DE858301C

DE858301C - Method and device for the production of crystalline solidifying silicate melts

Info

Publication number: DE858301C
Application number: DES20930A
Authority: DE
Inventors: Hubert Dr Phil Wagner
Original assignee: SUEDDEUTSCHE BASALTWERKE
Current assignee: SUEDDEUTSCHE BASALTWERKE
Priority date: 1950-11-19
Filing date: 1950-11-19
Publication date: 1952-12-04

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von kristallin erstarrenden Silikatschmelzen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Silikatschmelzen, die durch Formguß (Kokillenguß, Sandguß, Schleuderguß) zu Gegenständen verarbeitet werden sollen und die während des Abkühlens in der Form kristallin erstarren. Während viele Silikatschmelzen infolge der hohen Viskosität, die ihnen der Anteil an Kieselsäure verleiht, glasig erstarren und einer besonderen Behandlung bedürfen, z. B. einer langdauernden Exposition bei einer die Entglasung begünstigenden Temperatur, um vorwiegend oder völlig in den kristallinen Zustand überzugehen, sind die Silikatschmelzen, auf die sich die Erfindung bezieht, durch er'heblic'he Gehalte (2o bis 5o Gewichtsprozent) an Ca F2 und gegebenenfalls anderen Fluoriden derart dünnflüssig, äaß eine kristalline Erstarrung beim bloßen Abkühlen in der Gießform erfolgt. Die erhaltenen Gegenstände müssen im allgemeinen, ähnlich der Entspannung von Glas, langsam gekühlt werden, um die Entstehung von Rissen zu verhindern.Method and device for the production of crystalline solidifying Silicate Melts The present invention relates to a method and an apparatus for the production of silicate melts, which are cast by die casting (chill casting, sand casting, centrifugal casting) to be processed into objects and which are to be processed while cooling in the mold solidify crystalline. While many silicate melts due to the high viscosity, which gives them the share of silicic acid, solidify glassy and a special one In need of treatment, e.g. B. long-term exposure to devitrification favorable temperature to predominantly or completely in the crystalline state pass over, the silicate melts to which the invention relates are through Considerable contents (2o to 5o percent by weight) of Ca F2 and possibly others Fluorides are so fluid that they solidify in crystalline form on cooling takes place in the mold. The objects obtained must, in general, be similar the relaxation of glass, slowly cooled to prevent cracking impede.

Beim Herstellen solcher an und für sich bekannten Silikatschmelzen ergeben sich erihebliche Schwierigkeiten dadurch, .daß die dem Gemenge zugesetzten Fluoride oder deren Reaktionsprodukte mit anderen Gemengebestandteilen sich in oder Schmelzhitze verflüchtigen. Dadurch ändert sich die chemische Zusammensetzung der Schmelze, und deren Kristallisationsfähigkeit nimmt ab. Wird z. B. in einem Ofen eine größere Menge Schmelze durch Niederschmelzen eines Gemenges erzeugt und allmählich zu kleineren Formstücken verarbeitet, so 'können wohl unter Umständen die ersten Gußstücke kristallin erhalten werden, während der weiteren Verarbeitung ändert sich aber die Qualität der Gußstücke, es werden Gußstücke mit zunehmendem Anteil an Glasphase, schließlich vollkommen glasige Guß= stücke erhalten. Diese Schwierigkeiten sind wahrscheinlieh die Ursache idafür, daß die an und für sich lange bekannten Silikatschmel@zen der fraglichen Art zu keiner industriellen Bedeutung gelangt sind. Denn es ist unwirtsc'haftlic'h, einen großen Teil mehr oder weniger glasig erstarrender Schmelze verwerfen zu müssen, um einen kleinen Teil der Schmelze als kristallin erstarrte Formstücke von vorzüglichen Eigenschaften zu gewinnen. Denn die wertvollen Eigenschaften der fraglichen Silikatschmelzen, wie hohe Härte und Verschleißfestigkeit, hohe mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, sind, wie Versuche ergeben 'haben, an den kristallinen Zustand gebunden, während der glasige Zustand keinerlei Vorteile gegenüber den in der Technik bekannten Gläsern aufweist.When producing such silicate melts, which are known per se considerable difficulties arise from the fact that the added to the mixture Fluorides or their reaction products with other mixture components are in or Melt heat evaporate. This changes the chemical composition of the Melt, and its ability to crystallize decreases. Is z. B. in an oven a larger amount of melt by melting down a mixture generated and gradually processed into smaller shaped pieces, so 'can probably under Under certain circumstances, the first castings are obtained in crystalline form, while the others Processing changes, however, the quality of the castings, there are also castings increasing proportion of glass phase, finally completely glassy castings obtained. These difficulties are probably the cause of the in and for Silicate melts of the type in question, which have long been known, are not industrialized Meaning. Because it is inhospitable, a large part more or less less glassy solidifying melt having to discard a small part the melt as crystalline solidified shaped pieces with excellent properties to win. Because the valuable properties of the silicate melts in question, such as high hardness and wear resistance, high mechanical strength and corrosion resistance, are, as experiments have shown, bound to the crystalline state, while the glassy state has no advantages over the glasses known in the art having.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schmelzverfahren zu finden, nach dem Schmelzen der fraglichen Art in industriellem Ausmaß erzeugt und dabei in solchem Zustand gewonnen werden können, daß sie, im Formguß verarbeitet, kristallin erstarren.Accordingly, the object of the invention is to provide a melting process found, produced after melting the species in question on an industrial scale and can be obtained in such a condition that they, processed in the mold, solidify crystalline.

Gemäß der Erfindung erfolgt das Niederschmelzen des Rohstoffgemenges kontinuierlich, wird in der Zeiteinheit nur soviel Schmelze erzeugt, wie in der gleichen Zeiteinheit an Schmelze verarbeitet wird, und wird die gesamte Menge an Schmelze, die sich vor der Entnahmestelle befindet, 'höchstens so groß bemessen, wie der Entnahme in 2 Stunden entspricht., Es müssen also Schmelzkapazität und Verarbeitungskapazität aufeinander abgestimmt werden. Werden z. B. in i Stunde ioo 1 Schmelze zu Formstücken vergossen, so müssen auch ioo 1 Schmelze in i Stunde erzeugt werden. Ferner dürfen im Fall dieses Beispiels insgesamt 'höchstens 200 1 Schmelze vor der Entnahmestelle vorhanden sein.According to the invention, the raw material mixture is melted down continuous, only as much melt is generated in the unit of time as in the same time unit of melt is processed, and the total amount of Melt that is located in front of the extraction point, '' at most as large as as corresponds to the withdrawal in 2 hours., So it must have melting capacity and processing capacity be coordinated. Are z. B. ioo 1 melt to moldings in i hour poured, 100 1 melt must also be produced in 1 hour. Also allowed in the case of this example, a total of 200 1 melt in front of the extraction point to be available.

In vielen Fällen ist es zweckmäßig, .die vor der Entnahmestelle befindliche Menge an Schmelze höchstens so groß zu bemessen, wieder Entnahme in i Stunde entspricht. Dies ist besonders dann der Fall, wenn .die einzelne Zuteilung sehr klein ist im Vergleich zur Gesamtmenge der vorhandenen Schmelze und die einzelne Zuteilung den Stand des Schmelzspiegels kaum ändert, wenn es sich also um die Herstellung kleiner Gußstüeke handelt.In many cases it is advisable to use the one in front of the extraction point The amount of melt should be measured at most as large as it corresponds to withdrawal in i hour. This is particularly the case when the individual allocation is very small in the Comparison to the total amount of the existing melt and the individual allocation The level of the melting mirror hardly changes, so when it comes to making it smaller Gussstüeke acts.

Weiter wurde gefunden, daß es besonders zweckmäßig ist, die erzeugte Schmelze in einen Entnahmebehälter zu leiten, aus dem durch Betätigung von Hand oder durch automatische Speisung die Zuteilung jeweils bestimmter SChrnelzmengen zum Formguß erfolgt, wobei die Temperatur des Entnahmebehälters und der in ihm befindlichen Schmelze niedriger gehalten wird als die Temperatur, bei der das Gemenge niedergeschmolzen wird. Der Temperaturunterschied 'kann Zoo bis 300° C betragen. Es ist einleuchtend, daß die Flüchtigkeit der Fluoride bei der im Entnahmebehälter herrschenden verhältnismäßig niedrigen Arbeitstemperatur wesentlich geringer ist als in der Gemengeschmelzhitze. Diese Ableitung der Schmelze in einen Entnahmebehälter hat auch den Vorteil, daß die Temperatur des Entnahmebehälters leicht auf einer bestimmten Höhe gehalten werden kann, und damit die Möglichkeit gegeben ist, die Schmelze vor dem Vergießen in einem bestimmten Zustand zu halten, z. B. bei nicht eutektischer Zusammensetzung der Schmelze die Schmelze entweder in völlig flüssigen Zustand oder in dem Zustand zu 'halten, in dem kristallisierter Bodenkörper und flüssige Schmelze koexistent sind.It has also been found that it is particularly useful to use the generated To direct melt into a removal container, from which by operating it by hand or the allocation of specific melt quantities through automatic feeding for molding takes place, the temperature of the removal container and the temperature in it Melt is kept lower than the temperature at which the mixture melted will. The temperature difference can be up to 300 ° C. It is obvious that the volatility of the fluoride is proportionate to that prevailing in the dispensing container low working temperature is significantly lower than in the batch melt heat. This discharge of the melt into a removal container also has the advantage that the temperature of the dispensing container can easily be kept at a certain level can, and thus the possibility is given to the melt before casting in a to maintain a certain state, e.g. B. with non-eutectic composition of the melt to keep the melt either in a completely liquid state or in the state in which the crystallized sediment and the liquid melt coexist.

In weiterer Fortbildung des Gegenstands der Erfindung wird die im Entnahmebehälter befindliche Schmelze derart bemessen, daß sie mindestens 1/3 bis 2/3 der gesamten vor .der Entnahmestelle befindlichen Schmelze ausmacht. an Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß ein wesentlicher Teil der Gesamtschmelze der Einwirkung der 'hohen Gemengeschmelztemperatur entzogen wird. Ferner wird durch Anwendung dieses Verfahrens sichergestellt, daß im Entnahmebehälter eine genügend große Schmelzmenge für die Betätigung eines automatischen Speisers oder, bei größeren Gußstücken, für die Zuteilung von Hand vorhanden ist.In a further development of the subject matter of the invention, the im Measure the melt located in the removal container in such a way that it is at least 1/3 to 2/3 of the total melt located in front of the extraction point. of advantage this process consists in that a substantial part of the total melt of the Effect of the 'high batch melting temperature is withdrawn. Furthermore, through Use of this process ensures that there is enough in the removal container large amount of melt for the actuation of an automatic feeder or, for larger ones Castings for which hand allocation is available.

Es wurde weiterhin gefunden, daß Schmelzen folgender chemischer Zusammensetzung besondere Vorteile bieten: 30 bis 50% Si 02, 15 bis 30% Ca 0, 20 bis 40% Ca F2, o,bis i 0% A12 03, o bis i 0% A1 F3, o bis io% NaF.It was also found that melts of the following chemical composition offer special advantages: 30 to 50% Si 02, 15 to 30% Ca 0, 20 to 40% Ca F2, o, to i 0% A12 03, o to i 0% A1 F3, o to io% NaF.

Das Hinzutreten anderer Stoffe soll nicht ausgeschlossen sein. Jedoch sind Alkalioxyde, insbesondere wenn es auf Korrosionsbeständigkeit ankommt, auf höchstens insgesamt 5% zu beschränken, im übrigen auf Kosten des CaO-Gehaltes einzuführen. Auch ist es dann zweckmäßig, vorzugsweise Na20 zu verwenden.The addition of other substances should not be excluded. However are alkali oxides, especially when it comes to corrosion resistance to limit a maximum of 5% in total, otherwise at the expense of the CaO content. It is then also advisable to preferably use Na 2 O.

Weiterhin wurde gefunden, daß Schmelzen, die CaF2, Ca0, Si02 enthalten, dann besonders günstige Eigenschaften im kristallin erstarrten Zustande aufweisen, wenn deren Zusammensetzung mindestens annähernd eutektisch ist. Für die Verhältnisse der Praxis entspricht dieser Bedingung eine Zusammensetzung der Schmelze in Gewichtsprozenten von 30 bis 3.I0/0 Si02, 28 bis 32% Ca 0, 36 bis 400/0 CaF2.Furthermore, it was found that melts containing CaF2, Ca0, Si02, then have particularly favorable properties in the crystalline solidified state, if their composition is at least approximately eutectic. For the circumstances In practice, this condition corresponds to a composition of the melt in percent by weight from 30 to 3.I0 / 0 Si02, 28 to 32% Ca 0, 36 to 400/0 CaF2.

Als Beispiel eines zur Erzeugung einer solchen Schmelze geeigneten Gemengeversatzes sei folgender genannt: 23 bis 29% Quarzsand, 4o bis .16% :Marmor, 28 bis 34% Flußspat.As an example, one suitable for producing such a melt Mixture offset is the following: 23 to 29% quartz sand, 40 to 16%: marble, 28 to 34% fluorspar.

Die Vorzüge einer Schmelze eutektischer Zusammensetzung mit den Hauptbestandteilen Ca F2, Ca O, Si 02 werden nicht beeinträchtigt, wenn ander% Stoffe in geringen Mengen hinzutreten.The advantages of a melt with eutectic composition with the main components Ca F2, Ca O, Si 02 are not affected if other% substances are used in small amounts join.

Die Erzeugung von Schmelzen der im vorstehenden angegebenen Zusammensetzung verleiht den Schmelzen im kristallin erstarrten Zustand die Eigenschaften hoher Härte, Verschleißfestigkeit, mechanischer Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.The generation of melts of the composition given above gives the melts higher properties in the crystalline solidified state Hardness, wear resistance, mechanical strength and corrosion resistance.

Zur Durchführung des neuen Verfahrens dient zweckmäßigerweise ein «'ancienofen, dessen Wanne in einen seitlich angeordneten Entnahmebehälter mündet, dessen Boden tiefer liegt als der derWanne. Ein Ausführungsbeispiel dieser Vorrichtung sei an Hand der :Xlvl>. i und 2 erläutert. Diese Ab- bildungen stellen einen Schmelzofen in zwei ver- schiedenen Schnitten dar. Die Schmelze c befindet sich teils im Innern des Ofens d, teils im Entnahme- behälter e. Der Boden f des Entnähmebe'hälters liegt tiefer als der Boden b der Wanne. Eine Vorrichtung dieser .1rt entspricht auch dann dem Zwecke der Er- findung, wenn an Stelle einer Wanne eine mehr oder weniger schmale Rinne vorgesehen ist. Das Niederschmelzen des Gemenges kann mit besonderem Vorteil in folgender Vorrichtung er- folgen. Im Innern eines Wannenofens ist ein Rohr senkrecht angeordnet, das kurz über .dem Boden der Wanne endet und das zur _\ufnahme des Gemenges dient und von außen erhitzt wird. Die Vorrichtung und ihre Wirkungsweise seien an Hand der Abb. i und 2 beispielsweise erläutert. Das Rohstoff- gemenge i, das laufend nachgefüllt werden kann, befindet sich im Rohr k. (las durch einen tangential angeordneten Brenner l von außen erhitzt wird. Das Rohr k endet kurz über dem Boden g der Wanne. Die an den heißen Wandungen des Rohrs k sich bildende Schmelze fließt ständig ab. Das 1@litreißen ungeschmolzener Teile kann durch Verringerung des Abstandes zwischen Rohrende und Wannen- boden verhindert werden. Unter Umständen ist es angebracht, die Schmelze vor der direkten Einwirkung der Feuergase zti schützen. Zu diesem Zwecke können über dem Schmelzspiegel Abdeckplattenm angeordnet werden. Der Zweck der Erfindung kann auch mit einer Vorrichtung erreicht werden, bei der nicht ein, sondern mehrere Rohre zur Aufnahme des Gemenges im Gewölbe eines Wannenofens vorhanden sind, und wenn das Rohr nicht zylindriseli, sondern konisch ausgebildet ist. Weiter wird gemäß der Erfindung zum Herstellen der fraglichen Schmelzen ein Schachtofen vor- geschlagen, von dessen Boden eine Schmelzrinne zu einem seitlich angeordneten Behälter führt, dessen Boden tiefer liegt als der der Schmelzrinne. Eine besonders zweckmäßige einer solchen Vorrichtung ist beispielsweise in Abb.3 sc'heinatisch dargestellt. Sie ist in folgender Weise aufgebaut: Der Schachtofen hat eine mittig an- geordnete Brentikamrner 11, in welcher eine durch den Brenner o erzeugte Heizflamme senkrecht nach unten gerichtet ist. Der Zwischenraum zwischen Brennkammer n und Außenwand p des Schachtofens dient zur @Xufnahme des Gemenges q, das laufend nachgefüllt werden kann. Die Brennkammer ist so ausgebildet, (laß das Gemenge q zur Mitte des Ofen- bodens abgel>äsc'lit wird un(1 die Heizflamme auf die Böschungsoberfläche r einwirkt. Die Schmelzrinne :; dient zur _lufnahine der erzeugten Schmelze und steht zweckin:ißig mit einem seitlich anzuordnenden Entnahmebehälter analog _@1>l>. 2 in Verbindung. Für den Zweck .der l-rfindting ist es gleich- bedeutend, ob die Breinikaminer des Schachtofen: aus einem frei hängenden Rohr besteht oder ge- mauert ist und dann teilweise auf dem Boden des Ofens aufsitzt, oder ob die Brennkammer zylindrisch oder prismatisch ausgebildet ist, oder ob ein oder mehrere Brenner vorgesehen sind. Die im vorstehenden beschriebenen Vorrichtungen sind 'hinsichtlich des Teils, in dem das Nieder- schmelzen des Gemenges erfolgt, im wesentlichen bekannt, dienten jedoch anderen Zwecken. Sie empfehlen sich jedoch in Verbindung mit den übrigen genannten Merkmalen speziell zur Durch- führung des Verfahrens gemäß der Erfindung To carry out the new process, it is advisable to use an ancien furnace, its tank into a laterally arranged removal container opens, the bottom of which is lower than that of the tub. An embodiment of this device is using the: Xlvl>. i and 2 explained. This Ab- form a melting furnace in two different different cuts. The melt c is located partly in the interior of the furnace d, partly in the container e. The bottom f of the removal container is located deeper than the bottom b of the tub. One device this type also corresponds to the purpose of finding if instead of a tub one more or less narrow channel is provided. The melting of the mixture can with particular advantage in the following device follow. Inside a furnace there is a pipe arranged vertically, just above the bottom of the The tub ends and that to take up the mixture serves and is heated from the outside. The device and their mode of operation are shown in Fig. i and Fig. 2, for example. The raw material batch i, which can be topped up continuously, is located in the pipe k. (read through a tangential arranged burner l is heated from the outside. That Tube k ends just above the bottom g of the tub. Those on the hot walls of the pipe k themselves forming melt flows off continuously. The 1 @ litreißen unmelted parts can be reduced by reducing the distance between the end of the pipe and the ground can be prevented. It may be appropriate to melt the melt before the direct action of the fire gases zti protection. For this purpose, you can use the Melt mirror cover plates are arranged. The purpose of the invention can also be achieved with a Device can be achieved in which not a, but several pipes to receive the mixture are present in the vault of a furnace, and if the pipe is not zylindriseli, but is conical. Further according to the invention for manufacturing a shaft furnace for the smelters in question beaten, from the bottom of which a melt channel closed a laterally arranged container leads whose The bottom is lower than that of the melt channel. One particularly expedient one such a device is for example in Fig.3 sc'heinatically represented. It is in the following way set up: The shaft furnace has a centrally located ordered Brentikamrner 11, in which one by the burner o generated heating flame vertically after directed downwards. The space between Combustion chamber n and outer wall p of the shaft furnace serves to @Xabsorption of the mixture q, which is continuously can be refilled. The combustion chamber is like that formed, (let the mixture q to the middle of the furnace >äsc'lit is un (1 the heating flame on the The slope surface r acts. The melt channel:; serves to close the generated melt and stands for purpose: with a side to be arranged Withdrawal container analogous to _ @ 1>l>. 2 in connection. For the purpose of l-finding it is the same- significant whether the chimney of the shaft furnace: consists of a freely hanging pipe or is bricked up and then partially on the floor of the Furnace or whether the combustion chamber is cylindrical or prismatic, or whether one or several burners are provided. The devices described above are 'with regard to the part in which the melting of the mixture takes place, essentially known, but served other purposes. she however, are recommended in conjunction with the other features mentioned specifically for implementation of the method according to the invention

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Process for producing crystalline solidifying silicate melts that are considerable 'Quantities (2o Abis 5o%) Ca F2 and / or others Contain fluoride and which are are to be worked, characterized by that the melting down of the mixture is takes place naturally and in the unit of time only in this way much melt is generated, as in the same Time unit of melt is processed, and that the total amount of melt that is located in front of the extraction point, at most so is dimensioned large, as the removal in Corresponds to 2 hours. 2. The method according to claim i, characterized in that indicates that the entire amount of Melt that is in front of the extraction point finds, is at most as large as corresponds to the withdrawal in i hour. 3. The method according to claim i or 2, characterized characterized in that the melt produced in one of the allocation of melt for casting serving removal container is directed and in the removal container at a temperature will hold that is lower than that at the the temperature of the mixture is maintained rature. 4. Procedure according to one of the - \ nprograms i to 3, characterized in that the generated Melt in one -the allocation of melt Removal container used for molding is directed and the stored in the removal container sensitive melt is dimensioned iderart that it at least i / 3 up to 2/3 of the total before the Receipt point makes up the melt. 3. The method according to any one of claims i to s4, characterized in that the mixture of art is put together that melts fol- gender chemical composition are: 3 0 to 5 0 0/0 S '02, 1 5 to 300/0 Ca0, 20 to 400/0 CaF3, o to io% A1203, O to I00 / 0 Al F, 31 o to 10% Na F. 6. The method according to claim 3, characterized in that indicates that the mixture is compiled, -that melting of the following chemical composition: 3o to 340/0 Sli O ,. 28 to 32% Ca O. 36 to 400/0 Ca F ,. .Device for carrying out the `` experienced rens according to one of claims i to h, characterized

characterized in that it consists of a tub furnace whose tub opens into a laterally arranged removal container, the bottom of which is lower than that of the tub. B. Device for performing .des method according to one of claims i to 6 or according to claim 7, characterized in that an externally heated Rol, r in a furnace, which ends just above the bottom of the tub and serves to receive the mixture, is arranged vertically. G. Device according to claim 8, characterized in that a _Il) cover is arranged over the melt, which protects the melt from the direct action of the fire gases. ok Device for carrying out the method according to one of Claims 1 to 6, characterized in that it consists of a shaft furnace, from the bottom of which a melt channel leads to a laterally arranged removal container, the bottom of which is lower than that of the melt channel. i i. Device for carrying out the method according to one of Claims i to 6 or according to Claim 10, characterized in that it consists of a shaft furnace with the following features: The shaft furnace has a centrally and vertically arranged combustion chamber in which a heating flame is directed vertically downwards. The space between the combustion chamber and the outer wall of the shaft furnace is used to hold the mixture. The combustion chamber is designed so that the mixture is quenched towards the middle of the furnace floor and the heating flame acts on the slope surface.