DE3029784C2

DE3029784C2 - Verwendung hochtonerdehaltiger Mischungen für keramisch gebundene feuerfeste Formkörper

Info

Publication number: DE3029784C2
Application number: DE3029784A
Authority: DE
Inventors: Donald Orr Bethel Park Pa. McCreight; Stanley Ronald Irwin Pa. Pavlica
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1979-08-17
Filing date: 1980-08-04
Publication date: 1984-10-04
Also published as: US4290814A; DE3029784A1; JPS5827229B2; CA1141398A; JPS5632370A; ZA804348B; BR8005182A

Description

Zirkonerde-Mullit Zirkonerde-Tonerde

Kieselsäure (SiO₂) Tonerde (AI2O3) Titanoxid (TiO₂) Eisenoxid (Fe₂Oj) Calciumoxid (CaO) Magnesiumoxid (MgO) Zirkonerde (ZrO₂) Natriumoxid (Na_?0) Kaliumoxid (K₂O)

17,3 %	2,0 %
46,8 %	53,6 %
0,14%	1,8 %
0,03%	0,16%
0,08%	0,24%
0,04%	0,08%
35,4 %	42,1 %
0,20%	0,01%
0,01%	0,Cl %

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Gesamtgrößenklassierang der zur Herstellung der Ziegel verwendeten Masse im wesentlichen wie folgt:

Etwa 5 bis 2596 passieren ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 4,699 mm und bleiben auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,651 mm zurück; etwa 20 bis 30% passieren ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,651 mm und bleiben auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,589 mm zurück; etwa 10 bis 30% passieren ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,589 mm und bleiben auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,208 mm zurück; etwa 40 bis 50% passieren ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,208 mm, und das geschmolzene Korn ist meistens vollständig in der Fraktion, die einer lichten Maschenweite von 4,699 bis 0,208 mm entspricht. Natürlich kann etwas Material gröber als 4,699 mm und etwas Material feiner als 0,208 mm sein, wie es für den Fachmann auf dem Gebiet der Herstellung von feuerfesten Ziegeln aus feuerfeste Ziegel ergebenden größenmäßig klassierten Gemischen von Bestandteilen ersichtlich ist.

Bei praktischen Vergleichstests wurden Ziegel nach der US-PS 31 92 058 hergestellt und mit Ziegeln gemäß der Erfindung verglichen. Ähnliche Herstellungstechniken wurden zur Herstellung der vergleichbaren Ziegel angewendet. Die Bestandteile wurden miteinander vermischt und mit etwa 4?s einer wiißrigen Dextrinlösung und etwa 0,3 bib 196 Wasser angemengt. Die Gemische wurden dann zu Formkörpern bei einem Druck von 686 bar verpreßt und bei 1566° C und .'iner Verweildauer von 5 Stunden gebrannt. Die Gemische und Testergebnisse werden in der nachfolgenden Tabelle I angegeben.

Tabelle I

Gemisch-Bezeichnung ABCDEFG

Tafelförmige Tonerde Chromoxid
Zirkonerde-Mullit
Zirkonerde-Tonerde Kalzinierte Tonerde Reaktive Tonerde

Schüttdichte (g/ml) (Mittel von 6)

Prismenabplatztest 1204⁰C unter Abschrecken in Wasser (Mittel von 3), Zyklen bis zum Versagen

Propan-Sauerstoff-Flammenaufpralltest
Abplatzgrad

Rißbildungsgrad

90%	80%	85%	82,5%	60%	60%	50%
10%	10%	10%	10 %	10%	10%	10%
-	10%	5%	7,5%	-	20%	30%
-	-	-	-	20%	-	-
-	-	-	-	10%	-	-
-	-	-	-	-	10%	10%
3,152	3,216	3,216	3,216	3,344	3,296	3,328

36

27

40+

keiner keiner

keiner

Die Testergebnisse zeigen, daß das nach der US-PS 31 92 058 hergestellte Gemisch A nur 4 Zyklen In dem Prismenabplatztest überdauerte. Die Gemische B, C und D gemäß der Erfindung überdauerten 27 Zyklen und mehr. Die Gemische E, F und G zeigten kein Abplatzen und keine Rlßblldung bei dem Propan-Sauerstoff-Flammenaufpralltest. Das Gemisch A hatte eine Dichte von 3,152 g/ml. Die Gemische gemäß der Erfindung hatten Dichten über 3,2 g/ml. In den vorstehenden Ausführungen beziehen sich alle Teile und Prozentangaben auf das Gewicht, und die mesh-Slebnummern in Klammern beziehen sich auf die Tyler-Slebtabelle, falls es nicht anders angegeben Ist. Alle chemischen Analysenwerte beziehen sich auf Oxidanalysenwerte In Übereln-

Stimmung mit der allgemeinen Übung auf diesem Gebiet für die Angabe der chemischen Analysenwerte von feuerfesten Materialien.

Claims

Patentanspruch:

Verwendung einer Mischung aus 1 bis 15 Gew.-% feinem Chromoxid, 3 bis 30 Gew.-% geschmolzenem Zirkonerde-Mullit-Korn und/oder Zirkonerde-Tonerde-Korn mit einer Korngröße zwischen 0,2 und 4,69 mm zur Herstellung keramisch gebundener feuerfester Formkörper.

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Mischung aus feinem Chromoxid, Zirkonerde-Mullit-Korn und/oder Zirkonerde-Tonerde-Korn zur Herstellung keramisch gebundener feuerfester Formkörper.

Es sind Mischungen aus Zirkoniumdioxid-Magnesiumoxid-Verbindungen (US-PS 3192 058), mit Mullit (FR-PS 8 83 990), Mullit, Zirkoniumdioxid und Chromoxid (TIZ-ZbI₁ 86, 1962, H.20 Seiten 504 bis 509) und Chromoxid, Zirkoniumdioxid und Aluminiumoxid (DE-AS 23 21 008) bekannt.

Wie auf dem Gebiet der Feuerfestmaterialien bekannt, stehen relativ wenig anorganische Materialien zur Verfugung, die beispielsweise aufgrund eines hohen Schmelzpunktes, geeignet sind als Grundmaterial für feuerfeste Baustoffe oder Keramikgegenstände zu dienen. Diese Materialien, größtenteils Oxide, könne-, aufgrund ihrer mineralbildenden Neigungen bei erhöhten Temperaturen als basische oder nichtbasische Materialien allgemein eingeteilt werden. Die Erfindung befaßt sich mit hochtonerdehaltigen feuerfesten Materialien, welche zu der nichtbasischen Gruppe gehören.

Die Weiterentwicklung der Techniken für feuerfeste Materialien und Keramikmaterialien ist zu einem großen Teil durch die Verbesserungen und Änderungen der Hüttentechnologie vorangetrieben worden, wobei sich die feuerfesten oder Keramikgegenstände als ganz besonders nützlich erwiesen. Weil verschiedene Betriebsparameter dieser Verhüttungsprozesse in zunehmendem Maße härter geworden sind, werden bei feuerfesten Produkten, die bei derartigen Prozessen verwendet werden, unter anderem Abplatz- bzw. Absplitterfestigkeit verlangt.

Dichte ist eine andere bedeutende physikalische Eigenschaft, die bei feuerfesten Steinen erwünscht ist. Schon eine geringe Verbesserung der Eigenschaften kann in vielen Fällen bei gegebenen äußeren Verfahrensbedingungen den Unterschied zwischen Erfolg und Versagen bedingen. Außerdem sind die bis jetzt zur Verfügung stehenden feuerfesten Materialien praktisch die gleichen feuerfesten Materialien, mit denen die Technik seit Hunderten von Jahren gearbeitet hat. Allerdings sind Verbesserungen oder Fortschritte auf dem Gebiet der feuerfesten Materialien durch Variieren der Anteile bekannter Bestandteile, Variieren der physikalischen Struktur, d. h. dem kristallinen Aufbau der Ausgangsmaterialien, Verändern der Reinheit, Ändern der Größenabmessung usw., erzielt worden.

Verschiedene der vorstehenden Maßnahmen sind bei der fortgesetzten Suche nach erhöhter Dichte benutzt worden. So ist z. B. bekannt, daß ein geschmolzenes Material wahrscheinlich die dichteste Form eines bestimmten feuerfesten Oxids darstellt. Manchmal verhilft eine kleine Menge von Zusätzen oder KristalIisatoren zu einer noch größeren Dichte. Für viele Zwecke sind die geschmolzenen Formkörper natürlich zu spröde; das soll besagen, daß ihnen Temperaturwechsel-Beständigkeit fehlt. Daher schien ein Kompromiß erforderlich zu sein, um die größtmögliche Dichte ohne Aufgabe des erforderlichen Grades für die Temperaturwechsel-Beständigkeit zu erzielen.

Ziel der Erfindung ist die Bildung von feuerfesten Formkörpern mit guter Dichte und guter Abplatz- bzw. Absplitterfestigkeit.

Die Erfindung schlägt daher die Verwendung einer Mischung aus 1 bis 15 Gew.-% feinem Chromoxid, 3 bis 30 Gew.-% geschmolzenem Zirkonerde-Mullit-Korn und/oder Zirkoniumerde-Tonerde-Korn mit einer Korngröße zwischen 0,2 und 4,69 mm zur Herstellung keramisch gebundener feuerfester Formkörper vor.

Das als Teil des Matrix-bildenden Bindemittels verwendete Chromoxid ist ein sehr fein zerteiltes Pulver. Die gesonderten und getrennt vorliegenden. Teilchen dieses Materials haben einen mittleren Durchmesser von etwa 1 μπι oder weniger und sind innerhalb dieses Größenbereiches bemerkenswert übereinstimmend. Das Chromoxid kristallisiert in dem hexagonalen System, ähnlich der Hämatltstruktur. Die physikalische Form ist mit einem Elektronenmikroskop nachgewiesen und die Krlstallinltät durch die Existenz eines bestimmten Röntgenbeugungsblldes bestätigt worden. Ein solches Cr₂O)-Materiai Ist In Wasser unlöslich. Geeignete Spezifizierungen für dieses Material sind: Reinheit von mindestens 9796, wasserlösliche Verunreinigungen von höchstens 0,5%. Das spezifische Gewicht beträgt etwa 5,1 bis 5,2.

Es ist vorteilhaft, wenn das in den Formkörpern verwendete Tonerdematerial kalzinierte nach dem Bayerverfahren erhaltene Tonerde, hochrein und von der tafelförmigen Sorte oder vom feuerfesten Grad Ist. Diese Materialien enthalten nach der Analyse über 99% AI₂Oj. Jedoch kann auch weniger reines hochtonerdehaltlges Material verwendet werden; so z. B. kalzlnerter südamerikanischer Bauxit. »Hochtonerdehaltlge Materialien« ist ein bekannter Begriff auf diesem Gebiet und wird z. B. in der US-PS 30 67 050 erläutert.

Verschiedene hochtonerdehaltige Materialien werden häufig, well sie chemisch verträglich sind, miteinander vermischt, so daß praktisch irgendein erwünschter A'ijOj-Gehait erzielt wird. Dementsprechend kann anderes hochtonerdehaltiges Material zugemischt und bei Durchführung der Erfindung verwendet werden.

Die chemischen Analysen des bevorzugten geschmolzenen Zirkonerde-Mulllt-Korns und des bevorzugten Zlrkonerde-Tonerde-Korns für die Durchführung der Erfindung sind (bezogen auf das Gewicht und auf Oxidbasls) wie folgt: