NO117628B - - Google Patents

Description

Ildfast metallkarbidblokk av smeltet og støpt materiale og fremgangsmåte til dens fremstilling.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en ildfast

metallkarbidblokk av smeltet og støpt materiale

og en fremgangsmåte til dens fremstilling hvor

ildfast keramisk råmateriale smeltes og helles

over i preformede støpeformer hvor smeltemassen stivner til enhetlige støpeblokker. Det ildfaste materialet ifølge oppfinnelsen har høy

motstand mot varmesjokk i kraft av en spesiell

mikrostruktur, spesielt med hensyn til fordelin-gen, formen og plaseringen av fritt karbon eller

grafitt, som generelt er homogent i alle støpe-blokkene. Disse støpeblokker er også kjennetegnet ved god oksydasjonsmotstand, sammenlig-net med grafitt, høy styrke ved forhøyede rom-temperaturer, og gode elektriske og termiske led-ningsevner. Videre har de ildfaste blokkene iføl-ge oppfinnelsen meget stor motstandsevne mot

korrosjon og erosjon av jernholdig kalkstein-slagg, og kan brukes til fremstilling av stål, i en

reduserende atmosfære, hvilket tyder på at

nevnte materiale er egnet for foringselementer i smelteovner for basisk oksygen-stålfremstilling, som benyttes i slike prosesser som LD-prosessen og Kaldo-prosessen. Disse støpeblokker kan naturligvis brukes for mange andre formål, f. eks. slik som foringselementer i masovner og ovner for fremstilling av aluminium, elektroder i metallurgiske ovner, elektriske motstands-var-meelementer og elektriske mottagere i induk-sjonsovner.

Man har tidligere kjent til hvordan det er mulig å fremstille sprø metallkarbidmasser ved å reagere egnet råmateriale ved forhøyede temperaturer, som enten kan forårsake smelting av materialet eller ikke. Disse sprø masser er blitt dannet in situ i de elektriske smelteovner hvor de er blitt fremstilt og blir senere opp-smuldret til granulære masser, som så brukes som slipemidler eller som igjen blir bundet sammen ved hjelp av kjente teknikker (denne tek nikk involverer ikke fullstendig smelting og størkning til enhetlige støpelegemer), for så-ledes å danne ildfaste legemer for en lang rekke anvendelser hvilke er velkjente innen faget. Selv om det i visse tilfeller også tidligere er blitt fremstilt sprø masser av urene metallkarbider med fritt karbon, så har man i de fleste tilfeller an-strengt seg for å eliminere slikt fritt karbon i de granulære materialer, fordi det forårsaket vanskeligheter ved fremstilling av godt slipe-mlddelmateriale, eller det frie karbon i det granulære materialet ble videre reagert med et karbiddannende element under fremstillingen av et karbidbundet legeme. Såvidt man vet med hensyn til tidligere urene metallkarbidmasser inneholdende fritt karbon, laget enten som en masse reagert i fast tilstand og deretter sintret eller som en sammensmeltet regulus, synes dess-uten deres mikrostrukturer å være meget variable med betydelige uhomogenitet og seigring med hensyn til fordeling, form og plasering av det frie karbon, hvilket derved ga dårlige og meget variable egenskaper slik som termisk sjokkbestandighet, styrke, korrosjonsmotstands-evne, og elektrisk og termisk ledingsevne. Slike meget variable mikrostrukturer skyldes tydelig-vis prosessene for in situ dannelse av disse masser og slik foranderlighet er naturligvis ikke av interesse ved fremstilling av knust granulært materialet fra hvilket det frie karbon skal fjer-nes eller på annen måte elimineres.

Såvidt man vet har man ikke forut for foreliggende oppfinnelse dannet de nedenfor defi-nerte støpte, ildfaste sammensmeltede materia-lene, og man har heller ikke innsett de store teknologiske fordeler som oppnåes ved bruk av disse, nemlig spesielt meget ildfaste elementer som har en høy motstandsevne mot varmesjokk og i mange tilfeller en høy motstandsevne mot korrosjon-erosjon fra slagg fra stålfremstilling i en karbon-mono-oksydatmosfære.

Moderne teknikk skaper stadig større etter-spørsel etter materialer som kan motstå høye plutselige temperaturer. Man har nå funnet frem til ildfaste, støpelegemer av sammensmeltet materiale med en ny sammensetning og struktur som kan imøtekomme denne økende etterspør-sel. Det er derfor en prinsipiell hensikt ved oppfinnelsen å tilveiebringe ildfaste støpelegemer av sammensmeltet karbon og metallkarbider med en termisk sjokkmotstand som er bedre enn hva som tidligere var kjent hos ildfaste støpelegemer av sammensmeltet materiale.

Skjønt interessen for den basiske oksygen - stålfremstilling synes å øke i industrien, så har problemet med det relativt raske forbruk av den ildfaste foringen i de ovner eller kar som brukes i forbindelse med denne prosess, stadig vært et alvorlig hinder for å få bedret driftsøkonomi og større utbytte. Man har nå oppdaget at dette problem materielt sett kan reduseres betydelig ved å fremstille foringen i karene, som brukes ved denne prosess, med oppfinnelsens ildfaste støpelegemer av sammensmeltet karbon og metallkarbider, som har betydelig bedre motstand mot korrosjon og erosjon av de slaggtyper som fremstilles i nevnte prosess, enn hva som har vært tilfelle med de ildfaste produkter som tidligere har vært anvendt i disse foringer. Det er følgelig en annen prinsipiell hensikt ved oppfinnelsen å tilveiebringe forannevnte ildfaste støpelegemer av sammensmeltet materiale med nevnte bedrede slaggmotstand under reduserende atmosfære-betingelser samt gi en anvendelse for nevnte støpelegemer i foring av de ovner og kar som brukes i forbindelse med den basiske oksygen-stålfremstilling. Oppfinnelsens støpelegemer er spesielt egnet i den indre ar-beidsforingen i de pæreformede kar som brukes ved stålfremstilling under anvendelse av en oksygenblest. Disse kar består vanligvis av en pæreformet metalltank eller hus som på innersiden er foret med et isolerende ildfast materiale som så igjen på innersiden er dekket med en isolerende ildfast arbeidsforing, samt anord-ninger for tilføring av en oksygenstråle direkte inn i den isolerte tank.

Foreliggende oppfinnelse er en fremstilt ar-tikkel som generelt kan defineres som et ildfast støpelegeme av sammensmeltet materiale bestående essentielt av minst 5 vektprosent fritt karbon i form av et uregelmessig sammenflettet mønster eller nettverk som iblandet, og som sammenføyer hovedsakelig fritt orienterte metallkarbidkrystaller, og hvor støpelegemet analytisk vesentlig består av karbon og minst 20 vektprosent metallkarbiddannende stoffer slik dette er angitt nedenfor. Mens dette bare er de hovedbestanddelene i støpelegemet, så kan andre analytiske bestanddeler innbefattes så langt dette er ønskelig ifølge de utgangsstoffer og de fremstillingsbetingelser man bruker, og de pre-sise egenskaper man ønsker i det endelige produkt.

Ifølge foregående avsnitt er den minimale mengde fritt karbon som skal til for å gi de bedrede tekniske og industrielle resultater 5 vektprosent. Noen sammensmeltede støpepro-dukter som kun inneholder denne minimale mengde fritt karbon har ofte ingen særlig høy grad av termal sjokkmotstand, og kan inneholde fritt karbon mest som et laminært mønster av små plater mellom metallkarbidkrystaller. Når det derfor kreves meget god termisk sjokkmotstand, inneholder de støpte ildfaste produkter av sammensmeltet materiale ifølge oppfinnelsen minst 11 vektprosent fritt karbon i form av en uregelmessig og diskontinuerlig tekstur iblandet og sammenbundet med de i det vesentlig vilkårlig orienterte metallkarbidkrystallene.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det så-ledes tilveiebragt en ildfast metallkarbidblokk av smeltet og støpt materiale, kjennetegnet ved at den består av minst 5 vektprosent fritt karbon i form av et uregelmessig sammenflettet nettverk, som er iblandet vilkårlig orienterte metallkarbidkrystaller, og som sammenføyer karbid-krystallene og hvor blokken ved kjemisk analyse viser et innhold av (1) karbon, (2) minst 20 vektprosent titan, zirkonium, hafnium, vanadium, niob, tantal, krom, molybden, wolfram eller blandinger av metaller i denne første gruppe alene, eller blandinger av metaller fra den før-ste gruppe og minst ett annet metall valgt fra gruppen som består av silisium, mangan, jern, kobolt og nikkel, forutsatt at innholdet av metallene fra den første gruppen ikke er mindre enn 10 vektprosent og ikke mindre enn vektinnholdet av den andre gruppe metaller, (3) fra 0 til 15 vektprosent oksygen og/eller nitrogen som fortynningsmiddel, men ikke mer enn 10 vektprosent oksygen og ikke mer enn 10 vektprosent nitrogen, og (4) resten, hvis så forekommer, fra 0 til 5 vektprosent forurensninger. Ifølge en foretrukken utførelse inneholder den ildfaste blokk minst 35 pst. fritt karbon, og viser ved kjemisk analyse et minsteinnhold av 30 vektprosent metall.

Ifølge oppfinnelsen er det videre tilveiebragt en fremgangsmåte til fremstilling av en ildfast blokk av smeltet og støpt materiale, og denne fremhgangsmåte er kjennetegnet ved at råmate-rialer som består av karbon og metallkarbiddannende forbindelser og/eller karbider av disse, hvor nevnte forbindelser er elementært metall, legering eller oksyd av Ti, Zr, Hf, Nb, V, Ta, Cr, Mo, W eller blandinger av denne første gruppe metaller, eller blandinger av de i den nevnte første gruppe og de i en annen gruppe metaller som består av Si, Mn, Fe, Co og/eller Ni, oppvarmes i en ovn slik at en vesentlig del av råmate-rialene smelter og vil forårsake en reaksjon mellom en eventuelt tilstdeværende metallkarbiddannende forbindelse og karbonet, og hvor sammensetningen av utgangsmaterialene, regulerin-gen av atmosfære i kontakt med disse samt opp-varmningstiden reguleres slik at den smeltede masse inneholder karbon og ett eller flere av de forannevnte metaller i slike mengder at stø-peproduktet av sammensmeltet materiale inneholder minst 5 vektprosent fritt karbon og metallkarbider som ved kjemisk analyse viser et innhold av minst 20 vektprosent av de forannevnte metaller hvor totalmengden av metallene i første gruppe utgjør minst 10 vektprosent av støpeblokkene, og også slik at støpeproduk-tet av sammensmeltet materiale ytterligere inneholder bare fra 0 til 15 vektprosent oksygen og/eller nitrogen, men ikke mer enn 10 vektprosent oksygen og ikke mer enn 10 vektprosent nitrogen, og en rest begrenset til fra 0 til 5 pst. av andre ekstraelementer eller forurensninger, hvorpå den smeltede masse helles over i en støpeform for å fremstille en støpeblokk i hvilken minst 5 vektprosent fritt karbon er tilstede som et uregelmessig nettverk som binder metallkarbidkrystallene sammen.

Man antar at det er den relativt raske av-kjøling og størkning som finner sted ved denne støpemetode ( i motsetning til den langsommere avkjøling og størkning som finner sted ved dan-nelsen av en stor industriell enhetlig masse eller produkt slik dette skjer i samme ovn hvor smeltningen fant sted) som i det minste delvis er årsaken til den enestående struktur av vesentlig fritt orienterte metallkarbidkrystaller som dannes sammen med en uregelmessig og diskontinuerlig tekstur av fritt karbon, som er iblandet og føyer sammen nevnte krystaller. Disse resultater står i kontrast til de man kjen-ner fra en størkning in situ av sprø borkarbid-karbonsammensetninger som inneholder et over-veiende laminært mønster av små karbonplater som ligger intergranulert mellom sterkt orienterte (forlengede og parallelle) karbidkrystaller.

De metallkarbiddannende stoffer kan bestå av et eller flere metallelementer slik dette nå vil bli beskrevet. I det tilfellet hvor man bare benytter et enkelt metallelement for dan-nelsen av karbidkrystallene, så velges dette element fra gruppen som består av titan, zirkonium, hafnium, vanadium, niob, tantal, krom, molybden og wolfram. Enhver blanding av to eller flere av disse metaller kan også brukes for å danne en eller flere karbidfaser avhengig av den gjensidige løsligheten av slike karbider i hverandre i fast løsning. Videre kan de analytisk metallkarbiddannende forbindelser bestå av blandinger som inneholder ett eller flere av de forannevnte metaller samt minst ett metallisk element som velges fra gruppen som består av silisium, mangan, jern, kobolt og nikkel forutsatt at innholdet av metallene i første gruppe ikke er mindre enn 10 vektpst. av det totale støpe-legeme og heller ikke mindre enn vektinnholdet av den andre gruppe metalliske elementer. I de tilfeller hvor man bruker de sist angitte blandinger, vil man også få dannelse av en eller flere karbidfaser alt avhengig av den gjensidige løslighet i fast løsning av et karbid i det annet eller de andre karbider.

De andre analytiske bestanddeler som kan tillates i oppfinnelsens støpelegemer, kan rubri-seres som fortynningsmidler og/eller urenheter. Oksygen og nitrogen er her betegnet fortynningsmidler, skjønt de i visse tilfeller kan bedømmes som urenheter, mens de i andre tilfeller igjen kan være ønskelige additiver. Oksygen og nitrogen bør hver for seg ikke overstige 10 vektpst. av støpelegemet, og den totale sum av nitrogen og oksygen bør ikke analytisk overstige 15 vektpst. av støpelegemet. Dette kan også analytisk inneholde andre elementer i mengder opptil 5 vektpst. som urenheter. Slike urenheter vil vanligvis komme av at det er brukt urent utgangsmateriale og kan innbefatte elementer som aluminium, alkalimetaller, alkali jordmetaller, sjeldne jordmetaller, svovel og fosfor.

I forbindelse med den videre detaljerte be-skrivelse av oppfinnelsen vil det bli gjort henvisning til den eneste figuren på tegningen som er et mikrofoto av en typisk mikrostruktur ifølge oppfinnelsen.

I motsetning til silisiumkarbidforbindelser, så kan oppfinnelsens ildfaste materiale lett smeltes uten at man får den heftige sublimasjon, som opptrer når det gjøres forsøk på å smelte silisiumkarbid. Dette kommer av at oppfinnelsen benytter karbidforbindelser med betydelig lavere damptrykk-karakteristika. Utgangsmaterialet er foretrukket enten en blanding av det egnede metallkarbid og karbon eller grafitt, eller en blanding av det egnede metall og/eller metall-oksyd og et overskudd av karbon slik at det dannes et tilsvarende karbid samt fritt karbon (grafitt). Disse blandinger kan enten smeltes i en vanlig elektrisk lysbue-smelteovn som benytter grafitt-elektroder eller i en elektrisk induksjons-smelteovn som benytter grafittforing eller kar. For å unngå for sterk oksydasjon av smeltemas sen av den omgivende luft, så bør man ta passende forholdsregler for å dekke smeltekaret under hele smelteprosessen, for dermed å opp-rettholde nøytral eller reduserende atmosfære i kontakt med smeltemassens eksponerte topp-flate. Dette kan gjøres ved et løst lokk eller kroner over ovnsåpningen. Det foretrekkes å for-blande utgangsmaterialet før dette tilsettes ovnen, og når det benyttes blandinger, som inneholder metaller og/eller metalloksyder, har man funnet det nødvendig å agglomerere utgangs-blandingen til pellets før denne tilsettes ovnen. Hvis dette ikke gjøres, får man ufullstendig reaksjon og segregering, som etterlater et overskudd av oksyder og fritt metall i smeltemassen. Disse pellets bør oppvarmes til en så høy temperatur at det blir en karbiddannende reaksjon, uten at materialet smelter. Dette gjøres for å spare elektrisk energi samt for å nedsette for-dampning av smeltemassen. Når gassutviklin-gen og oppflammingen i det vesentlige er forbi, smeltes materialet på vanlig måte, slik at det dannes en smeltet masse omgitt av ureagerte utgangsstoffer som en beskyttende foring, for å hindre forurensning. Noe av karboninnholdet i det smeltede produkt kommer fra grafittelektrodene eller grafittforingen, og derfor bør karboninnholdet i utgangsmaterialet holdes noe lavere enn hva som er nødvendig for å gi den ønskelige karbonmengde i det endelige produkt. Det kan ikke angis noen fast regel med hensyn til avpassing av karboninnhold uansett kilde, fordi dette vil være avhengig av faktorer som tid, temperatur etc. I alle tilfeller vil passende tilsetning lett kunne bestemmes av fagfolk ved minimale forsøk.

Etter at det er dannet en passende mengde smeltet materiale, helles den smeltede masse over i grafittformer som på vanlig måte er omgitt av glødepulver som alumtøapulver, pulveri-sert koks etc. og størkner der slik at det dannes et enhetlig støpelegeme av sammensmeltet ildfast støpemateriale av samme form som støpe-gropen. Denne fremgangsmåte gir relativt rask størkning som forårsaker vesentlig uorienterte metallkarbidkrystaller av vesentlig uregelmessig form (dvs. minst 40 vektpst. av krystallene), og som er av relativt medium til finkorn størrelse. Det frie karbon (som i de fleste tilfeller er kry-stallinsk grafitt) danner et uregelmessig og diskontinuerlig sammenvevet mønster eller tekstur som er blandet inn mellom karbidkrystallene. I mange tilfelle er det frie karbon eler grafitten bundet på en sammenføyende måte som er typisk for sammensmeltede ildfaste støpelegemer. Stø-petøgemets mikrostruktur slik den fremkommer i denne oppfinnelse, vil kunne forstås bedre ved henvisning til vedlagte tegning. Den illustrerte mikrostruktur er fra eksempel 15 i tabell I nedenfor. De lyse områder 10 er uregelmessige for-mete og orienterte zirkonkarbidkrystaller. Det uregelmessige og diskontinuerlige innvevede mønster eller intertekstur av fritt karbon (grafitt) er de mørke områder 12. Krystallbindmgen er karbid-til-karbid 14, karbid-till-grafitt 16 og grafitt-til-grafitt 18.1 mange tilfeller vil karbid-til-grafitt bindingene danne uregelmessige bånd av en sammenføyende karakter slik det er vist ved 20. De store grafittområder 22 er primær grafitt som er dannet mellom karbid-krystallene, og de mindre grafittområdene 24 synes å være en eutektisk struktur av utfelt grafitt Inne i kar-bdikrystallene. Noen ganger kan disse mindre grafittområdene ha en tendens til å være den-drittisk L form.

Det følgende eksempel vil bedre kunne illu-strere oppfinnelsen i praksis og de resultater som kan oppnås med oppfinnelsen. En knust por-sjonsblanding ble fremstilt, og denne inneholdt 60 vektpst. ilmenittmalm og 40 vektpst. grafitt av elektroderenhet. Ilmenittmalmen hadde føl-gende typiske vektanalyse: 63,14 pst. TiOg, 31,7 pst. Fe203, 0,5 pst. Al^Og, 0,4 pst. MgO, 0,3 pst. Si02, 0,12 pst. Cr203. Denne blanding ble tilsatt en liten mengde vann og stivelse og ble så agglo-merert til små pellets. Disse ble tilført en elektrisk lysfoueovn slik at de dekket den nedre enden av grafittelektrodene, mellom hvilke det var plasert forkortningsstaver og grafitt.Overovnskam-meret ble det plasert et løst tilpasset grafittlokk, og strømmen ble satt på slik at ugangsmaterialet reagerte uten at det ble noen vesentlig smelt-ning. Reaksjonens begynnelse kan lett observeres ved at det skjer en gassutvikling og oppflam-ming omkring åpningene ved grafittlokket. Når denne gassutvikling og opflamming i det vesentlige er forbi ble strømstyrken øket slik at en vesentlig del av reaksjonsmassen smeltet, til-strekkelig til å fylle en grafittstøpegrop med form av en murstein 7,5 x 11 x ca. 33 cm pluss det vanlige topprom. Ovnen ble tappet, og det smeltede materiale ble raskt heilt over i formen som var omgitt av aluminaglødepulver. Øvre del av topprommet ble også dekket av aluminaglødepul-ver, og formen ble hensatt inntil den støpte murstein var avkjølt til romtemperatur. Dens kjemiske analyse var følgende: (vektprosent): 54,0 pst. Ti, 17,3 pst. Fe, mindre enn 1 pst. O og resten var karbon, Røntgenanalyse av murstein viste at den dommerende fase var TiC med mindre mengder jernkarbidkrystaller, samt en intertekstur av grafitt som lå mellom karbidkrystallene. Grafitten ble anslått til å ligge i overkant av 5 vektpst.

Den meget sterke termale sjokkmotsand i det foregående eksempel ble demonstrert ved å skjæ-re murstein opp i ca. 2,5 x 1,9 x 1,25 store prøve-stykker og oppvarme disse til 1800°C, og slippe de ned i vann av romtemperatur. I dette tilfelle ble prøveprosedyren gjentatt 5 ganger uten at det kunne iakttages brudd på grunn av termalt sjokk. En annen prøve av samme støpte stein og av samme størrelse som forrige prøvestykke, ble underkastet tre omganger uten at det oppsto brudd på grunn av det termale sjokk. Disse resultater som ble opnådd med oppfinnelsens støpe-legemer, kan sammenliknes med de resultater som ble oppnådd når vanlig kommersielt sammensmeltet ildfast materiale ble prøvet på samme måte. Den type man prøvet var en stein som hittil har hatt den høyest kjente termale sjokkmotstand. Denne sistnevnte ildfaste stein er en sammensmeltet og støpt blanding av (vektpst.) 98,81 pst. A1<,03, 0,52 pst. ulesket kalk og 0,67 pst. flusspat. Identiske prøvestykker av dette ildfaste materiale sprakk i tre deler i den andre prøve-omgang i ovennevnte prøveprosedyre. Et annet sammensmeltet, støpt ildfast materiale som er kjent for sin motstand overfor harde termale sjokk, er støpelegemer av sammensmeltet, rent magnesiumoksyd med en krystalltekstur på i minst 75 volumprosent av likesidete uorienterte periklase krystaller hvor hoveddelen av disse i krystaller ligger i størrelsesområde medium til finkornet, dvs. fra 5000 til 20 mikron. Identiske prøvestykker av dette materiale sprakk i to og tre deler i første eller andre prøveomgang i den '. ovennevnte termale sjokkprøve.

Por å demonstrere den bedrede slaggmotstand hos oppfinnelsens støpelegemer under de betingelser som hersker i en reduserende atmosfære i den basiske oksygen smelteprosess, så ble følgende prøve utført både på prøvestykker av oppfinnelsen såvel på stykker av tidligere kjente materialer hvorav to er vanlig brukt som foringsmateriale i ovner hvor det anvendes den basiske oksygen . stålfremstillingsprosess. 3,75 x 2,5 x 1,25 store stykker ble plasert i en oksygen-gass ovn som var tilpasset den temperatur og den reduserende atmosfære man finner i basisk oksygen smelteovner. Ved 1700°C i 2,5 til 3 ti-mer ble stykkene ført gjennom en nedadrettet strøm av små dråper med smeltet høybasisk, jernholdig kalksteinsslagg med en relativ jevn hastighet på ca, 60 ganger i timen. Slagget var representativt for det slagg som utvikles i basiske oksygenovner ved stålsmeltning og hadde føl-gende sammensetning (vektpst.): 23,75 pst. Fe203, 25,94 pst. Si02, 40,86 pst. CaO, 6,25 pst. MgO og 3,2 pst. AJ^Og. Ved prøvens slutt ble styk-kenes tykkelse målt og sammenliknet med den 1,25 cm tykkelse de hadde før prøving. Resulta-tene uttrykkes som en prosentvis endring i tykkelse (det såkalte prosentvise slaggkutt). For tre prøver av det forannevnte titankarbid-jernkarbid-grafitt støpelegeme, var slaggkuttet mellom 17 og 35 pst. I motsetning til dette hadde en prøve av vanlig tjærebundet dolomittstein et slaggkutt på 100 pst. (dvs. prøven ble fullstendig delt i to). Prøver av en vanlig kommersielt sammensmeltet, støpt, basisk ildfast stein som besto av ca. 55 pst. magnesitt og 45 pst. krommalm, hadde slaggkutt på mellom 50 og 100 pst. Oppfinnelsens støpelegemer kan også fordelaktig sammenliknes med en nylig utviklet sammensmeltet, støpt, basisk, ildfast stein for foring i basiske oksygenovner på grunn av dens gode slaggmotstand i reduserende atmosfærebetingel-ser. Denne sistnevnte ildfaste stein er en sammensmeltet og støpt blanding bestående av 90 vektpst. maignesitt og 10 vektpst. rutil, og den har et slaggkutt på mellom 25 og 30 pst. i ovennevnte prøve. Det er også interessant å bemerke at ved å bruke grafitt (elektroderenhet) i ovennevnte prøve, så viste grafittprøver (10 stk.) slaggkutt fra 24 ta 45 pst.

Den ovennevnte støpeblokk av titan-karbid-jernkarbid-grafitt hadde også en rimelig god motstandsevne mot angrep fra smeltet jern. En prøve av samme form som ble brukt i slaggmot-standsprøver, ble nedsenket 1 flytende jern av 1750°C i en halv time. Det smeltede jernet kuttet 19 pst., og erfaring fra denne prøven angir at kutt av smeltet jern på mindre enn 20 pst., angrr relativt god motstandsevne overfor korrosjon fra smeltet jern.

Støpeblokken av tistankarbid-jernkarbid og grafitt har også endel andre bemerkelsesverdige egenskaper. Bruddstyrken (ved bø<y>ning) var mellom 141 og 425 kg/cm<2>ved 1340°C. Prøver av støpeblokken viste heller ikke tegn til deforma-sjon (dvs. mindre enn 5 pst.) ved belastning på 1,78 kg/cm<2>ved temperaturer opptil 2200 °C. Materialet har også meget lav varmeutvidelses-koeffisient til1 å være ildfast materiale, nemlig mindre enn 85 x 10-<7>/°C ved 1000°C

Den ødeleggende effekt av for mye urenheter ble demonstrert under fremstilling av flere støpeblokker bestående av 60 vektpst. ilmenitt og 40 vektpst. karbon, ved at en av blokkene ble forurenset av aluminaglødepulver under ihellin-gen i formen. Den kjemiske analyse av nevnte blokk var følgende: 47,8 pst. Ti, 16,2 pst. Fe, 8,8 pst. O, 9,8 pst. Al og resten C. Korrosjonsmotstand mot smeltet høybasisk kalksteinsslagg og smeltet jern var meget dårlig og i løpet av kort tid falt prøver av denne støpeblokken fra hverandre bare mens de sto i hyllen,

Andre eksempler på korrosjonssammenset-ninger som kan smeltes til støpeblokker ifølge denne oppfinnelse, er vist som en ytterligere illu-strasjon i tabellene I, III, V og VII. De fleste av sammensetningene er blitt smeltet med tilfredsstillende resultat i en elektrisk induksjonsovn

(som angitt ovenfor). Eksemplene 10, 11, 17, 18,

26, 31, 43, 73 og 89 illustrerer imidlertid porsjons-sammensetninger som med tilfredsstillende resultat er smeltet i en elektrisk lysbueovn (som angitt ovenfor). Data vedrørende egenskaper slik dette er vist i tabellene, er oppnådd i de for-an beskrevne prøver for termal sjokkevne, slagg-motstandsprøve og nedsenkning i flytende jern. Alle sammensetninger og analytiske data i disse tabeller samt tabellene II, IV, VI og VIII er angitt som vektprosent. Typiske og representative kjemiske analyser av utgangsstoffene er føl-gende:

Ti ( titansvamp)

99,3 pst. Ti, 0,40 pst. maks. Mg, 0,1 pst. maks. Fe, 0,15 pst. maks Cl.

Ti<0>2( rutil)

96—98 pst. Ti02, 1 pst. maks. Pe2Os, 0,3 pst. Zr02, 0,3 pst. Al2Os, 0,25 pst. Si02, 0,1 pst. Cr203, 0,29 pst. V2Os, 0,025—0,05 pst. P205, 0,1 pst. S."

TiN ( titannitrid)

99 + pst. TiN.

Zr ( zirkoniumsvamp)

99,2 min. Zr + Hf (Hf ca. 2 pst.), 0,2 pst. maks. Cr + Fe.

Zr<0>2( zirkon)

94,15 pst. Zr02, 2,00 pst. Hf02, 1,00 pst. maks. A1203, 0,8 maks. Si02, 0,75 pst. maks. CaO, 0,5 pst. maks. Fe203.

Hf02

97+pst. Hf2(Zr ca. 2 pst.).

V2°5

99+pst. V2<0>5.

Nb205( optisk kvalitet) 99,9+pst. Nb206.

Ta2Os( optisk kvalitet) 99,9+pst. TEUjOg.

Ta ( høyrent metall) 99+pst. Ta.

Cr203( grønt kromoksyd) 99,75+pst. Cr203.

Mo ( høyrent metall) 99+pst. Mo.

W ( høyrent metall)

99+pst. W.

W03( scheelite konsentrat) 68—72 pst. WOg (resten antagelig CaO).

Fe ( rent metall)

99+pst. Pe.

FeTi03( ilmenit)

(som angitt ovenfor).

Cr ( rent metall)

99+pst. Cr.

Si ( rent metall)

99+pst. Si.

Mn ( rent metall)

99+pst. Mn.

Hf ( rent metall)

99+pst. Hf.

ZrSi04( zirkon- malm) 67,23 pst. Zr02(Hf02ca. 2 pst.), 32,40 pst. Si02, 0,18 pst. FeO, 0,18 pst. Ti02.

V ( rent metall)

99+pst. V.

Nb. ( rent metall)

99+pst. Nb.

Data i tabell I illustrerer sammensetninger med et enkelt metallkarbid og grafitt, og det gar tydelig frem at den vesentlige mengde på minst 5 vektpst. fritt karbon (grafitt) 1 mikrostruk-turen gir en overlegen termal sjokkevne. Titankarbid-grafitt prøver viste seg å være spesielt resistente overfor slaggkutt og jern. Mens zir-konkarbid-grafitt prøver ikke var så korrosjons-resistente som titankarbid-grafitt prøvene, så viste de ikke desto mindre god motstand mot slaggkorrosjon. Som nevnt før, så vil ikke alt karbonet i støpegodset komme fra utgangsmaterialet, men noe vil komme fra grafittelektrodene eller grafittbeholderen. Den kjemiske analyse som er vist i tabell II viser dette helt tydelig. Videre gir de sistnevnte data sammen med de i tabell I en god indikasjon på den sammensetning man bør ha i utgangsmaterialet for å fremstille en viss ønskelig sammensetning i støpeblokken. De eksempler som er vist i tabell III og V, illustrerer sammensetninger hvor det benyttes to karbiddannende metalliske forbindelser som så vil gi en eller flere karbidfaser som vist i tabell IV og VI. Disse data bekrefter igjen at nærvær av minst 5 vektpst. grafitt følges av overlegen termal sjokkmotstand i alle tifelle, i motsetning til de resultater som ble oppnådd med prøver som inneholdt mindre enn 5 vektpst. fritt karbon. Skjønt ikke alle prøver viste overlegen motstand overfor smeltet slagg og jern, så fant man at titan-jern-karbon, titan-zirkonium-karbon- og zirkonium-krom-karbon-prøvene blant disse eksempler i alminnelighet hadde best korrosjons-resistens for smeltet slagg og jern i slike forsøk. Titan-jern-karbon eksemplene i tabell III viser klart et ønskelig støpt, sammensmeltet ildfast materiale som kan brukes ved isettlng av foring i basiske øksygen-ovner, og hvor støpeblokkene kan fremstilles fra relativt billige råstoffer som ilmenitt og grafitt. En innbefatning av jern i sammensetting vil videre redusere blandingens smeltepunkt slik at det blir lettere å fremstille støpeblokker uten at dette ødelegger de forøns-kede egenskaper. Mens smelepunktet for en sammensetning på ca. 80 pst. Ti og 20 pst. C ligger i overkant av 3000°C, så vil smeltepunktet for sammensetningen 65 pst. Ti, 15 pst. Fe og 20 pst. C ligge på ca. 2500 °C. Når det angår jerholdige sammensetninger så kan det bemerkes at det tapes en betydelig mengde jern under smelteprosessen slik dette kan sees i tabellene med kjemiske analyser (tabell IV). Disse data gir en god indikasjon på sammensetningen av utgangsmaterialet for å få en ønsket sammensetning på av støpeblokker Ifølge denne oppfinnelse. Eksemplene i tabell VII illustrerer noen få komplekse sammensetninger av.karbiddannende metaller som kan brukes ved fremstillingen av støpeblokker Ifølge oppfinnelsen, og som mange ganger vil gi komplekse karbidkrystaller i fast løsning i støpeblokker, slik det er vist i tabell VII.

Mens oppfinnelens støpeblokker bare krever 20 vektpst. (analytisk) av metallkarbiddannende stoffer (som beskrevet ovenfor), så har man be-stemt visse foretrukne og optimale minimums-grenser for eindel metaller når de anvendes alene eller sammen med andre. Nevnte grenser er føl-gende (vektpst.):

Det foretrekkes at totalinnholdet av oksygen

og nitrogen ikke overstiger 10 vektpst., men man

oppnår opitimum korrosjonsmotstand overfor

slagg fra basiske oksygenovner når innholdet er

så lavt som 5 pst. ,og det er ønskelig med innhold

under 1 vektpst. Ved å nedsette urenhetene til

under 1 vektpst. så vil dette også gi optimum

egenskaper generelt.

Skjønt begrepet «legering» ofte anvendes

mer om stoffer som er sammensatt av to eller

flere metaller som løses i hverandre i smeltet tilstand og så har størknet, så kan man- på grunn

av at oppfinnelsens støpeblokker har en liknende

og/eller analog natur også kalle disse en legering

av karbon med de ovennevnte metalliske forbindelser.

Claims (4)

1. Ildfast metallkarbidblokk av smeltet og

støpt materiale, karakterisert ved at den består av minst 5 vektprosent fritt karbon i form av et uregelmessig sammenflettet nettverk, som er iblandet vilkårlig orienterte metallkarbidkrystaller, og som sammenføyer karbidkrystallene og hvor blokken ved. kjemisk analyse viser et innhold av (1) karbon, (2) minst 20 vektprosent titan, zlrkonium, hafnium, vanadium, niob, tantal, krom, molybden, wolfram eller blandinger av metaller i denne første gruppe alene, eller, blandinger av metaller fra den første gruppe og minst ett annet metall valgt fra gruppen som består av silisium, mangan, jern, kobolt og nikkel,-forutsatt at innholdet av metallene fra den første gruppen ikke er mindre enn 10 vekt- prosent og ikke mindre enn vektinnholdet av den andre gruppe metaller, (3) fra 0 til 15 vektprosent oksygen og/eller nitrogen som fortynningsmiddel, men ikke mer enn 10 vektprosent oksygen og ikke mer enn 10 vektprosent nitrogen, og (4) resten, hvis så forekommer, fra 0 til 5 vektprosent forurensninger.

2. Ildfast metallkarbidblokk ifølge krav 1, karakterisert ved at den inneholder minst 35 pst. fritt karbon.

3. Ildfast metallkarbidbloikk ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den ved kjemisk analyse viser et minsteinnhold av 30 vektprosent metall.

4. Fremgangsmåte til fremstilling av en ildfast blokk av smeltet og støpt materiale ifølge krav 1—3, karakterisert ved at råmate-rialer som består av karbon og metallkarbiddannende forbindelser og/ellér karbider av disse, hvor nevnte forbindelser er elementært metall, legering eller oksyd av Ti, Zr, Hf, Nb, V, Ta, Cr, Mo, W eller blandinger av denne første gruppe metaller, eller blandinger av de i den nevnte første gruppe i de i en annen gruppe metaller som består av Si, Mn, Fe, Co og/eller Ni, oppvarmes i en ovri slik at en vesentlig del av råmate-rialene smelter og vil <1> forårsake en reaksjon mellom en eventuelt tilstedeværende metallkarbiddannende forbindelse og karbonet, og hvor sammensetningen av utgangsmaterialene, regulerin-gen av atmosfære i kontakt med disse samt opp-varmningstiden reguleres slik at den smeltede masse inneholder karbon og ett eller flere av de forannevnte metaller i slike mengder at støpe-produktet av sammensmeltet materiale inneholder minst 5 vektprosent fritt karbon og metallkarbider som ved kjemisk analyse viser et innhold av minst 20 vektprosent av de forannevnte metaller hvor totalmengden av metallene i første gruppe utgjør minst 10 vektprosent av støpeblok-kene, og også slik at støpeproduktet av sammensmeltet materiale ytterligere inneholder bare fra 0 til 15 vektprosent oksygen og/eller nitrogen, men ikke mer enn 10 vektprosent oksygen og ikke mer enn 10 vektprosent nitrogen, og en rest begrenset til fra 0 til 5 pst. av andre ekstraelementer eller forurensninger, hvorpå den smeltede masse helles over i en støpeform for å fremstille en støpeblokk i hvilken minst 5 vektprosent fritt karbon er tilstede som et uregelmessig nettverk som binder metallkarbidkrystallene sammen.