EP1966106A1 - Versatz für ein feuerfestes keramisches produkt und daraus gebildetes feuerfestes keramisches produkt - Google Patents

Versatz für ein feuerfestes keramisches produkt und daraus gebildetes feuerfestes keramisches produkt

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Publication number
EP1966106A1
EP1966106A1 EP06806683A EP06806683A EP1966106A1 EP 1966106 A1 EP1966106 A1 EP 1966106A1 EP 06806683 A EP06806683 A EP 06806683A EP 06806683 A EP06806683 A EP 06806683A EP 1966106 A1 EP1966106 A1 EP 1966106A1
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EP
European Patent Office
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ceramic product
offset according
offset
refractory
mass
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06806683A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Majcenovic
Dieter Pirkner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
Original Assignee
Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG filed Critical Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C04B2235/9669—Resistance against chemicals, e.g. against molten glass or molten salts
    • C04B2235/9676—Resistance against chemicals, e.g. against molten glass or molten salts against molten metals such as steel or aluminium

Definitions

  • the invention relates to an offset for a refractory under normal use ceramic product, such as a molding or a casting.
  • Refractory ceramic products both masses (such as castables, shotguns, ramming masses, mortar) and molded parts (such as bricks, cuboids, cones, plates) are used for lining metallurgical melting vessels as well as for use as functional parts (such as slide plates, sleeves, Plugs, lances, pipes), in particular in the context of secondary metallurgical processes.
  • masses such as castables, shotguns, ramming masses, mortar
  • molded parts such as bricks, cuboids, cones, plates
  • functional parts such as slide plates, sleeves, Plugs, lances, pipes
  • the refractory material comes into contact not only with the metallurgical melts but also with corresponding slags.
  • the refractory material is subject to considerable wear, in particular wear due to a chemical / metallurgical corrosion attack, wherein an infiltration of melt and / or slag into the refractory material may be a cause of wear.
  • additives which can lead to a reduction in the wear of the refractory material.
  • These additives which are said to make the finished refractory material more corrosion resistant and / or which better protect the refractory material from infiltration of contaminants, are hereinafter referred to as "corrosion / infiltration inhibitors.”
  • Barium sulfate (BaSO 4 ) and calcium fluoride (CaF 2 ) are such substances.
  • Barium sulfate decomposes at higher temperatures.
  • BaSO 4 reacts to Celsian (BaAl 2 Si 2 Oe) and the protective effect of the additive is lost. This is especially true in the temperature range> 900 ° C.
  • a refractory lining in a melting vessel may become hot during heating between 1100 and 1250 ° C. It is then often hotter than the subsequently treated in the vessel melt. BaSO 4 then fails completely as wear protection.
  • the invention is so far the object of demonstrating a way to improve the infiltration / corrosion behavior of refractory ceramic products, especially in the high-temperature application (> 1,200 ° C).
  • the calcium sulfate can be used anhydrous, ie as anhydrite (CaSO 4 ), or hydrous, for example as hemihydrate (CaSO 4 • Vi H 2 O) or dihydrate (CaSO 4 • 2H 2 O), as a fine powder or in various coarser particle fractions.
  • anhydrite CaSO 4
  • hydrous for example as hemihydrate (CaSO 4 • Vi H 2 O) or dihydrate (CaSO 4 • 2H 2 O), as a fine powder or in various coarser particle fractions.
  • Blaine's specific surface area may be> 2000 cm 2 / g. It can be over 4000 cm 2 / g and reach values> 7000 cm 2 / g.
  • the residue on a sieve according to DIN 4188 is then for example: R 0.02 mm:> 40%, R 0.02 mm> 25% or R 0.02 mm: ⁇ 20%.
  • Usually Blaine's specific surface area is> 1000 cm 2 / g.
  • the said corrosion-inhibiting substances are used as an offset component, optionally also added to the finished product, for example by infiltration by means of vacuum treatment.
  • the CaSO 4 decomposes, but forms new compounds with the surrounding refractory material, which are likewise infiltrations / corrosion inhibitors.
  • the reasons / phenomena are not fully understood yet. However, it was found, inter alia, that CaSO 4 reacts at higher temperatures with alumina from the refractory product to yeelimite (Ca 4 AloOi 2 SO 4 ). Yeelimit is stable up to> 1200 ° C and obviously takes over the protective function of the calcium sulfate additive at higher temperatures.
  • the invention comprises an offset for a refractory under normal use ceramic product, the
  • Basic refractory components are substances (compounds such as oxides) that are refractory or fire-resistant at higher temperatures (> 900 ° C). They are used according to the invention in grain sizes ⁇ 6 mm and may contain a fine grain fraction ( ⁇ 250 microns).
  • the raw material offset shall be adjusted accordingly, provided that the corrosion-inhibiting component (s) are not first introduced by impregnation of the finished fired product.
  • the offset thus contains corresponding additives (additives).
  • the amount of the infiltration-inhibiting component in the offset can be adjusted to ⁇ 15, ⁇ 10, ⁇ 7, ⁇ 5, to ⁇ 3% by mass, based on the total offset from the refractory base component and the admixture. Usually their share amounts to>1,> 3 or> 5 M .-%. Accordingly, the proportion of the refractory base component (sum of refractory base components and additives calculated in each case to 100% by mass) increases or decreases.
  • a binder e.g. based on phosphate or cement, or antioxidants (total of all offset components then added to 100 M .-%).
  • the invention includes the processing of the offset to ceramic bonded refractory products as well as the processing into chemically bonded products.
  • the refractory ceramic products may be monolithic compositions, mortars, moldings, for example in the form of stones, plates, sleeves or the like.
  • a suitable base component may at least partially be a non-basic basic component, for example from the group: alumina, corundum, ZrO 2 , zirconium silicate (ZrO 2 .SiO 2 ), mullite, TiO 2 , SiC, andalusite, chromium oxide, microsilica.
  • Cr 2 O 3 -free products are preferred.
  • BaSO 4 and / or CaF 2 can be dispensed with.
  • a suitable offset can be prepared in a conventional manner, for example by mixing the refractory base component (s) with the additive (s) and a binder, then shaping (for example by pressing) and firing for sintering, especially at temperatures> 1200 ° C ,
  • Example 3 Offset for a stone to be pressed
  • Example 1 From the offset according to Example 1 four test specimens of size 25x25x51 mm were prepared. The so-called “fill immersion test” was carried out on these test specimens, as it results from "Aluminum Transactions, Vol. 3, No. 1, 2000, 105-120", to which reference is made. The specimens were placed at a distance from each other on the bottom of a lined with silicon carbide casting compound test vessel, which was filled with 3.5 kg of an aluminum melt of the following specification so that the specimens were completely covered by the melt.
  • the surface of the molten bath was covered with a salt to prevent oxidation.
  • composition of aluminum melt is Composition of aluminum melt:

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Versatz für ein bei bestimmungsgemäßer Anwendung feuerfestes keramisches Produkt, beispielsweise einen Formkörper oder eine Gießmasse.

Description

Versatz für ein feuerfestes keramisches Produkt und daraus gebildetes feuerfestes keramisches Produkt
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft einen Versatz für ein bei bestimmungsgemäßer Anwendung feuerfestes keramisches Produkt, beispielsweise einen Formkörper oder eine Gießmasse.
Feuerfeste keramische Produkte, und zwar sowohl Massen (wie Gießmassen, Spritzmassen, Stampfmassen, Mörtel) als auch Formteile (wie Ziegel, Quader, Kegel, Platten), finden zur Auskleidung metallurgischer Schmelzgefäße ebenso Anwendung wie zur Verwendung als Funktionalteile (wie Schieberplatten, Hülsen, Stopfen, Lanzen, Rohre), insbesondere im Rahmen sekundärmetallurgischer Verfahren. -I-
Dies gilt sowohl für bestimmungsgemäße Anwendungen in der Eisenmetall- Industrie wie für Anwendungen in der Nichteisenmetall-Industrie.
Das feuerfeste Material kommt nicht nur mit den metallurgischen Schmelzen, sondern auch mit korrespondierenden Schlacken in Berührung. Insoweit unterliegt das Feuerfestmaterial einem erheblichen Verschleiß, insbesondere einem Verschleiß durch einen chemischen/metallurgischen Korrosionsangriff, wobei eine Infiltration von Schmelze und/oder Schlacke in das Feuerfestmaterial eine Verschleißursache sein kann.
In diesem Zusammenhang ist die Verwendung von Additiven bekannt, die zu einer Verringerung des Verschleißes des Feuerfestmaterials führen können. Diese Additive (Versatz-Bestandteile), die das fertige Feuerfestmaterial korrosionsstabiler machen sollen und/oder die das Feuerfestmaterial besser vor Infiltrationen von Fremdstoffen schützen, werden nachstehend als „Korrosions-/Infiltrationsinhibitoren" bezeichnet. Bariumsulfat (BaSO4) und Calciumfluorid (CaF2) sind solche Stoffe.
Bariumsulfat zerfällt jedoch bei höheren Temperaturen. Zum Beispiel im Kontakt mit Bauxit aus dem Versatz des Feuerfest-Produkts reagiert BaSO4 zu Celsian (BaAl2Si2Oe) und die Schutzwirkung des Additivs geht verloren. Dies gilt insbesondere im Temperaturbereich > 900° C.
Beispielsweise durch Verwendung moderner Brenner kann eine feuerfeste Auskleidung in einem Schmelzgefäß beim Aufheizen zwischen 1 100 und 1250° C heiß werden. Sie ist dann oft heißer als die nachfolgend im Gefäß behandelte Schmelze. BaSO4 versagt dann als Verschleißschutz vollständig.
CaF2 ist zwar thermisch stabiler als BaSO4, die infiltrations-/korrosions- hemmende Wirkung ist jedoch schlechter als bei Verwendung von BaSO4. Der Erfindung liegt insofern die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, das Infiltrations-/Korrosionsverhalten feuerfester keramischer Produkte insbesondere auch im Hochtemperatur-Anwendungsbereich (> 1.200° Celsius) zu verbessern.
In Versuchen wurde festgestellt, dass durch Calciumsulfat im Versatz der Verschleiß eines zugehörigen gebrannten fertigen Produktes drastisch herabsetzt wird, und zwar ohne negative Auswirkungen auf das mechanische Verhalten der Produkte und ohne negative Auswirkungen auf die Temperaturbeständigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit.
Das Calciumsulfat kann wasserfrei, also als Anhydrit (CaSO4), oder wasserhaltig, beispielsweise als Halbhydrat (CaSO4 • Vi H2O) oder Dihydrat (CaSO4 • 2 H2O) eingesetzt werden, als feines Pulver oder auch in verschiedenen gröberen Kornfraktionen.
Die spezifische Oberfläche nach Blaine kann beispielsweise > 2000 cm2/g betragen. Sie kann über 4000 cm2/g liegen und Werte > 7000 cm2/g erreichen. Der Rückstand auf einem Sieb gemäß DIN 4188 beträgt dann beispielsweise: R 0,02 mm: > 40 %, R 0,02 mm > 25 % oder R 0,02 mm: < 20 %. Üblicherweise ist die spezifische Oberfläche nach Blaine > 1000 cm2/g.
Die genannten korrosionshemmenden Substanzen (Additive) werden als Versatzkomponente eingesetzt, gegebenenfalls auch dem fertigen Produkt zugesetzt, zum Beispiel mittels Vakuumbehandlung infiltriert. Bei anschließender Temperaturbehandlung (beim Brand/Sintern der Produkte oder bei ihrer bestimmungsgemäßen Anwendung) zersetzt sich das CaSO4 zwar, bildet aber mit dem umgebenden Feuerfestmaterial neue Verbindungen, die ebenfalls infiltrations/-korrosionshemmend sind. Die Gründe/Phänomene dafür sind noch nicht abschließend vollständig geklärt. Es wurde aber unter anderem festgestellt, dass CaSO4 bei höheren Temperaturen mit Aluminiumoxid aus dem refraktären Produkt zu Yeelimit (Ca4AIoOi2SO4) reagiert. Yeelimit ist bis > 1200° C beständig und übernimmt offensichtlich bei höheren Temperaturen die Schutzfunktion des Calciumsulfat-Additivs.
In ihrer allgemeinsten Ausführungsform umfasst die Erfindung einen Versatz für ein bei bestimmungsgemäßer Anwendung feuerfestes keramisches Produkt, der
a) 75 - 99,5 Masse-% mindestens einer refraktären Grundkomponente und b) 0,5 - 25 Masse-% mindestens eines Additivs aus der Gruppe: Calciumsulfat, Calciumsulfathydrat
enthält.
Refraktäre Grundkomponenten sind Stoffe (Verbindungen, wie Oxide), die feuerfest sind oder bei höheren Temperaturen (> 900° C) feuerfest werden. Sie werden erfindungsgemäß in Korngrößen < 6 mm eingesetzt und können einen Feinkornanteil (< 250 μm) enthalten.
Verschiedene Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche und den sonstigen Beschreibungsunterlagen. Der Rohstoffversatz ist entsprechend einzustellen, sofern die korrosions- hemmende(n) Komponente(n) nicht erst durch Tränkung des fertigen gebrannten Produktes eingebracht wird (werden). Der Versatz enthält also entsprechende Additive (Zusatzmittel). Die Menge der infiltrations- hemmenden Komponente im Versatz kann auf < 15, < 10, < 7, < 5, bis < 3 M.-%, bezogen auf den Gesamtversatz aus refraktärer Grundkomponente und Zusatzmittel, eingestellt werden. Meist beträgt ihr Anteil > 1 , > 3 oder > 5 M.-%. Entsprechend erhöht beziehungsweise verringert sich der Anteil der refraktären Grundkomponente (Summe aus refraktären Grundkomponenten und Additiven jeweils auf 100 M.-% gerechnet).
Ebenso ist es möglich, weitere Komponenten dem Versatz zuzumischen, beispielsweise ein Bindemittel, z.B. auf Phosphat- oder Zementbasis, oder Antioxidantien (Gesamtsumme aller Versatzkomponenten dann wiederum auf 100 M.-% addiert).
Die Erfindung schließt die Verarbeitung des Versatzes zu keramisch gebundenen feuerfesten Produkten ebenso ein wie die Verarbeitung zu chemisch gebundenen Produkten. Die feuerfesten keramischen Produkte können monolithische Massen, Mörtel, Formteile, beispielsweise in Form von Steinen, Platten, Hülsen oder dergleichen sein.
Soweit Massen angesprochen sind schließt dies auch hydraulisch gebundene Massen ein.
Eine geeignete Grundkomponente kann zumindest anteilig eine nichtbasische Grundkomponente sein, beispielsweise aus der Gruppe: Tonerde, Korund, ZrO2, Zirkonsilikat (ZrO2 . SiO2), Mullit, TiO2, SiC, Andalusit, Chromoxid, Mikrosilika. Allerdings sind Cr2Ü3-freie Produkte bevorzugt. Auf BaSO4 und/oder CaF2 kann verzichtet werden. Ein entsprechender Versatz kann in üblicher Weise aufbereitet werden, beispielsweise durch Vermischen der refraktären Grundkomponente(n) mit dem Additiv (den Additiven) und einem Bindemittel, anschließender Formgebung (zum Beispiel durch Pressen) und Brand zur Sinterung, insbesondere bei Temperaturen > 1.200° Celsius.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von vier Versätzen beispielhaft dargestellt:
Beispiel 1 : Versatz für eine Gießmasse
Beispiel 2: Versatz für eine Stampfmasse
Beispiel 3 : Versatz für einen zu pressenden Stein
Beispiel 4: Versatz für eine Spritzmasse
Aus dem Versatz gemäß Beispiel 1 wurden vier Prüfkörper der Größe 25x25x51 mm hergestellt. An diesen Probekörpern wurde der so genannte „füll immersion test" durchgeführt, wie er sich aus „Aluminium Transactions, Vol. 3, No. 1 , 2000, 105-120" ergibt, auf den Bezug genommen wird. Dabei wurden die Probekörper mit Abstand zueinander auf den Boden eines mit Siliziumcarbid-Gießmasse ausgekleideten Prüfgefäßes gestellt, welches mit 3,5 kg einer Aluminiumschmelze nachstehender Spezifierung so gefüllt war, dass die Prüfkörper komplett von der Schmelze überdeckt waren.
Die Oberfläche des Schmelzbades wurde mit einem Salz abgedeckt, um eine Oxidation zu vermeiden. Die Prüfkörper, die jeweils mindestens eine Oberfläche in Kontakt mit der Schmelze aufwiesen, die durch ein Schneidwerkzeug freigelegt wurde, blieben 4 Tage (96 Stunden) in der auf 850° C gehaltenen Schmelze, wobei die Schmelzzusammensetzung jeweils nach 24 Stunden nachreguliert wurde.
Zusammensetzung der Aluminiumschmelze:
An dem bei 1200° C vorgebrannten Prüfkörpern wurde keine durchgehende Anhaftung von Metall festgestellt. Es konnte keine makroskopisch sichtbare Infiltration festgestellt werden. Mikroskopisch ergab sich eine dünne, circa 500 μm starke Reaktionszone im Oberflächenbereich der Prüfkörper. Weitere Untersuchungen ergaben, dass Calziumsulfat als solches nicht mehr vorhanden war. Dagegen konnte in der Probe ein Anteil an Yeelimit (Ca4AIoOi2SO4) festgestellt werden. Yeelimit hatte sich dabei insbesondere im Grenzflächenbereich des zuvor von Calziumsulfat eingenommenen Raumes zum umgebenden Matrixmaterial gebildet.
Die aus einem Versatz der genannten Art gebildeten ungebrannten oder gebrannten Produkte, letztere mit einem Gehalt an Yeelimit, sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Claims

Versatz für ein feuerfestes keramisches Produkt und daraus gebildetes feuerfestes keramisches ProduktA n s p r ü c h e
1. Versatz für ein bei bestimmungsgemäßer Anwendung feuerfestes keramisches Produkt, der a) 75 - 99,5 Masse-% mindestens einer refraktären Grundkomponente und b) 0,5 - 25 Masse-% mindestens eines Additivs aus der Gruppe:
Calciumsulfat, Calciumsulfathydrat enthält.
2. Versatz nach Anspruch 1 , bei dem der Anteil des Additivs < 10 Masse-% beträgt.
3. Versatz nach Anspruch 1 , bei dem der Anteil des Additivs < 5 Masse-% beträgt.
4. Versatz nach Anspruch 1 , bei dem der Anteil des Additivs > 1 Masse-% beträgt.
5. Versatz nach Anspruch 1 , bei dem der Anteil des Additivs > 5 Masse-% beträgt.
6. Versatz nach Anspruch 1 , bei dem mindestens eine refraktäre Grundkomponente eine nicht-basische Grundkomponente ist.
7. Versatz nach Anspruch 6, bei dem die nicht-basische Grundkomponente zumindest anteilig aus der Gruppe: Tonerde, Bauxit, Korund, ZrO2, Siliziumcarbid, Andalusit, Chromoxid, Mikrosilika, Zirkonsilikat, Mullit, TiO2 stammt.
8. Versatz nach Anspruch 1 , bei dem das Additiv als feinteiliges Pulver mit einer spezifischen Oberfläche nach Blaine > 1000 cm2/g vorliegt.
9. Versatz nach Anspruch 1 , der bis auf etwaige Verunreinigungen frei von mindestens einer der folgenden Bestandteile ist: BaSO4, CaF2 Cr2O3.
10. Ungebranntes keramisches Produkt, hergestellt aus einem Versatz nach Anspruch 1.
1 1 . Gebranntes feuerfestes keramisches Produkt, hergestellt aus einem Versatz gemäß Anspruch 1 mit einem Anteil an Yeelimit (Ca4Al6Oi2SO4).
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