DE1171323B - Refractory mass on a magnesia basis for the manufacture of induction furnace crucibles - Google Patents
Refractory mass on a magnesia basis for the manufacture of induction furnace cruciblesInfo
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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.Refractory mass on a magnesia basis for the manufacture of the crucibles of induction furnaces For the sake of metallurgy, mainly for manufacturing low Carbonated, Cr-Ni-alloyed stainless steels may require crucible induction furnaces basic delivery. The well-known basic masses that serve these purposes, consist essentially of fused magnesia or mixtures of iron-rich ones and iron-based burnt magnesia or a mixture of magnesia with Clay and corresponding binders, which are known to include water glass or also include boric acid.
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.The requirements that are placed on such a crucible are mainly characterized by the fact that it must not only be sufficiently resistant to the stresses arising from the slag, but also offer sufficient security against any cracks occurring in the crucible lead to the fact that the melt breaks through to the induction coil, which would lead to severe damage to the same. In order to exclude such breakthroughs, one strives for a crucible which on the one hand has a densely sintered, mechanically solid zone facing the melt, but behind which there must be a loose, unsintered zone on the other hand, which prevents any steel break-ins from the coil and also those at the Temperature changes occurring stresses of the sintered layer can absorb. From a physical point of view, this exclusion zone essentially still has the properties resulting from the tamping insofar as the grains have not yet caked together, but must also show strong growth at the temperatures prevailing in it. This exclusion zone is followed by a storage zone consisting of completely unchanged rammed earth, which gradually takes over the functions of the exclusion zone as the crucible is consumed and the sintering zone moves radially outwards, i.e. H. becomes a restricted zone. The difficulty here is that on the one hand the mass must not shrink too much in the sintering zone so that cracks do not form, on the other hand the exclusion zone should have sufficient growth so that there is a more or less loose accumulation that prevents the formation of breakthroughs in the melt Mass is coming. If this condition were to be eliminated by a sintering process, the risk of the melt breaking through to the coil when cracks form in the innermost zone would be increased. While the mixtures of magnesia and alumina that have already been used show a burning wax and thus the formation of cracks in the sintering zone is less to be feared, these masses usually do not lead to the formation of a usable restricted zone, but rather tend to sinter through quickly. If, however, cracks do develop, the coil can usually no longer be protected from more or less severe damage.
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.This is where the invention comes in, which aims at a refractory mass for producing the crucibles of induction furnaces, in particular high-frequency furnaces, and which is free from the disadvantages mentioned. For this purpose, a mass based on magnesia, optionally with the addition of an alumina-containing component, is assumed and this mass is composed in accordance with the invention in such a way that it consists of 0 to 15% fine magnesia in grain sizes from 0 to about 0.06 or 0.1 mm , 10 to 40%, preferably 20 to 30% of a fine fraction of magnesia and / or corundum as a single grain system of about 0.06 or 0.1 to 0.2 mm and the remainder to 100% of magnesia in grain sizes of about 0.2 up to 4 mm, in special cases even more than about 15 mm depending on the size of the crucible. (All percentages are given in percent by weight.) The grain sizes over 0.2 mm can be used in the usual grain size distribution.
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.The mass has a grain accumulation at 0.1 to 0.2 mm or 0.06 to 0.2 mm, while the fine fraction is correspondingly reduced from 0 to 0.06 or 0.1 mm. Since no shredding unit produces a grain size with a predominant proportion of 0.1 to 0.2 mm (0.06 to 0.2 mm), such a grain size must be produced by sieving or air sifting and then with a suitable fine fraction (0 to 0 , 06 / 0.1 mm) can be added to the rammed earth instead of the previously customary, not further broken down flour portion (0 to 0.2 mm). A mere sieving of the portion below 0.1 or 0.06 mm from a finished ramming mass does not lead to the same goal, since then the necessary portion below 0.2 mm is too small and large pores are created that cannot offer any resistance to slag washout .
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.The fine fraction below 0.06 or 0.1 mm can be small or even completely absent, in which case the fine fraction (0.0670.1 to 0.2 mm) would have to be increased accordingly. Masses with little or no fines are difficult to sinter, but during the operation of a crucible that is lined up with it, the sintering properties are improved to such an extent by the slag that penetrates on the fire side that a solid zone is formed.
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.It is useful if the corundum is in the form of fused corundum, in particular Electrofused corundum with at least 951% Al.O. is present. It is also beneficial replace the magnesia sinter at least partially with fused magnesia, such as this In so far as it has already been proposed, the crucible of the considered here is known Kind of built entirely from this material.
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.The presence of alkali oxides, especially sodium oxide, or compounds containing such oxides, which can be added to the mass in amounts corresponding to a content of 0 to 2% Na.0, favors the loosening of the mass in the restricted zone and promotes its linear growth. On the fire side, the alkali oxides evaporate from the mass as a result of the higher temperature, so that the formation of the sintering zone is not hindered. To bind the mass, in the cold and unsintered state) # earth with advantage boric acid or compounds containing boric acid in amounts corresponding to a content of 0 to 2% 13203 added. A binder that contains boric acid and sodium is particularly suitable, for which borax (Na.B4 07 * 10 H20 or Na.B4 07 '5H 2 0) is primarily suitable. Borax is used as an additive in finely ground form.
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.The fine fraction present as a single grain system of 0.06 or 0.1 to 0.2 mm can consist of magnesia and / or corundum. The composition depends on the operating conditions to which the crucible is subject. For a crucible that repeatedly experiences long interruptions in its operation, in which the furnace cools down considerably, a mass is best suited whose fine fraction consists mainly or entirely of corundum. For a crucible that is operated continuously without major interruptions, a mass with a fine fraction consisting predominantly or entirely of magnesia is more expedient and more economical.
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.It is also possible to add quartz or zirconium silicate with a grain size of about 0.1 to 0.2 mm in quantities of up to a maximum of 1011 / o of the remaining refractory mass. This addition can mainly be applied to masses whose fine fraction otherwise only consists of magnesia. Such a mass is particularly suitable as a cheap lining material for crucibles operated continuously at a lower temperature.
Als Beispiele für erfindungsgemäße Massen werden einige Rezepturen
angegeben:
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 the schematic drawing, F i g. 1 shows a cross-section through the wall of a crucible constructed from a ramming compound according to the invention, including in FIG. 2, the approximate temperature gradient in such a wall and in FIG. 3, again in the correct vertical assignment to FIG. 1, the relationship between cold compressive strength (KDF) and the distance from the hot crucible wall on the one hand and between this distance and the linear expansion (lin "/ o) on the other hand. These diagrams are idealized and simplified for explanatory purposes and do not claim to be scientifically accurate.
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.In Fig. 1 , 1 denotes the fire-side, sintered zone, 2 the strength- less restricted zone and 3 the storage zone. All three zones are composed of one and the same material, and the lining is obtained by tamping its initial mass evenly over the entire thickness of the crucible, using known methods, between an asbestos insulating layer4, to which the coil ( not shown ) is attached, and a shape that is also not shown will.
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.After the furnace has been put into operation, the zonel is formed by sintering and the loosened zone 2 is formed by the expansion of the mass, whereas the zone 3 remains unchanged. The drawn state is therefore not stationary; it only sets in after a certain operating time and is to be understood as a transitional state. In the further course of operation, zone 1 is used up and also migrates outwards, as does zone 2. Zone 3 becomes narrower.
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.The temperature profile ( FIG. 2) shows that the gradient in zone 1, corresponding to its greater density, is low. Because of its loosening, which is a consequence of the special structure of the compound according to the invention, zone 2 is better thermally insulating than FIG. 1, whereas zone 3, due to its relatively greater density, shows greater heat conduction than 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.In Fig. 3, the dashed lines indicate the course of the cold compressive strength or the linear elongation of a known, but disadvantageous mass. In zone 1 the elongation is negative, i. H. the mass shrinks, which leads to a solidification of the same and thus to a relatively high cold compressive strength, but can also very easily give rise to cracking. The mass according to the invention (full line) shows a maximum of elongation in the restricted zone and thus an advantageous loosening of the same, with the lowest elongation on the fire side and thus less tendency to crack. The cold compressive strength on the fire side is therefore probably not as great as for the mass considered first, but quickly falls to a minimum in zone 2, which is a result of the loosening of the same. This loosening effectively prevents the propagation of cracks if such should form in zone 1 , but this is less likely than before because of the expansion behavior of this zone. It should also be noted that the linear growth of the crucible wall in zone 1 is often reduced by the infiltration with slag; the course of the relevant curve then roughly follows the dash-dotted lines. In the case of the composition according to the invention, the expansion on the fire side is advantageously compensated for by the action of the penetrating slag. The known mass, on the other hand, shrinks more strongly under the influence of the slag, which increases the tendency to form cracks.
Die erfindungsgemäße Masse kann nicht nur zur Zustellung, sondern auch zur Reparatur von Induktionsofentiegeln verwendet werden.The mass according to the invention can not only be used for delivery, but can also be used to repair induction furnace crucibles.
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEV21876A Pending DE1171323B (en) | 1961-01-19 | 1962-01-12 | Refractory mass on a magnesia basis for the manufacture of induction furnace crucibles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1171323B (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1571601B1 (en) * | 1966-03-23 | 1971-04-15 | Kaiser Aluminum & Chemicals Co | Refractory products containing magnesia |
| US4143104A (en) | 1972-10-09 | 1979-03-06 | Hoogovens Ijmuiden, B.V. | Repairing damaged refractory walls by gunning |
| FR2459788A1 (en) * | 1979-06-25 | 1981-01-16 | Kalinin Viktor | Highly refractory spinel products mfr. - by rapid drying heating and sintering cycle using high sintering temp. |
-
1962
- 1962-01-12 DE DEV21876A patent/DE1171323B/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1571601B1 (en) * | 1966-03-23 | 1971-04-15 | Kaiser Aluminum & Chemicals Co | Refractory products containing magnesia |
| US4143104A (en) | 1972-10-09 | 1979-03-06 | Hoogovens Ijmuiden, B.V. | Repairing damaged refractory walls by gunning |
| FR2459788A1 (en) * | 1979-06-25 | 1981-01-16 | Kalinin Viktor | Highly refractory spinel products mfr. - by rapid drying heating and sintering cycle using high sintering temp. |
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