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Verfahren zur Vermeidung einer Reduktion der Kieselsäure von solche
enthaltendem Mauerwerk inelallurgischer Ofen durch das schmelzflüssige Metall Von
dem Futter von zum Schmelzen von Metallen und deren Legierungen dienenden Öfen wird
nebst bestimmten anderen Eigenschaften auch verlangt, daß dessen Bestandteile mit
dem zu schmelzenden Metall keine Verbindungen eingehen und dieses nicht verunreinigen.
Da z. B. für Induktionsöfen fast regelmäßig Auskleidungen verwendet werden, die
erst während des Schmelzens des Metalls gebrannt und gesintert werden, müssen an
Stelle der als Futterbaustoff an sich besonders geeigneten, aber erst bei höheren
Temperaturen sinternden Oxyde, wie Tonerde und Magnesia, Gemische derselben mit
Kieselsäure als Ofenflitter verwendet werden, die bereits im Bereich der üblichen
Schmelztemperaturen der Metalle sintern.
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Aber auch- wegen ihrer guten mechanischen und wärmeisolierenden Eigenschaften
als auch wegen ihrer guten Haltbarkeit werden hochkieselsäurehaltige Steine, z.
B. Schamotte, in großemUmfange zur Ausmauerung von Öfen verwendet, in denen z. B.
Aluminium und seine Legierungen umgeschmolzen werden sollen. Aus diesen Gründen
hat man es bisher in Kauf genommen, daß durch eine Umsetzung zwischen dem metallischen
Einsatz und
der Kieselsäure' des Fütters.-eiiie:ällrriähliche Vin-'
Wandlung des Mauerwerkes stattfindet und das= iM Ofen eingeschmolzene Metall, z.
B, Aluminium bzw. seine Legierungen, durch "das" infolge -der Reduktion gebildete
Silicium verunreinigt wurde. So.; erfolgt .z, B. .beim Schmelzen von Aluminium und'seinen
Legierungen im Laufe der Zeit ein Austausch des Kieselsäuregehaltes des -Futters
, zu immer tieferen Schichten desselben durch die-bei der Reduktion der Kieselsäure
nach der Gleichung 4A1+3Si02=2A1203+3Si gleichzeitig entstehende Tonerde.
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Besonders störend macht sich diese Umsetzung dann bemerkbar, wenn
eine Anreicherung des Siliciums, selbst in kleinsten Grenzen, aus besonderen Gründen
nicht erwünscht ist: -Das ist -z.-B." beim . Guß von als Werkstoff für elektrische
Leiter verwendetem Aluminium der Fall, bei dem der Siliciumgehalt den Betrag von
o,z5 bzw. o,2o°/o nicht überschreiten darf. Die erwähnte Anreicherung zwang nun
bisher dazu, den Einsatz an Hüttenrohaluminium so zu wählen, daß eine Erhöhung des
Siliciumgehaltes um etwa 0,2% noch nicht die Brauchbarkeit der Schmelze für bestimmte
Zwecke beeinträchtigte. Trotz - dieser Vorsichtsinaßnahme mußte jedoch beim Vergießen
von Aluminium aus einem 8-t-Ofen -etwa _6oo kg Restmetall wegen zu starker Anreicherung
an Silicium während der Zeit des Vergießens dieser Metallmenge abgegossen werden.
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Von noch größerer Schädlichkeit ist die Umsetzung zwischen Aluminium
und Kieselsäure insbesondere -dann; wenn hochreines, bei der .-Drei= -schichtenelektrolyse
gewonnenes Aluminium mit Reinheitsgraden von über 9999% und Siliciumgehalten von
etwa o,ooz bis o,ooo2%.umgeschmolzen werden soll. Der durch ' die - Si:.p2-Reduktion
in das Metall gelangende Siliciumanteil übersteigt, dabei bei weitem den ursprünglich
im Raffinade-: metall vorhandenen Anteil. , Abgesehen von der Verunreinigung . des
eingesetzten i@letälls durch Silicium besitzt die erwähnte Umsetzung noch folgende
schwerwiegende Nachteile: Infolge Porosität -der meisten Kieseln säurehaltigen Steine
dringt das. Metall in die Poren des Mauerwerkes ein und setzt sich dort mit dem
Kieselsäureanteil um. Es tritt dadurch eine innige-Verzahnung des Metalls und seiner
Oxyde mit dem Mauerwerk ein. Diese oxydische Decke ist nur außerordentlich schwer
durch die Bedienungsmannschaft zu entfernen.-Aus - diesen Gründen ist, man daher
wielfaclf dazu übergegangen, Umschmelzöfen aus Magriesitsteinen aufzumauern. ' Wegen
ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit und "ihrer im Vergleich. zu Schamotte geringeren
'Temperaturwechselbeständigkeit hat .aber .die Verwendung dieser Steine beachtliche
Nachteile.
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Es wurde nun gefunden, daß sich die Reduktion der Kieselsäure des
Mauerwerkes metallurgischer Ofen durch das schmelzflüssige Metall dadurch vermeiden
läßt, daß- in ,den* Ofen 'solche Salze bzw.
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Salzgemische eingeschmolzen werden, die mit den -1V.LauerWerlk eine
Schiacfte'bilden. So-kommen z. B. für- Öfen, in denen Aluminium oder dessen Legierungen
geschmolzen werden, die Salze der Alkali-'bzw.'Erdalkalimetalle ifiBetracht. Besonders
eignet sich hierfür ein Gemisch von Natrium- bzw. Kaliumchlorid und Kryolith bzw.
Aluminiumfluoriden. Schmilzt man dieses oder ähnliche Salzgemische in den Ofen ein,
so dringt die Salzschmelze infolge ihrer geringen Oberflächenspannung in die feinsten
Poren des Mauerwerkes ein bzw. in die der keramischen Masse. Dadurch, daß sich die
Salzschmelze mit den Baustoffen des Futters an dessen heißesten Stellen unter Bildung
einer- Schlacke :umsetzt, erfolgt eine völlige Abdichtung des Ofenfutters gegenüber
der Metallschmelze.
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Sollen rieh- zugestellte Ofen z. B. dem Umschmelzen von Reinstatuminium
dienen, so wird in den Ofen vor dem ersten Umschmelzen des Metalls das Salz bzw.
das Salzgemisch eingeschmolzen und diese Schmelze nach erfolgter Schlackenbildung
aus dein Ofen abgegossen. Das Umschmelzen des Reinstaluminiums kann dann ohne Gefahr
einer Siliciumaufnahme des Metalls stattfinden.
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Nach den Versuchsergebnissen der Erfinderin kann die erfindungsgemäße
Vorbereitung des Ofenmauerwerkes aber auch erst dann vorgenommen werden, wenn in
dem Ofen bereits durch längere ZeitMetalle oderLegierungen geschmolzen wurden, bei
denen eine Siliciumaufnahme aus dem Mauerwerk keine Rolle spielt und in dem Ofen
nunmehr Metalle oder Legierungen geschmolzen werden sollen, bei denen eine Siliciumaufnahme
nicht stattfinden darf. Zufolge: des Einscbmelzens der Salze in dem Ofen wird das
in die Poren und Kanäle eingedrungene und siliciumhaltige Metall der früheren -Schmelzungen,
z. B. siliciumhaltiges Aluminium, aus diesen verdrängt,. wodurch. der Salzschmelze
die Möglichkeit gegeben ist, schlackenbildend auf das Mauerwerk einzuwirken.
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Das Einschmelzen dieser Salze ist bei solchen Temperaturen vorzunehmen,
bei denen die Bildung einer zähflüssigen Schlacke eintritt. So wird das Einschmelzen
von Salzen der Alkali- bzw. Erd-2.lkalimetalle in - den Schmelzen von Aluminium
oder =Aluminiünilegierungen dienenden Ofen bei über der üblichen Arbeitstemperatur
des Ofens liegenden Temperaturen, zweckmäßig bei @5o bis 85o°, vorgenommen.
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In einem erfindungsgemäß imprägnierten und bereits 2 Monate in-.Betrieb
befindlichen Ofen eingeschmolzenes' Aluminium zeigte keinerlei 'Anreicherung an
Silicium:- Der Ansatz von oxydischen Krusten an der Ofenwandung ist außerordentlich
gering.
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Diese letzte- Eigenschaft ist aber von besonderer Bedeutung für den
Aufbau von Schmelzrinnen bei Induktionsöfen. Bekanntlich verursacht die geringe
Haltbarkeit dieser Schmelzrinnen von Niederfrequenzinduktionsöfen immer noch - außergewöhnliche
Schwierigkeiten beim Abgießen des Metalls. Die Rinnen neigen häufig zum Reißen und.
setzen sich im Läufe der Zeit zu. Die Ursache dieses sogenannten
Wachsens
ist zweifelsohne die erwähnte Umsetzung des bisher ausschließlich aus kieselsäurehaltigen
Massen bestehenden Rinnenmaterials. Werden diese Schmelzrinnen in der vorstehend
geschilderten Weise mit einem Salzgemisch imprägniert, kann mit deren bedeutend
höheren Lebensdauer gerechnet werden.
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Um die Zone des keramischen Futters von Tiegeln zum Schmelzen von
Nichteisenmetallen durch Ausbildung einer Kruste auf der Innenseite des Tiegels
zu schließen, hat man der feuerfesten Grundmasse eine große Menge gepulverten Glases
einverleibt, um den Futterbaustoff zähflüssig zu machen. Eine Umsetzung der Kieselsäure
des Futters mit dem Metall wird aber dadurch nicht vermieden, sondern infolge der
bei diesem Verfahren erfolgten Anreicherung des Futterbaustoffes von Kieselsäure
wird im Gegenteil diese Umsetzung noch begünstigt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
wird aber nicht nur eine Dichtung der beim Brennen des Futters entstehenden Risse
erreicht, sondern auch die Umsetzung zwischen dem einzuschmelzenden Metall und der
Kieselsäure des Futters vermieden.