Korrosion feuerfester Steine durch Metalltropfenbohren

Abstract

First results of measurements of the interfacial tensions between container glass melts and the same melts saturated with different refractory materials on the one band and molten metals (tin, lead, copper, silver, and gold) on the other band are reported together with the resultant spreading forces. The drilling produced by these metals and also by aluminum at 1450 °C in four types of refractories - fusion cast alumina, chrome-alumina, and fusion-cast alumina-zirconia with 33 % Zr02 (Z33) and 41 % ZrO2 (Z41) - was determined quantitatively. The spreading forces depend chiefly on the composition of the melt saturated with refractories compared with the composition of the original glass. Because the major dissolved component for ah the refractories is AI2O3 the differences are not very significant. For approximately the same negative spreading force (alumina, chrome-alumina, and Z33 approximately equal but greater than Z41) there is increasing resistance of the refractory to drilling by metal droplets in the order alumina < chrome-alumina < Z33 < Z41. On the other hand there was no systematic effect, greater than the limits of errors, of the particular metal used; that is to say their behaviour was very similar despite very large differences in surface and interfacial tensions. The size of the metal droplets has a very important effect on corrosion behaviour. Small droplets gave a different time dependence of corrosion from large ones. Some individual differences can be attributed to secondary effects such as gas bubbles, pip formation, shape of the droplet and, possibly, electrochemical processes. In a direct current electric field there was a slight tendency for corrosion to increase when the refractory was the cathode but no decrease for the reverse polarity. On presente tout d'abord les resultats de mesure des tensions interfaciales entre une fonte de verre creux pure et une fonte saturee de differents refractaires, d'une part, et des metaux fondus (etain, plomb, cuivre, argent et or), d'autre part, ainsi que les pressions de dissemination. On evalue quantitativement cette penetration des gouttes de metal et d'alumine à 1450 °C sur quatre briques refractaires: electrofondu de corindon (SKS), chrome-corindon (CKS), electrofondus de corindon-zircone à 33 % de Zr02 (Z33) et 41 % de Zr02 (Z41). Les pressions de dissemination dependent avant tout de la composition des fontes de verre saturees de refractaires par rapport àla fönte de verre creux pure. Comme le principal constituant dissous, pour toutes les briques, est l'alumine, les differences ne sont pas tres importantes. Pour une pression de dissomination negative du meme ordre de grandeur (SKS ≈ CKS ≈ Z33 > Z41), on constate une resistance croissante du refractaire à l'attaque par les gouttes de metal dans l'ordre suivant: SKS < CKS < Z33 < Z41. En revanche, en dehors des limites d'erreur, on ne peut pas etablir d'ordre systematique dans les metaux fondus utilises, c'est-à-dire que ces fontes se comportent, malgre les tres grandes differences de tension interfaciale et superficielle, en premiere approximation de maniere inerte. La grosseur des gouttes de metal influe sur la corrosion de fagon decisive. Des petites gouttes provoquent, par rapport à des grosses gouttes, une corrosion differente au cours du temps. Quelques differences individuelles doivent etre attribuees à des effets secondaires comme les bulles d'air, la formation de tetons, la forme des gouttes de metal et peut-etre les processus electrochimiques. Avec un potentiel electrique uniforme, on ne constate qu'une tendance à l'augmentation de la corrosion lors d'une polarisation cathodique, aucune diminution de la corrosion n'intervenant lors de l'inversion de la polarisation. Es werden zunächst Ergebnisse über die Bestimmung von Grenzflächenspannungen zwischen reiner und mit verschiedenen Feuerfestmaterialien gesättigten Hohlglasschmelzen einerseits und Metallschmelzen (Zinn, Blei, Kupfer, Silber und Gold) andererseits sowie die daraus resultierenden Spreitungsdrücke mitgeteilt. Das sogenannte Metalltropfenbohren dieser Metalle und von Aluminium bei 1450 °C an vier feuerfesten Steinen - schmelzgegossener Korundstein (SKS), Chromoxid-Korundstein (CKS), schmelzgegossene Korund-Zirkonoxidsteine mit 33 % ZrO2 (Z33) bzw. 41 % ZrO2 (Z41) - wird quantitativ ermittelt. Die Spreitungsdrücke sind vor allem von der Zusammensetzung der mit den Feuerfestmaterialien gesättigten Glasschmelzen gegenüber der reinen Hohlglasschmelze abhängig. Da die gelöste Hauptkomponente bei allen Steinen AI2O3 ist, sind die Unterschiede nicht sehr signifikant. Bei größenordnungsmäßig gleichem negativen Spreitungsdruck (SKS ≈ CKS ≈ Z33 > Z41) steht man eine zunehmende Beständigkeit des Feuerfestmaterials gegen das „Metalltropfenbohren" in der Reihenfolge SKS < CKS < Z33 < Z41 fest. Dagegen ist keine außerhalb der Fehlergrenzen liegende Systematik in der Reihe der verwendeten Metallschmelzen festzustellen; d. h. die Metallschmelzen verhalten sich trotz der sehr großen Grenz- und Oberflächenspannungsunterschiede in erster Näherung inert. Die Größe der Metalltropfen beeinflußt das Korrosionsverhalten maßgeblich. Kleine Tropfen ergeben einen anderen zeitlichen Korrosionsverlauf als große Tropfen. Einige individuelle Unterschiede sind auf Sekundäreffekte, wie Gasblasen, Zapfenbildung, Form der Metalltropfen und möglicherweise elektrochemische Vorgänge, zurückzuführen. Im elektrischen Gleichspannungsfeld fand lediglich eine tendenzielle Zunahme der Korrosion bei kathodischer Polung des Feuerfestmaterials statt, keine Abnahme bei Umpolung.