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Masse für feuerfeste Gegenstände, Schleifmittel u. dgl. Gegenstand
der Erfindung ist eine 'lasse für feuerfeste Gegenstände, Schleifmittel u. dgl.
und ein '-erfahren zu ihrer Herstellung. Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine
derartige Masse aus einem erstarrten Schmelzgemisch -%'on Oxyden des Aluminiums.
Chrom;. llagnesiunis, Siliciums und Eisens herzustellen. Es hat sich aber gezeigt,
daß bei Einhaltung bestimmter 'Mischungsverhältnisse die 'lasse Eigenschatten zeigt,
die bei den bekannten -lassen nicht erzielt werden.
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Gemäß der Erfindung besteht das Schmelzgemisch aus den Oxvden des
Aluminiums. Chroms, Magnesium;. Siliciums, Eisens mit einem Gehalt von über ;o °,'o
Tonerde in Form einer homogenen festen Lösung mit Chromfit. wobei llagnesiumox_vd
in 'Mengen unter io"o und Kieselsäure in Mengen unter 5 °/o vorhanden ist. Eine
solche Masse zeigt sowohl hinsichtlich ihrer Feuerfestigkeit als auch der Widerstandsfähigkeit
gegen Druckeinwirkung bei hohen Temperaturen erhebliche Vorteile. Außerdem ist sie
den bekannten 'Massen auch bezi.i"licli ihrer Schlackenbeständigkeit und bezüglich
ihrer @@'iderstandsf:ihigkeit gegen Temperaturwechsel erheblich überlegen. Die -Masse
enthält vorzugsweise Chronispinell finit Tonerde in fester Lösung und Eisenoxvd
in mindestens iiduiitiolekularein Verhältnis zum llironioxvd, ain -testen ist in
dein Gemisch nicht weniger als io °j. C r_ 03 und nicht weniger als (i'/" Fe 0 enthalten.
Zur Herstellung von feuerfesten Gegenständen, Schleifmitteln o. dgl. wird die in
der angegebenen @@'eise zusammengesetzte 'lasse geschmolzen und gegossen, wobei
die Tonerde finit Chromfit unter Bildung einer im wesentlichen homogenen. nach dem
Erstarren kristallinen 'lasse verschmolzen wird.
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Die auf diese Weise hergestellten feuerfesten Gegenstände sind auf
vielen Gebieten der 'Metallurgie außerordentlich wertvoll, beispielsweise für die
Wände von Schmelzöfen, Kesselfeuerungen usw.
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Man kann aber auch aus der Schmelze geniäß der Erfindung hergestellte
Körner in der geeigneten Korngröße gemischt mit einem Bindemittel zu einem gebundenen,
feuerfesten Körper vereinigen. wobei man als Bindemittel vorzugsweise ein Rohgut
in ähnlicher Zusammensetzung wie das Korn selbst verwendet und es dann in keramischen
Ofen hoch erhitzt.
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Als Ausgangsstoffe können solche Erze verwendet werden, die die angegebenen
Bestandteile in entsprechenden Anteilen enthalten und genügend frei von unerwünschten
Beimischungen sind. Die gebräuchlichen Chromiterze weisen im allgemeinen einen zu
geringen Gehalt ;in Tonerde auf; weiterhin enthalten sie Verunreinigungen, die leim
Verschmelzen
mangelhafte Ergebnisse zeitigen.
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Chromit, welcher der wesentliche Bestandteil von Chromherzen ist,
ist ein Doppeloxyd von Ferrooxvd und Chromoxyd; er kristallisiert im regulären System:
Der in der Natur gefundene C hromit kommt immer zusammen mit Magnesia und Kieselsäure
vor, die oft mit ihm in isomorpher Verbindung gefunden werden. Für die Zwecke der
Erfindung ist es sehr zweckmäßig, Chromiterze mit einem geringen Gehalt von 'lagnesia
und Kieselsäure auszusuchen, da bei einem zu hohen Gehalt von Magnesia das erhaltene
Produkt zu basisch und bei zuviel Kieselsäuregehalt übermäßig sauer reagiert. Die
Begriffe basisch und sauer werden in diesem Zusammenhang in dem gebräuchlichen metallurgischen
Sinne gebraucht. Ferrooxvd ist so lange kein unerwünschter Bestandteil der zum Schmelzen
ausgewählten Erze, solange wenigstens ein 'lolekularäquivalent Chromoxyd (Cr=03)
für jedes 'Molekül Ferroox_yd (Fe O) anwesend ist.
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In keinem Falle sind nun Chromiterze vollkommen frei von unerwünschten
Bestandteilen; deren schädliche Wirkungen jedoch gemäß der Erfindung beseitigt werden.
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Es wurde gefunden, daß die beim Verschmelzen von Tonerde mit Chromit
sich ergebende Schmelze im wesentlichen eine homogene kristalline Masse .darstellt.
Ein Steigern des Tonerdeanteils bewirkt kein Auskristallisieren von freier Tonerde
; selbst bei einem Gehalt von bis über 3o Gewichtsprozent Tonerde wurde bei der
petrographischen Untersuchung keine freie Tonerde festgestellt. Die gesamte Tonerde
wird offensichtlich von dem geschmolzenen Chromit in fester Lösung aufgenommen.
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Die Chromittonerdeschmelze zeigt sich bei der mikroskopischen Untersuchung
als ,eine dichte Masse von Chromspinellkristallen, die dazu neigen, die Form von
Octaedern anzunehmen. Es ist dies die übliche Kristallform in der Gruppe der Spinelle.
Diese feste Tonerde-Chromit-Lösung ist ebenfalls wie geschmolzener Chromit selbst
isotrop oller nur sehr schwach doppelbrechend. Kristallographisch bestellt kein
wesentlicher Unterschied zwischen geschmolzenem Chromit und einer Schmelze des gleichen
C:hromits mit Tonerde, nur (Maß in letzterem halle der (Nie Z\vischenräunie füllende
Stoa infolge (leg Verunreinigung (ini allgemeinen Silikate) anviel geringer ist;
so <Maß die 1-Zristallkö rner (lichter gepackt sind und (Nie Homogenität (los
Endproduktes in hohem Grade verbessert ist. Dies bedingt aber eine Erhöhung der
Feuerfestigkeit und der Trägheit gegenüber chemischen Vorgängen. Außerdem scheint
eine derartige feste. echte Lösung von zwei Oxyden die chemischen Eigenschaften
des mehr inerten Bestandteils anzunehmen.
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Bei der Auswahl (los Rohstoffs für die vorliegende Erft:(lun'" zieht
man C hromiterze mit einem hohen Gehalt von Chromoxyd bei einem möglichst geringen
Gehalt von Jsieselsäure (SiO_) und 'Magnesia (2#l"0) vor. Tedoch ist die Erfindung
nicht auf irgendwelche bestimmte Chromiterze beschränkt.
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Als zutreffendes Beispiel sei eine -Mischung angegeben, die 25 Gewichtsteile
Chromiterz und ; .# Gewichtsteile eines geschmolzenen Tonerdenebenerzeugnisses enthält,
das einen Gehalt von ungefähr. 9; °f o A'=03 hat. während der Rest hauptsächlich
aus Oxyden des Eisens und Titans besteht. Je reiner die Tonerde ist, um so besser
ist es. man kann aber jeden Ausgangsstoff verwenden, der einen sehr hohen Gehalt
von Tonerde aufweist. sogar Bauxit.
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Die Verunreinigungen zeistören die Kristallstruktur nicht, da der
Chrotnspinell die Tonerde in fester Lösung aufnimmt, während Magnesia und hauptsächlich
alle Kieselsäure in .den Zwischenräumen der Kristalle gefunden werden. Uni den Anteil
an Kieselsäure und 'Magnesia in dem Endprodukt zu verringern, verwendet man in der
Ausgangsmischung mindestens gleiche Gewichtsteile von Tonerde und Chromiterz, bis
zu S.# Teile Tonerde auf 15 Teile Chromiterz.
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Bei Benutzung eines reinen Ausgangsstoffes für die Tonerde. z. B.
der als Nebenerzeugnis anfallenden geschmolzenen Tonerde, werden die Bestandteile
der Mischung zunächst auf ungefähr 3 bis V nim und auch feiner gebrochen und dann
vor dem Schmelzen vermischt. Verwendet man dagegen Bauxiterze als Ausgangsstoff
für -die Tonerde, dann wird zunä chct der Bauxit allein mit einer genügenden Menge
hohle erhitzt, um Verunreinigungen. wie Eisenoxyd und Kieselsäure, zu reduzieren.
Darauf wird (las Chromiterz zugegeben, (las sich homogen in der geschmolzenen Tonerle
auflöst. Das Schmelzverfahren wird in üblicher Weise durchgeführt, jedoch so, daß
mir eine mög- i liehst geringe Reduktion (leg Erze, insbesondere des Chromits, erfolgen
kann. Wenn jedoch ein Überschuß von Kieselsäure vorhanden ist, kann es bei den gleichen
Bedingungen auch zweckmäßig sein, beim Schmelzen unter t reduzierenden Bedingungen
zu arbeiten. :o"-,(r auch nach (lein Zusatz (los Chromits, so (1a1,) man möglichst
viel Kieselsäure reduziert und verflüchtigt wird.
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Man inuß dabei immer darauf achten, (Maß i nian kein ('lirotiloxy(1
und auch nicht zuviel Ferrooxvd zu Metall reduziert. 1?isenoxv(1 ist
in
diesen Schmelzen immer in der Ferroform vorhanden und allgemein im molekularen Verhältnis
mit Chromoxyd in der Form eines Spinells (FeCr204) gebunden. Wenn jedoch in bestimmten
Fällen ein Überschuß von Eisen über die Menge vorhanden ist, die in Gegenwart von
Chromit zur Chromspinellbildung erforderlich ist, kann man diesen Überschuß von
Ferrooxvd mit Tonerde zu einem Eisenspinell (Fe01204) vereinigen, der sich wiederum
homogen mit dem Chromspinell und anderen Spinellen in der Schmelze vereinigt. Für
.den Fall, daß das Erz außergewöhnlich reich an Chromoxyden ist, kann man auch.
Eisenoxyderze zusetzen, um den Anteil von Eisenspinell zu erhöhen, das auch wieder
in größtem Umfange Tonerde in fester Lösung aufnehmen kann.
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Zur Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet
man zweckmäßig in an sich bekannter Weise einen elektrischen Ofen mit einem mit
Wasser gekühlten Mantel ohne besondere Auskleidung, in dem mittels eines elektrischen
Lichtbogens geschmolzen wird.
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Der Ofen kann eine seitliche Öffnung zum Ablassen des geschmolzenen
Materials haben oder zum Kippen eingerichtet sein.
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Die Schmelze, die außerordentlich flüssig ist, wird bis zu einer Temperatur,
die bet r, ächtlich oberhalb des Schinelzpunktes liegt, erhitzt und dann in Formen
gegossen, die wie üblich aus einem körnigen, feuerfesten, mit einem Kernbindemittel
gebundenen Stoff bestehen oder auch aus Platten von vorgebranntem feuerfestem Stoff
oder Kohle oder einem geeigneten Metall zusammengesetzt sein können. Wenn erforderlich,
werden diese Formen vorher erhitzt; sie können auch, um einen zu schnellen Wärmeabfluß
zu verhindern, durch das bekannte Einbetten in eine Gießgrube, in der sie mit Sand
oder anderen Wärme isolierenden Materialien umgeben werden, isoliert werden.
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Die Formen sollen mit weiten Steigern versehen sein, um- eine vollständige
Füllung zu erreichen und sich mit kleinstem O_uerschnitt unmittelbar an die Form
ansetzen.
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Die gegossenen Stücke können, wie erwähnt, zur weiteren Wärmebehandlung
in der Form belassen werden oder, wenn Eisenformen verwendet werden, nach dem Erhärten
herausgenommen und an der Luft abgekühlt werden. Gewöhnlich werden die gegossenen
Stücke in einem Ofen allmählich gekühlt.
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Wenn die Stücke kalt sind, können Rückstände des Gußkopfes oder auch
geringere Unebenheiten durch Behauen oder durch Schleifen in gebräuchlicher Weise
entfernt werden.
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Es ist besonders vorteilhaft, den Chromitgehalt über io °/o zu halten.
Die gewünschten Eigenschaften werden vorzugsweise erreicht, wenn der Cr, 0,-Gehalt
io °/o und mehr und der Fe O-Gehalt 6 °/o oder mehr beträgt. Die obere Grenze des
A120,- Gehalts soll nicht höher als 8o % sein.
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Die vorliegende Erfindung wurde hauptsächlich in der Anwendung für
feuerfeste Stoffe beschrieben. Sie ist jedoch auch zur Herstellung chemisch und
mechanisch beanspruchter Körper zu verwenden. Beispielsweise kann ein Schleifmittelkorn
von guter Beschaffenheit hergestellt werden; seine Kristalle brechen derart, daß
es vorteilhafte Eigenschaften als Schleifmittel hat, und es ist auch zäher als gewöhnlicher
Spinell. Weiterhin ist es infolge der Verbindung mit Tonerde härter als jegliche
normale Spinellverbindung, wobei jedoch gleichzeitig die kristallinen Eigenschaften,
wie die charakteristische würfelartige Spaltbarkeit der Kristalle, beibehalten werden.