DE2326032A1 - Nieder gebrannte feuerfeste gegenstaende - Google Patents

Description

Nieder gebrannte feuerfeste Gegenstände

Die Erfindung betrifft hochfeuerfeste Gegenstände in "Form von Tiegeln, Rohren, Steinmaterial, Induktorblocks oder dergleichen aus einem Gemisch von feuerfestem oxidischem Korn, einem Alkalimetallfluoroborat, gegebenenfalls Borsäure und einem nieder schmelzenden Silicat, welche nur bei 300 bis 875⁰C ge~ brannt, jedoch bei Temperaturen in der Größenordnung von 1800⁰C anwendbar sind.

Die Herstellung von feuerfesten Gegenständen geschieht im allgemeinen in zwei Weisen* Nach einem Verfahren wird pulver« formiges oder körniges feuerfestes Material ohne chemischer oder keramischer Bindung entsprechend geformt durch Pressen, Schlickerguß oder dergleichen. Diese grünen !Formkörper werden dann einer geregelten Wärmebehandlung zugeführt, um die flüchti-

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gen Bestandteile wie Wasser oder temporäre organische Bindemittel zu entfernen und das Sintern der feuerfesten Teilchen zu erleichtern.

Es gibt aber auch Arten von feuerfesten Stoffen_fdie nicht selbstbindend sind, sondern ein Bindematerial benötigen» Es handelt sich dabei um die sogenannten gebundenen feuerfesten Produkte. Als Bindemittel wurden die verschiedensten. Substanzen angewandt und zwar von einfachen Ionen bis -zu komplexen Bindungen (US-PS 2 331 232 und 1 037 099). Eine weitere Abwandlung dieses Verfahrens besteht in der Anwendung von Flußmitteln, die eine flüssige Phase bilden und etwas von dem feuerfesten Material lösen und die Sinterung durch Flussigphase-Sinterung erfolgt.

Die nach obigem Verfahren erhaltenen grünen Formkörper -werden dann einer sorgfältig geregelten, relativ langen Wärmebehandlung bei hohen Temperaturen zwischen etwa 1200 und 1800⁰O, abhängig von der Bindung, dem Flußmittel und dem feuerfesten Material» unterzogen,

Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung eines qualitativ " · hochwertigen feuerfesten Produkts, wobei die Anwendung hoher Arbeitstemperatureη im Sinne des Standes der !Technik vermieden wird. Die so erhaltenen Körper enthalten keine Feuchtigkeit oder organischen Bindemittel und können gehandhabt werden.

Die Erfindung betrifft nun gebundene, feuerfeste Gegenstände,-deren Bindung bereits bei relativ niederer Temperatur in der Größenordnung von 300 bis 875⁰C erfolgt, Sie werden hergestellt aus 75 bis 99$ eines feuerfesten oxidischen Granulats oder Kornmaterial wie Tonerde, Magnesiumoxid, Aluminiumsilicat, geschmolzene Kieselsäure oder dergleichen, mit einer Körnung von 6,68 mm (3 mesh) oder feiner · Die neue Tieftemperaturbindung enthält ein Alkalimetallfluoroborat und gewisse Anteile an Boroxid und/ oder Silicaten wie Ton oder eine übliche Fritte, die unter etwa

1000⁰C erweicht. „_1Λ

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Wenn die erfindungsgemäßen gebundenen feuerfesten Gegenstände dann bei relativ hohen Temperaturen ,wie sie bei der ■Metallverhüttung gefordert werden_}angewandt werden, so ändert das feuerfeste.Produkt sich chemisch in gewissem Ausmaß, geht jedoch nicht über in einen nennenswert weicheren Zustand, noch wird es krümelig. Beide diese Erscheinungen treten auf bei den bekannten gebundenen feuerfesten Produkten, außer sie sind bei hohen Temperaturen vor der Anwendung in der Eisenhüttenindustrie gebrannt worden. Es wird angenommen, daß .die Überlegenheit der · erfindungsgemäßen Produkte in dieser Richtung beruht auf der Flüchtigkeit eines Teils .der Bindung, während der Rest mit den feineren Anteilen des feuerfesten Materials reagiert und eine Rekristallisation hervorruft, wodurch das Material zunehmend feuerfester wird.

Der Hauptvorteil des erfindungsgemäßeη feuerfesten Produkts gegenüber den bekannten Sinterprodukten sind die Einsparungen, die sich bei der Herstellung durch Anwendung von niederen Temperaturen für das Härten oder Brennen der Produkte gegenüber den wesentlich höheren Sintertemperaturen nach dem Stande der Technik ergeben. So müßte man beispielsweise relativ reine Tonerde bei rund 170O⁰C sintern. Mit Hilfe eines Flußmittels kann diese Temperatur auf etwa 1400⁰C herabgesetzt werden. Solche Arbeitstemperaturen sind jedoch wesentlich kostspieliger als die erfindungsgemäßen Brenntemperaturen von 300 bis 875⁰C Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßeη Produkte liegt darin, daß das heiße Ende fester ist als der restliche Teil des Gegenstandes. Dadurch wird :■' · die Wahrscheinlichkeit eines katastrophalen Reißens durch die ganzen Körper wesentlich verringert·

Die Bindung der feuerfesten Gegenstände nach der Erfindung kann alleine mit einem Alkalifluoroborat vorzugsweise in einer Gewichtsmenge von etwa 1 bis 5$ vorgenommen werden. Am wünschenswertesten sind Natrium- und Kaliumfluoroborate. Manchmal ist es ' jedoch wünschenswert, daß die Bindung noch etwas Boroxid und/

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oder "Silicat wie Caleiunialumiiiiumsilicat, eine Bor-silicatfritte oder dergleichen enthält. Die Zugabe dieser Substanzen sollte auf eine maximale Menge von insgesamt 20 Gew.-$ bezogen auf das Gewicht des feuerfesten Produktes begrenzt werden, vorzugsweise sollte nicht mehr als 10 Gew»-$ einer der Bestandteile vorliegen.

Bas Boroxid kann als solches zugesetzt werden oder es wird in Form von Borsäure dem Ausgangsgemisch für die Herstellung der grünen Formkörper zugesetzt* In der anschließenden Wärmebehandlung wird die Borsäure in das Oxid umgewandelt.

Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen feuerfesten Gegenstände kann eine beliebige übliche Methode sein_e Handelt es sich um relativ einfach geformte Gegenstände, so wird das Gemisch der feuerfesten Pulver, angemacht mit Wasser und/oder einem temporären organischen Bindemittel, in eine Form entsprechender Konfiguration eingefüllt und gepresst. Die kalten Grünlinge werden dann aufgeheizt zur Ausbildung der Bindung auf 300 bis 875⁰C. Handelt es sich gedoch um eine sehr komplizierte Form oder einen großdimensionalen Körper, so wird ein trockenes Gemisch der feuerfesten Pulver oder ein wie oben angefeuchtetes in die Form eingestampft oder gerüttelt und das ganze dann zur Entwicklung der Bindung erwärmt* Diese Grundvorgänge und zahlreiche Abänderungen sind an sich bekannt und werden hier nicht beansprucht.

Die Wärmebehandlung zoir Herstellung der erfiudungsgemäßeη Gegenstände ist sehr flexibel. Die Aufheizgeschwindigkeit kann so groß sein als die Ofenleistung beträgt für grüne Formlinge gegebener Größe. Der Kühlteil des Wärmebehandlungsprogramms ist nicht ganz so flexibel, da die Abkühlungsgeschwindigkeit nicht so hoch sein kann, um ein Reißen oder Springen zu vermeiden. Die wesentliche Bedeutung liegt jedoch in der Tatsache, daß wesentlich geringere Temperaturen für das Brennen erforderlich

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sind. Obzwar bevorzugt ein Temperaturbereich zwischen etwa 300 und 875⁰G für das Brennen der erfindungsgemäßen Gegenstände in Frage kommt, so kann man auch· die grünen Körper über 875⁰G brennen.

Obzwar man bevorsugterweise kalt formt und dann erwärmt zur Erleichterung der Entwicklung der Tieftemperaturbindung, kann man doch auch das feuerfeste Gemisch auf die gewünschte Form heiß-pressen. Handelt es sich bei den feuerfesten Gegenständen um relativ kleine und einfache Form, so ist das Heißpressen wünschenswert. Handelt es sich aber andererseits um große Gegenstände oder komplexe Formen, ist das Kaltpressen mit anschließender Wärmebehandlung praktischer und für die Praxis die einzig anwendbare Methode.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert: Beispiel 1

Prüfstäbe-170 χ 50 χ 17,5 nmi-wurden in folgender Weise hergestellt:

2,27 kg eines Gemische wurden in einem mechanischen Mischer aus 57 Teilen Schmelzbauxit (berechnet auf Tonerde), Körnung maximal 3,3 mm (24 mesh), 5 Teile gebrannte Bayer-Tonerde_s · 3 Teile Töpferflint, 2 Teile Borsäure, 1 Teil Kaliumfluoroborat, 1 Teil Dextrin und 4 Teile Wasser hergestellt.

454 g dieses Gemisctewurden in eine entsprechende Form ein— ■

gefüllt und bei Raumtemperatur mit 280 kg/cm verpreßt und anschließend gebrannt und zwar in der VJeise, daß ein Temperaturanstieg von etwa 40O⁰C je Stunde bis zu 76O⁰G hervorgerufen wurde. Die Brennzeit betrug bei dieser Temperatur 3 h, wonach nach abgeschalteter Brennstoffzufuhr Ofen und Prüfstab allmählich auf Raumtemperatur abkühlen konnten. Bei Raumtemperatur

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.hatte dieser Prüfstab eine Dichte von 290 g/cm , war nur um 0,03$ gewachsen, hatte einen Bruchmodul von 124 kg/cm (1760 p.s.i.) und einen Elastizitätsmodul von 40,4 x 10 dyn/cm",

Beispiel 2

Ein Induktorblock wurde wie folgt hergestellt:

272 kg des nach Beispiel 1 zusammengesetzten Gemischs wurden hergestellt. Eine Blechform, Blechstärke 3,175 mm, 660 χ 660 χ 254 hm, mit einer Bohrung von 304 mm 0 wurde zu± Aufnahme des feuerfesten Gemischs auf eine ebene Unterlage gesetzt,.Die Form wurde mit mehreren Lagen von Kraftpapier ausgekleidet, v/obei das Papier mit Hilfe eines druckempfindlichen Klebstreifens an Ort und Stelle gehalten wurde. Ein hufeisenförmiges Joch aus Styrolschaumstoff wurde zu entsprechender Zeit während dos Pormfüllens in der Form fixiert. Dieses Joch war mit Druck-ELebstreifen umwickelt, um eine härtere Fläche zu ergeben.

In einer Höhe von 89 mm wurde das Gemisch in die Jgorm eingefüllt und mit einem gabelförmigen Handwerkzeug Das Gemisch wurde dann weiter verdichtet mit Hilfe eines elektrischen Rüttelgeräts· Dies wurde mit einer weiteren 63, 5 mm starken losen Schüttung von Material wiederholt, bis diese Schichten die entsprechende Höhe für die Fixierung des wie oben behandelten Jochs erreicht\^u - LTbe3?sehüssiges loses Gemisch an der entsprechenden Stelle wurde entfernt und das Joch eingesetzt. Dann wurde händisch weiteres Gemisch um das Joch, um dieses in seiner Lage zu halten, gepackt, Yieitere Schichten losen Gemischs wurden eingebracht, zusammengedrückt und bis zur Erfüllung der Form verdichtet, um eine dichte ebene Oberfläche zu erlangen, wurde am Rüttelgerät ein ebenes Yferkzeug 114 x 114 mm angewandt.

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Die so gefüllte 3?orm- wurde dann in einen belüfteten Ofen gebracht und mit einer Aufheiageschwindigkeit von 150°C/h von Raumtemperatur auf 870 C erwärmt, 6h bei dieser Temperatur belassen und im geschlossenen Ofen langsam abgekühlt. Dann konnte der Induktorblock aus der Έοτίά genommen werden.

Pate η faansprüche

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Claims (1)

1. Feuerfeste G-egeastan.de bestehend Im "wesentlichen aus

75 - 99 Gew.-^ feuerfestem Oxidkorn, mit einer Körnung von 6,6 mm und darunter, gekennzeichnet durch eine Bindung in Form von 1 - 5°/o Alkalifluoroborat₉ O - 10$ Boroxid und/oder O - 10$ Silicat mit einem Erweichungspunkt unter 1100 C, hergestellt durch Brennen des Grünlings bei einer [Temperatur von zumindest 30O⁰C

2, Feuerfeste Gegenstände nach Anspruch 1_? dadurch gekennzeichnet , daß das feuerfeste Oxidkorn Tonerdej Magnesiumoxid,, Aluminiumsilicat oder geschmolzene β sind«

3β Feuerfeste Gegenstände nach Anspruch 1 oder 2₉

dadurch gekennzeichnet , daß das Alkalifluoroborat der Bindung das Lithium-, !"atrium- oder Ealiumfluoroborat ist* -

4· Feuerfeste Gegenstände nach Anspruch 1 bis 3» dadurch e· e k_ e nnze ichtiet , daß sie frei von Feuchtigkeit und ev- und eine Querbruchfestigkeit von zumindest 70 kg/cm

aufweisen»

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