NO861269L

NO861269L - INSULATING HEAT RESISTANT MATERIALS FOR AA CONTAIN MELTED METAL.

Info

Publication number: NO861269L
Application number: NO861269A
Authority: NO
Inventors: Donald Joseph Bay; Robert Joseph Milauskas
Original assignee: Aluminum Co Of America
Priority date: 1986-03-26
Filing date: 1986-03-26
Publication date: 1987-09-28

Description

Denne oppfinnelse angår isolerende varmefaste materialer This invention relates to insulating heat-resistant materials

for prosessering av smeltede metaller.for processing molten metals.

Metaller blir typisk prosessert i smeltet tilstand for formgivning, støping, rensning, konvertering eller for andre prosesseringstrinn. Ovner av forskjellige utformninger anvendes for overføring av varme til metallet slik at dette bringes i eller opprettholdes i smeltet tilstand. Ovnene krever varmefaste konstruksjonsmaterialer som ikke nedbrytes under høye oppvarmningshastigheter, høye temperaturer eller korrosive påkjenninger. Metals are typically processed in the molten state for shaping, casting, refining, converting, or for other processing steps. Furnaces of various designs are used to transfer heat to the metal so that it is brought into or maintained in a molten state. The furnaces require heat-resistant construction materials that do not degrade under high heating rates, high temperatures or corrosive stresses.

Valget av et spesielt varmefast materiale involverer evaluering av fysikalske og kjemiske egenskaper tilpasset en gitt anvendelse av ovnen, innbefattende ovnens arbeidstem-peratur, hastigheten av temperaturforandring, den belastning som anvendes under oppvarmningene, og kjemiske reaksjoner som gjør seg gjeldende. Det varmefaste materialets densitet og porøsitet er direkte relatert til mange andre fysikalske og kjemiske egenskaper hos det varmefaste materiale. I alminnelighet vil varmefaste materialer med relativt lave densi-teter ha lavere varmeledningsevne og høyere porøsitet. Jo høyere porøsiteten av det varmefaste materiale er, desto lettere vil det i alminnelighet bli gjennomtrengt av smeltet metall, flussmidler eller gasser. For en gitt klasse av varmefast materiale vil det som har den laveste porøsitet vanligvis ha den høyeste styrke, varmeledningsevne, varmekapasitet og korrosjonsresistens. The choice of a particular heat-resistant material involves evaluation of physical and chemical properties adapted to a given application of the furnace, including the furnace's working temperature, the rate of temperature change, the load applied during the heatings, and chemical reactions that occur. The heat-resistant material's density and porosity are directly related to many other physical and chemical properties of the heat-resistant material. In general, heat-resistant materials with relatively low densities will have lower thermal conductivity and higher porosity. The higher the porosity of the heat-resistant material, the easier it will generally be penetrated by molten metal, fluxes or gases. For a given class of refractory material, that which has the lowest porosity will usually have the highest strength, thermal conductivity, heat capacity and corrosion resistance.

Stigende energikostnader har hatt en direkte virkning på prosesser for behandling av smeltet metall på grunn av den store varme og de høye temperaturer som er involvert. Isolerende varmefaste materialer kan bidra til å nedsette de høye energikostnader ved å bevare varme-energien mer effektivt. Isolerstein er tilgjengelig i to typer, nemlig til bruk som underlag for varmefast stein eller istedet for vanlig varmefast stein. Stein til bruk som underlag fremstilles av naturlig porøs diatomé-jord (kiselsyre-holdig). Isolerstein som anvendes istedet for vanlig varmefast stein, betegnes under tiden varmefaste lettvektsmaterialer. Slike lettvektsmaterialer har lignende sammensetning som tung stein, men har som følge av fremstillingsmåten en isolerende verdi. For eksempel kan av-fallskork males, siktes og blandes med brent leire, som der-etter kan formes og brennes. I ovnen blir korken brent ut, Rising energy costs have had a direct impact on molten metal processing processes due to the great heat and high temperatures involved. Insulating heat-resistant materials can help to reduce the high energy costs by conserving the heat energy more efficiently. Insulating stone is available in two types, namely for use as a base for heat-resistant stone or instead of normal heat-resistant stone. Stone for use as a substrate is made from naturally porous diatomaceous earth (containing silicic acid). Insulating stone, which is used instead of normal heat-resistant stone, is currently called heat-resistant lightweight materials. Such lightweight materials have a similar composition to heavy stone, but as a result of the manufacturing method have an insulating value. For example, waste cork can be ground, sifted and mixed with fired clay, which can then be shaped and fired. In the oven, the cork is burnt out,

slik at det blir tilbake en meget porøs og lett stein. Disse lettvektsmaterialer kan trygt anvendes for temperaturer på 2500-2900°F, tilsvarende 1371-1593°C, mens diatomé-jord- so that a very porous and light stone is left behind. These lightweight materials can safely be used for temperatures of 2500-2900°F, corresponding to 1371-1593°C, while diatomaceous earth

stein ikke er egnet over ca. 1050°C under vanlige betingelser. stone is not suitable above approx. 1050°C under normal conditions.

Rene oksydmaterialer innbefatter aluminiumoksyd, magne-siumoksyd, zirkoniumdioksyd, berylliumoksyd og toriumoksyd. Alle disse er blitt utviklet kommersielt for lette varmefaste produkter. Berylliumoksyd anvendes ikke industrielt når sli-tasjen er stor, fordi materialet er kostbart og dessuten flyktig ved temperaturer over 1650°C i nærvær av vanndamp. Toriumoksyd har en rekke ulemper, bl.a. er det radioaktivt. Det materiale som har den videste anvendelse av disse rene oksydmaterialer, Pure oxide materials include alumina, magnesium oxide, zirconium dioxide, beryllium oxide and thorium oxide. All of these have been developed commercially for lightweight heat-resistant products. Beryllium oxide is not used industrially when wear is high, because the material is expensive and also volatile at temperatures above 1650°C in the presence of water vapour. Thorium oxide has a number of disadvantages, including is it radioactive. The material that has the widest application of these pure oxide materials,

er sintret aluminiumoksyd, som kan anvendes med gode resultater ved temperaturer opptil 1870°C. is sintered aluminum oxide, which can be used with good results at temperatures up to 1870°C.

Kalsiumaluminatsementer anvendes sammen med forskjellige utvalgte tilslagsmaterialer for fremstilling av varmeresistente, korrosjonsresistente og abrasjonsresistente isolasjons- eller konstruksjonsbetonger eller -mørteler. Kalsiumaluminat kan fremstilles av bauksitt og kalkstein, hvorved det oppnås hydraulisk herdnende bindemidler. Lettvektstilslagsmaterialer, såsom vermikulitt eller perlitt, gir energibesparende isola-sjonsbetonger, mens en kombinasjon av disse med en ekspandert skifer eller leire gir en betong som både har isolerende egenskaper og forbedret styrke. Andre tilslagsmaterialer gir be-tongen styrke for anvendelse ved høye overflatetemperaturer, eksempelvis vermikulitt, 1090°C; ekspandert skifer eller leire, 1150°C; knust chamottestein, 1480-1590°C; kalsinert flint-leire, 1480-1590°C; og mullitt, kalsinert kyanitt, eller bauksitt, 1480-1650°C. Mange produsenter av varmefaste materialer leverer ferdige støpbare blandinger av kalsiumaluminatsement og utvalgte tilslagsmaterialer. Calcium aluminate cements are used together with various selected aggregates for the production of heat-resistant, corrosion-resistant and abrasion-resistant insulating or construction concretes or mortars. Calcium aluminate can be produced from bauxite and limestone, whereby hydraulically hardening binders are obtained. Lightweight aggregate materials, such as vermiculite or perlite, provide energy-saving insulating concrete, while a combination of these with an expanded slate or clay provides a concrete that has both insulating properties and improved strength. Other aggregate materials give the concrete strength for use at high surface temperatures, for example vermiculite, 1090°C; expanded shale or clay, 1150°C; crushed chamotte stone, 1480-1590°C; calcined flint-clay, 1480-1590°C; and mullite, calcined kyanite, or bauxite, 1480-1650°C. Many manufacturers of heat-resistant materials supply ready-cast mixes of calcium aluminate cement and selected aggregates.

Et støpbart materiale, eller et støpbart varmefast materiale, innbefatter en blanding av bindemiddel og tilslagsmateriale som kan støpes til en ønsket form eller utformning. Et eksempel på et isolerende eller et lettvekts-støpbart materiale er tilgjengelig fra General Refractories Company under handelsnavnet LITECAST®. "LITECAST" er betegnet som et lettvekt, hydraulisk herdnende, isolerende støpbart materiale med høy fasthet. "LITECAST" er blitt fremhevet til bruk ved høy-temperaturanvendelser hvor bruk av et lettvekt varmefast materiale med høy fasthet og lav ledningsevne ville være for-delaktig. Typiske anvendelser er for tak, øvre sidevegger og underlagsisolasjon for smelte og holdeovner for aluminium. "LITECAST" har en typisk kjemisk analyse som følger: CaO 4,8%; A120354,5%; Si0236,3%; Fe2031,1%; Ti021,1%; alkalier 0,8%, og glødetap 0,5%. A castable material, or a castable heat-resistant material, includes a mixture of binder and aggregate material that can be cast into a desired shape or design. An example of an insulating or lightweight castable material is available from General Refractories Company under the trade name LITECAST®. "LITECAST" is designated as a lightweight, hydraulically hardening, insulating castable material with high strength. "LITECAST" has been highlighted for use in high-temperature applications where the use of a lightweight heat-resistant material with high strength and low conductivity would be beneficial. Typical applications are for roofs, upper side walls and base insulation for melting and holding furnaces for aluminium. "LITECAST" has a typical chemical analysis as follows: CaO 4.8%; A120354.5%; Si0236.3%; Fe2031.1%; Ti021.1%; alkalis 0.8%, and loss of glow 0.5%.

Et annet isolerende støpbart materiale er tilgjengelig fra Harbison-Walker Refractories under varemerket "H-W Another insulating castable material is available from Harbison-Walker Refractories under the trademark "H-W

LIGHTWEIGHT CASTABLE" 26. Dette isolerende støpbare materiale kan også, parallelt med "LITECAST", betegnes som et materiale med lav densitet, lav varmeledningsevne, gode varmefaste egenskaper og god fasthet. "LIGHTWEIGHT CASTABLE" 26 har en rep-resentativ kjemisk analyse som følger: CaO 6,6%; A120352,9%, Si0237,0%, alkalier (Na20, K20, Li20) 1,5%; Fe2031,1%,' Ti020,8% og MgO 0,1%. LIGHTWEIGHT CASTABLE" 26. This insulating castable material can also, in parallel with "LITECAST", be described as a material with low density, low thermal conductivity, good heat-resistant properties and good strength. "LIGHTWEIGHT CASTABLE" 26 has a representative chemical analysis as follows : CaO 6.6%; A120352.9%, Si0237.0%, alkalis (Na20, K20, Li20) 1.5%; Fe2031.1%,' Ti020.8% and MgO 0.1%.

Begge eksempler på kommersielt tilgjengelige isolerende støpbare materialer herdner hydraulisk med kalsiumaluminat som bindemiddel. Both examples of commercially available insulating castables cure hydraulically with calcium aluminate as a binder.

Et lettvekts støpbart materiale for isolasjonsformål hvilket er motstandsdyktig mot aluminiumgjennomtrengning, er tilgjengelig under varemerket ALSTOPCR fra General Refractories Company. Dette isolerende materiale er med godt resultat blitt anvendt for isolering av underherden og den nedre sidevegg i aluminium-flammeovner, klaringskum-foringer og dørforinger. Dette lettvekts støpbare materiale kan betegnes som et kalsiumaluminat og -silikat kombinert med bariumsulfatinhibitor til å hindre gjennomtrengning av aluminium. A lightweight castable material for insulating purposes which is resistant to aluminum penetration is available under the trademark ALSTOPCR from General Refractories Company. This insulating material has been used with good results for insulating the lower hearth and the lower side wall in aluminum flame ovens, foam linings and door linings. This lightweight castable material can be described as a calcium aluminate and silicate combined with barium sulfate inhibitor to prevent aluminum penetration.

Et formbart materiale er et varmefast materiale somA malleable material is a heat-resistant material which

kan formes på plass i overensstemmelse med formen eller ut-formningen av en høytemperaturbeholder. Et isolerende formbart materiale kan fremstilles av keramiske fibre disbergert i et vannbasert bindemiddel av varmefast silisiumdioksyd. can be formed in place in accordance with the shape or design of a high temperature container. An insulating moldable material can be produced from ceramic fibers dispersed in a water-based binder of heat-resistant silicon dioxide.

Det formbare materiale tørkes, hvorved det oppnås en isola-sjon med hard overflate og lav varmeledningsevne i en god varmefast binding. Et slikt isolerende formbart materiale er tilgjengelig fra The Carborundum Company under varemerket "FIBERFRAX LDS MOLDABLE". Det formbare materiale anvendes typisk ved varm eller kald reparasjon av sprekker eller riss i varmefast materiale eller i klaringskum-foringer for aluminium eller andre ikke-jern-metaller. The malleable material is dried, whereby an insulation with a hard surface and low thermal conductivity is achieved in a good heat-resistant bond. One such insulating moldable material is available from The Carborundum Company under the trademark "FIBERFRAX LDS MOLDABLE". The malleable material is typically used for hot or cold repair of cracks or tears in heat-resistant material or in clearing foam liners for aluminum or other non-ferrous metals.

Smeltede metaller kan angripe et varmefast materialeMolten metals can attack a heat-resistant material

med meget destruktive resultater. Metall i smeltet tilstand er et betydelig reduksjonsmiddel. Smeltet aluminium og aluminiumlegeringer er av denne natur. Varmefaste materialer for ovnsforinger, klaringskum-foringer og lignende må ha gjennomtrengnings- eller korrosjonsresistens mot smeltet aluminium. Varmefaste materialer er blitt utviklet som har sådan gjennomtrengningsresistens. For eksempel er ikke- with very destructive results. Metal in the molten state is a significant reducing agent. Molten aluminum and aluminum alloys are of this nature. Heat-resistant materials for oven linings, clarifying foam linings and the like must have penetration or corrosion resistance against molten aluminium. Refractory materials have been developed that have such penetration resistance. For example, non-

porøse varmefaste materialer inneholdende kalsiumaluminatsement blitt utviklet som oppviser korrosjonsresistens mot smeltet aluminium. porous heat-resistant materials containing calcium aluminate cement have been developed which exhibit corrosion resistance to molten aluminium.

Varmefaste materialer av krystallisert aluminiumoksyd eller aluminiumsilikater kan anvendes hvor kraftig slagging eller metallkontakt finner sted. Mullitt og korund har høy slaggresistens og forblir i krystallinsk tilstand ved temperaturer på 1600°C og høyere. Høytemperaturovner kan tilveiebringe aluminiumoksyd-stein som kommer meget nær ren korund i egenskaper, og mullitt-stein som fremstilles av kalsinert indisk kyanitt, med den gamle leirebinding er-stattet av en mulitt-binding bestående av sperrende (interlocking) krystaller. Heat-resistant materials of crystallized aluminum oxide or aluminum silicates can be used where heavy slagging or metal contact takes place. Mullite and corundum have high slag resistance and remain in a crystalline state at temperatures of 1600°C and higher. High temperature furnaces can provide alumina stone which comes very close to pure corundum in properties, and mullite stone which is made from calcined Indian kyanite, with the old clay bond replaced by a mullite bond consisting of interlocking crystals.

U.S. Patent 4 088 502 beskriver et korrosjonsresistent støpbart materiale av kalsiumaluminatsement og tilslagsmateriale av smeltet silisiumdioksyd kombinert med en sinkborsilikatfritte-inhibitor. Et ikke-porøst varmefast materiale med en romvekt over 1,79 g/cm 3og en tilsynelatende porøsitet under 28% viser ingen gjennomtrengning i det korrosjonsforsøk som er beskrevet i patentet. U.S. Patent 4,088,502 describes a corrosion-resistant castable material of calcium aluminate cement and aggregate of fused silica combined with a zinc borosilicate frit inhibitor. A non-porous heat-resistant material with a bulk density above 1.79 g/cm 3 and an apparent porosity below 28% shows no penetration in the corrosion test described in the patent.

Et annet eksempel på korrosjonsresistente ikke-porøse støpbare varmefaste materialer er kjent fra U.S. patent 4 348 236, hvor det beskrives et varmefast høydensitets-materiale av aluminiumoksyd, kalsiumaluminat og bare 0,5-1,5 vekt% borsilikatfritte. Dette materialet anvendes i store støpeblokker. Den angitte lave mengde av borsilikat-fritte må reguleres slik at deformasjon unngås ved høye temperaturer. Borsilikater er materialer som vanligvis inneholder ca. 13-35 vekt% B-pO^ og 25-87 vekt% silisiumdioksyd og har lave utvidelseskoeffisienter, høy resistens mot sjokk, meget god kjemisk stabilitet og høy elektrisk motstand. Anvendelsene innbefatter bakeri-brett, laboratorie-glass-varer, rørledninger, høyspenningsisolatorer og pakninger. Borsilikat-glass er tilgjengelig under handelsnavnet "Pyrex". Another example of corrosion-resistant non-porous castable heat-resistant materials is known from U.S. Pat. patent 4 348 236, where a heat-resistant high-density material of aluminum oxide, calcium aluminate and only 0.5-1.5% by weight of borosilicate frit is described. This material is used in large casting blocks. The specified low amount of borosilicate frit must be regulated so that deformation is avoided at high temperatures. Borosilicates are materials that usually contain approx. 13-35% by weight B-pO^ and 25-87% by weight silicon dioxide and have low coefficients of expansion, high resistance to shock, very good chemical stability and high electrical resistance. Applications include bakery trays, laboratory glassware, pipelines, high voltage insulators and gaskets. Borosilicate glass is available under the trade name "Pyrex".

U.S. patent 2 516 892 beskriver et varmefast materiale av kalsiumaluminatsement og tilslagsmateriale kombinert med 0,5-25% uoppløselig silikatfritte. Det varmefaste tilslagsmateriale eller fyllstoff kan være brent leire-grogg, knust chamottestein, ekspandert skifer, diatomé-jord, vermikulitt eller knust rød murstein. Patentet beskriver tilsetning av elementer som er hovedsakelig uoppløselige i vann og i sementblandinger og et relativt lavt smeltepunkt, d.v.s. ca. 870°C eller lavere, for det formål å tilveiebringe en varmefast betong med en keramisk binding og øket styrke. U.S. patent 2 516 892 describes a heat-resistant material of calcium aluminate cement and aggregate material combined with 0.5-25% insoluble silicate frit. The heat-resistant aggregate or filler can be burnt clay grog, crushed chamotte stone, expanded slate, diatomaceous earth, vermiculite or crushed red brick. The patent describes the addition of elements which are mainly insoluble in water and in cement mixtures and a relatively low melting point, i.e. about. 870°C or lower, for the purpose of providing a heat-resistant concrete with a ceramic bond and increased strength.

Anvendelse av et glassmateriale eller glassaktig materiale er beskrevet i U.S. patent 2 997 402. Et boraluminat-glass ble kombinert med aluminiumoksyd, silisiumdioksyd og tilslagsmateriale. Patentet angir at silisiumdioksydinnholdet i glasset skal holdes på en mengde som ikke overstiger 10 vekt% av glasset. Det beskrevne metallgjennomtrengningsforsøk (eksempel III i patentet) anvender et glass inneholdende 1,4% SiC^. Blandingen inneholder ikke sement, men er avhengig av en varmesintret binding. Blandingen presses til murstein og brennes langsomt til en temperatur på 1375°C. Use of a glass material or glassy material is described in U.S. Pat. patent 2,997,402. A boraaluminate glass was combined with alumina, silicon dioxide and aggregate. The patent states that the silicon dioxide content in the glass must be kept at an amount that does not exceed 10% by weight of the glass. The metal penetration test described (Example III in the patent) uses a glass containing 1.4% SiC^. The mixture does not contain cement, but relies on a heat-sintered bond. The mixture is pressed into bricks and fired slowly to a temperature of 1375°C.

U.S. patent 4 126 474 beskriver en bariumsulfat-inhibitor for varmefaste materialer såsom aluminiumoksyd-silisiumdioksyd. Bariumsulfat tilsettes i en mengde på 0,5-30 vekt%. Patentet tilhører General Refractories Company, og dette materialet danner sannsynligvis basis for det støpbare lettvektsprodukt som er kommersielt tilgjengelig under varemerket "ALSTOP". U.S. patent 4,126,474 describes a barium sulfate inhibitor for refractory materials such as alumina-silica. Barium sulphate is added in an amount of 0.5-30% by weight. The patent belongs to the General Refractories Company, and this material probably forms the basis of the castable lightweight product commercially available under the trademark "ALSTOP".

U.S. patent 4 060 424 beskriver en stampe- eller sprøyte-sement, nemlig en sement som ikke har noen romtemperaturstyrke, og som innbefatter et lavtemperatur-mykningsglass eller -fritte. Når blandingen utsettes for en temperatur så lav som 350°C mykner fritten og binder de varmefaste korn til en monolittisk struktur som bevares opptil og gjennom de for-høyede temperaturer ved hvilke de varmefaste korn sintres og andre høytemperatur-keram-bindinger dannes. På denne måte anvendes det ifølge patentet en fremgangsmåte tilsvarende den i ovennevnte U.S. patent 2 997 402 og 2 516 892 for anvendelse av glasset eller fritten som et bindemiddel. U.S. patent 4,060,424 describes a tamping or spraying cement, namely a cement which has no room temperature strength, and which includes a low temperature softening glass or frit. When the mixture is exposed to a temperature as low as 350°C, the frit softens and binds the heat-resistant grains into a monolithic structure that is preserved up to and through the elevated temperatures at which the heat-resistant grains sinter and other high-temperature ceramic bonds are formed. In this way, according to the patent, a method similar to that in the above-mentioned U.S. is used. patent 2 997 402 and 2 516 892 for the use of the glass or frit as a binder.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et isolerende varmefast materiale som har resistens mot fukting og gjennomtrengning av smeltet metall. It is an object of the present invention to provide an insulating heat-resistant material which has resistance to wetting and penetration of molten metal.

Det er et annet formål med oppfinnelsen å tilveiebringe evnen til støping eller forming av et varmefast materiale til en fasong eller utformning til bruk i beholdere for smeltet metall. It is another object of the invention to provide the ability to cast or form a heat-resistant material into a shape or design for use in containers for molten metal.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et lettvekt isolerende varmefast materiale med lav densitet og høy porøsitet, over området for disse egenskaper hos varmefaste materialer, og som er resistent mot å fuktes av smeltet aluminium. It is an object of the invention to provide a lightweight insulating heat-resistant material with low density and high porosity, above the range of these properties of heat-resistant materials, and which is resistant to being wetted by molten aluminium.

KORT ANGIVELSE AV OPPFINNELSEN.BRIEF STATEMENT OF THE INVENTION.

Denne oppfinnelse innbefatter et isolerende varmefast materiale, som f.eks. et isolerende støpbart eller formbart materiale, i kombinasjon med borsilikat-fritte for beholdere for smeltet metall. Det varmefaste materiale inneholder fritte i en mengde på mer enn ca. 2 vekt%. Fritten må inneholde mindre enn en overveiende komponent av sink eller sinkforbindelse. Det isolerende varmefaste materiale har en lav densitet i forhold til det området for varmefaste materialer som er egnet for metallsmeltetemperaturer. This invention includes an insulating heat-resistant material, such as e.g. an insulating castable or moldable material, in combination with borosilicate frit for containers for molten metal. The heat-resistant material contains frit in an amount of more than approx. 2% by weight. The frit must contain less than a predominant component of zinc or zinc compound. The insulating heat-resistant material has a low density in relation to the range of heat-resistant materials suitable for metal melting temperatures.

Den foreliggende oppfinnelse innbefatter også en fremgangsmåte til å holde smeltet metall i et isolerende varmefast materiale av støpbar eller formbar form i kombinasjon med borsilikatfritte. The present invention also includes a method for holding molten metal in an insulating heat-resistant material of castable or malleable form in combination with borosilicate frit.

Den foreliggende oppfinnelse er resultatet av en em-pirisk anstrengelse for å finne nye materialer for varme- The present invention is the result of an empirical effort to find new materials for heat-

faste materialer av -isolas jonstypen, hvilket dessuten oppviser resistens mot korrosjon eller kjemisk angrep fra smeltet metall såsom smeltet aluminium. I et av sine aspekter er den foreliggende oppfinnelse blitt funnet å gi gode resultater ved isolasjonsanvendelser såsom i underherden av aluminium-flammeovner eller i klaringskum-anvendelser for overføring av smeltet aluminium-metall. Den kombinasjon av egenskaper som ble søkt, d.v.s. isolerende og ikke-fuktende overfor smeltet metall, er motstridende trekk i varmefaste produkter ettersom isolerende materialer typisk er meget porøse, hvilket fører til gjennomtrengning av det smeltede metall. solid materials of the -isolase ion type, which also exhibit resistance to corrosion or chemical attack from molten metal such as molten aluminium. In one of its aspects, the present invention has been found to give good results in insulation applications such as in the undertempering of aluminum flame furnaces or in clarifier foam applications for the transfer of molten aluminum metal. The combination of properties that was sought, i.e. insulating and non-wetting towards molten metal, are contradictory features in heat-resistant products as insulating materials are typically very porous, which leads to penetration of the molten metal.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse oppnås imidlertid isolerende støpbare eller formbare materialer av meget porøst varmefast materiale med lav densitet, hvilke har meget gode isolasjonsegenskaper og en høy resistens mot gjennomtrengning av smeltet metall såsom smeltet aluminium. According to the present invention, however, insulating castable or moldable materials of very porous heat-resistant material with low density are obtained, which have very good insulating properties and a high resistance to the penetration of molten metal such as molten aluminium.

Det isolerende varmefaste materiale og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan oppnås ved å inkorporere mer enn ca. 2 vekt% av en borsilikat-fritte i et isolerende støpbart eller formbart materiale. Det isolerende støpbare materiale kan i alminnelighet tilveiebringes av et hydraulisk herdnende kalsiumaluminatsement-bindemiddel og tilslagsmaterialer, såsom silikat, eller isolerende fyllstoff, såsom vermikulitt eller perlitt, eller andre lette fyllstoffer. Tilslagsmaterialet har i alminnelighet en partikkelstørrelse over ca. 200 mesh (Tyler Series). Eksempelvis kan kalsiumaluminatsementen ut-gjøre fra ca. 5 til ca. 50 vekt% av det støpbare materiale. Tilslagsmaterialet eller fyllstoffet kan utgjøre fra ca. 50 til ca. 95 vekt% i alminnelighet. Andre bestanddeler kan være tilstede, såsom jernoksyd eller titandioksyd i mengder som i alminnelighet ikke bør overstige 0,5 vekt%. Over nevnte 0,5% vil andre oksyder ha tendens til å forårsake høytem-peraturnedbrytning i det støpbare materiale. Det isolerende formbare materiale kan være et varmefast materiale såsom et vannbasert varmefast silisiumdioksyd-bindemiddel inneholdende dispergerte keramiske fibre. Det formbare materialet velges for tilveiebringelse av en generelt mekanisk blandet materialblanding som tørkes under dannelse av en hard overflate i formgitt tilstand. The insulating heat-resistant material and the method according to the invention can be achieved by incorporating more than approx. 2% by weight of a borosilicate frit in an insulating castable or moldable material. The insulating castable material can generally be provided by a hydraulically hardening calcium aluminate cement binder and aggregates, such as silicate, or insulating filler, such as vermiculite or perlite, or other lightweight fillers. The aggregate generally has a particle size above approx. 200 mesh (Tyler Series). For example, the calcium aluminate cement can comprise from approx. 5 to approx. 50% by weight of the castable material. The aggregate material or filler can amount from approx. 50 to approx. 95% by weight in general. Other constituents may be present, such as iron oxide or titanium dioxide in amounts which should not generally exceed 0.5% by weight. Above said 0.5%, other oxides will tend to cause high-temperature decomposition in the castable material. The insulating moldable material may be a heat-resistant material such as a water-based heat-resistant silica binder containing dispersed ceramic fibers. The moldable material is selected to provide a generally mechanically mixed material mixture which is dried to form a hard surface in the molded condition.

Borsilikatfritte-inhibitor inneholder i alminnelighet ca. 15-30 vekt% B203og ca. 20-50 vekt% silisiumdioksyd, fortrinnsvis 18-23 vekt% B203og 22-27% silisiumdioksyd. Borsilikatfritten som anvendes ifølge oppfinnelsen, må inneholde mindre enn en overveiende mengde av en sink-komponent. Mer foretrukket bør borsilikatfritten inneholde høyst 5,0 vekt% av et sinkoksyd eller annen sinkbestanddel. Det er blitt funnet at mer enn en overveiende mengde av sink som en komponent i borsilikatfritten vil nedsette den høye resistens mot gjennomtrengning av smeltet metall. Borsilikatfritten bør ha en partikkelstørrelse i området ca. 10-100 /um. Siden fritten vanligvis blandes i en vandig eller vannbasert blanding bør partikkelstørrelsen av borsilikatfritten være mindre enn ca. 40 / am. Borosilicate frit inhibitor generally contains approx. 15-30% by weight B203 and approx. 20-50% by weight silicon dioxide, preferably 18-23% by weight B 2 O 3 and 22-27% silicon dioxide. The borosilicate frit used according to the invention must contain less than a predominant amount of a zinc component. More preferably, the borosilicate frit should contain no more than 5.0% by weight of a zinc oxide or other zinc component. It has been found that more than a preponderance of zinc as a component of the borosilicate frit will reduce its high resistance to molten metal penetration. The borosilicate frit should have a particle size in the range of approx. 10-100 /um. Since the frit is usually mixed in an aqueous or water-based mixture, the particle size of the borosilicate frit should be smaller than approx. 40/am.

Den borsilikatfritte som anvendes ifølge oppfinnelsen, og som har mindre enn en overveiende komponent av sink eller sinkforbindelser, kombineres med det isolerende støpbare eller formbare materiale i en mengde større enn ca. 2 vekt% borsilikat. Ved 2% eller mindre borsilikat gir det varmefaste materiale ikke en høy resistens overfor smeltet metall. I denne henseende krever fremgangsmåten og det varmefaste materialet ifølge oppfinnelsen mer enn ca. 2 vekt% borsilikat, fortrinnsvis mer enn 2,5 vekt% borsilikat. Borsilikatet inneholder fortrinnsvis ikke mer enn små mengder av sinkforbindelse. Små mengder i denne sammenheng kan defineres som mindre enn ca. 5,0 vekt%. The borosilicate frit used according to the invention, which has less than a predominant component of zinc or zinc compounds, is combined with the insulating castable or moldable material in an amount greater than approx. 2% by weight borosilicate. At 2% or less borosilicate, the heat-resistant material does not provide a high resistance to molten metal. In this respect, the method and the heat-resistant material according to the invention require more than approx. 2% by weight borosilicate, preferably more than 2.5% by weight borosilicate. The borosilicate preferably contains no more than small amounts of zinc compound. Small amounts in this context can be defined as less than approx. 5.0% by weight.

Det varmefaste materialet ifølge foreliggende oppfinnelse kan tilveiebringe et isolerende støpbart materiale som har en romvekt mindre enn ca. 2000 kg/m 3 og har en høy resistens mot gjennomtrengning av smeltet aluminium. Det varmefaste materialet for den foreliggende oppfinnelse har fortrinnsvis en romvekt mindre enn 1600 kg/m 3 og mer foretrukket mindre enn 1300 kg/m<3>. The heat-resistant material according to the present invention can provide an insulating castable material which has a bulk density of less than approx. 2000 kg/m 3 and has a high resistance to the penetration of molten aluminium. The heat-resistant material for the present invention preferably has a bulk density of less than 1600 kg/m 3 and more preferably less than 1300 kg/m<3>.

Det isolerende formbare materiale som anvendes ifølge oppfinnelsen har en densitet i tørket tilstand på mindre enn ca. 1000 kg/m 3 , fortrinnsvis mindre enn 800 kg/m 3. The insulating malleable material used according to the invention has a density in the dried state of less than approx. 1000 kg/m 3 , preferably less than 800 kg/m 3 .

I forbindelse med den foreliggende oppfinnelse bestemmes romvekter ved den analytiske metode ifølge ASTM Standard C 134-70, "Standard Test Methods for Size and Bulk Density In connection with the present invention, bulk weights are determined by the analytical method according to ASTM Standard C 134-70, "Standard Test Methods for Size and Bulk Density

of Refractory Brick and Insulating Firebrick." of Refractory Brick and Insulating Firebrick."

EKSEMPEL IEXAMPLE I

En av de inhibitorer som skulle utprøves, ble tilsatt et isolerende støpbart materiale for det formål å øke resis-tensen mot gjennomtrengning av smeltet metall i det varmefaste materiale. Det isolerende materialet var "LITECAST" 75-28 levert av General Refractories. Inhibitorene som ble testet innbefattet de følgende: (1) bariumsulfat, som er One of the inhibitors to be tested was added to an insulating castable material for the purpose of increasing the resistance against penetration of molten metal into the heat-resistant material. The insulating material was "LITECAST" 75-28 supplied by General Refractories. The inhibitors tested included the following: (1) barium sulfate, which is

det tidligere kjente additiv for oppnåelse av resistens mot smeltet aluminium, (2) slemmekritt, som kan identifi-seres som kalsiumkarbonat, og som ble erholdt fra Mississippi Lime Company under varemerket C-55 "WHITING" , (3) rød slamm, erholdt fra J.R. Goslee Company under varemerket R-20, (4) sink borsilikatfritte levert av Mobay Chemical Company under produktbetegnelsen P1A44P og (5) borsilikatfritte levert av Mobay Chemical Company under produktbetegnelsen P2V25P. the previously known additive for obtaining resistance to molten aluminum, (2) slime chalk, which can be identified as calcium carbonate, and which was obtained from the Mississippi Lime Company under the trademark C-55 "WHITING", (3) red mud, obtained from J. R. Goslee Company under the trademark R-20, (4) zinc borosilicate frit supplied by Mobay Chemical Company under the product designation P1A44P and (5) borosilicate frit supplied by Mobay Chemical Company under the product designation P2V25P.

En Hobart-blander ble anvendt til å blande additivet ved det støpbare materialet, fulgt av tilsetning av vann. De blandede materialer ble støpt i en form som forberedelse til en 72-timers begerprøvning. Denne 72-timers begerprøvning er en anerkjent standard i aluminiumindustrien. Den anvendes for bestemmelse av motstandsdyktigheten mot smeltet aluminium og aluminiumlegeringer. I dette eksempel ble legering 7075 holdt i et beger ved 816°C i 72 timer. A Hobart mixer was used to mix the additive with the castable material, followed by the addition of water. The mixed materials were cast into a mold in preparation for a 72-hour cup test. This 72-hour cup test is a recognized standard in the aluminum industry. It is used to determine the resistance to molten aluminum and aluminum alloys. In this example, alloy 7075 was held in a crucible at 816°C for 72 hours.

Hver blanding inneholdt et inhibitor-additiv i en mengde på ca. 6 vekt%. Each mixture contained an inhibitor additive in an amount of approx. 6% by weight.

Den kjemiske sammensetning av additivene er vist i tabell I. The chemical composition of the additives is shown in Table I.

Resultatene av ovennevnte begerprøvning av forskjellige additiver er vist i tabell II. Bedømmelsen er basert på dybden av metallinntrengning i det varmefaste materiale, eventuelle sprekker eller utbulinger og eventuelt forurensningsopptak i metallet (vanligvis silisium eller jern). The results of the above cup test of various additives are shown in Table II. The assessment is based on the depth of metal penetration into the heat-resistant material, any cracks or bulges and any contamination absorption in the metal (usually silicon or iron).

Aluminiuminntrengningen ble observert i det isolerende støpbare materiale uten additiv, med slemmekritt, med rød slamm og med sink borsilikatfritte. Isolerende støpbart materiale med bariumsulfatadditiv eller med borsilikatfritte viste god resistens mot aluminiuminntrengning. The aluminum penetration was observed in the insulating castable material without additive, with slime chalk, with red mud and with zinc borosilicate frit. Insulating castable material with barium sulfate additive or with borosilicate frit showed good resistance to aluminum penetration.

Det isolerende støpbare materiale uten noe additiv var fullstendig gjennomtrengt av det smeltede aluminium. Bariumsulfat tilsatt det isolerende støpbare materiale i en mengde på The insulating castable material without any additive was completely permeated by the molten aluminum. Barium sulphate added to the insulating castable material in an amount of

ca. 6 vekt% viste aluminiuminntrengning og høyt opptak av silisiumforurensning i metallet. Selv om slemmekritt er blitt brukt som et belegningsmateriale for metallsmelteanvendelser hadde det en skadelig effekt som et additiv og viste den høyeste inntrengning i forsøket. Skjønt ingen porøsitetsdata ble målt, menes det at slemmekrittet forårsaket en økning i, porøsitet ved spaltning av kalsiumkarbonat. Rød slamm er et annet belegningsmateriale, men det forbedret ikke inntreng-ningsresistensen hos det isolerende støpbare materiale. about. 6% by weight showed aluminum penetration and high absorption of silicon contamination in the metal. Although slime chalk has been used as a coating material for metal smelting applications it had a detrimental effect as an additive and showed the highest penetration in the experiment. Although no porosity data were measured, it is believed that the slime chalk caused an increase in porosity by cleavage of calcium carbonate. Red mud is another coating material, but it did not improve the penetration resistance of the insulating castable material.

Sinkborsilikatfritte viste utstrakt inntrengning, spesielt på sidene av begeret. Analyseresultater indikerte også Zinc borosilicate frit showed extensive intrusion, especially on the sides of the cup. Analysis results also indicated

et høyt opptak eller akkumulering av silisium og jern. Disse forsøk viser at inhibitoren som anvendes ifølge oppfinnelsen, ikke kan tilveiebringes av sinkborsilikatfritte eller bor-silikatf ritte inneholdende sink eller sinkforbindelse, f.eks. sinkoksyd, som en overveiende komponent. a high uptake or accumulation of silicon and iron. These tests show that the inhibitor used according to the invention cannot be provided by zinc borosilicate frit or borosilicate frit containing zinc or a zinc compound, e.g. zinc oxide, as a predominant component.

Additivet borsilikatfritte gav en ikke-fuktende over-The additive borosilicate frit gave a non-wetting surface

flate og lavt opptak av metall.flat and low absorption of metal.

EKSEMPEL IIEXAMPLE II

Den borsilikatfritte som ble funnet å ha meget gode egenskaper med hensyn til resistens mot smeltet metall, ble tilsatt til et annet lettvekts støpbart materiale, d.v.s. "LIGHTWEIGHT NO. 26" levert av Harbison-Walker. "LIGHTWEIGHT The borosilicate frit which was found to have very good properties in terms of resistance to molten metal was added to another lightweight castable material, i.e. "LIGHTWEIGHT NO. 26" supplied by Harbison-Walker. "LIGHTWEIGHT

NO. 26" er et støpbart materiale med densitet. For eksempelNO. 26" is a moldable material with density. For example

har "LIGHTWEIGHT NO. 26" lavere densitet enn "LITECAST" "LIGHTWEIGHT NO. 26" has a lower density than "LITECAST"

75-28. Additivet borsilikatfritte ble tilsatt i en mengde på bare 4 vekt%. Denne mengde, som er lavere enn mengden i 75-28. The additive borosilicate frit was added in an amount of only 4% by weight. This quantity, which is lower than the quantity i

eksempel I, ble også tilsatt til "LITECAST" 75-28. Resultatene er vist i tabell III. example I, was also added to "LITECAST" 75-28. The results are shown in Table III.

Harbison-Walker "LIGHTWEIGHT NO. 26" tilsatt borsilikat-fritte-inhibitor viste praktisk talt ingen inntrengning av aluminium og gav det støpte varmefaste materiale en ikke-fuktende overflate. Harbison-Walker "LIGHTWEIGHT NO. 26" added borosilicate frit inhibitor showed virtually no penetration of aluminum and gave the cast refractory a non-wetting surface.

EKSEMPEL III EXAMPLE III

Et isolerende støpbart materiale av keramiske fibre disbergert i et vannbasert varmefast silisiumdioksyd-bindemiddel ble valgt for blanding med borsilikatfritte-inhibitoren. "LDS MOLDABLE" levert av The Carborundum Company ble anvendt i forsøket. Begertest-prøver av "LDS MOLDABLE" alene og "LDS MOLDABLE" med 6% P2v25P-fritte ble dannet. Fritte ble tilsatt ved at "LDS MOLDABLE" ble plassert i en Hobart-blander og fritte tilsatt under blanding. Materialene ble ført inn i begerformen med murskje. En 72-timers begertest ble utført ved 816°C under anvendelse av aluminiumlegering 7075. Begertestresultatene med "LDS MOLDABLE" med og uten inhibitor er vist i tabell IV. An insulating castable material of ceramic fibers dispersed in a water-based heat-resistant silica binder was selected for mixing with the borosilicate frit inhibitor. "LDS MOLDABLE" supplied by The Carborundum Company was used in the experiment. Cup test samples of "LDS MOLDABLE" alone and "LDS MOLDABLE" with 6% P2v25P frit were formed. Frit was added by placing "LDS MOLDABLE" in a Hobart mixer and frit added while mixing. The materials were fed into the beaker with a trowel. A 72-hour cup test was conducted at 816°C using aluminum alloy 7075. The cup test results with "LDS MOLDABLE" with and without inhibitor are shown in Table IV.

"LDS MOLDABLE" alene viste dårlig resistens mot smeltet metall. "LDS MOLDABLE" med 6% borsilikatfritte-inhibitor viste resistens mot det smeltede metall. "LDS MOLDABLE" alone showed poor resistance to molten metal. "LDS MOLDABLE" with 6% borosilicate frit inhibitor showed resistance to the molten metal.

I andre forsøk ble det isolerende formbare materiale, kombinert med den inhibitor som anvendes ifølge foreliggende oppfinnelse, funnet å ha en lavere varmeledningsevne og en høyere bruddgrense enn isolerende formbart materiale uten inhibitoradditiv. In other experiments, the insulating malleable material, combined with the inhibitor used according to the present invention, was found to have a lower thermal conductivity and a higher breaking point than insulating malleable material without inhibitor additive.

EKSEMPEL IVEXAMPLE IV

Forsøk ble utført for bestemmelse av den nødvendige konsentrasjon av borsilikatfritte-additiv i et isolerende støpbart materiale for oppnåelse av resistens mot smeltet metall. Lettvekts støpbart materiale anvendt i forsøket var General Refractories "LITECAST" 75-28. Borsilikatfritten var P2V25P-fritte levert av Mobay. Materialene ble blandet i en Hobart-blander og testet i en 72-timers begertest under anvendelse av aluminiumlegering 7075 ved ca. 816°C. Resultatene av forsøket er vist i tabell V. Experiments were conducted to determine the required concentration of borosilicate frit additive in an insulating castable material to achieve resistance to molten metal. The lightweight castable material used in the experiment was General Refractories "LITECAST" 75-28. The borosilicate frit was P2V25P frit supplied by Mobay. The materials were mixed in a Hobart mixer and tested in a 72-hour cup test using aluminum alloy 7075 at approx. 816°C. The results of the experiment are shown in Table V.

Det støpbare lettvektsmateriale uten additiv var fullstendig gjennomtrengt av aluminium-metall. Støpbart lettvektsmateriale med 1,1% additiv var gjennomtrengt i betydelig grad til dybder på 5-20 mm i sideveggen og 2-6 mm i bunnen, hvilket representerer utstrakt metallinntrengning. Isolerende støpbart materiale med 2% additiv viste utstrakt inntrengning til dybder på 3-20 mm i sideveggen og 2-8 mm i bunnen. Isolerende støp-bart materiale med 4% og 6% additiv viste ingen inntrengning i sideveggen eller bunnen. The castable lightweight material without additive was completely permeated with aluminum metal. Castable lightweight material with 1.1% additive was significantly penetrated to depths of 5-20 mm in the sidewall and 2-6 mm in the bottom, representing extensive metal penetration. Insulating castable material with 2% additive showed extensive penetration to depths of 3-20 mm in the side wall and 2-8 mm in the bottom. Insulating castable material with 4% and 6% additive showed no penetration into the side wall or bottom.

Det isolerende varmefaste materiale ifølge foreliggende oppfinnelse innbefatter et lettvekts isolerende støpbart materiale og i det minste over ca. 2 vekt% borsilikatfritte-inhibitor. Borsilikatfritte-inhibitoren tilsettes fortrinnsvis i en mengde over 2,5 vekt% i det isolerende varmefaste materiale og mest foretrukket over 3 vekt%. The insulating heat-resistant material according to the present invention includes a lightweight insulating castable material and at least over approx. 2% by weight borosilicate frit inhibitor. The borosilicate frit inhibitor is preferably added in an amount above 2.5% by weight in the insulating heat-resistant material and most preferably above 3% by weight.

Claims

1. Insulating heat-resistant material to contain a molten metal, characterized in that it comprises an insulating castable material or malleable material and more than approx. 2% by weight borosilicate frit having less than a predominant component of zinc or zinc compound.

2. Heat-resistant material according to claim 1, characterized in that it contains more than 2.5% by weight of borosilicate frit.

3. Heat-resistant material according to claim 1 or 2, characterized in that the frit contains smaller amounts or less of zinc or a zinc compound.

4. Heat-resistant material according to one or more of claims 1-3, characterized in that the insulating castable material comprises calcium aluminate cement and silicon dioxide and has a bulk density of less than approx. 2000 kg/m 3, preference-3 3 show less than 1600 kg/m and preferably less than 1300 kg/m .

5. Heat-resistant material according to one or more of claims 1-4, characterized in that it comprises insulating aggregate material.

6. Heat-resistant material according to one or more of claims 1-5, characterized in that the insulating malleable material comprises ceramic fibers dispersed in a water-based silicon dioxide binder.

7. Heat-resistant material according to claim 6, characterized in that, when dried, it has a density less than approx. 1000 kg/m 3 , preferably less than 800 kg/m 3 .

8. Procedure for containing or handling molten metal, characterized by adding at least approx. 2% by weight of borosilicate frit inhibitor to an insulating castable material or insulating moldable material to form a heat-resistant material having resistance to wetting by said metal, which inhibitor has less than a predominant amount of zinc or zinc compound, which heat-resistant material is further composed as set forth in any of the preceding claims.

9. Material to contain molten aluminium, characterized in that it comprises an insulating heat-resistant material as specified in any of the preceding claims.

10. Material according to claim 9, characterized in that it has low thermal conductivity and maintains resistance to molten metal.