Wenn Eisen geschmolzen ist, muss es wohl transportiert und zurückgehalten werden. Ich denke, der Behälter, in dem er sich befindet, muss höheren Temperaturen standhalten können, als man schmelzen möchte.

Laut dieser Website hat "Iron, Wrought" eine Schmelztemperatur von 1482 - 1593 ° C. Es gibt einige andere Metalle mit höheren Schmelzpunkten (z. B. Wolfram mit über 3400 ° C), aber alles, was mir einfällt, ist viel teurer. Aus welchem ​​Material besteht der Ofen / die "Flasche" / das "Becken" (oder wie auch immer Sie es nennen)?

(Nebenfrage: Eisen ist schon eine ganze Weile geschmolzen. Ich denke, das hat sich im Laufe der Jahre geändert. Von welchen Materialien war es vorher?)

Zusammenfassung

Tiegel sind mit feuerfesten Materialien ausgekleidet. Bei der Stahlverarbeitung wird Graphit oder eine Kombination aus Chromit und Magnesit für den direkten Kontakt mit der Schmelze verwendet. Bei der Verarbeitung von Gusseisen werden häufig technische Tone verwendet, die auch als Aluminiumoxid-Magnesiumoxid-Siliciumdioxid-Gemische bekannt sind. Graphit ist schwerer zu formen als feuerfeste Materialien vom Ton-Typ. Um als Feuerfestmaterial geeignet zu sein, muss ein Material eine Reihe von Eigenschaftsanforderungen erfüllen, um sowohl wirtschaftlich als auch sicher zu sein.

Feuerfeste Materialien

Wie Sie bemerkt haben, hat Eisen einen Schmelzpunkt am Ende von ungefähr 1.540 ° C ganz links im unten in Form von reinem Eisen. Es gibt zwei Kategorien von Materialien mit höheren Schmelzpunkten, aber nur wenige dieser Materialien sind sowohl wirtschaftlich als auch sicher. Im Allgemeinen werden Materialien mit einem Schmelzpunkt, der hoch genug ist, um den Schmelzpunkten kommerziell verwendeter Metalle wie Eisen, Kupfer und Aluminium zu widerstehen, als feuerfeste Materialien bezeichnet .$\textrm{Fe-C}$

Quelle: ispatguru.com

Feuerfeste Metalle (nicht nützlich für Gießereien)

Die erste Kategorie von Materialien mit hohem Schmelzpunkt, von denen Sie ein Material notiert haben, werden hochschmelzende Metalle genannt . Es ist zu beachten, dass diese in der Gießereiindustrie im Allgemeinen nicht als feuerfeste Materialien oder feuerfeste Materialien bezeichnet werden. Sie bestehen aus Niob, Molybdän, Wolfram, Tantal und Rhenium (Nb, Mo, W, Ta, Re) und haben Schmelzpunkte im Bereich von etwa 2.500 ° C bis 3.500 ° C. Während die Schmelzpunkte hoch genug sind und sie eine ausreichende Festigkeit als Strukturmaterialien und eine gewisse Schlagzähigkeit aufweisen, gibt es eine Reihe von Faktoren, die ihre Verwendung einschränken.

• Hohe Reaktivität mit Sauerstoff
• Hohe Reaktivität mit anderen Metallen
• Hohe Kosten pro Gewicht
• Hohe Dichte
• Hohe Wärmekapazität
• Hohe Wärmeleitung
• Schwierig zu formen (erfordert entweder sorgfältig kontrolliertes Schmelzen im Vakuum oder Pulvermetallurgie )

Feuerfeste Keramik (nützlich für Gießereien)

Die zweite Kategorie von feuerfesten Materialien basiert auf einer Vielzahl von Keramiken und wird feuerfeste Keramik oder allgemeiner nur feuerfeste Materialien genannt . Es ist jedoch nicht jede Keramik geeignet. Idealerweise hätte die Keramik eine extrem hohe atomare Bindungsstärke oder eine höhere Affinität für Sauerstoff als das zu schmelzende Metall. Diese würden das Material in Bezug auf das geschmolzene Metall relativ inert machen. Eine solche Keramik muss auch leicht formbar sein, eine geringe Wärmekapazität und Wärmeleitung aufweisen und sollte vernünftigerweise kostengünstig sein.

Graphit ist eine vernünftige Wahl für den direkten Kontakt mit Stahl und Aluminium, da die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungsfestigkeit sehr hoch ist und eine ausreichend hohe Schmelztemperatur aufweist, die höher ist als die Zersetzungstemperatur in der Atmosphäre. Die Herstellung von Graphit ist etwas teurer als die von Alternativen, obwohl die Tiegel tendenziell länger halten. Graphittiegel haben eine hohe Festigkeit, jedoch wie bei allen Keramiken eine geringe Schlagzähigkeit. Es hat eine geringe Dichte und eine geringere Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit als die hochschmelzenden Metalle. Magnesit und Chromit sind ebenfalls übliche feuerfeste .( FeCr 2 O 4 $\left(\textrm{MgCO}_3\right)$$\left(\textrm{FeCr}_2\textrm{O}_4\right)$

Andere Auswahlmöglichkeiten sind die Systeme unterhalb der im folgenden Ellingham-Diagramm.$\textrm{Fe} + \textrm{O}_2 \rightleftharpoons \textrm{FeO}_2$

• Chromoxid kann für einige Materialien verwendet werden, weist jedoch eine hohe Dichte und eine hohe Wärmekapazität sowie etwas höhere Kosten auf.$\left(\textrm{Cr}_2\textrm{O}_3\right)$

• Kieselsäure ist für Metalle und Legierungen mit niedrigeren Schmelztemperaturen geeignet, hat jedoch eine geringe Temperaturwechselbeständigkeit. Reine Kieselsäure (Quarzglas) weist eine viel höhere Temperaturwechselbeständigkeit auf, ist jedoch sehr teuer und schwer zu formen. Es wird in Teleskopspiegeln verwendet.$\left(\textrm{SiO}_2\right)$

• Aluminiumoxid und Magnesiumoxid werden üblicherweise in Gusseisenanwendungen verwendet, bei denen Graphit für niedriglegierten Stahl bevorzugt wird. Technisch hergestellte Tone, die effektiv spezifische Gemische aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und Siliciumdioxid sind, werden auch häufig für großtechnische Gusseisenanwendungen verwendet, da sie sehr kostengünstig sind und bei Anwendungen von 100 Tonnen und mehr vor Ort sehr einfach zu formen sind. Darüber hinaus hat Gusseisen einen niedrigeren Schmelzpunkt als Stahl (siehe die vertikale Linie bei etwa 4,3% Kohlenstoff im und folgt ihr bis in den Flüssigkeitsbereich) und damit etwas weniger strenge Anforderungen an die Feuerfestbeständigkeit und Reaktivität. ( MgO ) $\left(\textrm{Al}_2\textrm{O}3\right)$$\left(\textrm{MgO}\right)$$\textrm{Fe-C}$

• Im Allgemeinen wird Kalk nicht für Strukturmaterialien verwendet, da er zu spröde ist und dazu neigt, sich schnell zu . Es wird jedoch manchmal als Bindemitteladditiv verwendet, aber die Industrie geht davon weg, da Kalzium andere feuerfeste Materialien angreift, was die Haltbarkeit verringert. Siehe das Ellingham-Diagramm unten: Der Kalk ist im Diagramm am niedrigsten.$\left(\textrm{CaO}\right)$

• Titania und Manganoxid sind im Allgemeinen nicht verwendet, obwohl ich weiß nicht , warum; wahrscheinlich eine Kombination aus Wärmekapazität und mechanischen Eigenschaften.( MnO ) $\left(\textrm{TiO}2\right)$$\left(\textrm{MnO})\right)$

Ellingham-Diagramm (Auswahl stabiler Feuerfestmaterialien)

Die Art, ein Ellingham-Diagramm für unsere Zwecke zu lesen, besteht darin, dass das Aufwärtsbewegen im Diagramm eine abnehmende Affinität für Sauerstoff bedeutet, während das Abwärtsbewegen eine zunehmende Affinität bedeutet. Die diagonalen Linien mit chemischen Gleichungen geben die freie Standardenergie dieser Reaktion (vertikale Achse) bei der gegebenen Temperatur (horizontale Achse) an. Wenn bei einer gegebenen Temperatur eine Reaktionslinie über der anderen liegt, verläuft die höhere Reaktion zu reinem Metall plus Sauerstoff (chemische Reduktion), während die niedrigere Reaktion zu Metalloxid (chemische Oxidation) verläuft. Daher sind feuerfeste Materialien mit einer höheren Affinität für Sauerstoff als das geschmolzene Metall während des Schmelzens chemisch stabil. Es ist zu beachten, dass zusätzliche Diagramme für nichtoxidische Materialien vorhanden sind oder erstellt werden können, die auf thermodynamischen Prinzipien und einigen Experimenten beruhen und im Internet nur schwer zugänglich sind.

Quelle: Cambridge Ellingham Diagram Tutorial

Geschmolzene Eisenmetalle werden häufig in Stahlpfannen mit feuerfester Auskleidung gehandhabt.

Erst seit den 1860er Jahren wurden andere Eisenmetalle als Gusseisen (das einen deutlich niedrigeren Schmelzpunkt als Stahl aufweist) in geschmolzenem Zustand in beliebiger Menge gehandhabt. Zuvor umfasste die Stahlerzeugung im Allgemeinen die Aufkohlung von Eisen oder die Entkohlung von Gusseisen in einem Ofen, und Schmiedeeisen ist kein gießbares Material.

In der Vergangenheit wurde Schmiedeeisen in Blühöfen hergestellt. Hierbei handelt es sich im Wesentlichen um Stapel von Eisenerz und Holzkohle, die außen mit einer Lehmschicht versiegelt sind, die über einen langen Zeitraum mit Luftzug durch ein Loch in Bodennähe verbrannt werden können. Bei diesem Verfahren entsteht eine schwammige Masse aus metallischem Eisen, die mit Silikatschlacke gemischt wird. Die Masse wurde wiederholt in heißem Zustand (aber nicht geschmolzen) geschlagen, um die Porosität zu beseitigen und einen annähernd homogenen Barren zu erzeugen, wenn auch mit feinen Schichten aus Silikaschlacke - dies ist "Schmiedeeisen". Die laminare Struktur trägt wesentlich zu den mechanischen Eigenschaften von Schmiedeeisen bei.

Spätere industrielle Prozesse wie das Pfützen von entkohltem Gusseisen durch Rühren mit langen Eisenstäben auf einem Sandbett mit indirekter Hitze in einem Nachhallofen. Bloomery-Öfen können die Eisenoxide im Erz reduzieren, um Metall zu produzieren, sind jedoch nicht heiß genug, um es in loser Schüttung zu schmelzen.

Gusseisen wird in einem 'Kupolofen' hergestellt, der historisch aus Ziegeln gebaut wurde, obwohl moderne Stahl mit einer feuerfesten Auskleidung sind. Aufladungen von Eisenerz und Holzkohle (oder Koks) werden in die Oberseite des Stapels eingespeist, und geschmolzenes Metall sammelt sich in einem Schacht am Boden, wo es durch Stanzen durch einen Tonpfropfen "abgezapft" werden kann. Beim Eisenschmelzen (aus Erz) werden diese Öfen normalerweise direkt in Sandbarrenformen gezapft, aus denen Roheisen hergestellt wird, das entweder zu Gusseisenkomponenten umgeschmolzen oder zu Schmiedeeisen oder Stahl weiterverarbeitet wird.

Kupolöfen bringen viel Kohlenstoff in das Eisen ein (etwa 5%), wodurch der Schmelzpunkt auf eine Temperatur gesenkt wird, bei der es praktisch ist, Gusseisen zu gießen. Daher kann Gusseisen mit Druckluft (im Gegensatz zu reinem Sauerstoff) und bei Temperaturen hergestellt werden im Rahmen von einfachen feuerfesten Materialien wie Schamott, die nicht sehr mechanisch fest sind, werden sie normalerweise als Auskleidung für den tatsächlichen Aufbau des Ofens / der Pfannen verwendet.

Mit nicht ausgekleideten Stahlpfannen für Gusseisen könnte man fast davonkommen, aber die Auskleidung verlängert ihre Lebensdauer erheblich und verringert den Wärmeverlust des Metalls zwischen dem Ofen und den Formen.

Die Öfen, die sowohl zum Schmelzen von Eisenerz zu Roheisen als auch zum Umschmelzen von Eisen verwendet werden, sind im wesentlichen ähnlich.

Wie Brian Drummond feststellte, wird das "Becken" Tiegel genannt :

Ein Tiegel ist ein Behälter, der sehr hohen Temperaturen standhält und für die Metall-, Glas- und Pigmentherstellung sowie für eine Reihe moderner Laborprozesse verwendet wird. Während Tiegel in der Vergangenheit normalerweise aus Ton hergestellt wurden, können sie aus jedem Material hergestellt werden, das Temperaturen standhält, die hoch genug sind, um zu schmelzen oder den Inhalt auf andere Weise zu verändern.

Eine ausführliche Antwort auf die Frage finden Sie im verlinkten Wikipedia-Artikel. Die kurzen Antworten sind:

• Eisenzeit: Ton
• Mittelalter: Einführung eines neuen Vergütungsmaterials für die Keramiktiegel ( Mullit )
• Nachmittelalter: Graphit

Andere recycelte Materialien wie Walzenzunder können auch in feuerfesten Materialien verwendet werden.

Feuerfeste Materialien

Feuerfestes Material wird hergestellt, indem Dolomit zerkleinert und mit einer Flussmittelsuspensionsflüssigkeit oder -farbe gemischt wird. Walzenzunder kann als Flussmittel verwendet werden, das mit dem flüssigen Bindemittel kombiniert und letztendlich zur Herstellung des feuerfesten Materials verwendet wird. https://en.wikipedia.org/wiki/Mill_scale