DE2924356A1

DE2924356A1 - Hitzebestaendige giessmasse und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2924356A1
Application number: DE19792924356
Authority: DE
Inventors: Peter Harry Havranik; Lars Ove Thornblad
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 1978-06-22
Filing date: 1979-06-16
Publication date: 1980-01-10
Also published as: GB2023566A; GB2023566B; SE417950B; JPS557600A; US4244745A; SE7807178L; DK261579A; FR2429193A1

Description

Hitzebeständige Gießmasse und Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft hitzebeständige Gießmassen hoher Festigkeit für die Herstellung von monolithischen Ausfütterungen oder Verkleidungen. Es ist ein allgemeines Ziel der Erfindung, eine Masse zu erhalten, die unter Bildung einer monolithischen Ausfütterung oder Auskleidung gegossen werden kann, während sie einen geringen Prozentsatz an Wasser enthält.

Monolithische hitzebeständige Auskleidungen, besonders jene, die durch Gießen hergestellt werden, gewannen schnell an Boden für die Verwendung in Hochtemperaturindustrien gegenüber hitzebeständigen Auskleidungen, die aus Steinen bestehen. Die Gründe für diese Entwicklung sind hauptsächlich bequemere Installation und niedrigere Auskleidungskosten im Zusammenhang mit der Gießmethode. Die Nachteile waren bisher der relativ hohe Wassergehalt in den Gießmassen, welcher zu Problemen beim Trocknen und Befeuern; der Auskleidungen führte und relativ hohe Porosität ergab, die nach der Verdampfung des Wassers zurückblieb und zu einer relativ niedrigen mechanischen Festigkeit der Auskleidung führt.

Auf bestimmten Anwendungsgebieten, die wegen der Schwierigkeit der Herstellung von Auskleidungen aus Steinen geeignet für monolithische Auskleidungen oder Ausfütterungen sind,

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wie Drehofen und Niedererhitzungsöfen, ist der Widerstand gegen mechanische Abnutzung bei erhöhton Temperaturen von größter Wichtigkeit. Für diese Zwecke wurden bislang normalerweise hitzebeständige Gioßmassen hoher Festigkeit verwendet, die im wesentlichen aus dauerhafter, granalienförmigen Aggregaten aufgebaut sind, welche mit hochwertigem Calciumaluminatzerent gebunden sind. Um hohe mechanische Festigkeit zu erzielen, war dor Gehalt an CalciumaluminaL gewöhnlich zwischen IO und 2b Gew.-?. in diesen Fällen, weis einen Wassergehalt von 8 bin 12 Gew.-% erforderte, je nach der Type der granalienfürmigen Aggregate und der verwendeten Rüttelmethode. Wassergehalte dieser Größe in diesen Zusammensetzungen steigern die Gefahren von Wasserdampfexplosionen, wenn das Trockner: und F;ufeuern zur Herstellung der fertigen Auskleidung nicht sornfl'ltin genug durchgeführt werden.

Einer der hier erwähnten "achteile, die Gefahr von Wasserdampf explcsionen, kann dadurch vermieden v/erden, daß man das Wasser extrem langsari vcrdiirpft, oder indem man es extren schnell durch Vermischen von kanal-bildenden Elementen (wie Stroh) mit der riasse entfernt. Hiers.i wird auf dia schwedische Patentschrift No.7315042-8 hingewiesen. Nichtsdestoweniger ist as noch erwiinscht, in dnc Lage zu sein, den ^r.Junsergehalt der Giofnui'sson ::u Vornindern uiv! besonders Piv Abriebbeständigkeit mit. der fertigen Auskleidung oder Ausfütterung zu verbessern.

Um die Festigkeit von monolithischen hitzebeständigen Auskleidungen, die mit Calciumaluniinatzement gebunden sind, zu

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erhöhen» wurde in der US-PS 3 802 894 vorgeschlagen, den Gehalt an Calciumaluminatzement auf 5 bis 8 Gew.-% zu vermindern j Während man 2,5 bis 4 Gew.-% feines Pulver mit einer hohen spezifischen Oberfläche und ein oberflächenaktives Mittel verwendet, so daß die für das Gießen erforderliche Wassermenge auf 6 bis 7 Gew.-% reduziert werden könne.

Niedrigere Wassergehalte als die niedrigsten, die bislang in mit Cälciumaluminätzement gebundenen Massen erreicht wurden, würden zu einer unvollständigen Bindung und somit einer unzureichenden Festigkeit in der erzeugten Auskleidung führen. Das gleiche ungünstige Ergebnis würde auch auf eine gleichzeitige Abnahme in Zement- und Wassergehalt folgen, da der Prozentsatz an Bindemittel dann zu gering wäre.

Die Erfindung betrifft das Ziel einer Auffindung eines neuen Weges zur Herabsetzung des Wassergehaltes in den fraglichen Auskleidungs- oder Ausfütterungsmassen, während ihre Gießeigenschaften beibehalten werden* Die Lösung dieses Problems beruht auf der Idee, daß ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumen erforderlich ist, sowohl um den Zement zu binden als auch um eine Gleitoberfläche zwischen den hitzebeständigen Teilchen in der Masse zu bekommen, daß aber diese Flüssigkeit nicht reines Wasser zu sein braucht» sondern aus einer Wasserlösung bestehen kann, wobei der Wassergehalt ausreicht, den Zement zu binden, während die'in dem Wasser gelöste Komponente an der Endbindung teilhaben kann> wenn die Auskleidung befeuert wird.

Eine solche Flüssigkeit, die geeignet für Gießmassen nach der - *" ·· 909882/0721

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Erfindung ist, ist ein Kieselsäuresol des in Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 1969, Band 18, Seite 66 beschriebenen und von DuPont unter der Bezeichnung LÜDOX vertriebenen Typs. Ein solches Kieselsäuresol ist in verschiedenen Konzentrationen verfügbar, und von diesen erwies sich das Sol mit einem Gehalt von 40 Gew.-% Kieselsäure als am geeignetsten für den Zweck der Erfindung. Die Zugabe des gleichen Volumens von 40%igem Kieselsäuresol, wie es bisher in der Form von Wasser zugegeben wurde, würde eine 40%ige Abnahme des Gesamtwassergehaltes der fertigen Gießmasse darstellen.

Durchgeführte Experimente haben gezeigt, daß nicht nur dies möglich ist, sondern daß die Verwendung von Kieselsäuresol anstelle von Wasser auch eine merkliche Verminderung der Menge an Calciumaluminatzement ermöglicht. Um jedoch hohe Festigkeit und Abriebbeständigkeit bei hohen Temperaturen zu erhalten, sollte eine kleine Menge an pulverisierter reaktiver Tonerde mit einer Teilchengröße kleiner als 100 Maschen (US-Standardsiebreihe) , vorzugsweise von weniger als 325 Maschen mit der Masse vermischt" ' werden. Andererseits ist die Zugabe von oberflächenaktiven Mitteln oder Entflockungsmitteln völlig unnötig, um die erwünschte Fluidität für Rüttelgießen zu erreichen.

Die gießfähige hitzebeständige bzw. feuerfeste Verbindung mit extrem guten Hitzebeständigkeits-Eigenschaften nach der Erfindung besteht aus einer hitzebeständigen oder feuerfesten Gießmasse zur Herstellung monolithischer Auskleidungen oder

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Ausfütterungen. Die reaktive Tonerde, der Calciumaluminatzement und das Kieselsäuresol geben der Gießauskleidung die erforderliche Grünfestigkeit, um nach ein oder zwei Stunden abgestreift zu werden, und produzieren auch eine extrem starke Keramikbindung in der monolithischen Auskleidung nach der Befeuerung.

Der Füllstoff, der auch als "Aggregat" oder "Schamott" bezeichnet werden kann, kann aus der üblichen Gruppe hitzebeständiger Materialien ausgewählt werden, wie Schamott, calcinierte oder geschmolzene Tonerde, calcinierter Bauxit, Mullit, Diaspor, Spinell, Chromerz, Magnesiumerz und Siliciumcarbid. Der Füllstoff besteht zweckmäßig aus 80 bis 90 Gew.-Teilen zusammen mit einem Gemisch von 1,5 bis 5 Gew.-Teilen Calciumaluminatzement und 5 bis 15 Gew.-Teilen reaktiver Tonerde, was zusammen 100 Gew.-Teile ergibt. Hierzu wird ein 40%iges Kieselsäuresol in einer Menge zugesetzt, die dem fertigen Gemisch der Masse einen Gesamtwassergehalt von etwa 3,5 bis 5 Gew.-% verleiht.

Die Gießmasse nach der Erfindung wird in der normalen Weise durch Vermischen der Komponenten hergestellt. Es ist bevorzugt, zunächst den Calciumaluminatzement mit der pulverisierten reaktiven Tonerde zu vermischen, danach dieses Gemisch zu dem Füllstoff zuzugeben und das Kieselsäuresol als letzte Stufe zuzusetzen. Geeignete Gewichtsverhältnisse liegen bei etwa 80 bis 90 Gew.-Teilen Füllstoff, 10 bis 20 Gew.-Teilen des Gemisches, das aus reaktiver Tonerde und Calciumaluminatzement besteht, und als letzter Zusatzstoff etwa 6 bis 10 Gew.-Teile Kieselsäuresol je 100 Gew.-Teile des fertigen Trockensubstanz-

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gemisches.

Um die mit den Massen nach der Erfindung erzielte Wirkung zu erläutern, ist in den Tabellen I und II ein Vergleich vorgenommen, und zwar mit einer herkömmlichen Mullitmasse, die mit Calciumaluminatzement gebunden ist (1), einer entsprechenden Mullitmasse nach der Erfindung (2) und einer Masse mit einem hohen Tonerdegehalt, die auch nach der Erfindung gebunden ist (3).

Tabelle I Komponenten:

Masse 1 Masse 2 Masse 3

Calcinierter Mullit	60	50	10	_
Calcinierte Tonerde	15	37,5		-
Geschmolzene Tonerde	-	-	2,5	87
Reaktive Tonerde	-	9	10,5
Calciumaluminatzement		_
(hochwertig)	25	2,5
Kieselsäuresol (40% SiO₀)	-	6,5
Wasser	9-10

Die Zahlen in der Tabelle bedeuten Gewichtsteile.

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Tabelle II Eigenschaften:

Masse 1

Masse 2 Masse 3

Nach dem Befeuern bei	930	1150	2020
1000⁰C	2,50	2,80	3,20
Kompressionsfestigkeit	25%	17%	15%
2 kgf/cm	Explo sion	keine Ex plosion	keine Ex plosion
Dichte
scheinbare Porosität	1 30	400	400
Explosionstest
Heißbiegefestigkeit bei
1000°C kgf/ci?.²

Die Heißbiegefestigkeit v/ird als ein Maß für die Festigkeit eines hitzebeständigen Materials bei der fraglichen Betriebstemperatur verwendet. Der Vergleich wurde bei 1000 C durchgeführt, der Temperatur, die erfahrungsgemäß die geringste

mit

Festigkeit bei/Calciumaluminatzement gebundenen Massen erzeugt.

Die obigen Werte für die Meißbiegefestigkeit bei 1000 C zeigen, daß Massen (2) unc (3) nach der Erfindung grob gesagt eine dreimal so große Festigkeit wie cie herkömmliche Masse (1) haben.

Im Hinblick auf ihre Lanoi-eigenschaf ten wird die Masse in der Form von 2 Komponenten hergestellt, gelagert und an den Kunden

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ausgeliefert, wobei die erste aus einem Gemisch der festen Komponenten und die zweite aus einen Kieselsäuresol mit solcher Konzentration, vorzugsweise von etwa 40%, besteht, daß eine geeignete Gießmasse durch Vermischen dieser Komponenten in dem angegebenen Verhältnis ohne Zugabe von Masser erhalten wird.

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Claims

Patentansprüche

1/ Hitzebeständige Gießmasse für die Herstellung monolithischer Auskleidungen oder Futter mit hoher Festigkeit und hoher Abriebbeständigkeit bei hohen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 80 bis 90 Gewichtsteilen granalienförmigem hitzebeständigem Füllstoff und 10 bis 20 Gewichtsteilen eines Gemisches von 5 bis 15 Gewichtsteilen feinkörniger reaktiver Tonerde und 1,5 bis 5 Gewichtsteilen hochwertigem Calciumaluminatzement besteht und als flüssige Komponente 6 bis 10 Gewichtsteile eines Kieselsäuresole mit wenigstens 30, vorzugsweise 40 Gew.-% Kieselsäure enthält. 0 o 9 S 8 2 / 0 7 21

PoBjdiedc: Fnntfurt/Mtin 67 63-602

Buk: Dresdner BuJt AG, Wicib«dcn, Konto-Nr. 276 807

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2. Gießmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus etwa 50 Gewichtsteilen calciniertem Mullit, etwa 37,5 Gewichtsteilen calcinierter Tonerde, etwa 10 Gewichtsteilen reaktiver pulverisierter Tonerde, etwa 2,5 Gewichtsteilen hochwertigem Calciumaluminatzement und etwa 9 Gewichtsteilen 40 %-igem Kieselsäuresol besteht.
3. Gießmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus etwa 87 Gewichtsteilen zerkleinerter geschmolzener Tonerde, etwa 10,5 Gewichtsteilen pulverisierter reaktiver Tonerde, etwa 2,5 Gewichtsteilen hochwertigem Calciumaluminatzement und etwa 6,5 Gewichtsteilen 40 %-igem Kieselsäuresol besteht.
4. Verfahren zur Herstellung einer Gießmasse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst 80 bis 90 Gewichtsteile granalienförmigen hitzebeständigen Füllstoff und 10 bis 20 Gewichtsteile eines Gemisches von 5 bis 15 Gewichtsteilen feinkörniger reaktiver Tonerde und 1,5 bis 5 Gewichtsteilen hochwertigen Calciumaluminatzement innig vermischt und zu diesem Gemisch als einzige flüssige Komponente 6 bis 10 Gewichtsteile eines Kieselsäuresole, welches wenigstens 30 % Kieselsäure enthält, unmittelbar vor dem Gießen einer Auskleidung oder eines Futters zusetzt.

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