DE2231315A1 - Feuerfester koerper und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents
Feuerfester koerper und verfahren zur herstellung desselbenInfo
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Description
•ATENTANWXLTE
WpUn9. WERNER COHAUSZ-OpL-In0. WILHELM FLORACK . Dipl.-!«* RUDOLF KNAUF
' 4 DOsMUwf, Sdiumofliutrae« 97 2231315
The Carborundum Company
1625 Buffalo Avenue
ITiagara Falls, ITew York, USA 26. Juni 1972
Feuerfester Körper und Verfahren zur Herstellung desselben
Die Brfindung betrifft einen feuerfesten Körper,und ein Verfahr ai zur
Herstellung desselben, insbesondere Gegenstände, die im wesentlichen aus einem oxidischen Material ait siliziumhaltigen Bindemitteln bestehen,
sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Gegenstände, insbesondere jene aus feuerfesten Zusammensetzungen.
Die Verwendung von oxidischen Materialien für feuerfeete Körper ist
bekannt. Der Überfluß und die Billigkeit dieser Materialien in Verbindung mit ihren hohen Schmelzpunkten und chemischen Stabilitäten bei
hohen Temperaturen haben in deren verbreiteter Verwendung in den verschiedensten
Formen und Anwendungen in Wissenschaft und Industrie geführt. Zusammensetzungen, die solche oxidischen Materialien enthalten,
wie Aluminiumoxyd, Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid und Chromoxid sowie
verwandte Minerale wie Spinell, Mullit, Forster^t, üordierit usw. haben
sich als eminent ggeeignet für Auskleidungen und Isolierungen von Hochtemperaturöfen
sowie für Spezialformen erwiesen, die in oder um öfen
oder entsprechende Hoohtemperaturanwendungsfälle gebraucht werden.
Während ein feuerfester Körper hohen Temperaturen widerstehen miv3, muß
er auch die Fähigkeit haben, plötzlichen Änderungen in der Temperatur
au widerstehen, ohne zu platzen oder sich zu verziehen. Sr muß ferner
die erforderliche mechanische Festigkeit haben, um seine Verwendung in
den erforderlichen feuerfesten Konstruktionen zu ermöglichen. Viele
feuerfeste Substanzen sind schon im Bestreben entwickelt worden, dieae
Anforderungen zu erfüllen. In vielen Fällen jedoch hab der entstehende
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Ur:; ι .„ί.ί-.;:.'<
ä .V--
feuerfeste Körper zwar überlegende Eigenschaften in mancher Hinsicht,
jedoch Nachteile in anderer Einsicht. Deswegen besteht ein ständiger
Bedarf an einem verbesserten feuerfesten Körper in neuer Zusammensetzung!
deren den Anforderungen spezieller Art gerecht wird, bei denen
eine Kombination von Eigenschaften erforderlich sind, "die in bekannten
feuerfesten Körpern nicht vorhanden sind. Die Erfindung sieht feuerfeste Körper oder Formlinge vor, die destinktive Zusammensetzungen haben,und
dieee können mit Hilfe praktischer Verfahren hergestellt werden.
Bei richtiger Behandlung sind die Körper gekennzeichnet durch
eine hohe Dichte, eine hohe Festigkeitsstabilität bei hohen Temperaturen
und Stabilität in Gegenwart von geschmolzenem Glas, metallurgischer
Schlacke, Alkalidämpfe und korrodierenden Oasen.
Die Erfindung sieht feuerfeste Körper vor, die gekennzeichnet sind
durch feuerfeste oxidische Materialien aus der Gruppe, die aus Aluminiumqxyd,
Magnetsium-oxid, Zirkoniumoxid, Siliziumoxid, Chromoxid,
Mulklit, Spinell, Porsterit und Gemischen davon besteht, wobei kleine
Mengen fein zerteiltes Siliziummetall ale ein Bindemittel zugesetzt
sind. Das Gemisch kann in Gegenstände mit Hilfe eines der bekannten Formgebungsverfahren geformt werden, beispielsweise eine mechanische
Verdichtung oder ein mechanisches Pressen, und dann kann oin Brennen
in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur und für eine
Zeitdauer erfolgen, die ausreichen, ua das Siliziummetall in eine siliciumhaltig· Bindung umzuwandeln, so daß eine hohe Dichte und Festigkeit
für den entstehenden feuerfesten Körper bewirkt wird..
Sie feuerfesten lörper geaES der Erfindung közuaen aus Gemischen feuerfester
Oxide bestehen, beispielsweise Aluainiunoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid, Chormoxid oder Siliziiraoxid, allein oder in Gemischen,
sowie feuerfesten oxidiachen Materialien wie Mnllit, Spinell und Foreterit.
Die feuerfeste Zusammensetzung kann zwischen 85 und 95 Gev.-yfc
feuerfesten Aggregate oder Korns aufweisen, wobei der Best aus 1 Mb
15 G#v.~$ Siliziamoxid besteht, daß verschmolzen sein kann, oder aus
Flint, BuacEUiien mit kleinen Mengen Tonpleatifizierungsmitteln, calciniertera
Aluainiuaoxidj feuerfesten feinteilen, zeitw4*eilig wirkenden
Bindemitteln und I$±i\ zerteiltem Ciliaiummetall, Oxide von Metallen
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wie Bor, natrium, !Magnesium, Calcium,- Titan, Vanadium/ Chrom, Eisen,
ITickel und Zirkonium können ebenfalls alc Verunreinigungen in Konzentrationen
von weniger als etwa 1 Gew.-/·!· vorhanden sein. Das f-iliziummetall
unterstützt das Erreichen einer hohen Dichte in diesen feuerfesten Körpern durch den Vorgang der Oxidation während des Brennens
und der anschließenden Reaktion mit anderen Oxiden, um eine feuerfeste
siliziumhaltige Bäindung in situ zu bilden. Diese Bindung ist
besondere hartnäckig, wenn die Oxidation des ciliziums vonstattengeht,
nachdem es sich verschweißt oder bevor es schmilzt und in die feuerfesten Oxidpartikel diffundiert. Das Siliziummetall wird auf mindestens
200 mesh gemahlen, kann jedoch als Korn mit 600 mesh und feiner angeliefert werden. Der Gehalt an Siliziummetall, das der feuerfesten Mischung
zugesetzt wird, kann zwischen etwa 0,5 und 5 Gew.-/j variieren.
Wasser kann gegebenenfalls zugesetzt werden, und das Gemisch kann in die gewünschte Form gebracht werden, indem mit einea der bekannten
Formgebungsverfahren gearbeitet wird, beispielsweise einem mechanischen Verdichten oder Pressen. Der Formling wird dann getrocknet und gebrannt.
Während des Brennens ist es erforderlich, den feuerfesten Körper einer neutralen oder oxidierenden Atmosphäre bei Temperaturen von 1200 C und
darüber auszusetzen, um ein vollständiges Binden zu entwickeln. Während des Brennens bildet sich etwa 1 bis 6 Gew.-^ Silizium im Körper
durch die Oxidation des Siliziumbindemetalls.
Während in der vorstehenden beschreibung bestimmte breite Bereichs für
die Materialzusammensetaungen und die Behandlungsbedingungen angibt,
versteht es sich, daß engere Bereiche in den Haterlalzusammensetsungen
und in den Reaktionsbedingungen ein zufriedenstellendes Produkt mit überlegenen Eigenschaften ergeben können. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist ein Gemisch vorgesehen, beetehena aus
Bl) bis 55 Gev.-ys flachen, verschmolzenen oder calcinierben Aluminiuaiozids,
1 Gew.-'^ Siliziunmetall in einer Reinheit von 600 mesh, C bie
4 Gew.-Jo Ton und 0 bis ρ Gew.-'Λ i'lintsiliziumoxid, und es vird gsiormt,
getrocknet unu bei 1L00 bis 1200 C in einer oxidierender. Atmosphäre
mindestens eine otunae lan& gebrannt, und daran schlieft sich ein abschließendes
Brennen bei einer Temperatur von mehr als 14250C an. Die
— / —
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BAD ORfQFNAt
entstehenden feuerfesten Gegenstände haben eine herausragende Festigkeit
und Korrosionsbeständigkeit gegenüber Schlacke und Metall bei hohen
Temperaturen. Drei dieser Zusammensetzungen sind in Tabelle I angegeben.
Die Materialien wurden sunächst gründlich gemischt und mit Vasser getempert, um ein Gemisch mit einer geeigneten KonsMenz zur
Formgebung zu bilden. Nach dem Porgeben in geeigneten Formen wurden die entstehenden Formlinge getrocknet und bei 1200 bis 1260°C gebrannt,
und zwar eine Stande lang, voran sich ein abschließendes Brennen bei einer Temperatur über 14250C anschloß. Sie mechanischen Eigenschaften
der Gegenstände nach dem Brennen sind im unteren Teil der Tabelle angegeben.
Tabelle I | Zusammensetzungen | A | B | £ |
Flach-AluminiUBOxid | Gew.-9b | Gew. -4, | Gew.-ji | |
Caloiniertes Aluminiumoxid (-325mesh) | 85 | 90 | 90 | |
Topfer-Flintsiliziumoxid | 5 | 5 | 5 | |
Xaolinton | 5 | 4 | 3 | |
Siliziummetall (600 mesh) | 4 | - | - | |
Gebrannte Schüttdichte (g/cnr) | 1 | 1 | 2 | |
Scheinporosität (56) | 38,00 | 2,97 | 3,02 | |
Bruchzahl (psi) | 12,0 | 14,7 | 10,1 | |
(Druckdehnung) | ||||
Haumteaperatür | ||||
1200°C | 2200-2800 | 0428 | 5079 | |
130O0C | 52OO | - | - | |
336O | 4700 | 3825 | ||
14000C
23OO
In einer zweiten leetreihe wurden die Effekte eines unterschiedlichen
Siliziumgehalts ausgewertet. In Tabelle II sind die Ergebnisse von vier
ΤβεΐΒ mit Gemischen gezeigt, in denen der Siliziumgehalt geändert wurde,
während lie anderen Bentandteile im wesentlichen beibehalten wurden. Di·
Torgänge des Miechens, Formgebens und Brennens der Gemische waren die
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gleichen, wie sie für jene beschrieben worden 3ind, die in !Tabelle I
angegeben sind. Die mechanischen Eigenschaften der zweiten Reihe gebrannter
Gegenstände ind unten in Tabelle II angegeben.
Tabelliell
• | D | I | F | G |
Zusammensetzungen | Gew.-;i | Gew. -φ | Gew.-% | Gew.-5ii |
Flachaluminiumoxid | 85 | 85 | 85 | 85 |
Galciniertes Aluminium | ||||
oxid {-325 mesh) | VJl | VJl | 5 | 5 |
TopferFlintsiliziumoxid | VJl | 5 | 5 | VJl |
Kaolinton | 4 | 4 | '4 | 4 |
Siliziummetall (6OO mesh) | - | 0,5 | 1,0 | 1,5 |
Gebrannte Schüttdichte (g/om5) 2,94 2,96 2,98 2,92
Scheinporesität ($) 16,9 15,2 15,0 17,1
Bruchzahl (psi)
(Druckdehnung) 2050 2550 27OO 2150
Obgleich gute feuerfeste Gegenstände mit Siliziummetallzusätzen bis zu
etwa J Gew.-# hergestellt worden sind, beträgt der optimale Zusatz zwischen
0,5 und 1 Pxosent. Dieser Anteil an Silizium gibt feuerfeste !!!eile
mit einer Qualitäteverteilung von Hochaluminiumoxid-Ziegelmehl in einer
Grundsubstanz aus feuerfestem Glas und ultrafeinen Kullitkristallen. Sine
oxidierende Atmosphäre während des. Brennens ist erforderlich, da das Siliziumoxidiert
und sich dann mit anderen Oxiden kombiniert, die vorhanden sind, um Glas und ein mikrokristallines Silicatnetzbindewerk in dem
entstehenden feuerfesten Gegenstand zu bilden. Das bindende Netzwerk kann mehr als etwa 15 Gew.-j£ des abschließend gebrannten !Teils ausmachen»
Die Herstellung von Formungen ist so beschrieben worden, daß der Gegenstand
in der genauen Form geformt und gebrannt wird, in der er verwendet
werden soll, beispielsweise in der Form eines feuerfesten Steins oder
eines entsprechenden feuerfesten Formlinge. Eine andere Art der Herstellung und der Verwendung der feuerfesten Körper gemäß" der Erfindung be-
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steht darin, rohe Chargen grünen Materials in Briketts oder andere Ponnlinge
zu formen und ein Brennen anzuschließen, wie das vorstehend beschrieben
worden ist. !lach dem Brennen können die Körper in Granulatform
zuerkleinert werden, um als Hochtemperaturisolierungsmaterial verwendet
zu werden. Das Granulat kann auch als lockeares Filtermaterial oder als
Katalysator oder Katalysatorträger verwendet werden. Bas Granulatmaterial
kann auch mittels gesinterter Metalle, glassiger oder keramischer
Bindungen oder anderer Bindemittel gebunden werden, um Gegenstände zu bilden, die eich für viele industrielle Verwendungszwecke eignen.
Pat entanaprttohe
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* .1 . il
Claims (12)
1. Feuerfester Körper, gekennzeichnet durch oxidisches Material aue
der Gruppe, die aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid, Siliziumoxid, Chromoxid, Mullit, Spinell und Forsterit sowie Gemischen
daraus besteht, und fein »erteiltes Siliziummetall als ein Bindemittel but Bildung einer oxidisehen ailiziumhaltigen Biindung, wobei der Anteil
der Biindung veniger als etwa 15 Gew.-^ des feuerfesten Körpers
ausmacht.
2. Körper nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch 85 bis 95 Gew.-$>
Aluminiumoxid, 0 bis 4 Gew.-& Ton, 1 bis 15 Gew.-fi Silizium und weniger
als etwa 1 Gew.-Jb oxidischer Verunreinigungen, wobei etwa 1 bis 6 Gew.-
0Ja des Siliziums durch die Oxidation des Siliziummetall-Bindemittels
gebildet ist.
3· Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel
nicht mehr als etwa 3 Gew.-^ fein zerteilten Siliziummetalls ausmacht,
wobei das Metall eine Partikelgröße von nicht mehr als 200 mesh hat.
4* Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste
oxidische Material aus verschmolzenem und flachem Aluminiumoxid besteht.
5. Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste
oxidische Material Aluminiumoxid «ist und ein Bindemittel etwa 0,5 bis
1 Gew.-^ fein zerteilten Siliziummetalls ist, wobei das Metall eine Partikelgröße
Ton nicht mehrals 200 mesh hat.
6. Körper nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Siliziummetall
eine Partikelgröße von 600 mesh und feiner hat.
7· Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten Körpers, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Formling in der gewünschten Forin auö einem Gemisch
hergestellt wird, das aus oxidischea Material aus der Gruppe, die aus
AluiainiurnoxicL, Haguesiueoxid, Zirkoniumoxid, Siliziumoxid, Chromoxid,
¥a/Ti 209884/1205 " ?" "
• m · » * Γ
IIullit, Spinell und Forsterit und Gemischen daraus "besteht, und. aus
fein zerteiltem Siliaixuametall ala Bindemittel bestehtt wobei das Gemisch
in einer oxidierenden Atmosphäre zur Bildung einec oxidischen
siliziumhaltigen gebundenen Körpers gebrannt wird, wobei der Anteil
der Bindung weniger ale etwa 15 Gew.-/; des feuerfesten Körpers ausmacht
»
8. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeicfciet, daß der Körper
aus einen Gemisch hergestellt wird, dan aus 85 bis ^5 Gew.-$ Aluminiumoxid,
0 bis 4 Gew. ,-Jb Ton, 1 bis 15 Gew.-Ji Siliziumoxid \ind weniger als
etwa 1 Gew.-^ oxidischer Verunreinigungen besteht, wobei etwa 1 bis 6
Gew.-% den Silisiumoxids durch die Oxidation des oilialumnetall-Bindemittels
gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Bindematerial
CiUE nicht mehr als etwa 5 Gew.-^ SiliElunaaetall besteht, wobei
das Metall eine Partikelgröße von nicht mehr als 200 mesh hat.
10· Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß dae feuerfeste
oxidische Material aus verschmolzenem und tabularea Aluminiumoxid
gebildet wird.
11. Verfahren nach Anspruch "J, dadurch gekennzeichnet, daß der Formling
im Bereich von 120C Mb *34i©1760oC gebrannt wird.
12. Verfahren nach Ansprach /, dadurch gekennzeichnet» daß das oxidische
Material aua Aluminiumoxid beetkeht und das Bindemittel aus etvra 0,5
biß 1 Gew.-^ fein zerteilten Silizitunoxids beethiit, wobei dan lie tall
eine PartikelgxöSe von nicht mehr ale 200 mesh hat, wobei öle geformten ■
Materialien im Bereich von 1200 bis 176oG2 gebrannt werden.
Vj* Verfalireri nach Anspruch Yl, c.ad.ur.'-]i gekennzeichnet, daß das Eiliziuca
uetall eine Partikclgröße von 600 noch und feiner.' hs.t.
14· Verführen nach Anspruch 12t dadurch jrekennzeichnet, dsuj der Gegenstand
bei 1200 bie 17000O irj.ndeBOena eine Stunde lang' gebrannt wird und
»ich ein «bβ-3hlißsn-ies
Z 5 8 8 CU / 1 2 8
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