DD292647A5 - Feuerfestes erzeugnis mit geringem sic-gehalt - Google Patents

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DD292647A5
DD292647A5 DD26497284A DD26497284A DD292647A5 DD 292647 A5 DD292647 A5 DD 292647A5 DD 26497284 A DD26497284 A DD 26497284A DD 26497284 A DD26497284 A DD 26497284A DD 292647 A5 DD292647 A5 DD 292647A5
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DD26497284A
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Fritz Bauer
Dieter Funke
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Ve Wissenschaftlich-Techn. Betrieb Keramik,De
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Abstract

feuerfeste Erzeugnisse mit geringem SiC-Gehalt eignen sich für Anwendungen, die eine besonders ausgeprägte Temperaturwechselbeständigkeit erfordern, wie z.B. pyrotechnische Anlagen mit mittleren und hohen Temperaturen und Brennhilfsmittel der keramischen Industrie.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Feuerfeste Erzeugnisse mit geringem SiC-Gehalt finden Anwendung für Erzeugnisse mit besonders ausgeprägter Temperaturwechselbeständigkeit, z. B. pyrotechnische Anlagen mit mittleren und hohen Temperaturen und Brennhilfsmittel der keramischen Industrie.
Charakterisierung des bekannten Standes der Technik
Bekannte Materialien für feuerfeste Erzeugnisse mit hoher Temperaturwechselbeständigkeit sind solche, welche mit hohem Anteil Siliciumcarbid aufgebaut sind. SiC ist kein natürlicher Rohstoff, sondern wird durch ein sehr energieintensives Verfahren hergestellt. Daher wurde versucht, den Anteil von SiC in den Versätzen zu senken.
Diese Tatsache erklärt den Einsatz SiC-freier Materialien. Es ist bekannt und üblich, daß bei auf Temperaturwechsel beanspruchten feuerfesten Erzeugnissen auf SiC-Basis dieses teilweise durch Alumosilikate ersetzt wird, die charakterisiert sind durch eine sehr niedrige Wasseraufnahme und dadurch bedingt auch eine niedrige Porosität. Derartige Alumosilikate sind bekannterweise dichtgebrannte Kaoline, d. h. Kaolinschamotte und dichtgebrannter Muliit. Nachteilig wirkt sich bei den Alumosilikaten der sehr hohe Zerkleinerungsaufwand zur Erzielung definierter Korngrößen aus.
Der hohe Glasphasenanteil ist dafür die Ursache. Der hohe Glasphasenanteil beeinflußt jedoch die Temperaturwechselbeständigkeit der feuerfesten Erzeugnisse negativ.
Es ist auch bekannt, alumosilikatischen Preßgemengen magnesiahaltige Zusätze in bestimmten Mengen zuzusetzen, um eine Cordieritbildung im Erstbrand zu erreichen. Derartige Cordierit-Produkte bestehen hauptsächlich aus einer Mullit-Schamotte, die in eine Matrix von Cordierit eingebettet ist oder aus Indialith-Kristalliten und einer eutektischen Glasphase.
Cordierithaltige feuerfeste Erzeugnisse haben aber neben den Vorteilen dor guten Temperaturwechselbeständigkeit'und des niedrigen Ausdehnungskoeffizienten den Nachteil, daß sie nur bis zu Temperaturen von max. 132O0C einsetzbar sind. Bei hohen Anwendungstemperaturen kommt es zu einem schnellen Abbau des Cordierite und somit zu niedrigeren Einsatzzeiten als bei SiC-haltigen Materialien.
Bei heiden bekannten Erzeugnisgruppen, SiC-haltige und Cordierit-Mullit-haltige Materialien, werden als Bindemittel
ausnahmslos geschlämmte Kaoline und/oder feuerfeste Bindetone eingesetzt. Zum Einsatz kommen für die Bindemittel sowohl die Trocken- als auch die Schlickertechnologie. Das SiC-haitige Material bringt hohen Verschleiß bei Proßwerkzougen und fordert entsprechend hohe Stahlqualitäten für Werkzeuge.
In Abhängigkeit von der Ofenatmosphäre tritt ein Zerfall des SiC ein.
Die Einsatztemperaturen liegen bei 1480°C.
Bekannte Cordierit-Mullit-haltige Erzeugnisse sind SiC-frei. Der Mg-Träger kann in verschiedenen Arten eingebracht werden. Der Verschleiß der Preßwerkzeuge ist niedriger als bei SiC-haltigen Erzeugnissen, aber die Anwendungstemperaturen liegen bei noch vertretbaren Einsatzdauern bzw. Belastungszyklen bei max. 13200C.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung feuerfester Erzeugnisse mit verringertem SiC-Gehalt unter Beibehaltung der guten Temperaturwechselbeständigkeit und Erhöhung der Anzahl der Anwendungsbrände bis 1480°C.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist, durch gezielten Einsatz stofflich und physikalisch definierter Alumosilikate den SiC-Gehalt der feuerfesten Erzeugnisse zu reduzieren, ohne die vorhandene gute Temperaturwechselbeständigkeit der feuerfesten Erzeugnisse auf SiC-Basis wesentlich zu verschlt chtern und außerdem den Gebrauchswert der feuerfesten Erzeugnisse zu erhöhen, d. h., die Anzahl der Anwendungsbrände bis 1480"C. Erfindungsgemäß wird dazu Tieftemperaturmullitschamotte, d. h., bei ca. 15000C gebrannte Mullitschamotte, eingesetzt. Die Tieftemperaturschamotte wird zerkleinert, fraktioniert und in best. Fraktionen anstelle verschiedener SiC-Körnungen verwendet. Eine andere Möglichkeit besteht erfindungsgemäß darin, daß anfallende feinkörnige Tieftemperaturmullitschamotte unter Zusatz feuerfester Kaoline und anfallendes feinkörniges SiC gemeinsam zu einem Bindemittel, mit einem Siebrückstand bei 63μηη von max. 10%, aufgemahlen wird.
Die erfindungsgemäß eingesetzte Tieftemperaturmul/ischamotte ist charakterisiert durch einen AI2O3-Gehalt §65%, einer Sintertemperatur von mind. 14500C und einer Volumenkonstanz trotz des hohen offenen Porenraumes von > 30% bei Einsatztemperaturen der feuerfesten Erzeugnisse von 1450°C. Die Tieftemperaturmullitschamotte hat einen minimalen Glasphaseanteil, was zum wesentlichen Erhalt der Temperaturwechselbeständigkeit der Tieftemperaturmullitschamotte und des feuerfesten Erzeugnisses führt. Überraschenderweise wird auch durch den hohen Porenraumanteil der Tiehemperaturmullitschamotte, bei deren erfindungsgemäßer Verwendung als Gerüstkomponente im Versatz, die Temperaturwechselbeständigkeit der feuerfesten Erzeugnisse nicht verschlechtert. Die^e Korrelation war auf Grund der bisherigen theoretischen Kenntnisse nicht zu erwarten.
Zur Herstellung feuerfester Erzeugnisse mit verringertem SiC-Gehalt wird die Tieftemperaturmuilitschamottekörnung mit Schlicker und/oder organischem Bindemittel, z. B. Dextrin, CMC, Sulfitablaugewassergemisch, benetzt, homogenisiert und anschließend mit dam Mischmahlungsbindemittel versetzt. Bei z. B. dünnwandigen Erzeugnissen beträgt das Verhältnis TieftemperaturmullitschamotteiMischmanlungsbindemittel 1,5:1. Nach bekannten Verfahren werden die feuerfesten Erzeugnisse geformt, getrocknet und gebrannt.
Erfindun . jernäß kann anstelle der Tieftemperaturmullitschamotte bei der Bindemittelaufbereitung auch ein anderes aktives Alumosilikat, z.B. Schleifmehl von der Herstellung hochtonerdehaltiger Leichtsteine, eingesetzt werden. Die erfindungsgemäßen Vorteile bestehen in der maximalen Substituierung von SiC-Körnungen bei gleichzeitig verbesserter Reaktion der Bindemittelkomponenten untereinander und mit der Tieftemperaturmullitschamottekörnung. Die Bindemittelart gewährleistet ferner, bei Temperaturen um 12000C bis 145O0C eine schmelzphasenarme Matrix, weshalb die thermomechanischen Eigenschaften primär auf die vorteilhaften kristallinen Phasenneubildungen zurückzuführen sind. Ferner werden die bei der Preßformgebung unter Zugrundelegung der bisherigen Koalinbildung auftretenden Preßschwierigkeiten durch die ausgeprägte Plättchenstruktur des Kaolines weitestgehend eliminiert. Weiterhin ist von Vorteil, daß die Tieftemperaturmullitschamottekörnung durch ihren relativ hohen Porenraum zur Elastizität des Werkstoffes bei Temperaturwechsel beiträgt.
Von besonderer verfahrenstechnischer Bedeutung sind die günstigeren Zerkleinerungseigenschaften der Tieftemperaturmullitschamotte durch den Mikroporenraum und das Fehlen eier Glasphase. Die zweckmäßige Einführung der bei der Zerkleinerung anfallenden feinkörnigen Fraktion, z.B. kleiner 0,5mm, für die BincJemittelherstellung ist ebenfalls positiv zu bewerten. Ein weiterer Vorteil ist auch darin zu sehen, daß durch die hohe Porosität der 1 icftemperaturmullitschamotte und damit des späteren Scherbens in einer Brennkapsel sehr schnell ein Atmosphärenausgleich zustande kommt.
Ausfuhrungsbeisptele
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen für feuerfeste Erzeugnisse mit hoher Temperaturwechselbeständigkeit näher erläutert.
Beispiel 1
Zur Herstellung des Bindemittels werden in einer Trommelmühle bei den Parametern Mahlkörpermenge zu Substanzmenge von 4:1, Stahlkugeln mit 18-20mm Durchmesser als Mahlkörper und 2stündiger Mahldauer die Bindemittelkomponenten feuerfester Kaolin, SiC in der Körnung 0-0,3 mm und Tieftemperaturmullitschamotte in der Körnung kleiner 0,5 mm homogenisiert und gleichzeitig bis zu einem Siebrückstand kleiner 63μιτι aufgemahlen. Der Tieftemperaturbrand der Mullitschamotte erfolgte in einem Tunnelofen bei PK150. Der AI2O3-Gehalt der Tieftemperaturmullitschamotte ist auf 71,8% eingestellt. Die Zusammensetzung des Bindemittels ist auf
5 Ma.-% feuerfester Kaolin 25 Ma.-% SiC 0-0,3mm und 70 Ma.-%Tieftemperaturmullitschamotte kleiner 0,5mm
eingestellt.
Die Siebrückstände des Bindemittels erreichten bei 40μιτ> gleich 13% und bei 63μΓΠ gleich 3,4%.
Für die Herstellung des Preßgemenges wurden nach der Zusammensetzung von
40 Ma.-% Bindemittel und
60 Ma.-% Tieftemperaturmullitschamotte Körnung 0,5-2mm
unter Zusatz von 130 ml Sulfitlauge-Wasser-Gemisch 1:4 verdünnt pro kg trockenes Preßgemenge aufbereitet. Nach an sich bekannten Technologien wurden bei 600kp/cm2 Preßdruck Formkörper hergestellt, die nach der Trocknung in einem Tunnelofen bei PK148 gebrannt wurden. Die so hergestellten feuerfesten Erzeugnisse zeichnen sich durch folgende Materialkennwerte aus:
Rohdichte 1,96 g/cm3
Wasseraufnahme v 17,3%
Offene Porosität 34%
Druckfestigkeit bei
Raumtemperatur 43,5MPa
Temperaturwechselbe
ständigkeit, Zylinder
methode, Temperati'.i
950°C/Wasser η größer 30
Druckfeuerbeständigkeit,
T0 abei 2 kp/cm2 Belastung 1620°C
Beispiel 2
Die Herstellung des Bindemittels erfolgte nach der Zusammensetzung
5,6 Ma.-% feuerfester Kaolin 32,2 Ma.-% SiC 0-0,3mm und 62,2 Ma.-% Schleifmehl von der Hurstellung hochtonerdehaltiger Schaumleichtsteine.
Dazu wurden die Komponenten satzweise in einer Trommelmühle bei der Homogenisierung und Mischmahlung auf die Siebrückstände von 15,7% bei40Mm und 5,9% bei 63 pm gebracht. Das Verhältnis von Mahlkörper zu den Bindemittelkomponenten betrug ebenfalls 4:1, als Mahlkörper wurden Stahlkugeln mit 18-20 mm Durchmesser eingesetzt. Die Mahldauer bei der satzweisen Mahlung betrug 2 Stunden.
Bei der Herstellung derTieftemperaturmullitschamotte, die aus dem feuerfesten Kaolin und calzinierter Tonerde—Verhältnis 1:1 -bestand und nach gsmeinsamer Aktivierung verziegeit wurde, erfolgte der Tieftemperaturbrand ebenfalls in einem Tunnelofen bei einer Kegeltemperatur von PK148. Die Zerkleinerung und Fraktionierung der Tieftemperaturmullitschamotte erfolgte nach an sich bekannten Verfahren. Im vorliegenden Fall erfolgte die Herstellung der Fraktion 0,5-2mm. Der AI2O3-Gehalt der Tieftemperaturmullitschamotte lag ebenfalls bei 71,8%
Nach der Zusammensetzung von
40 Ma.-% Bindemittel und
60 Ma.-% Tieftemperaturmullitschamotte, Körnung 0,5-2 mm
wurde unter Zusatz von 100 ml Sulfitlauge-Wasser-Gemisch 1:4 verdünnt pro kg trockenes Preßgemenge aufbereitet. Nach wiederum bekannten Technologien wurden bei 600kp/cm2 Preßdruck Formkörper hergestellt, die nach der Trocknung in einem Tunnelofen bei PK148 gebrannt wurden.
Nachstehende Materialkennwerte wurden erzielt:
Rohdichte 2,00 g/cm3
Wasseraufnahme 17,6%
Offene Porosität 35%
Druckfestigkeit bei
Raumtemperatur 48,9MPa
Temperaturwechselbe
ständigkeit, Zylinder
methode, Temperatur
950"C/Wasser η größer 30
Druckfeuerbeständigkeit,
T0 β bei 2 kp/cm2 Belastung größer!580°C
"•i

Claims (3)

  1. ι. Feuerfeste Erzeugnisse mit geringem SiC-Gehalt, gekennzeichnet dadurch, daß im Bindemittel des Versatzes Kaolin, SiC, vorzugsweise feinkörnig, und Tieftemperaturmullitschamotte, vorzugsweise feinkörnig, oder andere stofföigene aktive Alumosilikate, vorzugsweise feinkörnig, enthalten sind und im Versatz Bindemittel und ausschließlich Tieftemperaturmullitschamotte enthalten sind.
  2. 2. Feuerfestes Erzeugnis gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Bindemittel durch Mischmahlung hergestellt wird und die Siebrückstände max. 10% größer 63Mm betragen.
  3. 3. Feuerfestes Erzeugnis gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Tieftemperaiurmullitschamotte einen AI2O3-Gehalt von S65% und einen offenen Porenraum >30% hat.
DD26497284A 1984-07-06 1984-07-06 Feuerfestes erzeugnis mit geringem sic-gehalt DD292647A5 (de)

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