DE3421529A1

DE3421529A1 - Chrommagnesia-stampfmasse

Info

Publication number: DE3421529A1
Application number: DE3421529A
Authority: DE
Inventors: Cecil Moore Worchester Mass. Jones
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1983-06-13
Filing date: 1984-06-08
Publication date: 1984-12-13
Also published as: US4507395A; JPS605081A; CA1210785A; DE3421529C2; JPH0137352B2; ZA841866B

Description

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DR.-INC. DIETER BEHRENS ^S DIPL.-ING.; DIPL.-VIRTSl H.-1NG. RUTFRT GOET

Norton Company D-8000 MÜNCHEN 90

1A-58 119 SCHWEIGERSTRASSE 2

Telefon: (089) 66 20 Ji

TELEGRAMM: PROTECTPATENT TELEX: 5 24070

Chrommagnesia - Stampfmasse

Die Erfindung betrifft eine feuerfeste Stampfmasse auf der Basis von Chrom magnesia - Spinell, Ton und einem Phosphat.

Aus der US-PS 2 543 959 ist eine magnesiahaltige Stampfmasse aus Seewassermagnesit bekannt, die geringere Dichte als Magnesia aus Erzen besitzt. Die Stampfmasse enthält Seewassermagnesit, Magnesiumchlorid und Füllstoffe sowie Natriumphosphat oder-polyphosphat(NaPO^)_n zur Verringerung des Schrumpfens der mit Wasser angemachten Stampfmasse. Als Füllstoffe kommen nach diesem Stand der Technik Sand, pulverisierter Kalkstein, Asbest und Eisenoxid in Frage.

Die US-PS 3 278 320 betrifft einen feuerfesten Mörtel zur Heißauskleidung oder Reparatur von Stahlöfen in Form eines Gemisches von Chromerz,- Magnesia, einem Bindemittel, einem Plastifiziermittel und einem Eisenoxid. Das Chromerz kann 5 % bis 20 % Magnesia zusammen mit 1 96 bis 20 % Kieselsäure, 8 % bis 25 % Tonerde, 15 % bis- 29 % Eisenoxid und 0,1 % bis 3 % Calciumoxid enthalten. Ein plastischer Ton,wie Bentonit, kann in einer Menge von 1 % bis

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3 % zur Anwendung gelangen. Der Mörtel enthält Eisenoxid mit einer Körnung von 0,149 mm, wobei 90 % eine Korngröße < 44 um besitzen. Als Bindemittel dient Natriumtripolyphosphat.

Chromerz mit einem beträchtlichem Magnesiaanteil wird mit Periklas gemischt, des sen. MjO-Gehalt bis zu 95 % aufweisen kann. Natriumtripolyphosphat in geringem Anteil zusammen mit Bentonit und einem Eisenoxid werden mit Chromerz und Periklas trocken gemischt und das trokkene Gemisch angefeuchtet und dann zur Auskleidung oder Reparatur in den heißen Ofen gespritzt.

Bei diesem Mörtel macht das Chromerz und der Periklas ' die Hauptmenge der feuerfesten Masse aus und Chromit und Magnesia reagieren in einer dünnen Schicht von 3,2 bis 12,7nm wie sie auf die heiße Ofenauskleidung eines Stahlofens aufgetragen worden ist, zu einem monolithischen Überzug.

Aus der US-PS 3 392 037 ist eine Masse zur Herstellung feuerfester Formkörper mit überlegener Warmfestigkeit bekannt. Das feuerfeste Korn besteht aus Periklas und oder Chromit, wobei als Bindemittel Natriumtripolyphosphat dient. Das Gemisch wird angefeuchtet und geformt und schließlich gebrannt, wobei die erhaltenen gebrannten Formkörper verbesserte Warmfestigkeit aufweisen. Die Anwendung einer derartig zusammengesetzten Masse als Stampfmasse wurde Jedoch nicht in Erwägung gezogen.

Die US-PS 3 470 004 betrifft einen feuerfesten Mörtel

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für die Vermauerung feuerfester Bauteile auf der Basis von Chrommagnesit. Dazu wird ein Gemisch von Chrom magnesia-Spinell mit einem Plastifiziermittel, welches Natriumsilicat, ein plastischer Kaolin und ein Netzmittel umfaßt, angemacht. Die trockenen Bestandteile gemischt mit Wasser werden auf die entsprechende Stelle aufgetragen, wobei das Wasser die Silicatteilchen und die Schmelzchrom magnesia in die Poren der Oberfläche der Formkörper transportieren soll, um eine erhöhte Bindefestigkeit zu ergeben.

Die US-PS 3 594 199 betrifft ein vorreagiertes Chromerz und Magnesia, wie Periklas die gebrochen und gemischt werden mit Chromoxid-Pigment (Cr₂O,) in einer Menge von . 2 bis 10 %, bezogen auf das Gewicht des Kornes. Es wird ein wässriger Binder, wie Natriumligninsulfonat,zugesetzt und das Gemisch in die entsprechende Form gepreßt und bei einer Temperatur voni54o-2100 °C gebrannt. Die Anwendung dieser Masse als Stampfmasse wurde nicht in Erwägung gezogen.

Die US-PS 3 635 740 betrifft gebrannte, feuerfeste Gegenstände; zur Verbesserung der Warmfestigkeit der Chrommagnesia-Steine ist ein zweifaches Brennen erforderlich.

Chromerz und Magnesit werden gebrochen und mit Ton gemischt. Nach Zugabe einer Flüssigkeit wird das feuchte Gemisch geformt und zuerst bei etwa 1600^ gebrannt und abgekühlt und dann nochmals beii690°C gebrannt. Dabei soll sich die Kieselsäure des Tons während der ersten Brennstufen durch Um-Setzung mit den anderen Verbindungen des Gemischs so verteilen, daß bei der zweiten höheren Brennstufe die SiHc ate sich nicht verflüssigen, wie dies bisher der Fall war. Diese Produkte werden dann zu Steinen - nicht jedoch zu

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Massen - verarbeitet und das Wesentliche bei diesem Stand der Technik ist der zweistufige Brand zur Stabilisierung der Silicate.

Aus der US-PS 3 868 261 ist ein Chrommagnesia-Spinell-Mörtel bekannt, der zusätzlich Chromoxid enthält zur Einstellung des Schrumpfens des Mörtels. Weder Ton noch eine andere silicatische Verbindung werden angewandt, um niederschmelzende Silicate aus den Ausgangsprodukten zu eliminieren. Das Gemisch nach diesem Stand der Technik enthält vorreagierte gebrochene Chrommagnesia mit einer Körnung von 0,5 mm, wobei bis zu 50 % < 44 um sein sollen, um die Volumenstabilität zu verbessern, d.h. eine Einstellung der Schrumpfung beim folgenden Brennen des Mörtels zu erreichen. Reines synthetisches Cr₂O, mit einer mittleren Teilchengrösse von 1,5 Mm oder darunter wird in einer Menge bis zu 13 % für weitere Einstellung der Schrumpfung zugesetzt. Die Volumenstabilität und damit das geregelte Schrumpfen wird angeblich erreicht durch die kritische Korngröße des Spinells und den Anteil an reinem Cr₂O-,. In diesem Stand der Technik gibt es keine Hinweise auf Eigenschaften, wie sie für Stampfmassen oder dergleichen benötigt werden, und die einzige Anwendung dieses Mörtels ist die Vermauerung von Steinen oder Formkörpern.

Aufgabe der Erfindung ist es nun eine feuerfeste Stampfmasse besonderer Schlackenbeständigkeit bei gleichzeitig leichtem Einbau und Spinellbildung in situ. 30

Die erfindungsgemäße Stampfmasse wird erhalten aus einem Gemisch von einem geschmolzenen verkleinerten Chrommagnesia-Spinell-Korn, Ton zur Plastifizierung und Bindung,

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feinem Chromoxid, feiner gebrannter Magnesia und einer Phosphatbindung. Die gemahlenen und gesiebten Ausgangsprodukte werden in üblicher Weise gemischt und dann für das Einstampfen angemacht, z.B. zur Einbettung von Kesselrohren, um diese vor dem Angriff von Schlackenteilchen und korrosiven Gasen in der Atmosphäre der Brennkammer von Dampfkesseln zu schützen.

Die eingebrannte, erfindungsgemäße Masse hat eine Porositat in der Größenordnung von 16 % bis 21 %. Die Poren sind unregelmäßig geformte Kanäle äquivalenten Durchmessers im Bereich von 15 bis 20yum. Durch das Brennen der Masse in situ erfolgt eine Bindung des Chrommagnesia-Spinells unter Bildung eines rekristallisierten Spinells, was mit einer Volumenvergrößerung verbunden ist, wodurch die Poren gegen das Eindringen von Schlacken und Gasen in die Masse abgedichtet werden.

Das erfindungsgemäße Gemisch enthält 80 bis 90 Gev,-% eines geschmolzenen, gebrochenen Chrommagnesia-Spinells, 2 bis 6 Gew.-% kaolinitischen Ton, 1 bis 3 Gew.-% Montmorillonit - es wird zwar ein Gemisch von Kaolin und Montmorillonit-bevorzugt, jedoch kann man auch Jedes extra verwenden - 6bis 10 Gew.-% feines Chromoxid, 1 bis 3 Gew.-96 feine gebrannte Magnesia und 1 bis 3 Gew.-% Natriumhexametaphosphat. Außer dem Natriumhexametaphosphat können auch andere durch Luft härtende Phosphate angewandt werden. Chromoxid und Magnesiumoxid liegen vorzugsweise in einem Gewichtsverhältnis von 3:1 bis 5:1 vor. 30

Die Pulver und anderen Produkte werden trocken gemischt. Der Chrommagnesia-Spinell wird auf eine Körnung = 2 mm

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gemahlen. Der Kaolinit kann z. B. aus Florida stammen lind der Montmorillonit ein gereinigter Bentonit sein. Als Chromoxid verwendet man Pigment-Qualität mit einer Körnung 1 um und der gebrannte Magnesit muß mit Chromoxid in situ zu dem angestrebten Spinell MgO-Cr₂O, zu reagieren vermögen, wenn die Stampfmasse an Ort und Stelle eingebrannt wird. Natriumhexametaphosphat vervollständigt die Stampfmasse.

Der angewandte, gebrochene, geschmolzene Chrommagnesia-Spinell ist vorzugsweise ein reiner Spinell, kann Jedoch auch chromitreich sein. Hohe Reinheit des Spinells vermeidet unerwünschte Anteile an Tonerde, Silicat und Eisenoxid, die normalerweise mit der An-. wendung von Chromerzen verbunden sind. Kaolinit und Montmorillonit sollen der Stampfmasse die nötige Plastizität verleihen.

Die endgültige Bindung des Spinells entwickelt sich beim Erhitzen der Masse, wenn der Dampfkessel in Betrieb genommen wird. Chromoxid-Pigment, gebrannter Magnesit und Ton sind innerhalb der Masse so verteilt, daß die Poren gefüllt und die Abdichtung des Produkts mit fortschreitendem Brand erreicht wird. Das Natriumhexametaphosphat dient -sozusagen als temporäres Bindemittel zum Zusammenhalt der Masse beim Stampfen und Brennen und führt schließlich zu einer Verbesserung der keramischen Bindung bei hohen Temperaturen.

Die Erfindung wird an einem Beispiel weiter erläutert.

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Beispiel:

Es wurde eingesetzt;

3Λ21529

Spinell

Kaolinit gereinigter Montmorillonit Chromoxid-Pigment feiner Magnesit Natriumhexametaphosphat

23 Gew.-% 0,35-2 mm 23 Gew.-% 0,177-0,35 mm 35 Gew.-% < 0,177 mm 4 Gew.-% 2 Gew.-% 8 Gew.-%

2 Gew.-%

3 Gew.-%

Diese Ausgangsprodukte wurden trocken gemischt. Die · kolloidalen Tone sintern unter Bildung der Hauptbindung und Erleichterung der Verarbeitung. Das Chromoxid-Pigment hatte eine mittlere Größe von 0,7 um und einer Reinheit von etwa 97 % Cr₂O,. Der gebrannte Magnesit hatte eine Reinheit von zumindest 98 % und eine mittlere Körnung von etwa 30/um. Es wurde technisches Natriumhexametaphosphat, gelöst in einer entsprechenden Wassermenge,für eine klebrige plastische Masse und Härten an der Luft angewandt.

Das feuchte Gemisch wurde um die Rohre des Dampfkessels eingestampft, um diese zu schützen. Mit Wasser wurde die für das Einstampfen erforderliche Konsistenz erreicht. Nach Antrocknen der Stampfmasse an Ort und Stelle wurde die Ofentemperatur auf 600 ° C zum Brennen der Masse gebracht. Bei dieser Temperatur reagiert Chromoxid und Magnesit und führen mit den Tonen und Phosphat zu einer dauerhaften Bindung bei geringer Porengröße, sodaß dem Eindringen korrosiver Schlacke hoher Widerstand entgegengesetzt wird.

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Die gebrannte Masse hatte eine (Schutt) Dichte von

■χ ρ

3,5 kg/m, einen Elastizitätsmodul von 103,5 kN/cm

(90 GPa), ein Bruchmodul bei 100°C von 1104 N/cm² (1600' psi) und bei 600⁰C von 828 N/cm² (1200 psi). An bei 155O⁰C gebrannten Prüfstäben wurde Porosität, Wärmedehnung und Schlackenbeständigkeit ermittelt:

Dichte 3,5 kg/cm⁵

Porosität 19 Vol.-96

mittlerer Porendurchmesser 9,6 um Wärmedehnungskoeffizient

bis 155O°C 9 · 10"⁶/K

Prüfung auf Schlackenbeständigkeit bei 1580 ⁰C

unter Verwendung	einer Kohlenschlacke folgender Zu-
sammens etzung:
SiO₂	52,4 %
Al₂O₃	22,5 %
TiO₂	1,1 %
Fe₂O₃	6,0 %
CaO	10,6 %
MgO	Λ Ο ύΖ I ₉ O 7D
K₂O	0,5 %
Na₂O	1,9 %

Die Schlackenprüfungen ergaben, daß ein Schlackenweg in einer Tiefe von 0,4 mm gebildet worden ist, was im Vergleich zu den besten Chrommagnesia-Spinell- Steinen, die gegenüber allem vergleichbaren Material überlegen sind, außerordentlich günstig ist.

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Claims

Patentansprüche

Λΐ Feuerfeste Stampfmasse, bestehend im wesentlichen aus Korn von geschmolzenem, gebrochenem Chrommagnesia-Spinell und Mitteln zur keramischen Bindung in situ enthaltend Ton, Chromoxid- Pulver, Magnesitpulver und ein Phosphat als Bindemittel.
2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis Chromoxid : Magnesia 3:1 bis 5:1 beträgt.
3. Masse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnt, daß sie 80 bis 90 Gew.-96 körniges Material mit einer Korngröße von =2 mm enthält und der Ton ein Gemisch von Kaolinit und Montmorillonit ist.
4. Masse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie 2 bis 6 Gew.-% Kaolinit, 1 bis 3 Gew.-% gereinigten Montmorillonit, 6 bis 10 Gew.-9o Chromoxid, 1 bis 3 Gew.-% Magnesia und 1 bis 3 Gev.-% Natriumhexametaphosphat enthält.

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5. Masse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kornanteil etwa 85 % ist.
6. Masse nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 90 bis 80 Gew.-96 feuerfestem Korn und 10 bis 20 Gew.-96 Binder- Gemisch besteht.
7. Masse nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Korn eine Siebanalyse von etwa 23 % 0,35 - 2 mm, etwa 23 % 0,177-0,35 mm und etwa 35 % C 0,177 mm besitzt, und sie etwa 4 Gew.-% plastischen Ton, etwa 2 Gew.-% gereinigten Montmorillonit, etwa 8 Gew.-% Chromoxidpigment, etwa 2 Gew.-96 Magnesia und etwa 3 Gew.-96 Natriumhexametaphosphat enthält.

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