DE2835934C2 - Feuerbeständige Auskleidungen für Behälter für Aluminiumschmelzen - Google Patents

Feuerbeständige Auskleidungen für Behälter für Aluminiumschmelzen

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Description

Die Erfindung betrifft verbesserte feuerfeste Materialien auf Basis von Aluminiumoxid oder Alumino-silikat aufgebauten feuerfesten Materialien zum Auskleiden von Aluminiumschmelzöfen.
Die Auskleidungen von Aluminiumschmelzöfen unterliegen der Erosion, dem Angriff durch Korrosion und unerwünschtem Anhaften durch geschmolzenes Metali und Krätze. Die meisten nichtphosphatgebundenen feuerfesten Materialien auf Basis von Aluminiumoxid zeigen einen geringen Widerstand gegenüber dem Eindringen von geschmolzenem Aluminium. Phosphatgebundene feuerfeste Stoffe aus Aluminiumoxid, und zwar sowohl in gebrannter wie ungebrannter Form, sind mit einigem Erfolg zum Auskleiden von Aluminiumschmelzöfen verwendet worden. Obwohl diese Ausklei- düngen im allgemeinen eine gute Beständigkeit gegenüber der Metalleindringung haben, findet doch nach längeren Zeiträumen oder wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt wurden eine Metalleindringung statt und eine übermäßige Anhaftung von Metall
is und Krätze. Die Anhaftung von Metall und Krätze vermindert die Ofenkapazität und läßt sich nur schwierig durch Reinigen entfernen.
Man hat versucht die Eigenschaften von feuerfesten Materialien auf Basis von Aluminiumoxid ~xim Ausklei den von Aluminiumschmelzöfen zu verbessern. So wird in der US-PS 30 78 173 ein einen hohen Anteil an Aluminiumoxid enthaltender feuerfester Stein vorgeschlagen, der einen geringen Prozentsatz an einem Erdalkalioxid enthält Dadurch wird der Widerstand gegen die Aluminiumeindringung in einem gewissen Maße verbessert aber weitere Verbesserungen wären wünschenswert Da weiterhin die in der US-PS 30 78 173 verwendeten Erdalkalioxide mit Phosphorsäure reagieren, ist die Lagerzeit für phosphatgebunde- ne feuerfeste plastische oder preßverformte Mischungen unbefriedigend kurz.
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein feuerfestes Material zum Auskleiden von Aluminiumschmelzöfen und anderen Behältern für geschmolzenes Aluminium zu zeigen, das eine verbesserte Beständigkeit gegen Metalleindringung und gegen das Anhaften von Krätze und Metall hat
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein feuerfestes Material mit hohem Anteil an Aluminiumoxid aufzuzei gen, das phosphatgebunden ist und dennoch eine lange Lagerungszeit hat
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein feuerfestes Material zur Verfügung zu stellen, das verhältnismäßig preiswert ist
Weitere Ziele der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.
Die verbesserten feuerfesten Materialien gemäß der Erfindung werden erzielt, indem man 04 bis 30 Gcw.-% BaSO4 zugibt. Dieses Additiv reagiert nicht mit
so Phosphorsäure und ist deshalb besonders geeignet für phosphatgebundene feuerfeste Sturfe, wie plastische oder druckverformbare Massen. Weiterhin werden die Eigenschaften von phosphatfreien, feuerfesten Massen verbessert Darüber hinaus ist BaSO4 verhältnismäßig stabil und feuerbeständig und es ist nicht bekannt daß es sich zersetzt und es hat einen Schmelzpunkt 15800C. BaSO4 ist in Naturform leicht erhältlich als Baryt und ist verhältnismäßig preiswert Die verbesserten feuerfesten Stoffe gemäß der Erfindung verhindern die Metallein-
M) dringung vollständig und vermindern die Anhaftung von Krätze und Metall in arheblichem Maße und zwar auch bei Temperaturen von 9300C (1700" F). So werden durch BaSO4 enthaltende feuerfeste Stoffe die Betriebszeit verlängert und die Unterhaltungskosten von öfen vermindert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten die feuerfesten Aluminiumoxidstoffe wenigstens 45Gew.-% Aluminiumoxid. Üblicherweise enthalten
feuerfeste Stoffe auf Basis von Aluminiumoxid weitere Bestandteile wie Siliziumdioxid, Titandioxid und Eisenoxide und geringere Mengen an Erdalkalioxiden.
Die Ziele der vorliegenden Erfindung werden mit feuerfesten Zusammensetzungen, die 0,5 bis 30 Gew.-°/o BaSO4 enthalten, erreicht Die feuerfesten Zusammensetzungen schließen Aluminiumoxid-Siliziumdioxid enthaltende feuerfeste Stoffe, wie Pyrophyllit, kalzinierten Ton oder Kaolin, kalzinierten Bauxit, kalzinierte Aluminiumoxide, tafelförmige und geschmolzene Aluminiumoxide ein. Die Zusammensetzungen sollen wenigstens 30% Aluminiumoxid, vorzugsweise wenigstens 45% Aluminiumoxid enthalten.
BaSO4 ist vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 10% vorhanden. Verunreinigungen, wie Magnesit oder Alkalioxide können in geringeren Mengen bis zu 5 Gew.-% vorliegen.
BaSO4 ist besonders für phosphatgebundene feuerfeste Stoffe geeignet, weil es nicht mit Phosphorsäure reagiert Andere Phosphat enthaltende Materialien, wie Monoaluniiniumphosphat können auch als Binder verwendet wenden. Anstelle von Phosphatbindern kann man jedoch auch Kalziumaiuminat, Ligniniaugen und hydraulische Bindemittel verwenden. Kalziumaluminatgebundene Gießkörper mit hohem Aluminiumoxidan- teil können entweder dicht oder von leichtem Gewicht, wie sie für Isolierungen verwendet werden, sein.
Die feuerfesten Stoffe gemäß der Erfindung können als plastische, druckverformbare Steine (gebrannt oder ungebrannt), Mörtel oder Gießlinge vorliegen. Alumi- y> niumoxid liegt vorzugsweise in Form von Bauxit und tafelförmigem Aluminiumoxid vor aber es können auch andere Quellen von Aluminiumoxid, wie Kaolin, verwendet werden. Natürlich könn-n auch Mischungen dieser Quellen von Aluminiumoxid verwendet werden. 3>
Auch in gebranntem Zustand' soli'-in die feuerfesten Zusammensetzungen nicht verglasen oder sollten zumindest nicht mehr als 10 Gew.-% einer Glasphase enthalten. Gewisse Verunreinigungen, wie Borverbindungen, haben eine entgegengesetzte Wirkung auf die Eigenschaften der feuerfesten Bestandteile und sollten nicht in Mengen von mehr als 5% vorhanden sein.
Weitere Stoffe die in den feuerfesten Materialien gemäß der Erfindung vorliegen können, sind Plastizierungsmittel, wie organische Additive in Mengen von **> etwa 0,5 bis 5%, und andere üblicherweise in feuerfesten Bestandteilen vorhandene Materialien, wie plastische Tone.
Die erfindungsgemäOen feuerfesten Materialien können in üblicher Weise hergestellt werden. Wenn man ein feuerfestes plastisches Material herstellen will, so verwendet man folgenden Teilchengrößenbereich und die folgenden Verfahrensstufen:
Ein Ausgangsmaterial wird in üblicher Weise zerkleinert bis zu einer Teilchengröße von im « wesentlichen kleiner als 6,7 mm (3 Maschen (Tyler)), wobei wenigstens 25% feiner als 0,066 mm (150 Maschen) sind. Ein typisches Beispiel für eine solche Pulvermischung ist die folgende:
- 3+ 10 Maschen (Tyler) 25Gew.-%
- 10+ 28 Maschen 18Gew.-%
- 28 + 150 Maschen 15Gew.-%
- 150 Maschen 42Gew.-%
Lichte Maschenweite in mm der Tyler-Siebtabelle
3 — 1,77 mm; 10 = 0,89 mm; 28 = 0,3 mm; 150 = 0,07 mm.
Die Siebfraktionen werden gründlich in üblichen Vorrichtungen miteinander vermischt und dann gibt man eine ausreichende Menge Flüssigkeit (etwa 8 bis 15%), wie Wasser, Phosphorsäure, Phosphate oder Ligninlauge zu und bildet eine plastische Masse aus, die zu einem Block verformt wird und dann zu Scheiben zur einfacheren Handhabung geschnitten wird. Eine monolytische Ofenauskleidung wird dann hergestellt, indem man die plastischen Scheiben an dem Bestimmungsort festrammu
Das Verfahren zur Herstellung einer Rammischung ist die gleiche wie vorher für die plastische Mischung mit der Ausnahme, daß man weniger Flüssigkeit (etwa 3 bis 10%) zugibt, so daß die Mischmasse durch eine geeignete Zerkleinerungsvorrichtung zur Ausbildung eines granulären Produktes geschickt werden kann. Dieses granuläre Material kann dann durch Rammen verformt werden, wobei man eine monolytische Ofenauskleidung erhält
Die folgende Verfahrensweise ist typisch für die Verwendung einen erfindungsgemäßen feuerfesten Materials für die Herstellung von Steinen:
Das Ausgangsmaterial wird in üblicher Weise zerkleinert wobei man eine Pulvermischung erhält die insgesamt kleiner als 1,77 mm (3 Maschen Tyler) ist und wobei wenigstens 25 Gew.-% kleiner als 0,07 mm (150 Maschen) sind. Ein typisches Beispiel für eine solche Pulvermischung ist die folgende:
3 + 10 Maschen 10 + 28 Maschen 28 + 150 Maschen 150 Maschen
7 Gew.-% 33 Gew.-% 20 Gew.-% 42 Gew.-%
Die Maschen sind jeweils auf die Tyler-Siebtabelle ausgerichtet
Die einzelnen Größenfraktionen werden gründlich in üblichen Vorrichtungen miteinander vermischt und dann gibt man eine a'isreichende Menge Flüssigkeit wie Wasser, Phosphorsäure, Phosphate oder Ligninlauge zu und bildet eine verpreßbare Masse, die dann zu Steinen verformt wird und dann bei üblichen Temperaturen ge'.rocknet und gebrannt wird, wie sie für die jeweilige Zusammensetzung geeignet sind. Die Steine werden dann zusammen mit einem geeigneten Zement zur Herstellung einer Ofenauskleidung verwendet
In den nachfolgenden Beispielen wird die Erfindung erläutert ohne daß diese limitierend auszulegen sind.
Beispiel 1
Zusammensetzung (%) und Eigenschaften von phosphatgebundenen 85%igen AbO,-Mischungen
Kalzinierter Bauxit (90% AI2O,) Kalziniertes Aluminiumoxid
72 22
70 22
65 22
Fortsetzung
A B C D
Bentonit 3 3 3 3
BaSO4 (Baryt) - 3 5 10
Versuchsergebnisse:
Reißmodul nach 1389CC (25500F) 172 111 231 146
kg/cm2 (psi) (2450) (2530) (3300) (2080)
Lineare Veränderung nach 1389~C + 0,3 -0,9 -1,3 -1,6
(25500F), %
Aluminium-Tassenversuch, max. 0,635 0 0 . 0
Eindringung cm (inch) (1/4) (0) (0) (0)
Beispiel II
Zusammensetzung (%) und Eigenschaften einer phosphatgebundenen 60% Al2O3 enthaltenden Mischung
Kalzinierter Bauxit (60% Al2O3)
Kalziniertes Aluminiumoxid
Bentonit
BaSO4 (Baryt)
Testergebnisse:
Reißmodul nach 1389°C (25500F) kg/cm2 (psi)
Lineare Veränderung nach 1389° C (2550° F), %
Aluminium-Tassenversuch, max. Eindringung cm (inch)
Beispiel ill
Zusammensetzung (%) und Eigenschaften von phosphatfreien 45% Al2O3 enthaltenden Mischungen
75 65
22 22
3 3
— 10
186 242
(2640) (3440)
-0,5 -1,1
0,035 0
(1/4) (0)
Kalzinierter Kaolin 75 65
Ball Clay (sehr plastischer 15 15 feuerfester Ton)
Roh-Kyanit 10 10
BaSO4 'Baryt) - 10
Testergebnisse:
Reißmodul nach 1389'C (255O°F) 62,5 50,6
kg/cm2 (psi) (890) (720)
Lineare Veränderung nach 1389 C +0,4 +0,2 (25500F)1 %
Aluminium-Tassenversuch, max, 0,37 0
Eindringung cm (inch) (3/8) (0)
11% Wasser und Ligninlauge bei den Mischungen gemäß Beispiel III. Die Ansätze wurden dann bei etwa 70 kg/cm2 (1000 psi) zu Formkör^rn einer Größe von 22,8 χ !1,4 χ 7,6 cm (9 χ 4,5 χ 3 inch) verpreßt. Die Formen wurden etwa 24 Stunden an der Luft getrocknet und dann bei etwa 232° C (4500F) Ober Nacht im Ofen getrocknet
Die Einwirkung von geschmolzenem Aluminiumoxid wurde nach dem folgenden Verfahren geprüft. In die 22,8 χ 11,4 cm (9 χ 4,5 inch) große Oberfläche der Formkörper wurden Vertiefungen mittels einer Säge geschnitten. Die so gemessenen Vertiefungen hatten ein Ausmaß von etwa 17 cm (7 inch) Länge, 635 cm (2,5 inch) Breite und 3,8 cm (14 inch) Tiefe im Zentrum. Die Proben wurden innerhalb von 5 Stunden auf 815° C (15000F) erhitzt und dann wurden annähernd 454 g Aluminiumlegierung 7075 in jede der Vertiefungen der Proben gegeben. Das Aluminium ließ man im geschmolzenen Zustand in der Vertiefung bei 815°C (15000F) während 168 Stunden. Nach diesem 168stündigen Versuch wurden die Proben aus dem Ofen entnommen und das geschmolzene Metall wurde aus den Höhlungen entfernt und die Proben wurden abkühlen gelassen. Nachdem die Proben Raumtemperatur erreicht hatten, wurden sie im Querschnitt aufgeschnitten, um die Eindringung von Aluminium zu messen. Die erzielten Ergebnisse des Eindringtests werden in den Tabellen gezeigt.
Das Reißmodul und die lineare Veränderung nach dem Brennen wurden an den verpreßten und getrockneten Proben nach 5stündigem Brennen bei 1389° C
so (255O0F) geprüft Die Ergebnisse werden gleichfalls in den Tabellen gezeigt Aus den Versuchen konnte man ersehen, daß die Eindringbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Aluminium bei den Zusammensetzungen A, E und G durch die Zugabe von BaSO* erheblich
5j verbessert wurde, ohne daß nachteilige Veränderungen der anderen Eigenschaften auftraten.
Beispiel IV
bo Zusammensetzung (%) und Eigenschaften von gebrannten phosphatgebundenen 85% Al2O3 enthaltenden Mischungen
In jedem der Beispiele I bis III wurden die Bestandteile auf die vorgenannte Teilchengröße zerkleinert und gründlich trocken vermischt. Dazu wurden etwa l2Gew.-% Wasser und Phosphorsäure gegeben bei den Mischungtr der Beispiele I und II, und etwa
Kalzinierter Bauxit (90% AI2O3) 83 80 78
Kalziniertes Aluminiumoxid 10 10 10
Fortsetzung
Ton 7
BaSO4 (Baryt) O
Testergebnisse:
Aluminium-Tassentest, max. 0,19
Fvindringliefe cm (inch) (3/16)
0
(0)
Bei allen Zusammensetzungen des Beispiels IV wurden die Bestandteile auf die vorgenannte Korngröße zerkleinert und gründlich trocken vermischt. Es wurden zu den Zusammensetzungen zur Ausbildung von verpreßbaren Massen etwa 4 Gew.-% Wasser und Phosphorsäure gegeben. Die Massen wurden dann mit
Pnrml/Arn -·!
lAi-n x/nn
22.8 χ 11.4 χ 7,6 cm (9 χ 4.5 χ 3 inch) verpreOt. Die Preßlinge wurden etwa 24 Stunden an der Luft getrocknet und dann bei etwa 232°C über Nacht getrocknet.
Die Einwirkung von geschmolzenem Aluminium wurde in gleicher Weise wie für die Beispiele I bis III beschrieben bestimmt.
Aus den Versuchen ist ersichtlich, daß die Eindringung von geschmolzenem Aluminium in die Zusammen-
Setzung I erheblich verbessert wurde durch die Zugabe von BaSO4.
Wie durch die Beispiele gezeigt wurde, sind die feuerfesten Materialien gemäß der Erfindung bei ihrer Verwendung zum Auskleiden von Aluminiumschmelzöfen den bekannten feuerfesten Materialien hinsichtlich der Beständigkeit gegen Metalleindrängung und dem Anhaften von Krätze und Metall überlegen, ohne daß sie Nachteile der anderen Eigenschaften, die von feuerfesten Stoffen verlangt werden, zeigen. Darüber hinaus ist die Stabilität der plastischen feuerfesten Massen und der durch Druckverformung zu verarbeitenden feuerfesten Massen besser, verglichen mit der kurzen Lagerungszeit von phosphatgebundenen plastischen und durch Druckverformung zu verformenden Massen, bei denen Erdalkaliverbindungen anstelle von BaSO4 verwendet wurden.
Verwendet man beispielsweise BaO anstelle von BaSO4 in Phosphorsäure enthaltenden Zusammensetzungen «n wird die I.agerfähigkeit der plastischen Masse von über 3 Monaten auf weniger als 1 Stunde vermindert. Dies würde jedoch die Verwendung von Bariumoxid oder anderen Bariumverbindungen in den Zusammensetzungen die Binderkomponenten anders als feuchte Phosphate enthalten, nicht ausschließen.
Es ist ersichtlich, daß zahlreiche Veränderungen vorgenommen werden können bei den erfindungsgemäßen feuerfesten Materialien oder daß man vom Geist und Umfang:der Erfindung abweicht.

Claims (15)

Patentansprüche;
1. Feuerfeste Körper auf Basis von Aluminiumoxid oder Atuminosilikaten zum Auskleiden von Aluminiumschmelzöfen oder anderen Behältern für geschmolzenes Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,5 bis 30 Gew.-% BaSO4 sowie einen Phosphatbinder enthalten.
2. Feuerfestes Material gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phosphat in Form von Phosphorsäure vorliegt
3. Feuerfestes Material gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Material plastisch ist
4. Feuerfestes Material gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das feuerfeste Material eine durch Druck bzw. Rammen verarbeitbare Mischung ist
5. Feuerfestes Material gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß es in Form eines Steins vorliegt
6. Feuerfestes Material gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß es in Form eines Mörtels vorliegt-
7. Feuerfestes Material gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß es gebrannt ist
8. Feuerfestes Material gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß es ungebrannt ist
9. Feuerfestes Material gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß Aluminiumoxid in einer Menge von wenigstens 30 Gew.-% vorliegt
10. Feuerfestes Material gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß Aluminiumoxid in einer Menge von wenigstens 45 Gew.-% vorliegt
11. Feuerfestes Material gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß BaSO4 in einer Menge von 3 bis 10 Gew.-% vorliegt
12. Feuerfestes Material gemäß Anspruch t, dadurch gekennzeichnet daß es einen Kalziumaluminatbinder enthält
13. Feuerfestes Material gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß es als dichte gießbare Mischung mit hohem Aluminiumoxidanteil vorliegt
14. Feuerfestes Material gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß es als leichtgewichtige vergießbare Mischung mit hohem Aluminiumoxidanteil vorliegt
15. Ungebrannter phosphatgebundener feuerfestes Material zum Auskleiden von Aluminiumschmelzöfen, wobei das feuerfeste Material im wesentlichen aus Aluminiumoxid und Phosphorsäure besteht dadurch gekennzeichnet daß das feuerfeste Material 0,5 bis 30 Gew.% BaSO4 enthält und dadurch eine verbesserte Beständigkeit gegen das Eindringen von geschmolzenem Metall und dem Anhaften von Krätze und Metall zeigt
DE2835934A 1977-08-19 1978-08-17 Feuerbeständige Auskleidungen für Behälter für Aluminiumschmelzen Expired DE2835934C2 (de)

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