DE1171323B

DE1171323B - Feuerfeste Masse auf Magnesiagrundlage zur Herstellung der Tiegel von Induktionsoefen

Info

Publication number: DE1171323B
Application number: DEV21876A
Authority: DE
Original assignee: Veitscher Magnesitwerke AG
Current assignee: Veitscher Magnesitwerke AG
Priority date: 1961-01-19
Filing date: 1962-01-12
Publication date: 1964-05-27

Description

Feuerfeste Masse auf Magnesiagrundlage zur Herstellung der Tiegel von Induktionsöfen Aus Gründen der Metallurgie, vor allem zur Herstellung niedrig gekohlter, Cr-Ni-legierter rostfreier Stähle kann es nötig sein, Induktionstiegelöfen basisch zuzustellen. Die bekannten basischen Massen, die diesen Zwecken dienen, bestehen im wesentlichen aus Schmelzmagnesia oder aus Mischungen von eisenreicher und eisenariner gebrannter Magnesia oder auch aus einer Mischung von Magnesia mit Tonerde und entsprechenden Bindemitteln, zu denen bekanntennaßen Wasserglas oder auch Borsäure zählen.
Die Anforderungen, die an einen solchen Tiegel gestellt werden, erhalten ihr Gepräge hauptsächlich dadurch, daß er nicht nur gegen die auftretenden, von der Schlacke herrührenden Beanspruchungen hinreichend beständig sein, sondern auch genügende Sicherheit dagegen bieten muß, daß etwa auftretende Sprünge im Tiegel nicht dazu führen, daß die Schmelze bis zur Induktionsspule durchbricht, was zu schweren Beschädigungen derselben führen müßte. Um solche Durchbrüche auszuschließen, strebt man einen Tiegel an, der einerseits eine der Schmelze zugekehrte, dicht gesinterte, mechanisch feste Zone aufweist, hinter der aber andererseits eine lockere, ungesinterte Zone bestehen muß, die allfällige Stahleinbrüche von der Spule abhält und auch die bei den Temperaturwechseln auftretenden Spannungen der gesinterten Schicht aufnehmen kann. Diese Sperrzone besitzt also in physikalischer Hinsicht im wesentlichen noch die von der Stampfung herrührende Beschaffenheit insofern, als ein Zusammenbacken der Körner noch nicht erfolgt ist, muß aber außerdem bei den in ihr herrschenden Temperaturen ein starkes Wachstum zeigen. An diese Sperrzone schließt sich eine aus gänzlich unverändert gebliebener Stampfmasse bestehende Vorratszone an, welche in dem Maße, wie der Tiegel verbraucht wird und die Sinterzone radial nach außen wandert, nach und nach die Funktionen der Sperrzone übernimmt, d. h. zur Sperrzone wird. Die Schwierigkeit besteht dabei darin, daß die Masse einerseits in der Sinterzone nicht zu stark schwinden darf, damit es nicht zur Rißbildung kommt, andererseits die Sperrzone genügendes Wachstum haben soll, damit es eben zur Bildung einer Durchbrüche der Schmelze verhindernden Ansammlung einer mehr oder weniger losen Masse kommt. Würde diese Beschaffenheit durch einen Sintervorgang beseitigt werden, so würde die Gefahr, daß es bei Rißbildung in der innersten Zone von Durchbrüchen der Schmelze bis zur Spule kommt, vergrößert werden. Während nun die bereits verwendeten Gemenge aus Magnesia und Tonerde ein Brennwachsen zeigen und dadurch die Ausbildung von Rissen in der Sinterzone weniger zu befürchten ist, führen diese Massen in der Regel nicht zur Ausbildung einer brauchbaren Sperrzone, neigen vielmehr zum raschen Durchsintern. Kommt es aber dann doch zur Rißbildung, so ist die Spule meist nicht mehr vor mehr oder weniger schweren Beschädigungen zu bewahren.
Hier setzt nun die Erfindung ein, die eine feuerfeste Masse zur Herstellung der Tiegel von Induktionsöfen, insbesondere Hochfrequenzöfen, anstrebt, und frei von den angeführten Nachteilen ist. Zu diesem Zweck wird von einer Masse auf Magnesiagrundlage, gegebenenfalls mit Zusatz einer tonerdehaltigen Komponente, ausgegangen und diese Masse im Sinne der Erfindung so zusammengesetzt, daß sie aus 0 bis 15% Magnesiafeinstkom in Korngrößen von 0 bis etwa 0,06 oder 0,1 mm, 10 bis 40%, vorzugsweise 20 bis 30% einer Feinfraktion aus Magnesia und/oder Korund als Einkornsystem von etwa 0,06 oder 0,1 bis 0,2 mm und der Rest auf 100% aus Magnesia in Komgrößen von etwa 0,2 bis 4 mm, in Sonderfällen noch darüber bis etwa 15 mm je nach Größe des Tiegels, besteht. (Alle Prozentsätze sind in Gewichtsprozenten angegeben.) Die Körnungen über 0,2 mm können dabei zweckmäßig in der üblichen Kornverteilung angewendet werden.
Die Masse weist eine Kornanhäufung bei 0,1 bis 0,2 mm bzw. 0,06 bis 0,2 mm auf, während der Feinstanteil von 0 bis 0,06 bzw. 0,1 mm entsprechend herabgesetzt ist. Da kein Zerkleinerungsaggregat eine Körnung mit einem überwiegenden Anteil von 0,1 bis 0,2 mm (0,06 bis 0,2 mm) herstellt, muß eine derartige Körnung durch Absieben oder Windsichten eigens erzeugt und dann mit einem geeigneten Feinstanteil (0 bis 0,06/0,1 mm) an Stelle des bisher üblichen, nicht weiter aufgeschlüsselten Mehlanteils (0 bis 0,2 mm) der Stampfmasse beigegeben werden. Ein bloßes Absieben des Anteils unter 0,1 bzw. 0,06 mm von einer fertigen Stampfmasse führt nicht zum selben Ziel, da dann der nötige Anteil unter 0,2mm zu gering ist und dadurch große Poren entstehen, die keinerlei Widerstand gegen Schlackenauswaschungen leisten können.
Der Feinstanteil unter 0,06 bzw. 0,1 mm kann gering sein oder auch gänzlich fehlen, wobei dann die Feinfraktion (0,0670,1 bis, 0,2 mm) entsprechend erhöht werden müßte. Massen mit geringem oder fehlendem Feinstanteil sintern an sich schwer, doch werden während des Betriebes eines damit zugestellten Tiegels durch die an der Feuerseite eindringenden Schlacken die Sintereigenschaften so weit verbessert, daß es zur Ausbildung einer festen Zone kommt.
Zweckmäßig ist es, wenn der Korund in Form von Schmelzkorund, insbesondere Elektroschmelzkorund mit mindestens 951% Al.O., vorliegt. Es ist auch vorteilhaft, den Magnesiasinter zumindest teilweise durch Schmelzmagnesia zu ersetzen, wie dies insofern bekannt ist, als bereits vorgeschlagen wurde, Tiegel der hier betrachteten Art zur Gänze aus diesem Material aufzubauen.
Die Anwesenheit von Alkalioxyden, insbesondere Natriumoxyd, oder von solche Oxyde enthaltenden Verbindungen, die der Masse in Mengen entsprechend einem Gehalt von 0 bis 2% Na,0 zugesetzt werden können, begünstigt die Auflockerung der Masse in der Sperrzone und fördert deren lineares Wachstum. An der Feuerseite verdampfen die Alkalioxyde infolge der höheren Temperatur aus der Masse, so daß die Ausbildung der Sinterzone nicht behindert wird. Zur Bindung der Masse, im kalten und ungesinterten Zustand )#rerdenmit Vorteil Borsäure oder Borsäure enthaltende Verbindungen in Mengen entsprechend einem Gehalt von 0 bis 2% 13203 zugesetzt. Besonders geeignet ist ein Bindemittel, das Borsäure und Natrium enthält, wofür in erster Linie Borax (Na.B4 07 * 10 H20 oder Na.B4 07' 5H 2 0) in Frage kommt. Borax wird als Zusatz in feinst gemahlener Form verwendet.
Die als Einkornsystem von 0,06 oder 0,1 bis 0,2mm vorliegende Feinfraktion kann aus Magnesia und/oder Korund bestehen. Die Zusammensetzung richtet sich nach den Betriebsbedingungen, denen der Tiegel unterliegt. Für einen Tiegel, der in seinem Betrieb wiederholt länger dauernde Unterbrechungen erfährt, in denen der Ofen stark abkühlt, ist eine Masse am besten geeignet, deren Feinfraktion vorwiegend oder zur Gänze aus Korund besteht. Für einen kontinuierlich ohne größere Unterbrechungen betriebenen Tiegel ist eine Masse mit einer vorwiegend oder zur Gänze aus Magnesia bestehenden Feinfraktion zweckmäßiger und wirtschaftlicher.
Es ist auch möglich, der Masse Quarz oder Zirkonsilikat der Körnung von etwa 0,1 bis 0,2mm in Mengen bis zu höchstens 1011/o der übrigen feuer'-festen Masse zuzusetzen. Dieser Zusatz kann vor allem bei Massen angebracht werden, deren Feinfraktion sonst nur aus Magnesia besteht. Eine der7 artige Masse eignet sich insbesondere als billiges Zustellungsmaterial für mit niedrigerer Temperatur kontinuierlich betriebene Tiegel.

Als Beispiele für erfindungsgemäße Massen werden einige Rezepturen angegeben:

Material Körnung Rezept (114)

nim A B 1 C 1 D E F 1 G

Sinter- oder Schmelzinagaesia 0 bis 0,06 10 10 8 5 3 3 3

Sinter- oder Schmelzmagnesia ...... 0,06 bis 0,08 2 2 2 2 1 1 1

Sinter- oder Schmelzmagnesia ...... 0,08 bis 0,1 3 3 2 2 1 1 1

Sinter- oder Schmelzmagaesia ...... 0,1 bis 0,2 - - - 1 13 20 20 1 20

Korund ........................... 0,1 bis 0,2 30 25 23 1 13 - - -

Quarz ............................ 0,1 bis 0,2 - - - - +5 - -

Zirkonsilikat ...................... 0,1 bis 0,2 - - - +5 -

Sinter- oder Schmelzmagnesia ...... 0,2 bis 0,5 5 13 17 20 24 24 24

Sinter- oder Schmelzmagnesia ...... 0,5 bis 1 10 13 13 15 17 17 17

Sinter- oder Schmelzmagnesia ...... 1 bis 2 15 19 14 15 18 18 18

Sinter- oder Schmelzmagnesia ...... 2 bis 3 20 15 6 9 11 11 11

Sinter- oder Schmelzmagnesia ...... 3 bis 4 5 7 6 5 5

Sinter- oder Schmelzmagnesia ...... 4 bis 6 - 8 1

Sinter- oder Schmelzmagnesia ...... 6 bis 8

Borax feinst ....................... + 1,5 +0,31 + 0,3 + 0,5 + 1,0 1 , 0 +0,5

Na2CO" feinst ..................... + 0,5 # +0,5 +0,51 - 1 +0,5

Die angeführten Rezepturen sind Zusammensetzungsrezepturen. Das jeweilige Mischungsrezept für die Steinherstellung wird aus der Siebanalyse der vorhandenen Materialien errechnet.

In der schematischen Zeichnung ist F i g. 1 ein Querschnitt durch die Wand eines aus einer erfindungsgemäßen Stampfmasse aufgebauten Tiegels dargestellt, darunter, in F i g. 2, das ungefähre Temperaturgefälle in einer solchen Wand und in F i g. 3, wieder in richtiger lotrechter Zuordnung zu F i g. 1, der Zusammenhang zwischen Kaltdruckfestigkeit (KDF) und Abstand von der heißen Tiegelwand einerseits sowie zwischen diesem Abstand und der linearen Dehnung (lin "/o) andererseits. Diese Diagramme sind erläuternd idealisiert und vereinfacht, erheben also nicht Anspruch auf wissenschaftliche Genauigkeit.
in Fig. 1 bedeutet 1 die feuerseitige, gesinterte Zone, 2 die festigkeitslose Sperrzone und 3 die Vorratszone. Alle drei Zonen sind aus ein und demselben Material zusammengesetzt, und die Auskleidung ist dadurch erhalten, daß ihre Ausgangsmasse gleichmäßig über die gesamte Tiegelwandstärkea nach bekannten Methoden zwischen einer Asbestisolierschicht4, an die sich die - nicht gezeichnete - Spule anschließt und einer ebenfalls nicht gezeichneten Form gestampft wird.
Nach Inbetriebnahme des Ofens bildet sich durch Sinterung die Zonel aus und durch Dehnung der Masse die aufgelockerte Zone 2, wogegen die Zone 3 unverändert bleibt. Der gezeichnete Zustand ist mithin nicht stationär; er stellt sich erst nach einer gewissen Betriebszeit ein und ist als übergangszustand zu verstehen. Im weiteren Betriebsverlauf verbraucht sich die Zone 1 und wandert zudem nach auswärts, ebenso wie die Zone 2. Die Zone 3 wird schmäler.
Der Temperaturverlauf (F i g. 2) läßt erkennen, daß der Gradient in der Zone 1, ihrer größeren Dichte entsprechend, gering ist. Die Zone 2 ist ihrer Auflockerung wegen, die eine Folge des besonderen erfindungsgemäßen Aufbaues der Masse ist, besser wärmedämmend als F i g. 1, wogegen die Zone 3 ihrer relativ größeren Dichte wegen eine größere Wärmeleitung zeigt als Zone 2.
In F i g. 3 bedeuten die strichlierten Linien den Verlauf der Kaltdruckfestigkeit bzw. der linearen Dehnung einer bekannten, jedoch unvorteilhaften Masse. In der Zone 1 ist die Dehnung negativ, d. h. die Masse schwindet, was zwar zu einer Verfestigung derselben und damit zu einer relativ hohen Kaltdruckfestigkeit führt, aber auch sehr leicht Anlaß zu Rißbildungen sein kann. Die erfindungsgemäße Masse (volle Linie) zeigt ein Maximum an Dehnung in der Sperrzone und damit eine vorteilhafte Auflockerung derselben, bei geringster Dehnung an der Feuerseite und somit geringer Rißneigung. Die Kaltdruckfestigkeit ist demgemäß an der Feuerseite wohl nicht so groß wie für die zuerst betrachtete Masse, fällt aber schnell auf ein Minimum in Zone 2, was eine Folge der Auflockerung derselben ist. Diese Auflockerung verhütet wirksam die Fortpflanzung von Rissen, falls sich solche in Zone 1 bilden sollten, was jedoch des Dehnungsverhaltens dieser Zone wegen unwahrscheinlicher ist als früher. Zu beachten ist dabei noch, daß das lineare Wachstum der Tiegelwandung in der Zone 1 häufig durch die Infiltration mit Schlacke herabgesetzt wird; der Verlauf der bezüglichen Kurve folgt dann etwa den strichpunktierten Linien. Bei der erfindungsgemäßen Masse wird also durch die Wirkung der eindringenden Schlacke die Dehnung an der Feuerseite in vorteilhafter Weise kompensiert. Die bekannte Masse schwindet dagegen unter dem Einfluß der Schlacke stärker, was die Neigung zur Rißbildung noch vergrößert.
Die erfindungsgemäße Masse kann nicht nur zur Zustellung, sondern auch zur Reparatur von Induktionsofentiegeln verwendet werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Feuerfeste Masse für die Herstellung und Reparatur von Tiegeln für Induktionsöfen, insbesondere Hochfrequenzöfen, auf Magnesiagrundlage, gegebenenfalls mit Zusatz einer tonerdehaltigen Komponente, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet ' daß die Masse aus 0 bis 15 1/o Magnesiafeinstkorn in Korngrößen von 0 bis etwa 0,06 oder 0,1 mm, 10 bis 40%, vorzugsweise 20 bis 30% einer Feinfraktion aus Magnesia und/oder Korund als Einkornsystem von etwa 0,06 oder 0,1 bis 0,2 mm und der Rest auf 100% aus Magnesia in Komgrößen von etwa 0,2 bis 4 mm, gegebenenfalls bis zu 15 mm besteht.
2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse Zusätze von Alkalioxyden, insbesondere Natriumoxyd, oder von solche Oxyde enthaltenden Verbindungen in Mengen entsprechend 0 bis 211/o Na,0 enthält. 3. Masse nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse als Bindemittel Zusätze von Borsäure oder Borsäure enthaltenden Verbindungen in Mengen entsprechend 0 bis 21/o B20, enthält. 4. Masse nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse ein Borsäure und Natriumoxyd enthaltendes Bindemittel, vorzugsweise Borax, enthält. 5. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Magnesiakomponenten in Form von Schmelzmagnesia vorhanden ist. 6. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Korund in Form von Schmelzkorund, insbesondere Elektroschmelzkorund, mit mindestens 95% A12033 vorliegt. 7. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für Tiegel mit ununterbrochenem Betrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinfraktion (0,06/0,1 bis 0,2 mm) vorwiegend oder zur Gänze aus Magnesia besteht. 8. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für Tiegel mit unterbrochenem Betrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinfraktion (0,06/0,1 bis 0,2 mm) vorwiegend oder zur Gänze aus Korund besteht. 9. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse einen Zusatz von Quarz oder Zirkonsilikat der Körnung von etwa 0,1 bis 0,2 mm in Mengen bis zu höchstens 101% der übrigen feuerfesten Masse enthält.