel nur unter Anwendung hoher mechanischer Kräfte, z.B. mittels eines Preßlufthammers, wieder herausgebrochen werden konnten.
Weiterhin sind aus der DE 27 47 636 C2 feuerfeste, lagerstabile Massen zum Auskleiden von Behältern für flüssigen Stahl oder flüssiges Eisen auf Basis von gebranntem, gekörntem Dolomit bekannt, welche 1 bis 6 Gew.-% an natürlichem Triglyceridöl und 2 bis 6 Gew.-% an trockenem, anorganischem, gemahlenem Bindemittel enthalten. Diese feuerfesten Massen sind jedoch als Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte, insbesondere zum Einbau von Hülsen, Gasspülsteinen oder Gasspülkegeln in Gefäßen oder Behältern für geschmolzene Metalle, insbesondere geschmolzenen Stahl, nicht geeignet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Feuerfestmörtels oder Feuerfestkittes, der auch bei den hohen Temperaturen, z.B. 1500°C, auf welche er beim Einsatz in einem Gefäß oder Behälter für geschmolzenes Metall aufgeheizt werden kann, sich weniger stark verfestigt und dennoch eine ausreichende Abdichtung ergibt, so daß beim Herausbrechen eines Gasspülsteines oder Gasspülkegels weniger starke mechanische Kräfte angewandt werden müssen, um die Fugenverbindung zwischen dem Lochstein und einem solchen Gasspülstein oder Gasspülkegel herauszubrechen, so daß auch eine vollständige oder weitgehende Blechummantelung eines solchen Gasspülsteines oder Gasspülkegels oder auch einer Hülse nicht mehr erforderlich wäre, gleichzeitig aber ein fester Sitz gesichert ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die erfindungsgemäßen Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie als temporäres Bindemittel 3 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtbestandteile, wenigstens eines trocknenden Öles enthalten und daß das Feuerfestmaterial eine kleine spezifische Oberfläche aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte 6 bis 12 Gew.-% trocknendes Öl, wobei als trocknende Öle Leinöl oder gekochtes Leinöl besonders bevorzugt sind. Es können jedoch auch andere trocknende Öle verwendet werden, beispielsweise seien Holzöle, Petrillaöl, Sojaöl und Fischöl oder dehydrierte Rizinusöle genannt, d.h. Öle, die aufgrund der Anwesenheit von ungesättigten Fettsäuren aus der Luft Sauerstoff aufnehmen und unter Bildung einer verhältnismäßig harten, elastischen Schicht trocknen.
Die in den erfindungsgemäßen Feuerfestmörteln oder Feuerfestkitten verwendeten Feuerfestmaterialien besitzen eine spezifische Oberfläche von weniger als 1,5 m2/g, bevorzugt von weniger als 1,0 m2/g (gemesssen nach BET). Die Feuerfestmaterialien können einzeln oder in Mischung eingesetzt werden.
Bevorzugt handelt es sich bei den Feuerfestmaterialien um Al2O3-haltige Materialien, besonders bevorzugt Tabulartonerde oder Kugelmullit. Bei Verwendung von Tabulartonerde sind höhere Anwendungsgrenztemperaturen der Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte in Gebrauch möglich, bei Verwendung von Kugelmullit tritt ein sogenannter "Kugellagereffekt" auf, d.h. bei der Verwendung solcher Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte zum Einsetzen von Hülsen oder Spülsteinen in die entsprechenden Öffnungen ist ein leichteres "Eindrehen" möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann ein Teil der Feuerfestmaterialien durch Cr2O3 (Chromoxid, grün) oder ein Chrommagnesiaerz oder Magnesiachromerz ersetzt werden, wodurch eine verbesserte Schlackenresistenz erreicht werden kann. Vorteilhafterweise wird das Cr2O3 in Pigmentqualität, d.h. mit einer Korngröße zwischen 0,1 µm und 15 µm eingesetzt, wobei die Menge an Cr2O3 vorteilhafterweise 2 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtfeuerfestmaterialien, nicht übersteigt. Dasselbe gilt bei der Verwendung von Magnesiachromerzen oder Chrommagnesiaerzen, wobei der Cr2O3-Gehalt der Feuerfestmaterialmischung ebenfalls 2 Gew.-% nicht übersteigen soll.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden Polyacrylnitrilfasern zugesetzt, üblicherweise in einer Menge zwischen 0,05 und 1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtbestandteile. Der Zusatz solcher Polyacrylnitrilfasern bewirkt einen Stellmitteleffekt und eine verbesserte Verarbeitbarkeit beim Gebrauch der Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte beim Einbau von z.B. Hülsen oder Gasspülsteinen in die hierfür vorgesehenen Öffnungen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die erfindungsgemäßen Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte ein Al2O3-haltiges Feuerfestmaterial, bevorzugt Tabulartonerde, d.h. hochreines dichtes Al2O3. Als Al2O3-haltiges Feuerfestmaterial können jedoch auch Korund oder Schmelzkorund verwendet werden. Der Anteil des Al2O3-haltigen Feuerfestmaterials beträgt üblicherweise wenigstens 80 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtbestandteile des Feuerfestmörtels oder Feuerfestkittes.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte als Feuerfestmaterialien ZrO2, ZrSiO4 (Zirkonsand), MgO und/oder SiO2 (Ouarzsand).
Die Körnung des/der Feuerfestmaterials/ien ist üblicherweise derart, daß die obere Korngröße 90 µm und vorteilhafterweise 44 µm beträgt.
Die erfindungsgemäßen Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte enthalten weiterhin einen Tonbestandteil, der üblicherweise 1 bis 5 Gew.-%, und bevorzugt 1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtbestandteile, beträgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte als Ton einen Schichtton oder plastifizierenden Ton, insbesondere Bentonit, wobei die Menge des Bentonits vorteilhafterweise 1 bis 3 Gew.-% und besonders bevorzugt 1,5 bis 2,5 Gew.-% beträgt.
Die hier gemachte Angabe "bezogen auf die Bestandteile" umfaßt die eigentlichen Bestandteile des Feuerfestmörtels oder Feuerfestkittes, d.h. Feuerfestmaterialien, Ton und das temporäre Bindemittel in Form des trocknenden Öles. Die Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte gemäß der Erfindung werden zu ihrer Verarbeitung mit Wasser angesetzt, um die geeignete Konsistenz zu erreichen. Dieses Anmachwasser zählt hier jedoch nicht zu den eigentlichen Bestandteilen.
Wie bereits zuvor beschrieben, wurde überraschenderweise gefunden, daß die erfindungsgemäßen Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte insbesondere als Fugenfüllmaterial beim Einbau von Hülsen, Gasspülsteinen oder Gasspülkegeln in Gefäßen oder Behältern für geschmolzene Metalle, insbesondere geschmolzenen Stahl, geeignet sind, da sie sich wesentlich weniger stark verfestigen, als bislang bekannt, keine trocknenden Öle als Bestandteile enthaltende Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte. Nach dem Gebrauch der Kitte, d.h. nachdem sie in Gefäßen oder Behältern für geschmolzene Metalle hohen Temperaturen ausgesetzt wurden, bilden die "gebrauchten" Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte eine etwas poröse, bröselige Masse, so daß es beispielsweise zum Entfernen von Gasspülsteinen und Gasspülkegeln ausreicht, durch leichte Hammerschläge einen solchen Gasspülstein oder Gasspülkegel aus dem ihn umgebenden Lochstein herauszuschlagen, wobei der gebrauchte Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitt leicht zerbröselt.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figur näher erläutert, diese Figur zeigt ein Standardsystem mit auswechselbarem Spülkegel und keramischer Hülse, wie es beim Einleiten von Gasen, z.B. Argon oder Stickstoff, in Stahlgießpfannen eingesetzt wird.
In der Figur ist mit 1 der Teil eines Pfannenbodens gezeigt, in den ein Lochstein 2 mit kegelförmiger Ausnehmung eingemauert ist. In diesen Lochstein 2 ist der gasdurchlässige Gasspülkegel 3 eingesetzt, wobei die Fuge 4 zwischen der kegelförmigen Ausnehmung des Lochsteins 2 und dem Gasspülkegel 3 mit einem erfindungsgemäßen Feuerfestmörtel bzw. Feuerfestkitt ausgefüllt ist. Der Gasspülkegel 3 ist mittels eines üblichen, nur teilweise dargestellten Bajonettverschlusses 5 an der Außenseite des Pfannenbodens 1 befestigt und weist das Gaszuleitungsrohr 6 auf, über welches das Spülgas eingeleitet wird.
Der Feuerfestkitt, der beim Einbau verwendet wurde, bestand aus folgenden Bestandteilen, die durch inniges Vermischen zu einem leicht verarbeitbaren und beim Einbau gut schmierenden Kitt zusammengemischt wurden:
80 Gew.-Teile Tabulartonerde (Al₂O₃)
1,5 Gew.-Teile Bentonit
10 Gew.-Teile gekochtes Leinöl.
Dieser Kitt wurde noch mit 8,5 Gew.-Teilen Wasser auf die erforderliche Konsistenz, d.h. Viskosität, gebracht.
Dieser erfindungsgemäße Feuerfestkitt wies nicht nur eine erleichterte Verarbeitbarkeit, d.h. eine gute Schmierwirkung auf, sondern die Montage wurde auch dadurch erleichtert, daß dieser Kitt längere Zeit verarbeitbar blieb und ein Einpassen, d.h. exaktes Ausrichten des Gasspülkegels, während einer längeren Zeitdauer möglich war.
Weiterhin wies dieser erfindungsgemäße Feuerfestkitt den Vorteil einer höheren Festigkeit bei niedrigeren Temperaturen durch die Vernetzung des Leinöles auf, weiterhin ergab sich beim "Gebrauch", d.h. bei der Einwirkung höherer Temperaturen, keine keramische Bindung, was einen leichteren Ausbau erlaubte und ein müheloses Entfernen von anhaftenden Kittresten an der kegelförmigen Ausnehmung des Lochsteines ermöglichte.
Bei einem erfindungsgemäßen Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitt kann es allerdings erforderlich sein, den Zutritt von Luft-Sauerstoff bei erhöhter Temperatur möglichst auszuschließen, da sonst eine vorzeitige Erosion durch Luft-Sauerstoff-Zutritt mit den Folgen einer ansteigenden Porosität mit reduzierter Gasdichtigkeit und letztlich abnehmender mechanischer Festigkeit auftreten könnte.
Daher weist ein zusammen mit dem erfindungsgemäßen Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitt verwendeter Gasspülkegel bzw. Gasspülstein oder auch eine hiermit verwendete Hülse an der Seite, an welcher ein freier Luftzutritt möglich ist, vorteilhafterweise z.B. eine Blechummantelung auf, die einen solchen Zutritt von Luftsauerstoff vermeidet.
Bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Feuerfestmörtels oder Feuerfestkittes kann es vorteilhaft sein, an der Spitzenseite eines Gasspülkegels, d.h. an der Seite, welche mit dem flüssigen Metall später in Kontakt kommt, eine Schutzschicht aus einem weniger porösen Feuerfestkitt aufzubringen, um ein Eindringen von Metall bis zu dem erfindungsgemäßen Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitt zu verlangsamen.
Eine solche Schutzschicht ist in der Zeichnung mit 7 bezeichnet.
Die erfindungsgemäßen Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte können weiterhin noch an sich bekannte übliche Zusatzstoffe enthalten, insbesondere Suspensionsstabilisatoren, Stellmittel, oberflächenaktive Stoffe, Geliermittel, etc.
In der folgenden Tabelle sind Zusammensetzungen für weitere Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte gemäß der Erfindung zusammengestellt, wobei hier die zuzusetzende Wassermenge ebenfalls in der Tabelle aufgenommen ist.
Tabelle

Claims (13)

1. Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte, umfassend ein übliches Feuerfestmaterial, Ton und ein temporäres Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß sie als temporäres Bindemittel 3 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtbestandteile, wenigstens eines trocknenden Öles enthalten und daß das Feuerfestmaterial eine kleine spezifische Oberfläche aufweist.
2. Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 6 bis 12 Gew.-% trocknendes Öl enthalten.
3. Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als trockendes Öl Leinöl oder gekochtes Leinöl enthalten.
4. Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Oberfläche des Feuerfestmaterials weniger als 1,5 m2/g, bevorzugt weniger als 1,0 m2/g, beträgt.
5. Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Feuerfestmaterial ein Al2O3-haltiges Material ist.
6. Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Feuerfestmaterial Tabulartonerde enthalten.
7. Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Feuerfestmaterial ZrO2, ZrSiO4 (Zirkonsand), MgO, Cr2O3, SiO2 und/oder Kugelmullit umfaßt.
8. Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Menge zwischen 0,05 und 1 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtbestandteile, Polyacrylnitril- Fasern enthalten.
9. Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtbestandteile, an Ton enthalten.
10. Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Ton einen plastifizierenden Ton enthalten.
11. Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie als plastifizierenden Ton Bentonit enthalten.
12. Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie 1 bis 3 Gew.-% Bentonit enthalten.
13. Verwendung der Feuerfestmörtel oder Feuerfestkitte nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Befestigen beim Einbau von Hülsen, Gasspülsteinen oder Gasspülkegeln in Gefäßen oder Behältern für geschmolzene Metalle, insbesondere geschmolzenen Stahl.
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