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Formkörper für die Auskleidung von Sauerstoffkonvertern auf der Basis
von MgO Die Stahlherstellung in Sauerstoffkonvertern vermittels des sogenannten
Sauerstoff-Blasverfahrens hat in den letzten Jahren allgemeine Anwendung gefunden
und verdrängt mehr und mehr die herkömmlichen Verfahren zur Stahlherstellung. Bei
diesem Verfahren ergeben sich extreme Anforderungen an die feuerfesten Materialien
der Konverterauskleidungen. Die bei dem Sauerstoffkonverterverfahren gebildete Schlacke
ist im wesentlichen basisch, und somit muß eine Auskleidung aus basischem feuerfestem
Material angewandt werden.
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Das Auskleidungsmaterial, das allgemein in den Vereinigten Staaten
und in Europa angewandt wird, ist totgebrannter Dolomit, der mit einem nichtwäßrigen
Teer oder Pech gebunden ist. Ein derartiges Gemisch wird entweder in Steine verformt
oder in eine monolithische Struktur eingestampft. Bei anderen Arbeitsweisen wird
feines und totgebranntes Magnesiumoxid für einen Teil des Dolomits als die Feinfraktion
des Gemisches ersetzt. So wird ein Ansatz aus groben Dolomit- und feinen Magnesiumoxidkörnern
angewandt, die mit Teer oder Pech gebunden werden. Es ist allgemein bekannt, daß
Dolomit bei dem Aussetzen gegenüber der Luftfeuchtigkeit leicht hydratisiert. Die
Neigung zu einem Hydratisieren wird durch den überzug des nichtwäßrigen Teers oder
Pechs verringert, der als ein Bindemittel angewandt wird. Das Anwenden von Magnesiumoxid
in dem Feinanteil an Stelle von Calciumoxid oder Dolomit verbessert die Widerstandsfähigkeit
des Mauerwerks gegenüber dem Feuchtigkeitsangriff, da Magnesiumoxid langsamer als
Dolomit hydratisiert.
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Mauerwerk dieser Art hat in Sauerstoffkonvertern zu guten Arbeitsergebnissen
geführt. Es besitzt ausreichend hohe Feuerfestigkeit, um den ungewöhnlich hohen
Temperaturen zu widerstehen, die während der Blaszeit auftreten, und dieselben zeigen
gute Widerstandsfähigkeit gegenüber der korrodierenden Wirkung der Schlacke. Derartiges
Mauerwerk ist jedoch bezüglich der mechanischen Festigkeit, Abriebfestigkeit und
Widerstandsfähigkeit gegen schroffe Temperaturänderungen nicht vollständig zufriedenstellend.
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Eine kurze Beschreibung des Sauerstoffkonverterverfahrens zeigt, daß
das geschmolzene Roheisen und Schrott (bis zu 50 % Schrott) in das Gefäß zusammen
mit den schlackebildenden Bestandteilen, wie Calciumoxid und Kalkstein, gegeben
werden. Auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls wird Sauerstoff aufgeblasen.
Nachdem die Umsetzung des Sauerstoffs mit den Metallverunreinigungen zum Abschluß
gekommen ist, wird das Sauerstoffrohr entfernt und der fertige Stahl aus dem Gefäß
ausgegossen.
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Man erwartet, daß ein Konverter wenigstens 200-mal betrieben werden
kann, ehe die Auskleidung ersetzt wird. Es versteht sich, daß die feuerfeste Oberfläche,
auf die das geschmolzene Roheisen. und der Schrott bei jeder Beschickung gegeben
wird, ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen muß, um dem wiederholten Aufprall
dieser Materialien zu widerstehen. Weiterhin müssen diese Oberflächen eine gute
Abriebfestigkeit gegenüber den eingeführten Materialien sowie der Bewegung des geschmolzenen
Stahls während des Gießens aufweisen. Schließlich muß das feuerfeste Material gegenüber
schroffen Temperaturänderungen widerstandsfähig sein, die sich durch die plötzlichen
Temperaturänderungen während des Beschickens, Blasens und Gießens ergeben.
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Die vorbekannten einschlägigen feuerfesten Materialien vermochten
diesen erhöhten Anforderungen noch nicht in zufriedenstellender Weise zu entsprechen.
Man hat derartige feuerfeste Steine oder Formkörper aus Sinter- oder Schmelzdolomit
durch inniges Vermischen der gemahlen und auf Körnung gesiebten Dolomits mit Teer,
Verarbeiten der Mischung zu Formlingen unter hohem Druck und nachfolgendes Brennen
der Formlinge hergestellt, wobei man speziell so verfährt, daß das Brennen der Formlinge
durch Einbringen in einen auf etwa $001 C vorgeheizten
Ofen und
Nachbrennen in stark reduzierender Atmosphäre eine Temperatur von über 1350° C durchgeführt
wird. Mit anderen Worten, der Dolomit wird mit Teer in einen Stein gebunden, der
sodann verkokt wird. Gegebenenfalls kann das so erhaltene Steinprodukt mit flüssigem
Pech überzogen werden. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um keramisch gebundene
Formlinge aus Magnesit, die mit Teer imprägniert sind.
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Es ist weiterhin bekanntgeworden, feuerfeste Formkörper auf der Grundlage
von Sinterdolomit oder sich ähnlich verhaltenden Mineralien gegen einen durch Hydratisierung
bedingten Verfall durch Eintauchen in eine teerige Schutzmasse zu schützen, wobei
als Schutzmasse ein Pech angewandt wird, das entweder aus wasserfreiem Steinkohlenteer
oder Steinkohlenpech mit einem hohen Erweichungspunkt und einem Gehalt an freiem
Kohlenstoff über 55 % besteht. Auch hier liegt in dem fertigen, für die Anwendung
vorgesehenen Formkörper keine keramische Bindung vor.
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Es ist weiterhin bekanntgeworden, Formkörper auf der Grundlage von
Magnesiumoxid herzustellen, wobei dieselben gegebenenfalls mit Teer imprägniert
sind und der Gehalt an Mg0 in der Größenordnung von 910/0 liegt.
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Auch das Anwenden teergebundener und teerimprägnierter Magnesitsteine
ist nach dem Stand der Technik bekannt, bei denen ein synthetisches Magnesiumoxid,
das aus Meerwasser gewonnen wird, zur Anwendung kommt und der Gehalt an MgO bei
97 % liegt. Nicht bekanntgeworden in diesem Zusammenhang ist jedoch eine keramische
Bindung, wobei eine außerordentlich hohe Schüttdichte und Porosität vorliegt.
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Bezüglich gebranntem basischem Mauerwerk ist bekannt, daß dasselbe
häufig eine wesentlich größere mechanische Festigkeit als nicht gebranntes Mauerwerk
besitzt, und zwar auf Grund der während des Brennens ausgebildeten keramischen Bindung.
Es liegt normalerweise ein direktes Verhältnis zwischen der mechanischen Festigkeit
des Mauerwerks und der Abriebfestigkeit vor. Somit erfolgt bei Zunahme der mechanischen
Festigkeit des Mauerwerks ebenfalls eine Zunahme der Abriebfestigkeit. Es ist jedoch
ebenfalls in der einschlägigen Industrie bekannt, daß ein gebranntes basisches Mauerwerk
im allgemeinen viel leichter ein Abplatzen oder Absplittern erfährt, als dies bei
chemisch gebundenem oder nicht gebranntem Mauerwerk der Fall ist. -Diese Neigung
zu einem Abplatzen macht es weiterhin notwendig, für die neuen Auskleidungen eine
Einbrenn- oder Aufheizungszeit von 10 bis 12 Stunden vorzusehen, während die mit
Teer gebundenen, nicht gebrannten Mauerwerksauskleidungen sicher in 1 bis 5 Stunden
aufgeheizt werden können.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Formkörper zum Aufbau
für die =Am"skleidung von Sauerstoffkonvertern in Form von Mauerwerk zu schaffen,
vermittels derer die mit dem Stand der Technik abgehandelten Nachteile vermieden
werden. Die einschlägigen Erfahrungen haben gezeigt, daß ein Erhöhen lediglich des
Magnesiumöxidgehaltes gegenüber einem bestimmten- Prozentsatz nicht in einer linearen
oder voraussagbaren Zunahme aller Eigenschaften liegt. So zeigt die einschlägige
Erfahrung, daß bei Erhöhung des Reinheitsgrades des Magnesiumoxides hierdurch es
sehr schwierig wird, eine erhöhte Dichte zu erzielen. Die Erfahrungen haben weiterhin
gezeigt, daß insbesondere bei Raumtemperatur eine Verringerung des Magnesiumoxidgehaltes
dazu neigt, die mechanische Festigkeit zu erhöhen. Es liegen somit einander widersprechende
Ergebnisse vor, die eine Voraussage in Form eines Extrapolierens nicht möglich machen.
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Erfindungsgemäß wird nun ein Formkörper der angegebenen Art für die
Auskleidung von Sauerstoffkonvertern auf der Basis von MgO geschaffen, der dadurch
gekennzeichnet ist, daß der Mg0-Gehalt des Körpers wenigstens 96 Qlo beträgt und
der Rest aus üblichen Verunreinigungen besteht und der Körper mit Teer imprägniert
ist.
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Ein in dieser Weise aufgebauter Formkörper weist nun bezüglich der
Summe der interessierenden technischen Eigenschaften, wie Festigkeit, Schlackebeständigkeit,
Abplatzfestigkeit und Dichte Werte auf, die sich aus geringeren prozentualen Magnesiumoxidgehalten
nicht linear herleiten lassen, sondern in dem Bereich von über 96 Q/o asymphtotisch
ansteigen.
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Die erfindungsgemäßen Formkörper eignen sich insbesondere für diejenigen
Teile der Auskleidung von Sauerstoffkonvertern, die besonders auf Stoß, Abrieb und
Abplatzen beansprucht werden.
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Eine aus den Formkörpern aufgebaute Auskleidung kann insbesondere-
dort Anwendung finden, wo die Beschickungsmaterialien in das Gefäß einfallen, sowie
der Kegelabschnitt, der bisher während des Beschickens und bei dem Ausgießen des
heißen Metalls einem starken Abrieb unterworfen war, der sich weiterhin auch durch
eine mechanische Beschädigung bei der Entfernung von sich anhäufenden unerwünschten
Materialien ergab. Durch die Anwendung des Ziegelwerks an diesen Stellen werden
dessen hervorragende Eigenschaften zunutze gemacht, und die Zerstörung des Auskleidungsmaterials
auf Grund der Einwirkung von Stoßkräften, Abrieb und Absplittern wird verringert.
Somit braucht die Auskleidung nicht genauso häufig ersetzt oder repariert zu werden,
wie dies bisher der Fall war. Das erfindungsgemäße Ziegelwerk wird aus totgebranntem
Magnesiumoxid hergestellt, das synthetisch aus Seewasser gewonnen wird. Das so erhaltene
Magnesiumoxid kann mit dem hohen Magnesiumoxidgehalt gewonnen werden, der für die
Durchführung der Erfindung kritisch ist, während natürlicher Magnesit in totgebranntem
Zustand nicht den wichtigen Gehalt an Magnesiumoxid aufweist. Der restliche Anteil
des Ziegelwerks besteht im allgemeinen aus Siliziumdioxid, Eisenoxid, Aluminiumoxid
und Calciumoxid.
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Das Magnesiumoxid-Ziegelwerk kann nach irgendeinem der zur Zeit für
die Gewinnung von feuerfesten Produkten Anwendung findenden Verfahren gewonnen werden.
So können z. B. die Ziegelformen gepreßt, gehämmert, gestampft, stranggepreßt oder
nach irgendeinem anderen bekannten Verfahren verformt werden. Das zur Herstellung
des Ziegelansatzes Anwendung findende Magnesiumoxid ist ein auf einen hohen Reinheitsgrad
und hohe Dichte totgebranntes Magnesiumoxid. Ein für diesen Zweck insbesondere zufriedenstellendes
Korn kann durch Totbrennen von kalziniertem Magnesiumoxid bei einer erhöhten Temperatur
von etwa 1600° C oder darüber in einem Drehofen erhalten werden. Wahlweise kann
das kalzinierte Magnesiumoxid trocken in kleine verdichtete Körper bei einem Druck
von wenigstens 1400 kg/em2 verformt werden. Sodann
-werden die verdichteten
Körper bei hoher Temperatur totgebrannt, und zwar vorzugsweise bei einer Temperatur
über 1870° C oder sogar bis zu 2320° C, z. B. in einem Schachtofen. Das so erhaltene
sehr dichte Korn wird zerkleinert und klassifiziert, um so ein entsprechendes Material
herkömmlicher Siebgröße für die Ziegelherstellung zu erhalten. In dem Ansatz wird
ein vorübergehendes Bindemittel eingearbeitet und sodann das Ziegelwerk hieraus
geformt. Eine besonders zweckmäßige Arbeitsweise zum Erhalten eines sehr reinen,
totgebrannten Magnesiumoxids, das für die Herstellung von Ziegelwerk Anwendung findet,
ist in der USA.-Anmeldung SN 847 864 angegeben.
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Sodann wird das Ziegelwerk gebrannt. Eine herkömmliche Arbeitsweise
besteht darin, dasselbe auf eine Temperatur von etwa 1600° C zu erhitzen und diese
Temperatur eine längere Zeit von etwa 10 Stunden aufrechtzuerhalten. Nach dem Abkühlen
wird das Ziegelwerk mit Teer oder Pech imprägniert. Dies wird durch etwa halbstündiges
Eintauchen des gebrannten Ziegelwerks in verflüssigtem Pech erreicht, das im allgemeinen
auf eine Temperatur von etwa 200° C erhitzt ist. überraschenderweise dringt das
Pech vollständig ein, und es kann praktisch die gleiche Pechmenge in ein Ziegelwerk
in dieser Weise eingearbeitet werden, wie dies mittels Teerbinden unter Anwenden
von verflüssigtem Pech erreicht werden kann. Für diesen Zweck kann handelsüblicher
Teer oder Pech auf Erdöl- oder Kohlenbasis angewandt werden. Im allgemeinen wird
ein Pech auf Kohlenbasis mit einem Erweichungspunkt in der Größenordnung von 65°
C angewandt.
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Die Erfindung wird im folgenden weiter unter Bezugnahme auf die Beispiele
erläutert. Beispiel 1 In diesem Beispiel wird totgebranntes Magnesiumoxid angewandt,
das synthetisch aus Seewasser hergestellt wurde. Dieses Magnesiumoxid weist, ausgedrückt
in Gewichtsprozent, die folgende Zusammensetzung auf: 5402 ....................
0,9 A1203 ................... 0,4 Fe203 ................... 0,3 Ca0 ....................
1,1 Mg0 .................... 97,3 Das dichte Korn wurde zerkleinert und einer Siebanalyse
unterworfen, die, ausgedrückt in Gewichtsprozent, das folgende Ergebnis zeigt: -4+10
. . . . . . . . . . . . . . . . . 40 -10+28 . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
-28+65 . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 -65 ...................... 30 Es werden
etwa 5 Gewichtsprozent konzentrierte Sulfitablauge, die als vorübergehendes Bindemittel
dient, zu dem Ansatz zugegeben und sodann das Ziegelwerk bei einem Druck von 560
kg/cm2 gepreßt. Das Ziegelwerk wird bei einer Temperatur von 1600° C gebrannt und
10 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Auf eine Temperatur von 200° C erhitztes
Pech wird sodann zum Imprägnieren dieses Ziegelwerks angewandt, und dies wird durch
halbstündiges Eintauchen desselben in das flüssige Pech erreicht.
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Für Vergleichszwecke wird ein Ziegelwerk mit einer Analyse hergestellt,
die außerhalb der Grenzwerte der erfindungsgemäßen Masse liegt. Beispiel 2 Es wird
nach der im Beispiel 1 angegebenen Verfahrensweise Ziegelwerk aus totgebranntem
österreichischem Magnesit der folgenden Zusammensetzung hergestellt: Si02 .....
............. 0,6 A1203 ................... 0,6
Fe203 ...................
6,5 Ca0 .................... 3,3 Mg0 .................... 88,7 Ein Ziegelwerk dieser
Zusammensetzung ist in Sauerstoffkonvertern angewandt worden. Es wurde jedoch gefunden,
daß sowohl eine verringerte Feuerfestigkeit des Ziegelwerks als auch Absplittern
desselben erhebliche Probleme darstellten, die nicht zu übersehen waren. Beispiel
3 Um den kritischen Wert des Magnesiumoxidgehaltes aufzuzeigen, und dies zur Unterscheidung
von der Ausgangsquelle des Magnesiumoxids, wird Ziegelwerk aus synthetischem, totgebranntem
Magnesit geformt, der aus Seewasser gewonnen wird und im totgebrannten Zustand,
ausgedrückt in Gewichtsprozent, die folgende Zusammensetzung aufweist: S402 ....................
4,7 A1203 ................... 0,3
Fe203 .. . ................ 0,7 Ca0
.................... 1,4 Mg0 .................... 92,9 Dieses Ziegelwerk wird nach
der im Beispiel 1 angegebenen Verfahrensweise hergestellt. Im industriellen Maßstab
ausgeführte Prüfungen dieses Ziegelwerks zeigen, daß das Absplittern ein ernsthaftes
Problem darstellt.
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Zusätzlich zu den obigen Beispielen wird Ziegelwerk in der folgenden
Weise hergestellt, das Calciumoxyd in einer Menge von wenigstens 5 Gewichtsprozent
enthält und im allgemeinen nach bekannter Verfahrensweise gewonnen wurde. Beispiel
4 Es findet totgebrannter, sehr reiner Dolomit und synthetisches Magnesiumoxid der
folgenden Zusammensetzung Anwendung:
| Dolomit Magnesiumoxid |
| °/o |
| °/o |
| 5402 ................ 0,14 2,8 |
| A1203 ............... 0,25 0,3 |
| Fe203 .... . .......... 0,09 0,6 |
| Ca0 ................ 57,75 1,5 |
| M90 ................ 41,74 94,8 |
Der Dolomit und das Magnesiumoxid werden zerkleinert und in übereinstimmung
mit der herkömmlichen Arbeitsweise klassifiziert und unter Gewinnen eines 60: 40gewichtsprozentigen
Gemisches vereinigt. Dieses Material wird sodann auf eine Temperatur von etwa 110°
C erwärmt und etwa 2,5 Gewichtsprozent geschmolzenes Paraffin mit dem Ansatz vermischt.
Sodann werden aus dem Ansatz bei einem Druck von etwa 560 kg/cm2 Ziegel gepreßt.
Dieses Ziegelwerk wird in einen Brennofen gebracht und die Temperatur schnell auf
etwa 1480° C gesteigert und sodann 5 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Das
gebrannte Ziegelwerk wird sodann in Teer gekocht, um dasselbe zu imprägnieren. Das
gebrannte Ziegelwerk weist die folgende Zusammensetzung auf: 5102 ..................
1,2"/p A1203 . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,2"/a Fe2O3 . . . . . . . . . .
. . . . . . 0,4"/o Ca0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35,4"/o Mg0 . . . . .
. . . . . . . . . . . . 63,0n/0 Es werden 90 Gewichtsteile sehr reinen Magnesiumoxids
und 10 Gewichtsteile sehr reinen Calciumoxids der folgenden Zusammensetzungen
| Calciumoxid Magnesiumoxid |
| °/o °/o |
| 8i02 ... ............ 1,6 1,6 |
| A1203 ............... 0,3 0,3 |
| Fe203 ........... . . 0;8 0,6 |
| Cä0 . . . . . . . . . . . 96,3 1,4 |
| MgO.......... ..... 0,9 96,1 |
auf entzündungsfreier Grundlage als der feuerfeste-Ansatz miteinander vermischt.
Sodann werden in der im Beispiel 4 angegebenen Weise hieraus Ziegel hergestellt.
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Eine Analyse des gebrannten Ziegelwerks zeigt das. folgende Ergebnis:
8i02 . . . . . . . . . . . . . . , . . . 1,6'0/0 A1208 . . . . . . . . . . . . .
. . . 0,3"/o Fe203 . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,6"/o Ca0 . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 10,8"/o Mg0. . , . . . . . . , . . . . . . . . 86,6"/o Ziegelwerk
nach jedem der obigen Beispiele wird sodann mit Standardtests geprüft. Die physikalischen
Eigenschaften der Ziegel dieser Beispiele vor dem Imprägnieren sind im folgenden
aufgezeigt:
| Beispiel |
| 1- .@ 2 [ 3 j. _ - 4 .. |
| Dichte, g/cin3 ............................. 3,172 2787 2,771
2,659 2,804 |
| Bruchmodul, kg/em2 .. . ... .... ... . ... . . .. 217 153 204
147 189 |
| Panel-Absplittertest (AS-IM C-122), 1650°C |
| vorerhitzen, Gewichtsverlust bei Belastungs- |
| tests 1,75 cm2, "/o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 0,0 41 34 |
| Zerstörungstemperatur, ° C . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 1760 1410 1640 1730 1700 |
| * ASTM C-122 bedarf eines . Luft-Wasser-Nebelstroms. Bei den
Beispielen 4 und 5, bei denen freies Calciumoxid vorliegt, |
| erfolgt ein Hydratisieren so leicht, daß bei diesem Test keine
gültigen Ergebnisse erhalten werden konnten. |
Diese Zahlenwerte zeigen die überlegenheit in den physikalischen Eigenschaften des
erfindungsgemäßen Ziegelwerks gegenüber Ziegelwerk auf, das nach dem Stand der Technik
gefertigt worden ist. Die Dichte und mechanische Festigkeit zeigen eine genauso
ausgeprägte Verbesserung wie die Feuerfestigkeit. Die Widerstandsfähigkeit gegenüber
schroffen Temperaturänderungen, wie es durch einen 0,0%igen Absplitterungsverlust
bewiesen wird, macht das erfindungsgemäße Ziegelwerk zusammen mit dessen großer
mechanischer Festigkeit insbesondere für die Anwendung an denjenigen Stellen zweckmäßig,
wo ein mechanischer Abrieb und schnelle Temperaturschwankungen vorliegen. Obgleich
die Proben 4 und 5 nicht dem Panel-Absplitterungstest unterworfen werden konnten,
haben. --doch Erfahrungen aus der Praxis bewiesen,- däß dieselben zu einem Absplittern
neigen.
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Es ergibt sich somit, daß man erfindungsgemäß ein Ziegelwerk herstellen
kann, das in einzigartiger Weise für die Anwendung in denjenigen Zonen eines Sauerstoffkonverters
oder anderem Gefäß geeignet ist, wo Abriebfestigkeit, große mechanische Festigkeit
und Widerstandsfähigkeit gegen Absplittern gefordert werden. Diese Eigenschaften
werden in den erfindungsgemäßen Ziegeln durch die offenbarte Zusammensetzung und
nicht so sehr durch das Herstellungsverfahren bedingt. Somit ist die Erfindung insbesondere
vorteilhaft, so daß dieselbe mit einschlägigen Fachkräften und zur Verfügung stehenden
Materialien durchgeführt werden kann. Wenn nicht anders vermerkt, sind alle angegebenen
Prozentsätze auf der Gewichtsgrundlage zu verstehen.