DE2454711C3 - Feuerfeste Masse und deren Verwendung - Google Patents
Feuerfeste Masse und deren VerwendungInfo
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Description
Eine der schwerwiegenden Kosten in den Industrieöfen mit feuerfesten Auskleidungen betrifft die Abschaltperioden
für Reparaturen oder Erneuerungen der hitzebeständigen Auskleidung, je größer der Ofen und
je länger die für eine Reparatur erforderliche Abschaltperiode ist, desto größer ist der Produktionsausfall und
desto größer sind die Ofenkosten oder der Verlust.
Infolge dieser Tatsachen besteht ein ständiges, stets wachsendes Interesse an der Verwendung feuerfester
Auskleidungen, die die kürzest mögliche Zeit für die Herstellung und Reparatur erfordern. Die am wenigsten
zeitraubenden Methoden für das Auskleiden eines Ofens sind das Gießen oder Stampfen von feuerfesten
Massen. Solche Massen umfassen feuerfeste Körner als Füllstoffe (sogenanntes Magerkorn), Bindemittel und
Wasser, um der Masse eine geeignete Fließfähigkeit oder Plastizität für ein Gießen oder Stampfen zu
verleihen. Das Magerkorn besteht gewöhnlich aus Körnern eines feuerfesten Materials, wie Corund, Bauxit
oder Kaolin, während Calciumaluminatzement, Phosphorsäure oder ein Phosphat, Silicalzement oder
kolloidale Kieselsäure bevorzugt als Bindemittel verwendet werden.
Allgemein haben heute auf dem Markt erhältliche derartige Massen gemäß einer Faustregel eine Zusammensetzung
von 60 bis 95 Gew.-% feuerfester Füllstoffe (Magerkorn) und 40 bis 5 Gew.% Bindemittel (Ton,
Zement, Phosphorsäure usw). Zu diesen Komponenten wird eine geeignete Menge Wasser zugesetzt, im Falle
des Stampfens einer Auskleidung etwa 5 Gew,-% von Füllstoff-)-Bindemittel und im Falle des Gießens einer
Auskleidung etwa 10% des Gewichtes von Füllstoff+
Obwohl diese Massen schnell gestampft oder gegossen werden können, um feuerfeste Auskleidungen
zu bilden, erfordern sie allgemein ein relativ zeitraubendes Trocknen, um das Wasser zu verdampfen, bevor der
ίο auf diese Weise ausgekleidete Ofen oder dergleichen in
Benutzung genommen werden kann.
Der Grund hierfür besteht darin, daß bei schnellem Trocknen, d. h, wenn man die Auskleidung unmittelbar
nach der Herstellung hohen Temperaturen aussetzt, das
is Verdampfen sa schnell stattfindet, daß die Masse reißt
oder sogar zu Stücken zerbricht In bestimmten Versuchen wurden diese Nachteile vermieden, indem
man Kanäle in die Oberzüge einfornm, um das Entweichen des beim schnellen Trocknen gebildeten
Wasserdampfes zu erleichtern. Diese Kanäle wurden in der Weise eingeformt daß man Eisen- oder Stahldrähte
durch zahlreiche Löcher in der Wand der Form einführte und diese Drähte wieder herauszog, nachdem
die Masse teilweise gehärtet war, wobei Verdampfungs-
zs kanäle zurückblieben. Diese Kanalherstellung muß
jedoch von Hand durchgeführt werden und ist daher zeitraubend und teuer, was die durch längere Abschaltperioden
für den Ofen verursachten Kosten steigert. Die Erfinder fragten sich daher selbst, ob es nicht möglich
sei, auf einfachere Weise Verdampfungskanäle in die gegossenen oder gestampften Auskleidungen einzuformen.
um das Entweichen von Wasser bei schnellem Trocknen zu erleichtern und so die oben beschriebenen
Nachteile zu vermeiden.
Nach der vorliegenden Erfindung wurde dieses Problem auf sehr einfache und wirksame Weise gelöst,
indem man einen ganz anderen Typ von kanalbildenden Elementen verwendet, nämlich strohförmige kanalbildende
Elemente, die homogen in die für das Gießen oder Stampfen oder dergleichen zu verwendende
hitzebeständige Masse eingemischt werden und automatisch Verdampfungskanäle liefern. Bevorzugte kanalbildende
Elemente oder Materialien sind Stroh oder Halme von üblichen Gelreidesorten, Gräsern, Schilf
oder ähnlichen natürlichen Materialien. Strohförmige synthetische Elemente, wie solche aus Papier, Kunststoff
oder anderen organischen Materialien, die geeignete aschebildende Bestandteile enthalten, können
jedoch ebenfalls verwendet werden. Während des Schnelltrocken-Verfahrens werden diese Materialien
durch Verbrennung teilweise oder vollständig entfernt.
Das kanalbildende Material sollte vorzugsweise auf solche Längen zerschnitten oder zerhauen werden, die
leicht und gleichmäßig mit der hitzebeständigen Masse
SS in Mischern, welche üblicherweise in der Keramikindustrie eingesetzt werden, vermischt werden können. Aus
diesem Grund erwies es sich als vorteilhaft, nicht größere Längen als etwa 6 cm zu verwenden. Größere
Längen können nämlich einigen Ärger beim Vermisehen bezüglich der gleichmäßigen Verteilung der
Kanäle in der Masse bereiten. Da es Zweck der
Erfindung ist, Kanäle und nicht nur übliche Poren zu bilden, sollten die geschnittenen Längen nicht zu kurz
sein. Folglich besteht kein Grund, die strohförmigen
6s Elemente auf Längen unterhalb 1 cm zuzuschneiden.
Eine bevorzugte Länge liegt bei etwa 2 cm. In dieser Verbindung sollte beachtet werden, daß eine Steigerung
der Porosität der Masse, wie beispielsweise durch
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Einmischen üblicher porenbildender Materialien, wie Sägemehl, einem Bersten während des schnellen
Trocknens nicht entgegenwirkt. Diese Tatsache spricht auch gegen zu kurze Stöcke der kanalbildenden
Elemente.
Was die Menge der kanalbildenden Elemte betrifft, die erforderlich ist, um ein Bersten oder eine Explosion
während des schnellen Trocknens ;eu vermeiden, so ist zu sagen, daß gute Ergebnisse mit Q',05 bis 035 Gew.-%
kanalbildender Elemente, bezogen auf das Gewicht der Masse, denen die Elemente zugesetzt werden sollen,
erzielt wurden, wobei die Menge auf die Feststoffe berechnet wird, was 50 bis 350 g trockener Strohelemente
je 100 kg, berechnet als Feststoffe, der hitzebeständigen Masse entspricht Aus Sicherheitsgründen
sollte die untere Grenze der Zugabe von Strohelementen nicht geringer als 0,1 Gew.-% sein, und höhere
Prozentsätze als 0,25 Gew.-% sind im allgemeinen nicht
erforderlich.
Aus praktischen Gründen einschließlich der erwünschten Vermeidung unnötiger Porosität, die die
Festigkeit und Schlackenbeständigkeit der Auskleidung beeinträchtigen könnte, ist es bevorzugt, 0,1 bis 0,25
Gew.-% strohartige Elemente, besonders Stroh, vorzugsweise von Weizen, mit einer Länge von etwa 2 cm
zu verwenden. In dieser Verbindung sei darauf hingewiesen, daß ein lufttrockenes Wtizenstroh, das auf
eine Länge von 2 cm zerschnitten ist, ein Volumengewicht in losem, ungepacktem Zustand von etwa 28 g je
Liter besitzt
Eine übliche feuerfeste Gießmasse aus 75 Gew.-% Korund als Magerkorn und 25 Gew.-% eines Calciumaluminatzementes
als Bindemittel wurrf■». in zwei gleiche Anteile geteilt. Einer dieser Anteile wurde als solcher
verwendet, während der andere mit 0,2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von Magerkorn + Bindemittel,
luftrockenen Weizenstrohes vermischt wurde, welches auf eine Länge von etwa 2 cm zerschnitten worden war.
Aus jeder dieser beiden Massen, denen jeweils 9% Wasser, bezogen auf das Gewicht der Masse, zugesetzt
worden waren, wurden Blöcke mit den Abmessungen 64 χ 423 cm hergestellt Diese Blöcke wurden in zwei
Wänden eines Plattenzersplitterungstest-Vorerhitzungsofens (ASTM) eingepaßt, wobei eine der Wände
aus zerschnittenes Stroh enthaltenden Blöcken und die andere aus Blöcken ohne Stroh bestand. Die Wände
wurden dann schnell mit Hilfe einer Feuerung mit ölbrennern getrocknet. Nach etwa einer halben Stunde,
wenn die Ofentemperatur auf etwa 500°C angestiegen war, erfolgte eine Explosion, wobei die Wand ohne
Stroh in Stücke zerbarst. Die Feuerung wurde dann unterbrochen und der Ofen besichtigt. Diese Besichtigung
ergab, daß die aus Blöcken mit einem Gehalt zerschnittenen Strohes gemachten Wände vollständig
intakt waren.
Das Experiment wurde wiederholt, wobei der Ofen lediglich mit den zerschnittenes Stroh enthaltenden
Blöcken ausgekleidet und mit der gleichen Geschwindigkeit bis zu 1000°C schnell erhitzt wurde, ohne daß
irgendwelche sichtbaren Risse oder Zerstörungen der Blöcke auftraten. Die Festigkeit der Blöcke, die bei einer
Temperatur bis zu l000°C schnell getrocknet worden waren, war die gleiche wie jene vergleichbarer Blöcke
ohne zerschnittenes Stroh, die mit einer langsameren Geschwindigkeit bis zu einer Temperatur von 1000°C
getrocknet worden waren, Hm Risse zu. vermeiden.
Zu Vergleichszweeken wurden Blöcke aus der gleichen hitzebeständigen Masse mit einem entsprechenden
Volumenprozentsatz an trockenem Sägemehl
(d, h, mit 0,7 Gew,-1**)) anstelle des zerschnittenen
der gleichen Art schnellen Trocknens explosionsartiges
ίο zerschnittene Weizenstroh durch 0,2 Gew,-% zerschnittener
Stücke von Kunststoff-Trinkhalmen mit einer Länge von etwa 2 cm ersetzt wurde. Dieses Material
hatte den gleichen guten Effekt auf das Schnelltrocknungsverfahren wie das zerschnittene Weizenstroh,
doch ist dieses Material wegen des heutigen hohen Preises von geringerem wirtschaftlichem Interesse.
Ein Block mit einem Gewicht von 300 kg wurde aus einer Masse gestampft die aus 95 Gew.-% Tonerde,
Magerkorn und 5 Gew.-°/b Bindemitteiton bestand, denen üblicherweise 7 Gew.-% Phosphorsäure (80%ig)
und 5 Gew.-% Wasser zugesetzt worden waren. Dieser Block wurde bei einer Temperatur bis zu 300° C
getrocknet Um ein Reißen des Blockes zu vermeiden, folgte das Erhitzen bis zi) 300° C während einer Zeit von
48 Stunden. Sodann wurden Blöcke der gleichen Größe und aus der gleichen Masse unter Zugabe von 0,2
Gew.-% zerschnittenen Weizenstrohs mit einer Länge von etwa 2 cm hergestellt, wobei die Strohmenge auf
das Gewicht der Trockenmaterialien vor der Strohzugabe berechnet wurde. Diese Blöcke konnten zur
gleichen Temperatur in 12 Stunden ohne irgendwelche Rißbildung getrocknet werden. Ein solch schnelles
Trocknen führte bei dem ersten Block zu explosionsartigem Bersten.
Eine Testreihe wurde unter Verwendung der feuerfesten Masse aus Beispiel 1 durchgeführt, und
dieser wurden 0,25 Gew.-°/o, bezogen auf das Gewicht von Magerkorn und Bindemittel, zerschnittenes Weizenstroh
mit Längen von 1, 2, 3, 4.5 bzw. 6 cm zugegeben.
Blöcke, die aus diesen Massen hergestellt waren, wurden wie in Beispiel 1, aber in einem kleinen Testofen
schnell getrocknet. Dip, Befeuerungen wurden bei 900 bis l000°C unterbrochen, wonach die Blöcke alle noch
vollständig intakt waren.
Wie in Beispiel 1 wurde das Experiment unter Verwendung von trockenem Strohstaub wiederholt, der
zu einem explosionsartigen Bersten während des
Der oben beschriebene Erfindungsgedanke ist natürlich allgemein anwendbar auf Auskleidungen mit
wasserhaltigen feuerfesten Massen, die durch Gießen oder Stampfen hergestellt werden, wenn schnelles
Trocknen folgen soll. Solche Anwendungsgebiete sind Abstich- oder Gießkanäle in Verbindung mit Schmelzöfen,
wie Hochöfen, Gießpfannen für Roheisenschmelzen, wo das Einfließen von heißem Metall ein Bersten
verursachen kann. Auch in diesen Fällen können kanalbildende Elemente in der feuerfesten Masse das
Entweichen von Restwasser im Dampfzustand erleichtern, um so ein Reißen der Auskleidung zu vermeiden.
Claims (7)
- Patentansprüche:J. Feuerfeste Massen an sich bekannter Zusammensetzungen für das Gießen oder Stampfen von feuerfesten Auskleidungen und für metallurgische Gießpfannen oder Abstichkanäle auf der Grundlage eines feuerfesten Magerkorns und eines Bindemittels, gekennzeichnet durch einen niedrigen Gehalt strohartig geformter kanalbildender Elemente, die in der gesamten Masse gleichmäßig verteilt sind.
- 2. Masse nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalbildenden Elemente in einer Menge von 0,05 bis 035 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der trockenen Bestandteile der Masse vor der Zugabe der kanalbildenden Elemente, enthalten sind.
- 3. Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie die kanalbildenden Elemente in einer Menge von 0.1 bis 0.25 Gew.-% enthält.
- 4. Masse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als kanalbildende Elemente geschnittenes Stroh der üblichen Getreidesorten enthält.
- 5. Masse nach Anspruch I —4, dadurch gekennzeichnet, daß sie die kanalbildenden Elemente mit einer Länge im Bereich von I bis 6 cm enthält
- 6. Masse nach Anspruch 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 0,1 bis 0,25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der trockenen Bestandteile der Masse, zerschnittenes Weizenstroh mit einer Länge von etwa 2 cm enthält.
- 7. Verwendung einer Masse nach Anspruch 1 —6 zum Gießen oder Stampfen von feuerfesten Auskleidungen, für metallurgische Gießpfannen oder Abstichkanäle.
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