DE60311399T3 - Feuerfestes System für Glassschmelzöfen - Google Patents

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Description

  • IN BEZUG GENOMMENE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht den Offenbarungsgehalt der vorläufigen U. S. Patentanmeldung Nr. 60/432,503, hinterlegt am 10. Dezember 2002.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Herstellen von feuerfesten Materialien für Glasschmelzöfen. Insbesondere betrifft diese Erfindung die Verwendung kolloidaler Feuerfestmaterialien aus Siliziumoxid zur Auskleidung von Glasschmelzöfen.
  • HINTERGRUND
  • Glasschmelzöfen sind feuerfest ausgekleidete Gefäße, die als Behälter zum Schmelzen und Aufnehmen von Glas geformt sind. Im Schmelzbetrieb werden die eintretenden, glasbildenden Materialien auf ungefähr 2800°F (1550°C) erhitzt. Die glasbildenden Materialien umfassen für gewöhnlich eine Mischung aus Glassbruch und Glasherstellungsmaterialien. Glasbruch ist zerbrochenes Glas aus dem Herstellungsverfahren. Glasherstellungsmaterialien schließen Sand (Siliziumoxid), Kalk (Kalkstein oder Kalziumkarbonat, das zu Kalziummonoxid reduziert wurde), kalziniertes Soda (Natriummonoxid) und manchmal auch weitere Materialien wie Feldspat, Salzkuchen, und Metalloxide ein. Während des Schmelzbetriebs schmilzt zuerst der Glasbruch, sodass die Wärmeübertragung auf die Glasmassematerialien verbessert und die Schmelzzeit verringert wird.
  • Glasschmelzöfen schließen Topföfen, Glaswannen oder Wannenöfen und ähnliches ein. Topföfen haben eine tiegel- oder schüsselförmige Konfiguration und werden typischerweise verwendet, um kleinere Mengen an Glas zu schmelzen. Glaswannen liegen im Bereich von kleinen Tageswannen bis zu größeren kontinuierlichen Schmelzwannen. Tageswannen werden für gewöhnlich mit glasbildenden Materialien befüllt, die über Nacht schmelzen. Kontinuierliche Schmelzwannen sind große Schmelzöfen, bei denen an einem Ende glasbildende Materialien beschickt werden, die schmelzen und zur Entnahme an das andere Ende fließen. Glaswannen werden typischerweise aus einzelnen feuerfesten Ziegeln oder Steinen in einem Stahlrahmen gebaut. Die Steine sind ohne Mörtel aneinander gepasst und werden typischerweise in einer rechteckigen Form angeordnet, um geschmolzenes Glas zu halten. Der mechanische Druck des Stahlrahmens und der äußeren Steine hält die Steine zusammen. Glaswannen weisen für gewöhnlich Regeneratorkammern auf, um die Verbrennungsluft für höhere Flammentemperaturen vorzuheizen.
  • Die feuerfesten Steine erfahren für gewöhnlich einen beträchtlichen Verschleiß durch das geschmolzene Glas und durch die Beschickung mit glasbildenden Materialien. Geschmolzenes Glas ist hoch korrosiv. Die feuerfesten Steine werden für gewöhnlich aus Verbundtonen mit Aluminiumoxid, Zirkonoxid, und Siliziumoxid (AZS) hergestellt. Die feuerfesten AZS Steine werden aus geschmolzenem Material hergestellt, das in Formen gegossen wird, und nach der Aushärtung bearbeitet werden. Der Schmelzbetrieb in kontinuierlichen Schmelzwannen wird zum Wesentlichen ohne Unterbrechung fortgeführt, bis die Wanne nicht mehr zu gebrauchen ist. Während des Schmelzbetriebs können die feuerfesten Steine tief eingeritzt werden, und es können Abnutzungspunkte oder Bereiche entstehen, an denen das geschmolzene Glas das feuerfeste Material erodiert oder aufgelöst hat. Die Abnutzungspunkte wachsen typischerweise, bis das feuerfeste Material beim Halten des geschmolzenen Glases versagt. Die Abnutzungspunkte verkürzen die Betriebsdauer von Glaswannen und sind oft nicht vorhersagbar, wodurch die Produktion von geschmolzenem Glas unterbrochen wird.
  • Die US 4 119 472 A bezieht sich auf ein wiedergebundenes schmelzgegossenes feuerfestes AZS Korn. Die DE 198 45 761 A bezieht sich auf ein hochtemperaturbeständiges keramisches Material. Die CH 509 950 A bezieht sich auf einen Werkstoff zur Herstellung von feuerfesten Gegenständen und insbesondere auf einen Werkstoff, aus dem feuerfeste Gussrohre zum Druckgießen von geschmolzenem Metall hergestellt werden können.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Verfügung, wie es in den Patentansprüchen definiert ist. Der feuerfeste Verbundwerkstoff umfasst eine erste Gruppe von Bestandteilen, die mit einem Silica-Binder gemischt ist. Die erste Gruppe von Bestandteilen umfasst Aluminiumoxid, Zirkonoxid und Siliziumoxid. Das entstehende feuerfeste Material kann direkt auf einem der Abnutzung ausgesetzten Teil des Glasschmelzofens geformt werden. Das feuerfeste Material kann unter Verwendung von Gieß-, Pump- oder Spritzverfahren geformt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Die Erfindung kann unter Bezug auf die folgenden Figuren und die detaillierte Beschreibung besser verstanden werden. Die Komponenten in den Figuren müssen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sein, die Betonung liegt auf der Darstellung der Prinzipien der Erfindung. Außerdem bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Figuren entsprechende Teile durchweg in den verschiedenen Ansichten.
  • 1 stellt eine perspektivische Teilansicht einer Glaswanne mit einem kolloidalen, feuerfesten Siliziumoxid-System gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
  • DETALLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 stellt eine perspektivische Teilansicht eines Glasschmelzofens oder einer Wanne 100 mit einem feuerfesten System dar. Die Glaswanne 100 kann zusätzliche Merkmale und Bestandteile aufweisen, wie Schmelz- und Läuterungskammern, Regeneratoren, Brenner und ähnliche, die nicht gezeigt sind. Die Glaswanne 100 hat einen Rahmen 102, der die Heizvorrichtung 104 und die Seitenwände 106 stützt. Der Rahmen 102 ist aus Stahlplatten und -trägern hergestellt und kann andere für einen Glasschmelzofen geeignete Materialien umfassen. Die Seitenwände 106 erstrecken sich vertikal von der Heizvorrichtung 104, um eine Behälterform zum Schmelzen und Halten von Glas zu bilden. Die Heizvorrichtung 104 weist eine oder mehrere Auskleidungen 108 aus feuerfesten Materialien auf. Die Seitenwände 106 weisen ebenso eine oder mehrere Auskleidungen aus feuerfesten Materialien auf. Die Auskleidungen können aus gleichen oder verschiedenen feuerfesten Materialien sein. Die feuerfesten Materialien sind Ziegel, Steine oder eine monolithische Konfiguration. Die Steine umfassen Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumoxid, eine Kombination davon oder andere für Glasschmelzöfen geeignete, feuerfeste Materialien. Die Steine können auch einen Silica-Binder umfassen. Die Glaswanne 100 weist auch eine Flickenauskleidung 110 auf, die über einem der Abnutzung ausgesetztem Teil der Heizvorrichtung 104 gebildet wurde. Der der Abnutzung ausgesetzte Teil kann überall entlang dem Inneren der Glaswanne einschließlich der Heizvorrichtung und der Seitenwände und über oder unter dem geschmolzenem Glas sein. Es kann eine oder mehrere Flickenauskleidungen in der Heizvorrichtung 104 und/oder auf den Seitenwänden 106 geben. Die Flickenauskleidung 110 umfasst ein feuerfestes Material wie zum Beispiel ein kolloidales, feuerfestes Siliziumoxid-Material. Obwohl spezielle Konfigurationen gezeigt sind, kann die Glaswanne 100 andere Konfigurationen einschließlich solcher mit weniger oder mehr Komponenten haben.
  • Das feuerfeste Material umfasst eine Mischung von Silica-Binder mit einer ersten Gruppe von Bestandteilen. Der Silica-Binder liegt im Bereich von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-% des Trockengewichts der ersten Gruppe von Bestandteilen, vorzugsweise zwischen 6 und 12 Gew.-% des Trockengewichts der ersten Gruppe von Bestandsteilen. Der Binder ist ein kolloidaler Silica-Binder. Die erste Gruppe von Bestandteilen umfasst Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkonoxid (ZrO2), und Siliziumoxid (SiO2). Die erste Gruppe von Bestandteilen kann trocken oder nass sein und ebenso weitere Materialien, ein Abbindemittel wie Magnesiumoxid (MgO), und/oder ein Fließmittel umfassen.
  • Aluminiumoxid, Zirkonoxid und Siliziumoxid sorgen für Festigkeit und Korrosionsresistenz. Das Aluminiumoxid kann durch einen aluminiumreichen Mineralstoff wie Tabulartonerde oder weiß-geschmolzenes Aluminiumoxid bereitgestellt werden. Das Aluminiumoxid kann auch reaktiv oder kalziniert sein. Das Zirkonoxid kann durch Zirkonstaub oder ein zirkonoxidhaltiges Material bereitgestellt werden. Das Siliziumoxid kann durch Mullit (Aluminiumsilikat), Mikrosiliziumoxid, kolloidales Siliziumoxid oder ähnliches zur Verfügung gestellt werden.
  • Der kolloidale Silica-Binder hält oder bindet die erste Gruppe von Bestandteilen in einer monolithischen Form zusammen. Der kolloidale Silica-Binder umfasst kolloidales Siliziumoxid in Wasser, wobei das kolloidale Siliziumoxid im Bereich von ungefähr 15 Gew.-% bis hin zu ungefähr 70 Gew.-% liegt. In einer Ausführungsform kann das kolloidale Siliziumoxid einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser im Bereich von ungefähr 4 Nanometer bis ungefähr 100 Nanometer aufweisen.
  • Die erste Gruppe von Bestandteilen beinhaltet ungefähr 50 Gewichtsprozent (Gew.-%) bis ungefähr 70 Gew.-% Aluminiumoxid, ungefähr 10 bis ungefähr 25 Gew.-% Zirkon, und ungefähr 15 bis ungefähr 35 Gew.-% Mullit. Vorzugsweise beinhaltet die erste Gruppe von Bestandteilen ungefähr 55 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-% Aluminiumoxid, ungefähr 15 bis ungefähr 20 Gew.-% Zirkon, und ungefähr 21 bis ungefähr 27 Gew.-% Mullit. Andere Verhältnisse von Bestandteilen können verwendet werden. Die erste Gruppe von Bestandteilen kann andere Komponenten wie ungefähr 0,1 Gewichtsprozent Magnesium beinhalten. Die Menge an Magnesium kann angepasst werden, um die Abbindezeit für das kolloidale, feuerfeste System zu verlängern oder zu verkürzen. Die erste Gruppe von Bestandteilen kann auch ein Fließmittel beinhalten, um die Fließeigenschaften zum Ausformen des kolloidalen, feuerfesten Siliziumoxidmaterials vor dem Abbinden zu verbessern oder zu ändern. Die erste Gruppe von Bestandteilen kann vor der Zugabe des kolloidalen Silica-Binders gemischt werden. Das resultierende feuerfeste Material umfasst ungefähr 65 bis ungefähr 80 Gew.-% Aluminiumoxid, ungefähr 7 bis ungefähr 15 Gew.-% Zirkonoxid und ungefähr 10 bis ungefähr 20 Gew.-% Siliziumoxid.
  • Zu Darstellungszwecken und nicht als Beschränkung stellt Tabelle 1 beispielhafte Arten und Verhältnisse der ersten Gruppe von Bestandteilen für das kolloidale, feuerfeste Siliziumoxid-System dar. TABELLE 1
    Rohmaterial Maschenweite Gew.-%
    Tabulartonerde ¼ × 8 19,296
    Tabulartonerde 8 × 14 19,296
    Tabulartonerde –28 M 4,824
    Zirkonstaub –325 M 16,844
    Geschmolzener Mullit –40 M 24,12
    Reaktives Aluminiumoxid (z. B. CAR 120B von Alcan) –325 M 4,824
    kalziniertes Aluminiumoxid (z. B. CAR 60RG von Alcan) –325 M 9,648
    Al Pulver –100 M 0,965
    MgO 98% –200 M 0,096
  • Die Bestandteile sind gewerblich erhältlich von Alcan oder anderen Anbietern. Die erste Gruppe von Bestandteilen kann zusammengemischt werden, bevor sie mit dem kolloidalen Silica-Binder gemischt wird. Die erste Gruppe von Bestandteilen kann auch nass oder trocken sein, bevor sie mit dem kolloidalen Silica-Binder gemischt wird. Die Mischung härtet aus oder bindet ab zu einem kolloidalen, feuerfesten Siliziumoxid-Material, das ungefähr 72,5 Gewichtsprozent Aluminiumoxid, ungefähr 11,2 Gewichtsprozent Zirkonoxid und ungefähr 15,6 Gewichtsprozent Siliziumoxid umfasst. Das kolloidale, feuerfeste Siliziumoxid-Material kann direkt an einem der Abnutzung ausgesetzten Teil der Glaswanne angeformt werden. Das kolloidale Feuerfestmaterial aus Siliziumoxid kann an dem der Abnutzung ausgesetzten Teil unter Verwendung eines oder mehrerer Formgebungsverfahren für feuerfeste Materialien, wie zum Beispiel Gießen, Pumpen oder Spritzen (Pumpen ohne Formen mit einem Abbindebeschleuniger) angeformt werden. Das kolloidale Feuerfestmaterial aus Siliziumoxid kann auf einem oder mehreren Teilen der Seitenwand oder Heizvorrichtung angeformt werden. Das kolloidale, feuerfeste Siliziumoxidmaterial kann direkt auf dem der Abnutzung ausgesetzten Teil angeformt werden ohne Austauschen der feuerfesten Steine in der Glaswanne.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Herstellen eines feuerfesten Materials für einen Glasschmelzofen, umfassend: Herstellen eines feuerfesten Verbundwerkstoffs, umfassend einen Silica-Binder und eine erste Gruppe von Bestandteilen, wobei die erste Gruppe von Bestandteilen Aluminiumoxid, Zirkonoxid und Siliziumoxid umfasst und wobei der Silica-Binder ein wässriger kolloidaler Silica-Binder im Bereich von 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% des Trockengewichts der ersten Gruppe von Bestandteilen ist; und Formieren des feuerfesten Verbundwerkstoffs auf der Oberfläche des Glasschmelzofens, wobei die feuerfeste Zusammensetzung 65 bis 80 Gew.-% Aluminiumoxid, 7 bis 15 Gew.-% Zirkonoxid und 10 bis 20 Gew.-% Siliziumoxid umfasst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Gruppe von Bestandteilen 50 bis 70 Gew.-% Aluminiumoxid, 10 bis 25 Gew.-% Zirkon und 15 bis 35 Gew.-% Mullit umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Gruppe von Bestandteilen 55 bis 60 Gew.-% Aluminiumoxid, 15 bis 20 Gew.-% Zirkon und 21 bis 27 Gew.-% Mullit umfasst.
  4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich der kolloidale Silica-Binder im Bereich von 6 Gew.-% bis 12 Gew.-% des Trockengewichts der ersten Gruppe von Bestandteilen befindet.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, als weiteren Schritt umfassend das Mischen der ersten Gruppe von Bestandteilen mit dem wässrigen Silica-Binder.
  6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der feuerfeste Verbundwerkstoff durch Gießen gebildet wird.
  7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der feuerfeste Verbundwerkstoff durch Pumpen gebildet wird.
  8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der feuerfeste Verbundwerkstoff durch Spritzen gebildet wird.
  9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 8, wobei der feuerfeste Verbundwerkstoff zusätzlich einen Härter enthält.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Härter Magnesiumoxid ist.
DE60311399T 2002-12-10 2003-12-10 Feuerfestes System für Glassschmelzöfen Expired - Lifetime DE60311399T3 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US43250302P 2002-12-10 2002-12-10
US432503P 2002-12-10

Publications (3)

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