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Verfahren zur Herstellung von kohlenstoffhaltigen Schamotte-Erzeugnissen
durch Brennen Geformte graphit-oderkohlenstoffhaltige Schamotte. Erzeugnisse verschiedenster
Verwendungszwecke müssen zur Vermeidung des Ausbrennens von Graphit bzw. Kohlenstoff
unter reduzierenden Brennbedingungen gebrannt werden. Um eine einwandfrei gebrannte,
kohlenstoffhaltige Ware zu erhalten, war es bisher notwendig und üblich, sie nach
dem sogenannten Muffelverfahren zu brennen. Bei diesem Verfahren wird das kohlenstoffhaltige
Schamotte-Material in gemauerte Muffeln eingesetzt. Um in diesen Muffeln eine reduzierende
Atmosphäre zu erzeugen, wurde das eingesetzte Schamotte-Material vollständig mit
feingemahlenem, möglichst hochkohlenstoffhaltigem Graphit oder Koksgrieß bedeckt.
Damit dieses kohlenstoffhaltige Abdeckmaterial beim Aufheizen nicht weggespült wird
und beim eigentlichen Brennprozeß nicht verbrennt, mußte die Muffel auch oben durch
eine dichte Mauerdecke abgeschlossen werden. Außerdem war es für eine gleichmäßige
Rufheizung der Muffel und gleichmäßiges Brennen notwendig,. daß durch die Muffel
selbst Brennkanäle in Form von Rohren durchgeführt wurden. Dieser Brennmethode haften
folgende Mängel an: Der Bau der Muffel erfordert zunächst zusätzliche Rohmaterialkosten
und hohe Löhne. Außerdem wird dieses bekannte Brennverfahren durch Rohmaterialkosten
verteuert, die für die Erzeugung der reduzierenden Atmosphäre notwendig sind (Graphit
oder Koksgrieß). Dadurch, daß die kohlenstoffhaltigen Schamotte-Erzeugnisse bisher
in einer Muffel gebrannt werden mußten, entstehen schließlich erhebliche Brennraumverluste.
Erfahrungsgemäß sind etwa 1,5 t Muffelmaterial notwendig, um 0,4 bis 0,8 t Graphitware
zu brennen. Außerdem treten erhebliche Brennzeitverluste auf, da die eingemuffelte
Schamotteware länger gebrannt werden rnuß, weil etwa 2 t Hilfsmaterialien (Muffelmaterial
und kohlenstoffhaltiges Abdeckmaterial) mit aufgeheizt werden müssen. Zu diesen
Brennzeitverlusten kommen aus den gleichen Gründen noch Brennstoffverluste.
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Diese bisher notwendigen Aufwendungen machen die Herstellung von geformten,
kohlenstoffhaltigen Schamotte-Erzeugnissen sehr teuer.
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Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die Nachteile der bisherigen
Arbeitsweise zu vermeiden und ein neues Verfahren zur Herstellung von Stahlwerksverschleißmaterial,
insbesondere von Stopfen und Ausgüssen, auf der Basis kohlenstoffhaltiger Schamotte-Erzeugnisse
durch Brennen zu schaffen, welches bei gleicher Qualität des Erzeugnisses eine Anwendung
des aufwendigen Muffelverfahrens vermeidet.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen. darin, daß das Ausbrennen des
Kohlenstoffes durch eine Glasurschicht verhindert wird; deren Sinterpunkt unter
1000, C liegt.
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Es ist zwar bereits bekannt, kohlenstoffhaltige Erzeugnisse vor dem
Brand mit einem Schutzüberzug zu versehen, um den Brand des Kohlenstoffes zu verhindern.
So hat man beispielsweise bei der Herstellung von Kohleelektroden für elektrische
Öfen um den Elektrodenkern einen Schutzmantel aus Graphit herumgelegt und diesen
zusammen mit dem Elektrodenmaterial aufgestampft.
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Demgegenüber zeigt die Erfindung den Vorteil, daß nicht ein dicker
Mantel, sondern eine sehr dünne Glasurschicht aufgetragen wird.
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Auch hat man bereits beim Trennen von Kunstkohlen vor dem Brennvorgang
einen nicht brennbaren Schutzkörper entweder auf chemischem oder auf mechanischem
Wege aufgebracht, der die Kunstkohlen vor dem Verbrennen schützt, mit diesen aber
keine chemische Verbindung eingeht. Dieser bekannte Schutzkörper ist also nur anhaftend,
während aber eine Glasurschicht immer eine chemische Reaktion mit der Unterlage,
auf der sie aufgetragen ist, eingeht und damit eine höhere Verbindungsfestigkeit
aufweist. Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung einer Schutzschicht bekannt,
der Flußmittel wie Wasserglas, Kochsalz in solcher Menge zugesetzt werden, daß die
Schutzschicht bis zur Erreichung einer Temperatur von etwa 1000°C porös bleibt,
damit die Teerdämpfe entweichen können. Das Zusammensintern der Schutzschicht erfolgt
erst über 1000°C.
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Im Gegensatz zu den teergebundenen Kohlekörpern ist es aber bei den
kohlenstoffhaltigen Schamotte-Erzeugnissen wichtig, daß von Brennbeginn an dem Sauerstoff
so wenig wie möglich Gelegenheit gegeben wird, in das Innere der Steine einzudringen.
Kohlenstoffhaltige Schamotte-Erzeugnisse besitzen allgemein eine höhere Porosität
als Kohlekörper. Der Gasaustausch mit der umgebenden -Atmosphäre ist daher
leichter
und die Gefahr des Kohlenstoffabbrandes größer. Auch sind die: kohlenstoffhaltigen
Schxmotte-Erzeugnisse nicht mit Teer gebunden. Der bei einem Kohlekörper beim Brennvorgang
entweichende Teerdampf erzeugt eine reduzierende Atmosphäre, die das Erzeugnis gegen
den Sauerstoffeintritt schützt: Dies ist aber bei den kohlenstoffhaltigen Schamotte-Erzeugnissen
nicht der Fall.
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Ferner ist noch ein -Verfahren zum Brennen -von Kohlekörpern wie Elektroden
oder Kohlenstoffsteinen bekannt. Hierzu ist ein Tunnelofen erforderlich. Die ungebrannten
Kohlekörper werden mit einer Haube abgedeckt, sodann wird ein den Abbrand verhinderndes
Schutzgas eingeleitet. Erst nachdem eine Temperatur von etwa 500 bis 800'C
erreicht worden ist, wird eine den Abbrand verhindernde Schutzschicht auf den Kohlekörper
aufgebracht, die in der Regel aus flüssigem Aluminium besteht. Anschließend werden
die Kohlekörper fertig gebrannt, wobei die beim Brennen der Kohlekörper entweichenden
Teerdämpfe verwertet werden. Es handelt sich also vorwiegend um Kohlekörper, für
die das -überwiegende Vorhandensein von Kohlenstoff Voraussetzung ist, - aber nicht
um kohlenstoffhaltige Schamotte-Erzeugnisse, deren Hauptbestandteil Schamotte ist.
Die Erzeugnisse beider Verfahren haben daher auch ganz verschiedene Einsatzgebiete.
Das Hauptanwendungsgebiet der Kohlenstoffsteine ist der Hochofen. Die erfindungsgemäß
hergestellten kohlenstoffhaltigen Schamotte-Erzeugnisse kommen dagegen in Stahlgießpfannen
in Form von Pfannensteinen, Stopfen zum Einsatz, also wie man in der Stahlindustrie
sagt als feuerfestes Verschleißmaterial.
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Vorzugsweise wird ein Glasurschlicker aus 40 bis 70 °/o Kohlenstoffträger,
30 bis 60 °/o. Flußmittel und 0,05 bis 1,0 °/o Netzmittel aufgebracht. Die Dicke
dieser Glasurschicht beträgt in der Regel nicht mehr als 0,5 mm.
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Hierdurch wird eine neue Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens geschaffen.
Man kann nämlich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kohlenstoffhaltige Schamotte-Stopfen
und -Ausgüsse herstellen. Bekanntlich wird mit Hilfe eines Stopfens und eines Ausgusses
derAusfluß des flüssigen Stahls aus der Siahlgießpfanne geregelt. Beim Füllen der
Pfanne mit flüssigem Stahl verschließt der birnenförmige Stopfen den Durchlauf des
Ausgusses. Beim Gießen wird dann durch Heben des Stopfens der Durchlauf des Ausgusses
freigegeben, und der Stahl kann dann aus der Pfanne entsprechend den Anforderungen
der Gießgrube fließen.
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Bei den dabei herrschenden hohen Temperaturen darf jedoch ein Zusammensintern
und Zusammenbacken von Stopfen und Ausguß nicht eintreten, da dies ein Öffnen der
Pfanne unmöglich machen würde. Wird die Glasurschicht jedoch nicht stärker als 0,5
mm dick aufgetragen, so wird ein Zusammensintern vermieden.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dem Masseversatz .ein Netzmittel
mit 0,05 bis 1,05 Gewichtsprozent zuzugeben.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist dabei ein Brennen in oxydierender
Brennatmosphäre möglich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Brennen von kohlenstoffhaltigen
Schamotte-Erzeugnissen geht von der Anwendung einer Beobachtung aus, die beim unsachgemäßen
Brand von reiner Schamotteware festgestellt werden kann. Werden reine Schamotte-Steine
zu schnell gebrannt, dann bildet sich auf der Oberfläche eine dichtgesinterte Schicht
aus, die dann den Kern des Steines hermetisch abschließt, so daß kein Sauerstoff
mehr in das Innere des Steines eindringen kann. Die dort befindlichen bituminösen
Anteile des Bindetones können dann nicht mehr brennen und bleiben in Form von freiem
Kohlenstoff erhalten. Sie ergeben dann die gefürchteten schwarzen Kerne. Die vorliegende
Erfindung macht sich diese Beobachtung zunutze, ohne dabei aber einen weiteren bei
den schwarzen Kernen auftretenden Nachteil in Kauf zu nehmen. Das Gefüge innerhalb
der schwarzen Kerne zeigt eine schwammige Struktur, die sich in hohen Porositätswerten
ausdrückt. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Gedankens hat sich überraschenderweise
gezeigt, daß die Erscheinung der schwarzen Kerne nutzbringend für ein Verfahren
zum Brennen von kohlenstoffhaltigen Schamotte-Erzeugnissen verwendet werden kann,
die die gleich gute Struktur aufweisen wie die kohlenstoffhaltigen Steine, die nach
kostenaufwendigen Muffelverfahren gebrannt worden sind.
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Die erfindungsgemäße Durchführung des neuen Brennverfahrens für kohlenstoffhaltige
Schamotte-Erzeugnisse geht in folgender Weise vor sich: Die nach bekannten Aufbereitungs-,
Form- und Trockenverfahren hergestellten kohlenstoffhaltigen Schamotte-Formsteine
werden vor dem Brennen mit einem Glasurschlicker überzogen, der beim Aufheizen sehr
schnell eine dichte Glasurschicht ausbildet, die ein Ausbrennen des im Inneren des
Steines befindlichen Kohlenstoffes durch den Sauerstoffgehalt der Brenngase verhindert.
Die Struktur der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formsteine zeigt,
wie aus nachstehender Tabelle ersichtlich, nur geringfügige Veränderungen gegenüber
dem Gefüge der nach dem Muffelverfahren hergestellten
Steine:
| Herstellungsverfahren |
| Muffel- Glasur- |
| verfahren verfahren |
| Spezifisches Gewicht, Pond/ccm 2,47 2,45 |
| Raumgewicht, Pond/ccm ...... 1,97 1,95 |
| Gesamtporosität, Volumprozent 20,23 20,40 |
Die auftretenden Gefügeunterschiede können durch Zusatz von an sich bekannten oberflächenaktiven
Netzmitteln, wie z. B. V205, Mo03, Wo02, oder diese Oxyde enthaltenden Schlacken
zum Steinversatz ausgeglichen werden.
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Die beim Brand entstehende Glasurschicht muß so ausgebildet sein,
daß sie die Oberfläche zwar dicht abschließt, aber insgesamt nur so stark wird,
daß'ihre Dicke unter 0,5 mm liegt. Diese Forderung ist von großer Wichtigkeit, da
stärkere Glasurschichten korrosionsfördernd wirken können. Folgender Glasurversatz
hat sich für die Durchführung des Verfahrens als günstig erwiesen: Kohlenstoffträger
... 40 bis 70 Gewichtsprozent Flußmittel ......... 30 bis 60 Gewichtsprozent
Netzmittel ......... 0,05 bis 1,0 Gewichtsprozent Dieser Glasurschlicker
wird mit etwa der gleichen Menge Wasser versetzt. Die eigentliche Aufbereitung des
Glasurschlickers und Auftragen auf den Formstein erfolgt nach bekannten Verfahren.
Etwa 30 bis
60 Minuten nach dem Auftragen des Glasurschlickers können
die Formsteine ohne weitere Vorsichtsmaßnahme einem oxydierenden Brand unterworfen
werden, ohne daß ein Ausbrennen des Kohlenstoffes aus dem Inneren des Formsteines
erfolgt.