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Verfahren zur Herstellung feuerfester Massen und Gegenstände Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung feuerfester Massen und Gegenstände aus feuerfesten
Grundstoffen, organischen Bindemitteln und metallischen Bestandteilen. Die nach
dein Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Erzeugnisse weisen eine besonders
hohe Widerstandsfähigkeit bei hohen Temperaturen auf und sind insbesondere gegen
oxydierende Einflüsse beständig.
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Feuerfeste Massen und Gegenstände, :die feuerfeste Stoffe und ein
aus Rückstandskohle bestehendes Bindemittel enthalten und aus ihrer Masse heraus
beim Brennen durch Anwesenheit von Sinter- oder Flußmitteln einen glasartigen Schutzüberzug
zu bilden vermögen, sind bekannt. Auch ist die Verwendung metallischen Eisens als
Sintermetall in keramischen Massen bekannt. Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung
keramischer Erzeugnisse bekannt, nach dem ein Gemisch aus metallischen Stoffen und
keramischen Rohmaterialien geformt und in nicht oxydierender Atmosphäre gebrannt
wird.
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Gegenüber diesem bekannten Verfahren ist dasjenige gemäß der Erfindung
dadurch .gekennzeichnet, daß nach dem oxydationsfreien Erhitzen- der Massen oder
Gegenstände zwecks Überführung der organischen Bestandteile in Rückstandkohle ein
glasartiger Überzug an der Oberfläche der Massen oder Gegenstände dadurch gebildet
wird, daß dieselben einer. oxydierenden Erhitzung bei von vornherein hoher Temperatur
unterworfen werden, wodurch an ihrer Oberfläche .die metallischen Bestandteile oxydiert
werden und sich mit aus dein feuerfesten Grundstoff oder .der Schlacke des Ofeneinsatzes
stamtuender Kieselsäure oder Äquivalenten solcher, wie Zirkon oder Korund, umsetzen.
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Der bei dem Verfahren nach der Erfindung auf der Oberfläche der Massen
oder Gegenstände gebildete glasartige Überzug verleiht den Erzeugnissen eine besonders
hohe Widerstandsfähigkeit bei hohen Temperaturen, da er verhindert, daß das organische
Bindemittel der Masse verbrennen oder oxydieren kann.
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Dieser Schutz gegen oxydierende Einflüsse wird im Verlauf der Herstellung
oder Verwendung der Masse oder Gegenstände erreicht. Wenn die metallischen Bestandteile
der Masse einheitlich als feines Pulver durch die Masse eines Gegenstandes verteilt
sind, so können nur die nahe der äußeren Oberfläche des Gegenstandes befindlichen
metallischen Einlagerungen oxydieren und die Schutzglasschicht bilden, wenn der
Gegenstand in Benutzung genommen wird. Als Beispiel für die Wirkung der Metalleinlagerung
sei Ferromangansilicium genannt, dessen an der Oberfläche gebildete Schlacke zu
einem Ferromangansificatglas verschmilzt. Dieses Glas bildet sich bereits, bevor
die äußere Oberfläche des Gegenstandes in mehr als 0,39 mm Tiefe weggebrannt
ist; sobald sich das Glas gebildet hat, bewirkt es eine Abdichtung, die eine weitere
Oxydation verhindert. Infolgedessen ist der restliche Teil der Metalleinlagerung
innerhalb der Masse der Oxydation nicht mehr ausgesetzt. Diese Metalleinlagerungen
bleiben also bei Betriebstemperatur völlig uriangegriffen in der körnigen Form;
entsprechend dem jeweils verwendeten Metall können sie auch einen gewissen Grad
von
Flüssigkeit erreichen; falls die Temperatur verhältnismäßig
hoch ist, können bei Anwendung gewisser Metalle Carbide gebildet werden.
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Wenn der Gegenstand bearbeitet oder seine Glashaut durch Abschleifen
o. dgl. entfernt werden soll, so wiederholt sich bei Einwirkung von Hitze die ursprüngliche
Glasbildung, und es bildet sich ein neuer Oberflächenüberzug, so daß die Lebensdauer
des Gegenstandes erheblich verlängert wird.
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Der Schmelzpunkt und damit die Betriebstemperatur der Schutzschlacke
oder des Schutzglases sind eine Funktion der Zusammensetzung der verwendeten Metalleinlagerung
oder Einlagerungen. Zusätzlich kann dies durch die Natur der verwendeten feuerfesten
Schamotten oder Materialien etwas beeinflußt werden, da gewisse Einwirkungen durch
die im Betriebe erzeugte Schlacke auf dieselben erfolgen können. Um den geeigneten
Schutzüberzug mit jedem verwendeten Aggregat zu erhalten, kann die Menge oder die
Zusammensetzung des Anteiles an Metalleinschlüssen geändert werden. In einigen Fällen,
z. B. solchen, wo die Anfangserhitzung im Betriebe nicht auf genügende "Temperatur
erfolgt, um die Oberflächenasche des Gegenstandes zu einer Schutzschlacke zu verschmelzen,
oder wo die notwendige "Temperatur zu langsam erreicht wird und so die iiachlierige
Oxydation der Oberfläche unnötig weit eindringt, kann das Schutzglas vermittels
einer schnellen Oxydationserhitzung auf hohe Temperatur nach der Verkokungsbehandlung
erzielt werden. Die hierfür notwendige Temperatur ist abhängig von dem jeweils verwendeten
Einschlußmittel.
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Ein anderer Weg, den bei niederer Temperatur oder langsamer Erhitzung
gegebenen Verhältnissen zu begegnen, also trotz solcher ein Einschlußinittel zu
verwenden, welches, wenn der Gegenstand oxydiert wird, befähigt ist, ein Schutzglas
bei verhältnismäßig hoher Temperatur zu ergeben, besteht darin, nur an der Oberfläche
des Gegenstandes eine Einlagerung anzureichern, welche, wenn sie oxydiere wird,
ein Schutzglas bei verhältnismäßig niedriger Temperatur ergibt, wie z. B. eine Blende
von Zink und Kupfer mit Ferrosilicium und Ferromangansilicium. Die Anreicherung
kann gesteigert werden durch Anstreichen oder Aufsprühen einer entsprechenden Ölsuspension
auf den Gegenstand oder durch Bestreichen der Innenseite der Form, in welcher der
Gegenstand hergestellt wird, mit der Metallblendensuspension, bevor der Gegenstand
in der Form erzeugt wird.
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Wenn eine Legierung oder ein Carbid, welche kein Silicium enthalten,
oder ein einzelnes Metall verwendet wird, ist die sich bei der Oxydation im Betriebe
bildende Schlacke ein basisches oder neutrales Oxyd; wenn kein oxydiertes Silicium
oder saures Oxyd, die für eine genügende Glas- oder Schlackebildung bei gewöhnlichen
Betriebstemperaturen wesentlich sind, anwesend sind, so kann eine hinreichende Schutzschlacke
durch die nichtsiliciumhaltige Metallasche gebildet werden, wenn die Auswahl des
feuerfesten Schamotteanteiles der Gesamtmischung so getroffen wird, daß mindestens
ein Teil diese Anteiles eine feuerfeste Verbindung ist, die etwas Siliciumdioxyd
enthält.
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Auf Grund der Tatsache, daß Kohlenstoff, z. B. Kokskitt, einen elektrischen
Leiter darstellt und sehr hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, eignen sich derart verkittete
hitzebeständige Materialien auch gut für Zwecke, wo eine schnelle Hitzeübertragung
durch ihr Gefüge bzw. ihre Massen hindurch gefördert wird, und ferner zu solchen
Verwendungszwecken, bei welchen Hitze mittels Elektrizität erzeugt wird. Hierfür
kommen z. B. Tiegel, Muffeln, Muffelziegel, Rekuperatorziegel, elektrische Widerstände
und Suszeptoren o. dgl. in Betracht. Diese Gegenstände weisen natürlich ihren Aggregatanteil
auf, welcher aus hochleitfähigen Aggregaten, wie Korund, Siliciumcarbid, Graphit,
besteht. In Tiegeln, bei welchen eine große Dehnungsfähigkeit und Elastizität wesentlich
ist, liegt der Graphitgehalt hoch, während die Mengenanteile an Siliciumcarbid oder
Korund beschränkt sind. Bei Backsteinen, Ziegeln o. dgl., wo die Festigkeit wichtig
ist, liegt der Korund- oder Siliciumcarbidgehalt hoch, und der Graphitgehalt ist
beschränkt oder fehlt ganz. Als Beispiele für zweckentsprechende Mischungen, welche
auf dem Gebiete feuerfester Materialien und zur Übertragunhoher Temperaturen verwendbar
sind, werden folgende drei Arten zusammen mit ihren bei Raumtemperatur bestimmten
Durchschnittsbruch- bzw. -zerreißmodul angeführt:
| Nr. i Njr. z Nr. 3 |
| Graphit (natürlich oder künstlich) . . .. . . . . . . . . .
. . . . . . . . 35 20 - |
| Siliciumcarbidkorn . . . . . . . . . . . . . ... . . . : .
... .. . . . . . ... . . i8 30 57 |
| Tonerdesilicatkorn ....:..............................
10 20 io |
| Amorphes Aluminiumoxyd . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .. . . . . . . 5 - 5 |
| Ferromangansilicium ................................. 1o io
io |
| Teer oder Pech...................................... 22
20 i |
| Bruch- bzw. Zerreißmodul (kg/qcm) . . . .. .. ............
. 21,8 37,2 i76 |
Eine sehr erhebliche Erhöhung im Bruch-bzw. Zerreißmodul kann man,
falls für gewisse Spezialzwecke gewünscht, dadurch erhalten, daß man den Anteil
an Metalleinschluß erhöht. Wenn man z. B. bei der Mischung Nr. z den Ferromangansilicium-,prozentgehalt
von zo °1° auf zo °/° erhöht, und zwar auf entsprechende anteilige Kosten aller
anderen verwendeten Materialien, so erhöht sich der Bruch- bzw. Zerreißmodul auf
9o,7 kglqcm.
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Bei Verwendungszwecken, welche keine hohe Leitfähigkeit erfordern,
ergeben auch andere Materialien, wie z. B. Korund, Zirkon, geschmolzene Kieselerde,
als Aggregatanteil verwendet, sehr feuerfeste Gegenstände.
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Die Herstellung des gewünschten Gegenstandes erfolgt in bekannter
Weise durch Pressen, Abdrehen, Stampfen o. dgl. gemäß der Gestaltung des herzustellenden
Gegenstandes. Nach der Herstellung kann das Gut unverzüglich gekohlt werden. Dies
geschieht durch Einführen des Gutes in ein kohlenstoffhaltiges Pulver oder Aggregat,
wie z. B. calcinierten Koks, Petroleumkoks oder Feuersand, wobei das Gadze in einem
Behälter oder Kerntrockenkasten eingeschlossen wird, welcher in einer Trockenvorrichtung
oder einem Ofen angeordnet ist und auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der die
flüchtigen Bestandteile aus dem Kittanteil ausgetrieben werden und das Skelettgefüge
des Kohlenstoff rückstandes zurückbleibt. Diese Temperatur ist gewöhnlich nicht
höher als etwa I'zoo° C. Der Gegenstand ist dann fertig für den Gebrauch, es sei
denn, daß er noch für die speziellen Fälle behandelt werden soll, wie sie oben bezüglich
zii niedriger Temperatur für durchgehende Glasschutzbildung oder zu langsamer Temperatursteigerung
dargelegt wurden.
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Unter den einzeln oder in einer gewünschten Kombination zu verwendenden
Substanzen, aus welchen Tiegel oder andere Gegenstände gemacht werden können, seien
die folgenden erwähnt: Graphit, kristalline Tonerdesilicate, auiorplie Tonerdesilicate,
kristallines Aluminiumoxyd, amorphes Aluminiumoxyd, kristalline Kieselsäure, amorphe
Kieselsäure, Siliciumcarbid (jeder Art), Zirkon und Zirkonerde.
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Unter den zweckmäßig in fein gemahlenem "Zustande zuzusetzenden Metallen,
die einzeln oder in jeder gewünschten Kombination zu verwenden sind und für die
wiederholte Erzeugung einer Oberflächenschlacke oxydierbar sind, mögen die folgenden
erwähnt werden: Metalle: Eisen oder Stahl, Mangan, Magnesium, Kupfer, Blei, Zink
o. dgl. Metallegierungen und Metalloide: Ferronianganaluininiumsilicium, Ferromangancarbid,
Ferromangan, Ferrosilicium, Ferrochrom, Monelmetall, Neusilber o.,dgl.
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Als organische Verbindungen, welche den gewünschten Koksrückstandkitt
nach der Kohlung ergeben, können z. B. eine oder mehrere der folgenden verwendet
werden: Teer, Pech, Harz, N#lelasse, Dextrin, Kleber, Leini o. dgl. Wenn mehr als
eine dieser Verbindungen verwendet werden, so können sie in jedem gewünschten Mengenverhältnis
vor-1 i egen.