DE579536C

DE579536C - Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Koerpern durch Vergiessen von Schmelzen

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Publication number: DE579536C
Application number: DEH128270D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1931-08-23
Filing date: 1931-08-23
Publication date: 1933-06-27

Description

Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Körpern durch Vergießen von Schmelzen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Körpern durch Vergießen von Schmelzen, welche als Hauptbestandteil Oxyde des Magnesiums und Aluminiums enthalten.
Es wurde gefunden, daß in Schmelzmassen, welche als Hauptbestandteile Oxyde des Magnesiums und des Aluminiums enthalten, die Neigung zur Spinellbildung außerordentlich groß ist, daß jedoch bei Benutzung der reinen Oxyde Massen resultieren, welche kaum eine Formgebung auf dem Wege des Vergießens der Schmelze zulassen und vor allein zu Körpern führen, welche geringe mechanischeFestigkeit, dagegenhoheSprödigkeit aufweisen. Dies tritt auf, wenn äquimolekälare Mengen der entsprechenden Oxyde verschmolzen werden, aber auch, wenn das eine oder andere Oxyd im Überschuß angewandt wird.
Es wurde gefunden, daß für die Herstellung feuerfester Körper durch Vergießen von Schmelzen, welche als Hauptbestandteile Oxyde des Magnesiums und Aluminiums enthalten, die Gegenwart leichter schmelzender Verbindungen, z. B. von Silikaten und Aluminaten, sich insofern günstig auswirkt, als es dadurch möglich wird, den Umfang der Spinellbildung und auch den Kristallisationsvorgang der Spinelle, gerade für feuerfeste Zwecke ausschlaggebend in günstigem Sinne zu beeinflussen.
Das neue Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Körpern durch Vergießen von Schmelzen, welche mindestens 5o Gewichtsprozent Oxyde des Magnesiums und Aluminiums enthalten, besteht darin, daß Magnesia und Tonerde neben nicht spinellbildenden Oxyden (SiO2, CaO usw.) in solchem Verhältnis zueinander angewandt werden, daß bei der Erstarrung der Schmelzmasse neben Spinellen als Hauptmasse 8 bis 3o Gewichtsprozent an leichter schmelzenden Verbindungen entstehen, deren Schmelztemperaturen zoo bis 5oo° C unterhalb der Temperaturen der beginnenden Erstarrung des Magnesiaspinells liegen, so daß -für die Ausscheidung der hochschmelzenden Verbindungen (Spnelle) ein Erstarrnügs- bzw. Kristallisationsintervall von zoo bis 5oo° C erhalten wird. Vorzugsweise werden die Ausgangsstoffe in solchem Verhältnis angewandt, daß das Erstarrungsintervall Zoo bis 40o° C beträgt.
Durch die bestimmte Einstellung der Schmelzmasse auf einen Gehalt an leichter schmelzenden Verbindungen und die Beeinflussung des Kristallisationsintervalls durch entsprechende Abstimmung der . leichter schmelzenden Verbindungen wird den sich ausscheidenden Kristallen Gelegenheit und Möglichkeit gegeben, zu wachsen und sich möglichst dicht aneinander zu lagern. Der Erstarrungspunkt liegt für Spinelle bzw. auch für die spinellbildenden Oxyde oberhalb 2ooo°. Durch entsprechende Wahl der Zusammensetzung der leichter schmelzenden Silikate und Aluminate und der Menge dieser Stoffe kann erreicht werden, daß ein wesentlicher Teil- der Masse. bei Abkühlung der Schmelze bis 18oo° C - und darunter flüssig bleibt und sich bildenden Kristallen Gelegenheit gegeben ist, sich gut auszubilden und zu wachsen.
Bezüglich der Silikat- bzw. der Aluminatmasse, der auch die Verunreinigungen der Masse, wie Kalk, Titan, Mangan, Eisen u. dgl. zuzurechnen sind, ist zu sagen, daß größere Mengen benutzt werden können, je höher deren Schmelzpunkt ist. Bei Benutzung von mehr als 25 °Jo leichter schmelzenden Verbindungen ist deren Brauchbarkeit gegeben, wenn feststeht, daß der Schmelzpunkt des Gemisches aus leichter schmelzenden Verbindungen und 30 °/o der Spinelle oberhalb 175o° C liegt.
Man kann unschwer für die leichter schmelzende Masse den Schmelzpunkt' auf eine Temperatur zwischen 1400 und 2ooo° C einstellen.
Neben der Schaffung eines möglichst ioo bis 50o oder vorzugsweise Zoo bis q.00° C betragenden Kristallisationsintervalls hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, die Schmelzmasse unter Vermeidung plötzlicher Abkühlung zur Erstarrung zu bringen und gegebenenfalls eine Temperung vorzunehmen. Dadurch wird infolge des Wachsens der Spinellkristalle den Körpern im wesentlichen eine ineinandergreifende Kristallstruktur gegeben. Vorzugsweise wird die Kühlung der gegossenen Körper derart vorgenommen, daß vom Beginn der ersten Kristallausscheidung bis zur beendeten Ausbildung der letzten Spinellkristalle eine Zeitspanne von wenigstens 1o Minuten liegt.
Vorteilhaft verwendet man Massen der leichter schmelzenden Verbindungen in solchem Ausmaß, daß durch diese die Spinellkristalle in der geschmolzenen Masse nur oberflächlich überzogen sind, in der erschmolzenen Masse, also zwischen den Kristallen, keine Anhäufungen an den leichter schmelzenden Verbindungen vorhanden sind. Bei kieselsäurehaltigen Massen wird dies in der Regel durch Anwendung eines Kiesel-Säuregehalts von etwa 5 bis 7 °/o erreicht.
Bei Anwesenheit von Kalk, dessen Menge 3,5 °1o der Masse nicht übersteigen soll, oder Titanoxyd oder Eisenoxyd oder Manganoxyd bzw. Gemischen beider oder aller dieser Stoffe soll der Gesamtgehalt dieser Verunreinigungen höchstens 7 bis 8 °1o der Masse ausmachen. Häufig sind die Verunreinigungen nur in Mengen von etwa i °/o vorhanden.
Auf das Vorteilhafte der Temperung der gegossenen Formsteine war bereits hingewiesen. Diese Behandlung ermöglicht die Beseitigung der sonst bei gegossenen Spinellmassen auftretenden Nachteile, die insbesondere auf das Vorhandensein innerer Spannungen bei Formkörpern zurückzuführen sind. Es empfiehlt sich, die Temperbehandlung so zu führen, daß die gegossenen Formkörper wenigstens 5 Stunden auf einer Temperatur von iooo bis 15oo° C gehalten werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, möglichst- große Formsteine zu gießen, solche von mindestens z5 kg Gewicht, beispielsweise kann das Gewicht der gegossenen Körper 5o bi"s ioo kg betragen.
Die Oxyde des Magnesiums und Aluminiums können in mehr oder weniger großem Umfange durch andere Oxyde ersetzt werden, welche, ebenso wie die vorgenannten, Neigung zu Spineltbildung besitzen. So ist an einen Ersatz des Magnesiumoxyds in beschränktem Umfange durch Eisenoxydul, auch Manganoxydul zu denken, auch ist ein Ersatz des Magnesiumoxyds durch Berylliumoxyd o. dgl: möglich. Die Tonerde kann ebenfalls in beschränktem Umfange durch Eisenoxyd oder durch Manganoxyd ersetzt werden; bei Verwendung von Eisenoxyd sorgt man vofteilhaft für die Möglichkeit einer Bildung von Magnetit. In ziemlich erheblichem Umfange ist ein Ersatz der Tonerde durch Chromoxyd oder Oxyde des Vanadins u. dgl. möglich.
Bei der Bemessung des Gehalts an Kieselsäure der _ neuartigen hochspinel lhaltigen Masse gilt als Grundregel, daß ä bis 3o Ge- wichtsprozent leichter schmelzende Verbindungen entstehen können, und die obere Grenze des Kieselsäuregehalts der Masse soll vorteilhaft bei etwa 1 i °/o liegen. Vorzugsweise soll der Kieselsäuregehalt 2,750/, nicht unterschreiten, ausgenommen bei Einstellung der Masse, derart, daß Magnesia für die Kieselsäurebindung vorhanden ist, in welchem Falle vorzugsweise als untere Grenze 1,75 01, zu wählen ist.
Bei großem Eisengehalt der Ausgangsstoffe können beispielsweise durch Reduktion im Schmelzprozeß Eisen und ähnliche Verunreinigungen entfernt werden, indem, wie üblich getrennt, das entstandene flüssige Metall und die erstrebte Schmelze der hochfeuerfesten Masse abgestochen werden. Hierbei sind Verluste an Oxyden, die etwa zwangsläufig bei reduzierender Schmelzung, insbesondere beim Arbeiten mit Chromoxyd, auftreten, bei der Einstellung des Rohgemisches entsprechend zu berücksichtigen.
Als Ausgangsstoffe können auch Schlacken benutzt werden, die bei elektrothermischen oder aluminothermischen Verfahren anfallen, beispielsweise Schlacken aus der aluminothermischen Ferrovanadinherstellung, die im allgemeinen aus Tonerde und Magnesia als Hauptbestandteil bestehen. Derartige Schlacken sind unter Zugabe entsprechender Tonerde- oder Magnesiamengen bzw. Chromft, wenn chromoxydhaltige Masse erzeugt werden soll, bezüglich der notwendigen Mengenverhältnisse zwischen den Oxyden abzustimmen und zu schmelzen, wozu in der Regel ein Elektroofen notwendig ist.
Trotzdem nach der Erfindung von unreinen bzw. ungereinigten Rohstoffen ausgegangen werden kann, liefert das Verfahren feuerfeste Massen, die in ihren Eigenschaften den bekannten besten hochfeuerfesten Erzeugnissen gleichkommen, sie sogar übertreffen.

Claims

PATENTANSPRÜCRE: i. Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Körpern durch Vergießen von Schmelzen, welche mindestens 5o Gewichtsprozent Oxyde des Magnesiums und Aluminiums enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß Magnesia und Tonerde neben nicht spinellbildenden Oxyden (Si0=, Ca0 usw.) in solchem Verhältnis zueinander angewandt werden, daß@ bei der Erstarrung der Schmelzmasse neben Spinellen als Hauptmasse 8 bis 3o Gewichtsprozent anleichter schmel zenden Verbindungen entstehen, deren Schmelztemperaturen zoo bis 500° unterhalb der Temperaturen der beginnenden Erstarrung des Magnesiaspinells liegen. so daß für die Ausscheidung der hochschmelzenden Verbindungen (Spinelle) ein Erstarrungs-bzw. Kristallisationsintervall von ioo bis 5oo° erhalten wird. z. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzmasse unter Vermeidung plötzlicher Abkühlung zur Erstarrung gebracht und gegebenenfalls eine Temperung vorgenommen wird, so daß durch Wachsen der Spinellkristalle die Körper im wesentlichen eine ineinandergreifende Kristallstruktur erhalten. 3. Verfahren nach Anspruch i und ?, dadurch gekennzeichnet, daß die gegossenen Körper derart gekühlt werden, daß vom Beginn der ersten Kristallausscheidung bis zur beendeten Ausbildung der letzten Spinellkristalle eine Zeitspanne von wenigstens io Minuten liegt. q.. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Formkörper von wenigstens 25 kg Gewicht gegossen werden. 5. Verfahren nach Anspruch i bis d., dadurch gekennzeichnet, daß die gegossenen Formkörper zwecks Temperung wenigstens 5 Stunden auf einer Temperatur von iooo bis 1500° gehalten werden. 6. Verfahren nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kieselsäuregehalt der Masse auf maximal 11 0/p eingestellt wird. 7. Baukörper, die keinen oder geringen Gehalt an Chromoxyd aufweisen, hergestellt nach den Ansprüchen i bis 6 durch Vergießen einer Schmelze und als Hauptmasse Magnesiaspinell enthaltend, vermischt mit 8 bis 3o Gewichtsprozent Silikaten, Calciumaluminat oder mehrbasischen Aluminaten. B. Baukörper gemäß Anspruch 7, deren Kristalle im wesentlichen eine ineinandergreifende Struktur zeigen.