USE OF CEMENT-FREE VIBRATABLE MASSES BASED ON ALUMINA AND/OR ZIRCONIA FOR PRODUCING WEAR-RESISTING PARTS

Abstract: 1. Use of cement-free vibratable compositions based on aluminium oxide and/or zirconium dioxide, optionally also with the use of up to 10 wt.% chromium oxide (Cr2 O3 ), silicon carbide (SiC) and/or carbon carriers, and with a content of 2 to 8 wt.%, with respect to the other solid components, of amorphous, finely divided or colloidal silicas as a bonding agent which after shaping and drying have been fired or tempered at temperatures of 300 to 1000 degrees C, for producing components subject to wear in sliding gate valves which come into contact with liquid metals, particularly steel melts.

Description: Verwendung von zementfreien Vibriermassen aus Basis von Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumdioxid zur Herstellung von Verschleissteilen Die Erfindung bezieht sich auf eine Verwendung von zementfreien Vibriermassen auf Basis von Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumdioxid zur Herstellung von mit flüssigen Metallen, insbesondere Stahischmelzen, in Berührung kommenden Verschleissteilen in Schiebeverschlüssen, z.B. insbesondere Verschlussplatten, aber auch in solche Verschlussplatten einzusetzende, auswechselbare Hülsen. Solche Schiebeverschlüsse werden bei Metallschmelzen, insbesondere Stahl schmelzen, enthaltenden Behältern eingesetzt. Verschleissteile sind im allgemeinen Teile, die nach Erreichen einer Verschleissgrenze erneuert bzw. ausgetauscht werden müssen, um die Sicherheit der mit ihnen betriebenen Aggregate nicht zu gefährden. Sie sind meist hohen thermischen, chemischen und gegebenenfalls erosiven Angriffen ausgesetzt und müssen in manchen Fällen darüberhinaus noch erheblichen Festigkeitsbeanspruchungen standhalten. So ist es beispielsweise bei Verschlussplatten für Schiebeverschlüsse an Metallschmelze enthaltender, Behältern Voraussetzung, dass die Schieberplatten trotz Formveränderungen, denen das feuerfeste Plattenmaterial durch unvermeidbare Temperaturunterschiede ausgesetzt ist, bei zuverlässiger Abdichtung einwandfrei beweglich bleiben und das Plattenpaar eines solchen Schiebeverschlusses im Hinblick auf die thermischen, chemischen und erosiven Angriffe der durchfliessenden Schmelze bei regelbarem Giessstrahl querschnitt wenigstens eine Behälterentleerung durchsteht. Für solche und ähnliche Beanspruchungen werden bisher Verschleissteile aus hochwertigen trockenen oder halbtrockenen feuerfesten Stoffzusammensetzungen in relativ aufwendigen Stampf-, Rüttel- und Pressverfahren mit mehr oder weniger kostspieliger Nachbehandlung hergestellt. Verschleissteile mit passgerechter Ausbildung bedürfen nach Ablauf von bezüglich Temperatur und Zeitdauer präzise einzuhaltender Wärnebehandlungsverfahren zusätzlich einer sorgfältigen spanabhebenden Verformung. Beispielsweise sind an Platten von Schiebeverschlüssen die Flächen, die mit anderen Flächen bei leichter Ver stellmoglichkeit dichtend zusammenwirken sollen, eben zu schleifen. Aber auch Bohrungen, Nuten oder dergleichen werden häufig durch spanabhebende Verformung vorgesehen, so dass vornehmlich passgerechte, eine mechanische Bearbeitung erfordernde Verschleissteile erhebliche Produktionskosten verursachen. Aus der DE-AS 26 24 299 ist die Verwendung von Verschleissteilen für Schiebeverschlüsse bekannt, welche diesen Anforderungen weitgehend Rechnung tragen. Hierbei handelt es sich jedoch um Verschleissteile, welche aus hydraulisch abbindenden, hochtonerdehaltigen, feuerfesten Feuerbetonen hergestellt wurden. Weiterhin ist aus der europäischen Patentschrift 0 015 638 ein Verfahren zur Herstellung von solchen Schiebeverschlüssen bekannt, bei welchem MgO als feuerfestes Basismaterial verwendung wird, das mittels einem Polyphosphat und Borsäure gebunden wird. Bei diesem vorbekannten Verfahren erfolgt die Formung der Verschleissteile ebenfalls durch Vibration. Die Verwendung von feinteiliger oder kolloidaler Kieselsäure als Bindemittel in einem feuerfesten Material auf Basis von Aluminiumoxid, allerdings unter Verwendung eines weiteren Bindemittelmaterials in Form von Ton, ist aus der DE-OS 27 39 767 bekannt. Hierbei handelt es sich jedoch um ein ungeformtes, ungebranntes feuerfestes Material, welches zur Verwendung in feuerfesten Blockkonstruktionen Verwendung findet und zum Abbinden eine Säure neben relativ grossen Mengen an Wasser enthält. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Verschleissteilen für Schiebeverschlüsse mit hoher Festigkeit und ausgezeichneten Heisseigenschaften, welche einfach herzustellen sind und bei ihrer Verwendung bessere Eigenschaften als vorbekannte Verschleissteile aufweisen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Verwendung von zementfreien Vibriermassen auf Basis von Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumdioxid, gegebenenfalls unter Mitverwendung von bis zu 10 Gew.-% Chromoxid, Siliziumkarbid und/oder Kohlenstoffträgern, sowie mit einem Gehalt von 2 bis 8 Gew.-%, bezogen auf die übrigen Festbestandteile, an amorpher, feinteiliger oder kolloidaler Kieselsäure als Bindemittel, welche nach dem Formen und Trocknen bei Temperaturen von 300 bis 1000 C getempert bzw. gebrannt worden sind, zur Herstellung von mit flüssigen Metallen, insbesondere Stahlschmelzen, in Berührung kommenden Verschleissteilen in Schiebeverschlüssen. Durch die Verwendung der erfindungsgemässen, zementfreien Vibriermassen wird das Festigkeitsminimum im Bereich von 1000 C vermieden, welches durch die hydraulische Bindung bei aus hydraulisch abbindenden Feuerbetonen hergestellten Verschleissteilen auftritt. Ausserdem weisen die erfindungsgemäss verwendeten Verschleissteile eine höhere Thermoelastizität auf, d.h. bei dem Vorbrand tritt keine Rissbildung auf, ebensowenig bei der späteren Beanspruchung bei ihrer Anwendung. Ausserdem ist bei den erfindungsgemäss verwendeten Verschleissteilen auch der Einsatz von Chromoxid (Cr203) möglich, ohne dass die Umwelt vergiftendes Calciumchromat gebildet wird. Bei der erfindungsgemässen Verwendung der zementfreien Vibriermassen können diese ebenso wie ein Beton in eine Form gegossen werden und passen sich den Formflächen genau an, so dass durch glatte und saubere Flächen der Form auch glatte und saubere Gegenflächen am hergestellten Formkörper erzielt werden. Folglich ist es möglich, die Gleitflächen von Schieberplatten mit grosser Genauigkeit schon während der Formung der Platten zu erreichen, so dass langwierige mechanische Nacharbeiten fortfallen. Ebenso können die Durchflussöffnungen oder besondere Teile direkt eingeformt und so die Platten in fertigem Zustand der Form entnommen werden. Zur Herstellung der erfindungsgemäss verwendeten, zementfreien Vibriermassen werden als feuerfester Hauptbestandteil Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumdioxid verwendet. Als Aluminiumoxid kann Korund oder Tonerde, entweder in Form von Tabulartonerde oder in Form von calcinierter Tonerde verwendet werden Korund wird üblicherweise als Schmelzkorund verwendet. nes Al mit niumoxid, Zirkoniumdioxid oder Mischungen hieraus werden im üblichen Kornbereich eingesetzt, z.B. als Materialien mit einer maximalen Korngrösse von 6 mm. Ein üblicher Kornaufbau dieser feuerfesten Hauptbestandteile oder deren Mischung ist beispielsweise: Korngrösse Gew.-Teile 3,15 - 6 mm 15 - 25 1 - 3,15 mm 18 - 30 0 > 5 - 1 mm 5 - 10 0,09 - 0,5 mm 7 - 16 e 0,09 mm 15 - 25 Als Gegebenenfalls-Zusatze können die zementfreien Vibriermassen bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf die Festbestandteile, an Chromoxid, Siliziumcarbid undfoder Kohlenstoffträgern enthalten. Chromoxid wird üblicherweise als feinteiliges Material mit einer Korngrösse unter 0,09 mm eingesetzt. Siliziumkarbid kann als feinteiliges Material, d.h Mehl oder auch als grobkörniges Material mit Korngrössen von z.B. bis 3,15 mm Verwendung finden. Vorzugsweise werden jedoch Siliziumkarbidflugstäube aus der Siliziumkarbidaufbereitung verwendet. Als Kohlenstoffträger können die zementfreien Vibriermassen Graphit, amorphen Kohlenstoff, Teerpech, Harze sowie deren Mischungen enthalten. Als Bindemittel enthalten die erfindungsgemäss verwendeten Vibriermassen 2 bis 8 Gew.-%, bezogen auf die übrigen Festbestandteile, an amorpher, feinteiliger oder kolloidaler Kieselsäure. Solche Kieselsäuren sind handels übliche Produkte, insbesondere werden bei den erfindungsgemäss verwendeten Vibriermassen jedoch kolloidale Kieselsäuren eingesetzt, wie sie als Nebenprodukt bei der Herstellung von Ferrosilizium in grossen Mengen anfallen. Diese kolloidalen Kieselsäuren, auch pyrogene Kieselsäuren genannt, besitzen üblicherweise maximale Korngrössen von 0,5 pm. Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäss verwendeten Vibriermassen noch faserartige Materialien in Mengen von 0,2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die anderen Festbestandteile. Hierbei kann es sich um keramische Fasern, insbesondere Fasern mit einer hohvn Anwendungsgrenztemperatur, d.h. Aluminiumsilikatfasern mit hohen A1203-Gehalten, um Stahl fasern oder auch um Kohlenstoffasern bzw. Kohlefasern handeln. Durch Zugabe solcher Fasern, die einzeln oder in Mischung zugesetzt werden können, wird die Festigkeit und insbesondere die Beständigkeit gegenüber Rissbildung bei den Verschieissteilen erhöht. Die erfindungsgemäss verwendeten Vibriermassen werden in an sich bekannter Weise zu Formteilen verarbeitet. Hierzu werden die Ausgangsbestandteile in einem Mischer gründlich miteinander vermischt und mit der erforderlichen Menge an Anmachwasser, üblicherweise 3 bis 8 1 Wasser pro 100 kg der Festbestandteile, vermischt. Diese angemachte Vibriermasse wird dann in eine - üblicherweise verlorene - Metallform eingefüllt und auf einem Vibriertisch gut eingerüttelt, wobei dieses Einrütteln mit oder ohne Auflast, z.B. durch Anlegen eines Stempels, erfolgen kann. Anschliessend werden die Formteile getrocknet und dann hei Temperaturen von 300 bis 1000 C getempert bzw. gebrannt. Hierdurch wird eine überaus feste Bindung erzielt. Bevorzugt werden die getrockneten Formlinge bei Temperaturen von 600 bis 800 C getempert bzw. gebrannt. Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die getemperten bzw. gebrannten Formteile noch mit Teer getränkt und dann einer Verkrackungs- behandlung unterzogen. Das Tränken mit Teer erfolgt in an sich bekannter Weise, die Verkrackungstemperatur liegt üblicherweise im Bereich von 350 bis 600 C. Bei der Herstellung der erfindungsgemäss verwendeten Vibriermassen kann es vorteilhaft sein, geringe Mengen üblicher Verflüssiger, z.B. in Menge von 0,02 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf die anderen Festbestandteile, zuzusetzen. Solche Verflüssiger können beispielsweise übliche Polyelektrolyte wie Polyphosphate sein. Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert. Beispiel 1 94 Gew.-Teile Tabulartonerde mit einer maximalen Korngrösse von 6 mm, 2 Gew. Teile calcinierte Tonerde mit einer maximalen Korngrösse von 0,09 mm und 4 Gew.-Teile handelsübliche, amorphe Kieselsäure mit einer maximalen Korngrösse von 0,5 pm wurden in einem Mischer gründlich miteinander vermischt. Dann wurden 0,05 Gew.-Teile eines handelsüblichen Polyphosphatverflüssigers (Warenbezeichnung Giessfix C 30) sowie 4 l Wasser auf jeweils 100 kg der Festbestandteile zugesetzt und gründlich eingemischt, ferner waren dem Ausgangsgemisch 1 Gew.-Teil Graphit zugesetzt worden. Aus dieser Masse wurde in einer verlorenen Metallform eine Platte für einen Schiebeverschluss mit Abmessungen von 400 mm Höhe x 250 mm Breite x 40 mm Dicke hergestellt, wobei die Masse auf einem Vibriertisch während 15 Minuten in der Form eingerüttelt wurde. Nach dem Trocknen für 12 Stunden bei 120 C wurde während 5 Stunden bei 800 C getempert bzw. gebrannt. In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse von Testuntersuchungen an der so hergestellten Schiebeplatte zusammengestellt. Beispiel 2 Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch 92 Gew. Teile Tabulartonerde, 2 Gew.-Teile calcinierte Tonerde und 6 Gew.-Teile pyrogene Kieselsäure verwendet wurden. Der Anmachwasserbedarf lag bei 4,2 l Wasser pro 100 kg der Festbestandteile. Als weiteren Bestandteil enthielt das Ausgangsgemisch 1 Gew.-Teil Teerpech. Die Testergebnisse der so hergestellten Schiebeplatte sind ebenfalls in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Beispiele 3 bis 7 Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei die in der Tabelle angegebenen Ausgangsmaterialien verwendet wurden. Die Testergebnisse der so hergestellten Schiebeplatte sind ebenfalls in der Tabelle aufgeführt. Aus den Massen der Beispiele 5 und 6 wurden ausser Schiebeplatten auch auswechselbare Hülsen für Verschlussplatten mit den folgenden Abmessungen: Innendurchmesser = 45 mm, Aussendurchmesser = 85 mm, und Länge = 200 mm, hergestellt. Auch diese Hülsen besassen ausgezeichnete Verschleisseigenschaften. Hinweise über die Verwendbarkeit einer Masse zur Herstellung von Verschleissteilen, insbesondere für das Plattenpaar von Schiebeverschlüssen, gibt der Peelingtest. Dieser wird unter folgenden Bedingungen ausgeführt: Ein Plattenstück 100 x 100 mm mit glatter Fläche wird auf einer Zone von ca. 30 mm Durchmesser mittels eines autogenen, zum Durchbrennen von 20 bis 30 mm starken Blechen geeigneten Schweissbrenners erhitzt. Der Sauerstoffdruck beträgt dabei etwa 3,5 x 105 Pa. Der Abstand der Düse des durch ein Stativ festgehaltenen Brenners zur Platte beträgt 50 mm und die Versuchszeit 15 Sekunden. Erfolgt kein Absplittern, dann eignet sich das Material sehr gut zum Herstellen von Plattenpaaren für Schiebeverschlüsse. Das Material ist brauchbar, wenn sich bei nachträglichem Kratzen am Prüfkörper Partikel ablösen, aber unbrauchbar, sobald Absplitterungen während des Testes erfolgen. T A B E L L E EMI8.1 <SEP> Beispiel <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <tb> Aluminiumoxid: <tb> Tabulartonerde <SEP> (Gew.-Teile) <SEP> 94 <SEP> 92 <SEP> 90 <SEP> 87 <SEP> 46 <SEP> 68 <SEP> 87 <tb> calc. <SEP> Tonerde <SEP> (Gew.-Teile) <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> - <SEP> - <SEP> 2 <tb> Zirkoniumdioxid <SEP> (Gew.-Teile) <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 50 <SEP> 30 <SEP> Chromoxid <SEP> (Cr2O3) <SEP> < <SEP> 0,09 <SEP> mm <SEP> (Gew.-Teile) <SEP> - <SEP> - <SEP> 4 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> Siliziumkarbid <SEP> (S1C) <SEP> < <SEP> 0,02 <SEP> mm <SEP> (Gew.-Teile) <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 5 <SEP> - <SEP> - <SEP> 2 <tb> Kohlenstoffträger: : <tb> <SEP> Graphit <SEP> (Gew.-Teile) <SEP> 1 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 2 <tb> <SEP> Teerpech <SEP> (Gew.-Teile) <SEP> - <SEP> 1 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 1 <tb> Kieselsäure <SEP> (amorph) <SEP> < <SEP> 0,5 <SEP> m <SEP> (Gew.-Teile) <SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 4 <SEP> 2 <SEP> 6 <tb> Anmachwasser <SEP> (1/100 <SEP> kg) <SEP> 4,0 <SEP> 4,2 <SEP> 3,9 <SEP> 4,2 <SEP> 4,0 <SEP> 4,1 <SEP> 4,4 <tb> Temper- <SEP> bzw. <SEP> Brenntemp. <SEP> ( C) <SEP> 800 <SEP> 800 <SEP> 800 <SEP> 800 <SEP> 800 <SEP> 800 <SEP> 800 <tb> Heissbiegefestigkeit <SEP> 1400 C <SEP> (N/mmê) <SEP> 9,5 <SEP> 12,4 <SEP> 15,7 <SEP> 12,5 <SEP> 15,2 <SEP> 12,2 <SEP> 10,8 <tb> Druckerweichen <SEP> bei <SEP> 0,2 <SEP> N/mmê <tb> <SEP> Auflast <SEP> (DIN <SEP> 51 <SEP> 053, <SEP> Bl. <SEP> 1) <tb> <SEP> nach <SEP> Vorbrand <SEP> 5 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 1500 <SEP> C <tb> <SEP> Dmax <SEP> (%) <SEP> 1,10 <SEP> 1,15 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> <SEP> Z <SEP> (%) <SEP> bei <SEP> 1700 <SEP> C <SEP> -0,27 <SEP> -0,07 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> Peelingtest (nach Tempern bei 300 C) < -----------ausgezeichnet---------- >

Claims: Verwendung von zementfreien Vibriermassen auf Basis von Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumdioxid zur Herstellung von Verschleissteilen Patentansp rüc he 1. Verwendung von zementfreien Vibriermassen auf Basis von Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumdioxid, gegebenenfalls unter Mitverwendung von bis zu 10 Gew.-% Chromoxid (Cr203), Siliziumkarbid (SiC) und/oder Koh lenstoffträgern, sowie mit einem Gehalt von 2 bis 8 Gew.-%, bezogen auf die übrigen Festbestandteile, an amorpher, feinteiliger oder kolloidaler Kieselsäure als Bindemittel, welche nach dem Formen und Trocknen bei Temperaturen von 300 bis 1000 C getempert bzw. gebrannt worden sind, zur Herstellung von mit flüssigen Metallen, insbesondere Stahlschmelzen, in Berührung kommenden Verschleissteilen in Schiebeverschlüssen. 2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrier massen bei Temperaturen von 600 bis 800 C getempert bzw. gebrannt wor den sind. 3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass den Vibriermassen bei ihrer Herstellung 0,2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die übrigen Festbestandteile, an keramischen Fasern, Stahl fasern und/oder Kohlenstoffasern zugesetzt worden sind. 4. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die getrockneten und getemperten bzw. gebrannten Formteile mit Teer getränkt worden sind und dann einer Verkrackungsbehandlung unter zogen worden sind.

Inventors: BOESS, HARALD, GELSDORF, GUNTER, DR., Gelsdorf, Günter, Dr.
Applicants: DIDIER-WERKE AG
Application year: 1986
Main classification: C04B35
IPC codes: B22D11, C04B35, B22D41, B22D37