METHOD OF PRODUCING BURNED REFRACTORY BRICKS WITH CONTINUOUS CHANNELS

Abstract: 1. Method of producing burned refractory bricks with continuous channels of a basic refractory material from the group magnesia, mixtures of magnesia and chrome ore as well as spinels on the base of MgO.AI2 O3 et MgO.Cr2 O3 having an MgO-content of 20 to 37 % by weight, in which process the refractory material for making the bricks is brought in from of grains into a mold and is compacted therein with elements of metal for forming the channels, characterized in that a layer of the refractory particulate material is introduced into the mold, a grid of metal consisting of a plurality of parallel adjacent rods is loosely laid upon said layer and is covered with further refractory material, the rods being connected on both their ends by each one cross-rod, and then the contents of the mold is compacted, preferably compressed, and the obtained brick is burned, whereupon the endportions of the brick with the channels formed by the cross-rods on burning are separated off and the brick optionally is covered with a cover of sheet metal having a gas connection pipe, is desired.

Description: Verfahren zur Herstellung von gebrannten, feuerfesten Steinen mit durchgehenden Kanälen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gebrannten, feuer-esten Steinen mit durchgehenden Kanälen aus einem basischen, feuerfesten Material aus der Gruppe Magnesia, Mischungen von Magnesia und Chromerz, sowie Spi neue auf der Grundlage von MaO.A1203 und MgO.Cr203 mit einem MgO-Gehalt von 20 bis 37 Gew.-t, wobei das für die Steinherstellung dienende feuerfeste Material gekörnt in eine Form eingebracht und in dieser mit Elementen aus Metall zur Bildung der Kanäle verdichtet wird. Die basischen, feuerfesten Stoffe können dabei Sinter- oder Schmelzmaterialien sein, wobei als Mischungen von Magnesia und Chromerz und MgO.Cr203-Spinelle auch Simultansinter verwendet werden können, das heisst durch gemeinsames Sintern von Ausgangsstoffen, die aus MgO und Cr203 bestehen oder diese Verbindungen beim Brennen liefern, erhaltene Sintermaterialien. Feuerfeste Erzeugnisse mit durchgehenden Kanälen, die man häufig auch als durchgehende Poren oder gerichtete Poren bezeichnet, werden auf verschiedenen Gebieten der Industrie, insbesondere aber in inetallurgischen Ofen und Gefässen, oft verwendet, um durch ihre kanäle vor alle ('d',{ r fe#nver teilte Feststoffe z.B. in eine Metallschmelze einzuführen. Solche Erzeugnisse,- wie Düsensteine für die Böden von Konvertern, insbesondere Thomaskonvertern, werden beispielsweise auf die Weise hergestellt, dass man ein gekörnten feuerfestes Material, wie Sintermagnesia, in eine Form mit Nadeln oder Kernen, die für die Bildung der Kanäle bestimmt und im allgemeinen am Boden der Form aufrechtstehend auf einer in der Form verbleibenden Platte, der sogenannten Nadelplatte, fest angeordnet sind, einbringt und in dieser durch Stampfen, Rütteln, Vibrieren oder Verpressen verdichtet Wenn die Erzeugnisse dann aus der Form entnommen werden, weisen sie an den Stellen, an denen sich die Nadeln in der Form in das feuerfeste Material erstreckten, Kanäle auf. Die Kanäle der auf diese Weise erhaltenen Düsensteine haben gewöhnlich einen Durchmesser von 12 bis 16 mm und eine Länge von über 500 mm. Diese Art der Herstellung von Formkörpern mit durchgehenden Kanälen wird vor allem bei einer Verkleinerung des Durchmessers, aber auch bei einer Erhöhung der Länge der Kanäle immer schwieriger, weil entsprechende Nadeln bzw. Kerne in der für die Erzeugung der Formkörper benutzten Form bei der Verdichtung des feuerfe- sten Materials, und insbesondere wenn dieses verpresst wird, leicht verformt werden. Grossformatige feuerfeste rzeonis- se mit Kanaldurchmessern von unter 10 mm beispielsweise etwa 5 bis 6 mm, und Kanallänaen, die etwa das 70- bis 200-fache und mehr des Ranaldurchmessers betragen, können aber dadurch erhalten werden, dass eine giessfähige feuerfeste Masse in eine Form gegossen wird, in der Kerne, die in ihrer Lage gesichert sind, für die Bildung der Kanäle angeordnet sind, die Masse verfestigt und dann das Erzeugnis mit den Kernen aus der Form ausgebracht wird. Die giessfähige feuerfeste Masse kann dabei einen MgO-Gehalt von mindestens 85 Gew.-% haben, und die Kerne können entweder aus einem schmelzbaren Material, z.fl. aus Kunststoff, bestehen, das während des Trocknungsvorganges ausschmilzt oder verdampft, oder drahtartige Gebilde sein, die aus dem geformten Körper unter Zu rücklassung glatter Innenwandungen herausgezogen werden (AT-PS 248 9363. Feuerfeste Erzeugnisse aus Giessmasse können jedoch nur durch Rütteln oder Vibrieren verdichtet werden und sind in verschiedener Hinsicht durch Verpressen gewonnenen Formlingen unterlegen. Ferner ist ein Verfahren zum Herstellen von feuerfesten Körpern mit durchgehenden Poren bzw Kanälen bekannt, bei dem ein Gewebe aus mindestens teilweise brennbaren Schuss- und/oder Kettfäden zusammen mit feuerfestem Material schichtweise verdichtet und der erhaltene Schichtkörper getrocknet und gebrannt wird, wobei durch Ausbrennen des Gewebes Poren bzw.. Kanäle entstehen (DE-OS 25 11 979) Gewebe und andere leicht deformierbare Materialien, wie weiche Kunststoffe, sind aber infolge ihrer Nachgiebigkeit bei Druckanwendung kaum in der Lage, beim Verdichten des feuerfesten Materials ihre Form beizubehaltn, und dadurch werden Erzeugnisse mit unregelmäss#gen und verformten Kanälen erhalten (vgl. AT-PS 277 036), die den an sie in der Praxis gestellten Anforderungen nicht zu entsprechen vermögen. Dies gilt z.B. auch für feuerfeste Steine hoher Gasdurchlässigkeit, bestehend aus 10 bis 75 % Tonerde, Rest Siliziumdioxid und Bindemittel, mit allseitig durchgehenden, um ihre-Orientierungsachse wendelartig verdrehten Kanälen mit einem Durchmesser von 0,001 bis 0,1 mm, deren Kanäle dadurch hergestellt werden, dass eine feuchte Mischung aus den feuerfesten Grundstoffen und dem Bindemittel in eine Form gefüllt wird, in die gleichzeitig wendelartig gekräuselte Kunststoffdrähte mit einem Durchmesser von 0,001 bis 0,1 mm so eingelegt werden, dass die Enden der Drähte die Innenwand der Form berühren, worauf der Inhalt der Form verpresst, der erhaltene Stein getrocknet und dann mit heissen Gasen erhitzt und fertiggebrannt wird, wobei die Kunststoffdrähte geschmolzen und gasförmig ausgetrieben werden (AT-PS 286 860). Es ist somit bei allen diesen bekannten Verfahren zur Erzeugung von gebrannten, feuerfesten Steinen trit durchgehenden Kanälen bzw. einer gerichteten Porosität unter Verw#n dung einer nicht-giessfähigen, körnigen, feuerfesten Masse schwierig, Kanäle zu erzeugen, die im fertigen Stein in der gewünschten Lage angeordnet sind und über ihre gesamte Länge die vorgesehenen Dimensionen aufweisen. Zur Beseitigung dieser Schwierigkeit ist auch schon versucht worden, für die Erzeugung von gerichteten Poren Formen zu verwenden, in denen an zwei einander gegenüberliegenden Seiten in den Formwänden Löcher gebohrt sind, durch die vor dem Einbringen des- feuerfesten Materials Fäden, Metalldrähte oder feuerfeste Rohre quer über die Form gespannt sind, die bei der Formung des feuerfesten Materials in diesem eingebettet werden und dann beim Ausbringen des Steines aus der Form im Stein angeordnet sind und entweder ausgebrannt werden, wenn es sich um brennbare Fäden handelt, oder im Falle von Metall drähten vor dem Steinbrand aus dem Stein herausgezogen werden (US-PS 35 39 667) Als feuerfestes Material dient Korund, Mullit, Bauxit, Sillimcnits Magnesia, kieselsäurehaltiges Material und Zirkon Auch diese Verfahrensweise ist jedoch nicht befriedigend, da sie einen hohen Zeitaufwand für die Anordnung der Fäden oder sonstigen Elemente für die Porenbildung erfordert, und weil es beim Ausziehen von Metall drähten aus feuerfesten Steinen, wenn diese nicht aus einer Giessmasse, sondern aus einem körnigen, feuerfesten Material aufgebaut sind, zu einer Beschädigung der Kanäle kommen kann. Es ist daher in jüngster Zeit der Vorschlag gemacht worden, feuerfeste Steine mit durchgehenden Kanälen aus jeweils mehreren, nebeneinander angeordneten und miteinander verbundenen plattenförmigen Steinteilen aufzubauen, die an ihren 8en#carten Sitzflächen jeweils korrespondierende Ausnehmuncen haben, die zusammen jeweils einen durchgehenden Kanal ergeben (europäische Patentanmeldung 21 861). Zweckmässig sind diese Steinteile von einer Blechummantelung zusammencehalten, die ein Cas#nschlussrohr aufweist. Die Herstellung solcher Steine ist jedoch nicht einfach, da die einzelnen Steinteile surorältig ausgeführt sein müssen. Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren zur Herstellung von gebrannten, feuerfesten Steinen der eingangs erwähnten Art mit durchgehenden Kanälen zu schaffen, das mit einfachen Mitteln durchgeführt werden kann, mit Sicherheit das Vorliegen von Kanälen mit gleichmässigen Dimensionen gewährleistet und den Erhalt von Steinen mit auch ansonst in jeder Hinsicht befriedigenden Eigenschaften bei annehmbaren Kosten ermöglicht Es wurde gefunden, dass dies dann gelingt, wenn für die Bildung der Kanäle ein Gitter aus Metall verwendet und dieses beim Steinbrand im Stein belassen wird. Demnach ist das Verfahren gemäss der Erfindung zur Herstellung von gebrannten, feuerfesten Steinen mit durchgehenden Kanälen aus einem basischen, feuerfesten Material aus der Gruppe Magnesia, Mischungen von Magnesia und Chromerz, sowie Spinelle auf der Grundlage von Mg0.Al2O3 und MgO.Cr203 mit einem MgO-Gehalt von 20 bis 37 Gew.-%, wobei das für die Steinherstellung dienende feuerfeste Material gekörnt in eine Form eingebracht und in dieser mit Elementen aus Metall zur Bildung der Kanäle verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in die Form eine Schicht des feuer festen, körnigen Materials eingebracht wird, auf diese Schicht ein Gitter aus Metall, das aus einer Vielzahl von parallel nebeneinander angeordneten Stäben, die jeweils an ihren beiden Enden durch je einen Querstab.miteinander verbunden sind, lose aufgelegt und mit weiterem feuerfestem Material überschichtet und dann der Inhalt der Form verdichtet, vorzugsweise verpresst, und der erhaltene Stein gebrannt wird, worauf die Endteile des Steines mit den Querstäben abgetrennt werden und auf den Stein gewünschtenfalls eine Blechummantelung, die gegebenenfalls ein Gasanschlussrohr aufweist, aufgebracht wird. Es ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die erfindungsgemäss erhaltenen Steine auch mehrere Metallgitter enthalten können, indem zu ihrer Erzeugung in die Form für die Steinherstellung lagenweise abwechselnd feuerfestes Material und Metallgitter eingebracht werden. Beim Steinbranl wird das Metallgitter oxidiert und das dabei gebildete Oxid, z.B. FeO, diffundiert in das umgebende Steinmaterial und wird von diesem, z.B. unter Bildung von Magnesiumferrit, absorbiert, wobei in dem Bereich, in dem sich ursprünglich das Metallgitter befand, ein Hohlraum entsteht, der den gewünschten durchgehenden Kanal bildet. Das feuerfeste Steinmaterial soll mindestens 10 Gew.-% freies MgO enthalten, um mit Sicherheit eine gute Absorption bzw. Umsetzung des beim Steinbrand aus dem Gitter gebildeten Metalloxides, wie FeO, NiO, CuO, zu ermöglichen. Unter der Bezeichnung "freies MgO" ist dabei MgO zu verstehen, das nicht bereits gebunden ist, wie dies z.B. bei Spinellen, wie MgO .AI203, MgO.Cr203 oder MgO.Fe203, oder Magnesiumsilikaten, wie CaO.MgO.SiQ2 (Monticellit) oder 2 MgO.SiO# (Forsterit), der Fall ist. In der Praxis erfolgt die Herstellung der erfindungsgemässen Steine am besten auf die Weise, dass in die Steinform lagenweise abwechselnd feuerfestes Material und Metallgitter eingebracht werden un der Inhalt der Form, vorzugsweise unter Anwendung von Pressdruck, verdichtet wird, worauf dann die Steine aus der Steinform entnommen und rasch getrocknet und gebrannt werden. Die Metallgitter sind auf einfache Weise er hältlich, beispielsweise indem man Schweissdrähte mit dem vorgesehenen Durchmesser, die nebeneinander in einer Entfernung, die den im fertigen Stein gewünschten Abständen der Kanäle entspricht, angeordnet sind, jeweils an ihren Enden mit jeweils einem Querstab durch Punktschweissung verbindet. Hierauf werden in der Steinschleiferei die Steinteile, in welchen die Querstäbe angeordnet sind, abgetrennt, und der verbleibende Stein wird erforderlichenfalls genau zugeschliffen. Ein Zuschleifen ist insbesondere dann zweckmässig, wenn die Steine als Gasspülsteine zum Einführen von Gasen in metallurgische Ofen und Gefässe mit einer Blechummantelung verwendet werden sollen. Das Aufbringen einer Blechummantelung kann auf jede der dafür zahlreichen bekannten Arten erfolgen, z.B. durch einfaches Uberziehen der Steine mit einer vorgeformten Blechhülle, durch Auf spannen einer U-förmigen Blechhülle und anschliessendes Befestigen einer oder zweier weiterer Blechplatten an den verbleibenden freien Seitenflächen der Steine, durch Aufkleben von Metallplatten u.s.w. Im Falle von Gasspülsteinen werden die blechummantelten Steine auch noch mit einem Anschluss rohr für die Zuführung von Gasen versehen. Als Material für die Metallgitter wird vorzugsweise Stahl bzw. Eisen verwendet, und der Durchmesser der Stäbe der Metallgitter beträgt zweckmässig 0,5 bis 3 mm, vorzugsweise 0,8 bis 1,8 mm. Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert, wobei sich alle Prozentangaben, mit Ausnahme der Porosität, auf Gewichtsprozente beziehen. Beispiel 1: Zur Herstellung von Magnesiasteinen mit gerichteter Porosität wurde eine hochreine Sintermagnesia folgender Zusammensetzung und Körnung verwendet: SiO2 0,14 % Je283 0,11 % Al203 0,16 % Mn304 ohr03 % Cr203 0,36 % CaO 0,80 % MgO 98,40 % 15 % Sintermagnesia 3 - 5 mm 52 % Sintermagnesia 0,3 - 3 mm 33 % Sintermagnesia 0 - 0,12 mm Als Bindemittel diente 1 Gew.-* trockene Sulfitablauge, und die Mischung aus feuerfestem Material und Bindemittel wurde nach Zusatz von 2,1 1 Wasser/100 kg Steinmischung mit Drahtgittern, deren einzelne Stäbe einen Durchmesser von 1,6 mm hatten, zu Steinen verpresst. Diese wurden bei einer Temperatur von 16000C gebrannt und wiesen dann an den Stellen, an denen sich die Stäbe der Drahtgitter befunden hatten, Kanäle mit einem Durchmesser von 1,6 mm auf. Die Eigenschaften der nach Abschneiden der Steinteile mit den Querstäben erhaltenen Steine waren wie folgt: In Ranalrichtung Senkrecht zur Kanalrichtung Raumgewicht: 3,10 gjcm3 3,08 g/cm2 Offene Porosität: 12,9 z 13,8 % Kaltdruckfest#gkeit: 63,4 N/mm2 39,2 N/mm2 Gasdurchlässigkeit: > 150 nPm 2,1 nPm Beispiel 2. Als Ausgangsmaterial wurde ein vorreagiertes Magnes ia-Chromerz-Material (Simultansintermaterial) folgender Zusammensetzung verwendet: SiO2 1,23 % Fe2O3 11,14 8 A1203 4,76 % Mn3O4 0,25 % Cr2O3 18,94 % CaO 0,96 % MgO 62,72 % Dieses Ausgangsmaterial wurde zusammen mit 5 % Sintermagnesia der in Beispiel 1 angeführten Zusammensetzung in der im folgenden angegebenen Korngrösse mit 1 % trockener Sulfitablauge und 1,8 1 Kieseritlösung (290 Bé) auf 100 kg Steinmischung vermischt: : 67 % Simultansinter 0,3 - 3 mm 28 % Simultansinter unter 0,12 mm 5 % Sintermagnesia unter 0,12 mm Die Mischung wurde in einer Pressform mit einem Drahtgitter einer Stärke von 1 mm zu Steinen verpresst, die dann bei 15500C gebrannt wurden. Nach dem Brand hatten die Steine Kanäle mit einem Durchmesser von 1 mm. Die Eigenschaften dieser Steine nach Abtrennung der die Querstäbe enthaltenden äusseren Teile waren wie folgt: In Kanalrichtung Senkrecht zur Kanalrichtung Raumgewicht: 3,23 gjcm3 3,25 gism 3 Offene Porosität: 17,4 % 16,6 % Kaltdruckfestigkeit: 91,4 N/mm 90,2 N/mm2 Gasdurchlässigkeit: > -150 nPm 1,2 nPm Beispiel 3: Zur Herstellung von MgO-Cr203-Spinellsteinen wurden 10 % Sintermagnesia der in Beispiel 1 angeführten Zu Jammensetzung einer Korngrösse von# 0 bis 0,12 mm und 9Q % Sintermaterial der folgenden Analyse (70 % 0,2 bis 2 mm, 20 % 2 bis 4 mm) mit 3 kg Magnesiumsulfatlösung/100 kg- vermischt: SiO2 0,46 % Je203 1,78 % A1203 0,85 % Cr203 79,00 8 CaO 0,60 % MgO 17,31 % Die Mischung wurde mit Drahtgittern einer Stärke von 1,8 mm zu Steinen verpresst, die bei 18000C gebrannt wurden. Nach dem Srand hatten die Steine glatte, durchgehende Kanäle und folgende Eigenschaften: In Kanalrichtung Senkrecht zur Kanalrichtung Raumgewicht: 3,85 g/cm3 3,87 g/cm3 Offene Porosität: 14,5 % 15,3 % Kaltdruckfestigkeit: 41,0 N/mm2 38,5 N/mm2 Gasdurchlässigkeit: > 150 npm 2,8 nPm Beispiel 4: Für den Aufbau von MgO-Al203-Spinellsteinen diente folgendes Ausgangsmaterial: SiO2 0,16 % Fe2O3 0,10 % A1203 69,40 % CrzO3 0;10 % CaO 0,41 % MgO 29,83 % Deses Material wurde in gekörnter Form (70 % 0,3 bis 4 mm, 30 % unter 0,2 mm) mit 5 % Sintermagnesia der in Beispiel 1 angeführten Zusammensetzung und einer Korngrösse von unter 0,12 mm unter Zusatz von Magnesiumsulfatlösung als Binde-mittel mit Metallgittern einer Stärke von 0,8 mm zu Steinen verpresst, die bei 17000C gebrannt wurden. Die Eigenschaften der dabei erhaltenen Steine mit gerichteter Porosität sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich: In Kanalrichtung Senkrecht zur Kana lrichtung Raumgewicht: 3,05 g/cm3 3,09 g/cm Offene Porosität: 18,8 t 17,9 % Kaltdruckfestigkeit: 38,5 N/mm2 36,0 N/mm2 Gasdurchlässigkeit: > 150 nPm 4,5 nPm Diese Prüfdaten ändern sich nicht wesentlich, wenn in der Steinmischung die Menge der Sintermagnesia von 5 % auf 10 % erhöht wird. Bei Wiederholung der Beispiele 1 bis 4 unter Verwendung von Drahtgittern mit einem Durchmesser von jeweils 0,5 und 3 mm wurden gleichfalls zufriedenstellende Ergebnisse erhalten. Dabei weisen durch Verpressen gewonnene Steine bessere Daten auf als durch Stampfen, Rütteln oder Vibrieren hergestellte. Der Steinbrand erfolgt zweckmässig in allen Fällen bei einer Temperatur von mindestens 15500C und nicht über 18000C, vorzugsweise bei einer Temperatur von 1560 bis 1600 C.

Claims: Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von gebrannten, feuerfesten Steinen mit durchgehenden Kanälen aus einem basischen, feuerfesten Material aus der Gruppe Magnesia, Mischungen von Magnesia und Chromerz, sowie Spinelle auf der Grund lage von MgO.A1203 und MgO.Cr203 mit einem MgO-Gehalt von 20 bis 37 Gew#-%, wobei das für die Steinherstellung die nende feuerfeste Material gekörnt in eine Form eingebracht und in dieser mit Elementen aus Metall zur Bildung der Kanäle verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in die Form eine Schicht des feuerfesten, körnigen Materials eingebracht wird, auf diese Schicht ein Gitter aus Metall, das aus einer Vielzahl von parallel neben einander angeordneten Stäben, die jeweils an ihren beiden Enden durch je einen Querstab miteinander verbunden sind, lose aufgelegt und mit weiterem feuerfestem Material überschichtet und dann der Inhalt der Form verdichtet, vorzugsweise verpresst, und der erhaltene Stein gebrannt wird, worauf die Endteile des Steines mit den Querstäben abgetrennt werden und auf den Stein gewünschtenualls eine Blechummantelung, die gegebenenfalls ein Gasanschlussrohr aufweist, aufgebracht wird 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Form für die Steinherstellung lagenweise ab wechselnd feuerfestes Material und Metallgitter einge bracht werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe des Metallgitters einen Durchmesser von 0,5 bis 3 mm, vorzugsweise 0,8 bis 1,8 mm, haben. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das feuerfeste Material mindestens 10 Gew.-* freies MgO enthält.

Inventors: GRABNER, BERND, DIPL.-ING., HEINRICHER, MARIO, DIPL.-ING., MORTL, GUNTHER LORENZ, DR. DIPL.-ING., Mörtl, Günther Lorenz, Dr. Dipl.-Ing.
Applicants: RADEX AUSTRIA AKTIENGESELLSCHAFT FUR FEUERFESTE ERZEUGNISSE
Application year: 1982
Main classification: C04B35
IPC codes: C04B38, B22D1, C22B9