DE2739767B2 - Feuerfestes material auf der basis aluminiumoxid und verdampftes siliciumdioxid - Google Patents
Feuerfestes material auf der basis aluminiumoxid und verdampftes siliciumdioxidInfo
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Description
(1) einer Aufschlämmung von verdampftem Siliciumdioxid, enthaltend
a) verdampftes Siliciumdioxid,
b) Säure,
c) Wasser sowie
d) Dispergiermittel und
(2) einer feuerfesten Masse, enthaltend
a) einen feuerfesten aiuminiumoxidhaltigen Zuschlagstoff einer relativ großen Teilchengröße,
b) calciniertes Aluminiumoxid einer relativ kleinen Teilchengröße.
c) Graphit und
d) ein Bindemittelmaterial.
2. Feuerfestes Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung von verdampftem Siliciumdioxid enthält
a) 60.0 bis 90,0 Gew.-% Wasser,
b) 10,0 bis 40,0 Gew.-% verdampftes Siliciumdioxid,
c) 0,1 bis 2,0 Gew.-% konzentrierte Säure und
d) 0,05 bis l,5Gew.-% Dispergiermittel,
und daß das Gesamtgemisch enthält
a) 15 bis 60 Gew.-% feuerfesten aiuminiumoxidhaltigen Zuschlagstoff einer relativ großen
Teilchengröße,
b) 6 bis 45 Gew.-% calciniertes Aluminiumoxid einer relativ kleinen Teilchengröße,
c) 5 bis 20 Gew.-% Graphit,
d) 1 bis 35 Gew.-% eines Naßfestigkeits-Bindemittelmaterials,
e) 2 bis 20 Gew.-% der Aufschlämmung von verdampftem Siliciumdioxid und
0 0 bis 5 Gew.-% Wasser.
3. Feuerfestes Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch zusätzlich 5 bis 30
Gew.-% Siliciumcarbid enthält.
4. Feuerfestes Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittelmaterial einen
Bindeton enthält.
5. Feuerfestes Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der feuerfeste aluminiumoxidhaltige Zuschlagstoff zerkleinertes aufgeschmolzenes Aluminiumoxid enthält.
6. Feuerfestes Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der feuerfeste aluminiumoxidhaltigc Zuschlagstoff tafelförmiges Aluminiumoxid
enthält.
7. Feuerfestes Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der feuerfeste aluminiumoxidhaltige Zuschlagstoff calciniertes Kaolin enthält.
8. Feuerfestes Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrierte Säure aus
Salzsäure oder Phosphorsäure besteht.
9. Feuerfestes Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrierte Säure aus
Salzsäure besteht.
10. Feuerfestes Material nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die konzentrierte Säure aus Salzsäure von 20° Be besteht
11. Feuerfestes Material nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Naßfestigkeits-Bindemittel ein Tonbindemittel enthält
12 Feuerfestes Material nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich 3 bis 15
Gew.-% Asphaltit-Bindemittel enthält
feuerfestes Material zur Verwendung in feuerfesten Blockkonstruktionen, auf der Basis Aluminiumoxid und
verdampftes Siliciumdioxid.
Es ist bekannt, daß ein verdampftes Siliciumdioxid-Bindemittel zu verbesserten Eigenschaften führt bei
Verwendung in feuerfesten Aluminiumoxidgemischen. Bei den Eigenschaften, die durch Einverleiben geeigneter Mengen von verdampftem Siliciumdioxid verbessert
werden, handelt es sich z. B. um den Bruchmodul, die scheinbare Porosität, die lineare Änderung, die VoIu
menänderung und das Absplittern und Aufspalten.
Verdampftes Siliciumdioxid, das auch als abgerauchtes Siliciumdioxid bezeichnet wird, ist ein amorphes
Siliciumdioxid, das aus einer Dampfphase abgeschieden wurde. Ein typisches Siliciumdioxid dieses Typs fällt bei
der Reduktion von Siliciumdioxid unter Bildung von Siliciumlegierungen, z. B. Ferrosilicium, an. Ein ähnlicher Siliciumdioxiddampf kann auch erzeugt werden
durch Reduktion von Quarz mit Kohlenstoff oder einem anderen geeigneten Reduktionsmittel, Behandlung des
dampfförmigen Reduktionsprodukts mit einem sauerstoffiiefernden Gas, und Kondensation des Siliciumdioxids in fein verteilter Form. Eine Analyse eines
derartigen Siliciumdioxids ergibt mindestens 90% SiO2 und in der Regel etwa 95%, wobei zwischen 2 und 3%
der Gesamtmenge FeO, MgO und AI2O3 ausmachen.
Feuerfeste Materialien dieses Typs werden hergestellt durch Vermählen, Sichten und Vermischen des
gewünschten Aluminiumoxidmaterials unter Erzeugung des gewünschten Aluminiumoxidgehalts, wobei der Rest
praktisch aus den anderen natürlich vorkommenden Komponenten des verwendeten Aluminiumoxiderzes
besteht. Die genaue Siebsichtung, die angewandt wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab, z. B. vom
verwendeten Rohmaterial und dem Verwendungs
zweck, dem das feuerfeste Material zugeführt wird,
doch liegt dieses Vorgehen im Können des auf dem Gebiete der fewerfesten Materialien arbeitenden Fachmanns. Üblicherweise wird sodann in die Charge das
verdampfte Siliciumdioxid in einer Menge von minde
stensetwa 1 und bis zu etwa 10Gew.-%, bezogen auf die
Charge, eingemischt. Dieses verdampfte Siliciumdioxid wird in trockener Form zugegeben. Ein temporäres
Bindemittel, von denen eine große Zahl bei der Herstellung von feuerfesten Materialien bekannt und
mi gebräuchlich sind, wird sodann zu der Charge
zugegeben und die Charge wird mit Wasser getempert unter Erzeugung der erwünschten Konsistenz. Wegen
weiterer Einzelheiten der Verwendung von verdampftem Siliciumdioxid in feuerfesten Aluminiumoxidmate-
rialien sei verwiesen auf die US-PS 30 67 050 und 36 52 307. Feuerfeste Materialien dieses Typs sind zur
Herstellung von Ziegeln verwendbar oder sie können als Verfestigungs- oder Einspritzmaterialien dienen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein feuerfestes Material der eingangs genannten Art zu schaffen, das verbesserte
Binde- und Feuerfesteigenschaften aufweist
Diese Aufgabe wird entsprechend dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Verwendung einer wäßrigen angesäuerten Aufschlemmung von verdampftem Siliziumdioxyd mit
einem Dispergiermittel wird eine starke Anreicherung an Feststoffen in der Aufschlämmung ermöglicht, wobei
sich infolge des Dispergiermittels die Teilchen gegenseitig abstoßen und dadurch beweglich bleiben, wodurch
die Menge an benötigtem Siliziumdioxyd besonders effektiv infolge von nicht vorhandenen Agglomerationen an der späteren Festzustandsreaktion teilnimmt, so
daß die Menge an verwendetem Siliziumdioxyd realtiv gering gehalten werden, zumal dieses weniger feuerfest
als etwa Aluminiumoxyd ist, so daß die Feuerfesteigenschaften des Materials verbessert werden. Durch die
Ansäuerung wird die Bindemittelwirkung des Siliziirmdioxyds noch erJöht, da sich hierdurch Kieselsäure
bildet
Die vorliegende Erfindung betrifft feuerfeste Aluminiumoxidmaterialien, die zu klassifizieren sind als solche
mit hohem Aluminiumoxidgehalt Als solche werden in der Regel feuerfeste Materialien angesehen, die etwa 50
bis 99% Al2O3 enthalten.
Die Erfindung soll zwar anhand derartiger aluminiumoxidreicher feuerfester Materialien erläutert werden,
doch ist sie selbstverständlich darauf nicht beschränkt und sie betrifft alle feuerfesten Materialien, die
verdampftes Siliciumdioxid als Bindemittel enthalten
können.
Verdampftes Siliciumdioxid ist, wie bereits erwähnt,
ein amorphes Siliciumdioxid, das: aus e'ner Dampfphase
abgeschieden wurde. Die Partikel siiid praktisch alle
feiner als 0,3 Mikron und besitzen in der Regel ein Teilchengrööenbereich von 0,3 bis 0,03 Mikron.
Das verdampfte Siliciumdioxid wird in Form einer angesäuerten Aufschlämmung erzeugt vor dem Vermischen mit den feuerfesten Partikeln und anderen
Komponenten. Die Aufschlämmung wird hergestellt durch Vermischen des verdampften Siliciumdioxids mit
Wasser, einer Säure und einem Dispergiermittel. Die folgende Tabelle gibt die bevorzugte Zusammensetzung
und das Bereich zulässiger Mengen für die Aufschlämmung wieder:
Bevor- Bereich
zugt
Gew.-% Oew.-%
Wasser 76,3 60,0 -90,0
Diese Aufschlämmung unterscheidet sich von einer kolloidalen Siliciumdioxidsuspension insofern, als die
Siliciumdioxidpartikel etwa lOmal so groß sind. Eine
kolloidale Suspension ist sehr viel teurer in der Herstellung, da dabei von einer Natriumsilicatlösung
ausgegangen wird und lonenaustauschprozeduren zur Anwendung gelangen. Das verdampfte Siliciumdioxid
ist eine billige Siliciumdioxidquelle. Die Verwendung der angesäuerten wäßrigen Aufschlämmung an Stelle
des trockenen Vermischens des Siliciumdioxids mit dem feuerfesten Material fördert das Auflösen mindestens
eines Teils des Siliciumdioxids in dem Wasser und dadurch werden die Bindeeigenschaften begünstigt
Ferner führt eine wäiBrige Aufschlämmung zu einer gleichförmigeren Dispersion des Siliciumdioxids in den
feuerfesten Partikeln als durch trockenes Vermischen erzielbar ist. Die Aufschlämmungsform vermindert
ferner Verluste durch Verstäuben während des Vermi
schens. Aufgrund der Tatsache, daß die Aufschlämmung
angesäuert ist, wird eine Produktqualität erhalten, die besser ist als diejenige, die mit einer nichtangesäuerten
Aufschlämmung erzielbar ist Die Säure hat die Wirkung, daß sie mit dem verdampften Siliciumdioxid
ra.giert unter Bildung einer adhäsiven Kieselsäure, so
daß eine bessere Bindemittelwirkung erzielt wird. Salzsäure stellt zwar die bevorzugte Säure dar, doch ist
auch Phosphorsäure verwendbar, da diese mit dem Siliciumdioxid eine Bindung bildet, die gleich oder
äquivalent ist der Kieselsäurebindung, welche durch Salzsäure gebildet wird. Bei der ir. der obigen Tabelle
angegebenen konzentrierten Salzsäure handelt es sich um eine solche von 20° Be (32%ige HCl), doch sind auch
äquivalente Mengen anderer Konzentrationen ver
wendbar.
Die Aufschlämmung von verdampftem Siliciumdioxid enthält ferner ein Dispergiermittel, das eine starke
Anreicherung an Feststoffen in der Aufschlämmung ermöglicht Jede Substanz, die fähig ist eine gleiche
Ladung auf dem teilchenförmigen Stoff in der angesäuerten Aufschlämmung zu erzeugen, führt dazu,
daß sich die Teilchen gegenseitig abstoßen und dadurch beweglich bleiben. Dadurch wird verhindert, daß die
Feststoffe in eine viskose Masse aggregieren. Ein
r, typisches geeignetes derartiges Dispergiermittel ist ein
wasserlösliches Pulver, das unter dem Handelsnamen »Toranil B« gehandelt wird und bei dem es sich um
einen entzuckerten Extrakt von Koniferenholz handelt, der aus 96% Calciumsalz von Ligr «ulfonsäure und
1,2% Glucose besteht Andere verwendbare Dispergiermittel sind die hochpolymerisierten Naphthalinsulfonate und die Alkalisalze von Polyacrylaten. Es können
auch andere Dispergiermittel verwendet werden, sofern sie mit dem System verträglich sind. Stark alkalische
Dispergiermittel, z. B. Natriumsilicate, würden in dem
sauren Medium zu einer Ausfällung führen und wären daher nicht verträglich.
Die erfindungsgemäß verwendbare Aufschlämmung des verdampften Siliciumdioxids wird mit einem
V) feuerfesten Zuschlagstoffmaterial einer relativ großen
Teilchengröße, mit calciniertem Aluminiumoxid einer rela'iv kleinen Teilchengröße, mit Graphit und einem
Naßfestigkeits-Bindemittel vermischt. Auch andere, wahlweise verwendbare Komponenten können einver
leibt werden, wie weiter unten noch näher erläutert
wird.
Das Zuschlagstoffmaterial kann aus Aluminiumoxid oder aluminiumoxidhaltigen Materialien bestehen, z. B.
aus aufgeschmolzenem Aluminiumoxid, tafelförmigem
Aluminiumoxid und calciniertem Kaolin. Die Zuschlagstoffmaterialien haben Teilchengrößenverteilungen, die
hauptsächlich im Bereich von 6,73 bis 0,149 mm (3 bis 100 mesh) liegen und die üblicherweise als minus
3 mesh-, minus 4 mesh-, minus 6 mesh- oder minus
t,', 8 mesh-Zuschlagstoffe (entsprechend minus 6,73, minus
4,76, minus 3,36 bzw. minus 2,38 mm lichter Maschenweite) bezeichnet werden. Im folgenden werden einige
Beispiele gegeben.
Zerkleinertes aufgeschmolzenes Aluminiumoxid, -4 Mesh (-4,76 mm)
Lichte Maschenweite
U.S. Standard
Mesh
Mesh
Minimum Maximum
+4,76
+3,36
+2.38
+2,00
+1,41
+0,84
-0,84
+3,36
+2.38
+2,00
+1,41
+0,84
-0,84
+ 4
+ 6
+ 8
+10
+14
+20
-20
+ 6
+ 8
+10
+14
+20
-20
0,0
7,5 IS1O
5,0 15,0
8,5 23,0
5,0 12,5 25,0 10,0 25,0 14,5 33,0
Tafelförmiges Aluminium, -6 Mesh (-3,36 mm)
Lichte Maschen | U.S. Standard | Minimum | Maximum | 1,0 |
weite | Mesh | 30,0 | ||
mm | % | % | 40,0 | |
+3,36 | + 6 | 0,0 | 11,0 | |
+2,00 | + 10 | 10,0 | 19,0 | |
+0,84 | +20 | 30,0 | 18,0 | |
+0,59 | +30 | 6,0 | ||
+0,21 | +70 | 8,0 | ||
-0,21 | -70 | 5,0 |
Calciniertes Kaolin, -8 Mesh (-2,38 mm)
Lichte Maschen- U.S. Standard Minimum Maximum weite Mesh
mm % %
Lichte Maschenweite
mm
mm
U.S. Standard Mesh
Maximum %
+2,00
+0,84
+0,59
-0,074
+0,84
+0,59
-0,074
+ 10
+ 20
+ 30
-200
+ 20
+ 30
-200
0,0
1,5
4,0
36,9
Das Naßfestigkeits-Bindemittel besteht aus bekannten
Materialien, die üblicherweise für diesen Zweck verwendet werden, z. B. aus West-Bentonit und den
verschiedenen Binde- und Töpfertonen. Diese Materials
lien haben alle eine vergleichsweise kleine Teilchengröße
und in der Regel wird nicht mehr als etwa 7% davon zurückgehalten, wenn sie durcb ein Sieb mit 0,053 mm
lichter Maschenweite (270 mesh) gewaschen werden. Es sind auch andere Bindematerialien verwendbar, z. B. das
angegebene »Toranil B«-Bindr ;;iittel sowie Asphaltit-Bindcrnitic!.
Ein Asphaliii-Bindern'tic!, das verwendet
werden kann, wird z. B. unter dem Handelsnamen »Corez Resin« gehandelt und stellt eine Masse dar aus
einem natürlich vorkommenden Asphaltit mit komplexe"
Molekularstruktur und Zusätzen aus organischen Bindemitteln und inerten Füllstoffen.
Wahlweise verwendbare Komponenten im erfindungsgemäßen Gemisch sind Kyanit und Siliciumcarbid.
Der Kyanit dehnt sich beim Erhitzen durch einen als Mullitisierung bezeichneten Prozeß aus und kompensiert
dadurch die normale Schrumpfung von feuerfesten Tonmaterialien und dichtet durch das Schrumpfen
bewirkte Risse ab. Das Siliciumcarbid hat eine hohe thermische Leitfähigkeit und eine gute Feuerbeständigkeit.
Es trägt zur Ausbildung einer keramischen Bindung weiter weg von der heißen Oberfläche des feuerfesten
Materials bei durch Verbesserung des Hitzeflusses zu den kühleren Regionen. Die bevorzugte Teilchengrößenverteilung
beträgt 0,59 bis 0,297 mm (-30 bis + 50 mesh) in folgender Weise:
+2,38
+0,84
+0,42
+0,2i
+0,149
-0,149
+ 8 | 0,0 |
+ 20 | 30,0 |
+ 40 | 17,0 |
+ 60 | 3,0 |
+ 100 | 6,0 |
-100 | 6,0 |
1,0 50,0 33,0 18,0 16,0 15,0
Lichte Maschenweite
mm
Die kleinen calcinieren Aluminiumoxidpartikel haben vorzugsweise eine Teilchengröße von etwa
0,044 mm (325 mesh) oder darunter und auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,044 mm
(325 mesh) sollten nicht mehr als etwa 5% zurückgehalten werden. Die calcinieren Aluminiumoxidpartikel
bilden wahrscheinlich eine feste Mullit-Bindung (ein Aluminiumsilicat) mit dem Siliciumdioxid, das aus der
Dampfphase gewonnen ist. Der in dem Gemisch vorliegende Graphit setzt die Abrasion des gebildeten
feuerfesten Materials herab. Jeder natürlich vorkommende Graphit ist geeignet, der mindestens 75 bis 80%
Kohlenstoff enthält. Qualitativ minderwertigere Graphite liefern zu viel schädliche Asche. Der Graphit hat
vorzugsweise eine Teilchengröße, die üblicherweise als minus 40 mesh (minus 0,42 mm) bezeichnet wird. Ein
typischer 40 mesu-Mexikanischer Graphit weist die folgende Teilchengrößenverteilung auf:
U.S. Standard
Mesh
Mesh
Minimum
Maximum
+0,84 | +20 |
+0,59 | +30 |
+0,42 | +40 |
+0,2297 | +50 |
-0,297 | -50 |
0,0
0,0
70,0
2,0
0,0
0,0
70,0
2,0
0,0
0,0
5,0
90,0
10,0
5,0
Im folgendpn werden einige Beispiele gegeben für erfindungsgemäße feuerfeste Aluminiumoxidmaterialien.
Bevor- Bereich
zugt
zugt
Gew.-"/. Gew.-%
Zerkleinertes aufgeschlossenes 24,0
Aluminiumoxid, -4 M
(-4,76 mm)
Aluminiumoxid, -4 M
(-4,76 mm)
15-50
Bevorzugt
Ciew.-%
Bereich
Gew.-"'.,
Siliciumcarbid, -30 +50 M | 7,25 | 5-30 |
(-59 +0,297 mm) | ||
Graphit. -40 M (-0.42 mm) | 7,25 | 5--20 |
/Ysphaltit-Bindemittel | 6.08 | 3 -15 |
Calciniertes Aluminiumoxid, | 41,37 | 15-45 |
-325 M (-0,044 mm) | ||
Tonbindemittel | 2.55 | 1-15 |
Aufschlämmung von ver | 9,61 | 2-20 |
dampftem Siliciumdioxid | ||
Wasser | i.87 | 0 - .' |
Beispiel | 2 | Bereich |
Bevor | ||
zugt | Ciew.-% | |
Gew.-"Ό | 40 -60 | |
Tafelförmiges Aluminiumoxid, | 52,5 | |
-6 M (-3,36 mm) | 15 -35 | |
Calciniertes Aluminiumoxid, | 25,0 | |
-325 M (-0,044 mm) | ! - 6 | |
Western Bentonit | 4.0 | 5 -20 |
Graphit, -40 M (-0,42 mm) | 7.5 | 0.5- 2 |
Dispergier-Bindemittel | 1,0 | 2 -20 |
Aufschlämmung von ver | 10,0 | |
dampftem Siliciumdioxid | 0-5 | |
Wasser | 0 | |
Bevorzugt
Gew.-%
(2,38-0,42 mm)
ln C.ilciniertes Aluminiumoxid, -325 M (-0,044 mm)
ln C.ilciniertes Aluminiumoxid, -325 M (-0,044 mm)
Roh-Kyanit, -35 M (-0,50 mm)
Bindeton
i"' (iraphit
i"' (iraphit
Dispergier-Bindemittel
Aufschlämmung von verdampltem Siliciumdioxid
jo Wasser
50,0
8.0
Aluminiumoxid-Zuschlagstoff. 50.0 -4 M (-4,76 mm)
Calciniertes Aluminiumoxid, -325 M (-0,44 mm)
Graphit
Bindemittel
Bindemittel
Aufschlämmung von verdampftem Siliciumdioxid
Wasser 0
Bereich
Gew.-%
40 -60
8.7 | 4 -15 |
16.4 | 6 -35 |
5.9 | 5 -20 |
1.0 | 0,5- 2 |
10.0 | 2 -20 |
0 -
Bevor | Bereict |
zugt | |
Gew.-% | Gew.-" |
50.0 | 15-60 |
?2.5 | 6-45 |
7.5 | 5-21 |
10.0 | I-35 |
10.0 | 2-20 |
0-
Die angegebenen Zusammensetzungen sind selbstverständlich nur als Beispiele zu werten und sollen die
Erfindung in keiner Weise beschränken.
Claims (1)
1. Ungeformtes, ungebranntes feuerfestes Material zur Verwendung in feuerfesten Blockkonstruktionen, auf der Basis Aluminiumoxid und verdampftes Siliciumdioxid, gekennzeichnet durch
ein Gemisch aus
Applications Claiming Priority (1)
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BR (1) | BR7706985A (de) |
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