DD294928A5 - Korund- und korund- schamotte- steine mit hoher thermischer und mechanischer bestaendigkeit - Google Patents

Korund- und korund- schamotte- steine mit hoher thermischer und mechanischer bestaendigkeit Download PDF

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DD294928A5
DD294928A5 DD34117890A DD34117890A DD294928A5 DD 294928 A5 DD294928 A5 DD 294928A5 DD 34117890 A DD34117890 A DD 34117890A DD 34117890 A DD34117890 A DD 34117890A DD 294928 A5 DD294928 A5 DD 294928A5
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DD34117890A
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Hans-Rainer Chudak
Detlef Hinze
Wolfgang Zschiedrich
Bernd Ott
Frank Lorenz
Heinz Roth
Guenter Kirsch
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Feuerfestwerke Wetro,De
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Abstract

Die Erfindung betrifft Korund- und Korund-Schamotte-Steine mit hoher thermischer und mechanischer Bestaendigkeit fuer die Zustellung von pyrotechnischen Anlagen mit Formsteinausmauerung. Erfindungsgemaesz werden einer Masse zur Herstellung von Korund- und Korund-Schamotte-Steinen, bestehend aus verschiedenen Schmelzkorundkoernungen sowie gegebenenfalls Ton- und/oder Kaolin- und/oder Mullitschamotte und/oder aus Al2O3-reichen industriellen Anfallprodukten aufbereiteten Koernungen und plastischem Bindemittel in Form von Geschlaemmten Kaolin und/oder feuerfestem Bindeton zusaetzlich feingemahlene Tonerde mit einem a-Al2O3-Anteil zwischen 85 und 95% und pyrogene Kieselsaeure in Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage der Ferrosiliciumproduktion und/oder Kieselsol mit einem SiO2-Anteil von 30% sowie gegebenenfalls feinkoerniges Siliciumcarbid und/oder Silicium zugegeben. Beim Erzeugnisbrand der aus der Masse hergestellten Formlinge der bei einem Kegelfallpunkt von vorzugsweise PK 148 bis 156 vorgenommen wird, entsteht aus dem amorphen SiO2 der pyrogenen Kieselsaeure bzw. des Kieselsols und der feingemahlenen Tonerde Mullit. Die Tonerde mit dem a-Al2O3-Anteil zwischen 85 und 95% ist einerseits noch so reaktiv, dasz eine gute Mullitausbildung erfolgen kann, andererseits aber so stabil, dasz die Gefuegewerte und Festigkeiten der Korund- und Korund-Schamotte-Steine nicht durch Schwindung der Tonerde herabgesetzt werden. Das feinkoernige Siliciumcarbid bzw. das Silicium wird bei Sintertemperatur teilweise oxidiert, wobei das SiO2 in statu nascendi die Mullitausbildung zusaetzlich verstaerkt. Die sich ausbildende Mullitbindematrix verleiht dem Stein ein dichtes Gefuege, hohe Kaltdruck- und Heiszbiegefestigkeiten sowie eine gute Druckfeuerbestaendigkeit und eine hervorragende Temperaturwechselbestaendigkeit.{Korund-Steine; Korund-Schamotte-Steine; pyrotechnische Anlagen; Formsteinausmauerung; Tonerde; a-Al2O3-Gehalt; pyrogene Kieselsaeure; Kieselsol; Heiszbiegefestigkeit; Temperaturwechselbestaendigkeit}

Description

pyrogene Kieselsäure in Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage der Ferrosiliciumproduktion
Kieselsol mit einem SiO2-Anteil von 30%
feingemahlene Tonerde mit einem a-AI2O3-Anteil zwischen 85 und 95%
feinkörniges Siliciumcarbid
feinkörniges Silicium
Anwendungsgebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Korund- und Korund-Schamotte-Steine mit hoher thermischer und mechanischer Beständigkeit für die Zustellung von pyrotechnischen Anlagen mit einer Formsteinausmauerung.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Bekannt sind Korund- und Korund-Schamotte-Steine auf Basis von Schmelzkorund und Ton- und/oder Kaolin- und/oder Mullitschamotte und/oder aus AI2O3-reichen industriellen Anfallprodukten aufbereiteten Körnungen, wobei als Bindemittel für die Preßmasse feuerfester Bindeton und/oder -kaolin eingesetzt wird. Dabei werden die entsprechenden Schmelzkorund·, Schamotte- und Sekundärrohstoffkörnungen mit feuerfestem Bindeton und/oder -kaolin unter Zugabe von Wasser und Sulfitablauge und/oder Tonschlicker gemischt und nach dem Trockenpreßverfahren auf hydraulischen oder Spindelpressen abgeformt, getrocknet und bei einem Kegelfallpunkt zwischen PK148 und PK156 gesintert. Diese Erzeugnisse besitzen nur relativ geringe Kaltdruckfestigkeiten und ungenügende thermische Eigenschaften.
Weiterhin bekannt sind Korund- und Korund-Schamotte-Steine, die als Bindemittel für die Preßmassen einen Bindeton mit einem hohen Anteil an feinkörnigem Quarz enthalten. Dieser Quarz bildet beim Erzeugnisbrand zwischen PK148 und PK152 mit dem feinen Schmelzkorund MuIMt in der Bindung, wodurch die Erzeugnisse Kaltdruckfestigkeiten und thermische Werte aufweisen, die vielen Ansprüchen genügen.
Außerdem sind Korund- und Korund-Schamotte-Erzeugnisse bekannt, die Quarzmehl in den Preßmassen enthalten. Beim Erzeugnisbrand reagiert das Quarzmehl mit dem feinen Schmelzkorund zu MuIMt, wodurch ebenfalls befriedigende Kalt- und Heißeigenschaften erhalten werden.
Der Erzeugnisbrand muß jedoch vorzugsweise bei Temperaturen um PK171 erfolgen.
Außerdem bekannt ist die Einführung eines naßaufgemahlenen SiO2-Trägers In die Preßmasse in Form eines Schlickers als Reaktionspartner für den feinen Schmelzkorund, wodurch befriedigende Eigenschaften erhalten werden. Nachteilig ist jedoch der verfahrenstechnisch aufwendige Schritt der Naßmahlung.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung Ist es, Korund· und Korund-Schamotte-Steine mit hoher thermischer und mechanischer Beständigkeit herzustellen. Die hohe thermische und mechanische Beständigkeit wird durch sehr gute Kalt- und Heißbiegefestigkeiten und eine hohe Druckfeuerbeständigkeit gewährleistet.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, die Zusammensetzung von Korund- und Korund-Schamotte-Steinen zu verändern, um die Zielstellung zu erreichen.
Erfindungsgemäß werden einer Masse zur Herstellung von Korund- und Korund-Schamotte-Steinen, bestehend aus grob·, mittel- und feinkörnigem Schmelzkorund, plastischem Bindemittel in Form von geschlämmtem Kaolin und/oder feuerfestem Bindeton sowie gegebenenfalls Ton-, Kaolin· oder Mullitschamottekörnungen und/oder aus AI2O3-reichen industriellen
Anfallprodukten aufbereiteten Körnungen, zusätzlich feingemahlene Tonerde mit einem a-AI2O3-Antell zwischen 85 und 95%
und pyrogene Kieselsäure in Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage der Ferrosiliciumproduktion und/oder Kieselsolmit einem SiO2-Anteil um 30% sowie gegebenenfalls feinkörniges Siliciumcarbid und/oder Silicium zugegeben.
Die Masse wird mit Sulfitablauge und Wasser und/oder Tonschlicker auf die gewünschte Preßfeuchte gebracht und nach dem Trockenpreßverfahren auf hydraulischen oder Spindelpressen abgeformt. Die Formlinge werden nach dem Trocknen
vorzugsweise bei einem Kegelfallpunkt zwischen PK148 und PK156 gesintert.
Das amorphe SiO2 der pyrogenen Kieselsäure bzw. des Kieselsols reagiert bei Sintertemperatur mit der feingemahlenen Tonerde
zu MuIMt. Die feingemahlene Tonerde mit einem OAI2O3-Anteil zwischen 85 und 95% ist durch den noch verbleibenden Gehaltan Übergangstonerden einerseits so reaktiv, daß eine gute Mullitausbildung bei Sintertemperatur gewährleistet ist. Andererseitsist der a-AI2O3-Anteil jedoch so hoch, daß die Gefügewerte und Festigkeiten der Korund-Steine nicht durch Schwindung der
Tonerde herabgesetzt werden. Ein Teil des gegebenenfalls zugegebenen feinkörnigen Slliciumcarbids und/oder Siliciums wird
beim Sintern oxidiert. Durch das SiO2 in statu nascendi wird die Mullitausbildung zusätzlich verstärkt.
Die sich ausbildende Mullitbindematrix verleiht dem Stein ein dichtes Gefüge, hohe Kaltdruck- und Heißbiegefestigkeiten sowie
eine gute Druckfeuerbeständigkeit und eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit.
Durch die Zugabe der feingemahlenen Tonerde und der pyrogenen Kieselsäure bzw. des Kieselsols zur Preßmasse wird
zusätzlich die Grünfestigkeit der Formlinge erhöht.
Ausföhrungsbeispiel 1 In ein Mischaggregat, vorzugsweise einem Gegenstromschnellmischer werden
35,0 Ma.-% Normalkorund, Kornfraktion 1 bis 2,5 mm
7,5 Ma.-% Normalkorund, Kornfraktion 0,2 bis 1 mm
12,5 Ma.-% Normalkorund, Kornfraktion < 0,2 mm
15,0 Ma.-% AI2O3-relches industrielles Anfallprodukt, Kornfraktion O bis 2,5mm
10,0 Ma.-% Tonschamotte, Kornfraktion 0 bis 2,5mm
gegeben, trocken vorgemischt und anschließend mit Tonschlicker versetzt. Danach werden 10% feuerfester Bindeton und 10% Bindeton mit einem hohen Anteil an aktivem Quarz untermischt. Die fertige Masse wird auf einer hydraulischen Presse mit einem spezifischen Preßdruck vons 55 MPa zu Formsteinen verarbeitet. Die Formsteine werden getrocknet und anschließend bei einem Kegelfallpunkt von PK150 gebrannt
Diese herkömmliche Korund-Schamotte-Qualität weist folgende Gütewerte auf:
AI2O.-Gehalt 70,3%
Kaltdruckfestigkeit 55 MPa Offene Porosität 17,8% Rohdichte 2,73 g/cm3 Druckfeuerbeständigkeit, TA 152O0C Temperaturwechselbeständigkeit 15 Abschreckungen Ausführungsbeispiel 2 Wie in Ausführungsbeispiel 1 werden in einem Gegenstromschnellmischer
35,0Ma.-% Normalkorund, Kornfraktion 1 bis2,5 mm 20,0 Ma.-% Normalkorund, Kornfraktion 0,2 bis 1 mm 7,5Ma.-% Normalkorund, Kornfraktion < 0,2 mm 20,0Ma.-% Sintermullitschamotte, Kornfraktion0 bis 2,5mm 15,0Ma.-% feuerfester Bindeton 0,5 Ma.-% pyrogene Kieselsäure in Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage der
Ferrosiliciumproduktion mit folgenden durchschnittlichen Eigenschaften:
SiO2-Gehalt 97,33%
Fe2O3-Gehalt 0,30%
AI2O3- u. TiO2-Gehalt 0,31% Na2O- u. K2O-Gehalt 0,21% MgO-u.CaO-Gehalt 1,32%
P-Os-Gehalt 0,06%
spezifische Oberfläche (BET) 2OmVg
und '. ,0 Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem a-AI2O3-Gehalt zwischen 85 und 95%
mit Tonschlicker gemischt und auf einer hydraulischen Presse mit einem spezifischen Preßdruck von 70 MPa zu Formsteinen verarbeitet. Nach dem Trocknen werden die Formsteine in einem Tunnelofen bei einem Kegelfallpunkt von PK151 gesintert. Die resultierende Steinqualität wird durch folgende Gütewerte charakterisiert:
AI2O3-Gehalt 82,2%
Kaltdruckfestigkeit 69,3MPa
Offene Porosität 16,3%
Rohdichte 2,83g/cm3
Druckfeuerbeständigkeit, TA >1700'C
Ausführungsbelsplel 3 In einem Gegenstromschnellmischer werden wie im Ausführungsbeispiel 1
45 Ma.-% Normalkorund, Kornfraktion 1 bis 2,5mm
25Ma.-% Normalkorund, Kornfraktion0,2bis 1mm
10Ma.-% Normalkoruno,Kornfraktion<0,2mm
5Ma.-% feuerfester Bindeton
5 Ma.-% pyrogene Kieselsäure In Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage der Ferrosiliciumproduktion
mit den im Ausführungsbeispiel 2 beschriebenen Eigenschaften
und . 10Ma.-% feingemahleneTonerdemiteinema-AI]O3-Gehaltzwischen85und95%
mit Tonschlicker gemischt und auf einer hydraulischen P; esse mit einem spezifischen Preßdruck von 60 MPa verpreßt. Nach dem Abbrand bei einem Kegelfallpunkt von PK151 werden folgende Gütewerte erreicht:
AI2O3-Gehalt 90,1%
Kaltdruckfestigkeit 83,6MPa
Offene Porosität 15,3%
Rohdichte 3,04 g/m3
Druckfeuerbeständigkeit, Ta >1700°C
Temperaturwechselbeständigkeit >30 Abschreckungen
Ausführungsbelsplel 4
Wie in Ausführungsbeispiel 1 werden
45Ma.-% Edelkorund, Kornfraktion 1 bis 2,5mm 23 Ma.-% Edelkorund, Kornfraktion0,2 bis 1 mm 2Ma.-% feuerfester Bindeton 10 Ma.-% pyrogene Kieselsäure In Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage der
Ferrosiliciumproduktion mit den im Ausführungsbeispiel 2 beschriebenen Eigenschaften und 20 Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem a-AI2O3-Gehalt zwischen 85 und 95 %
mit Tonschlicker gemischt, auf einer hydraulischen Presse mit einem spezifischen Preßdruck von 65 MPa verpreßt und bei einem Kegelfallpunkt von PK151 gesintert, wobei die resultierende Steinqualität folgende Gütowerte aufweist:
AljOa-Gehalt 87,8%
Kaltdruckfestigkeit 76,5MPa
Offene Porosität 15,0%
Rohdichte 3,05 g/cm3
Druckfeuerbeständigkeit, Ta NUOO'C
Ausführungsbeispiel 5 Wie im Ausführungsbeispiel 1 werden
45 Ma.-% Edelkorund, Kornfraktion 1 bis 2,5 mm 25 Ma.-% Edelkorund, Kornfraktion 0,2 bis 1 mm 20 Ma.-% Edelkorund, Kornfraktion <0,2 mm5 Ma.-% feuerfester Bindeton5 Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem a-AI2O3-Anteil zwischen 85 und 95%
trocken vorgemischt. Anschließend werden 5Ma.-% Kieselsol mit einem SiO2-Anteil von 30 % untermischt und die fertige Masse auf einer hydraulischen Presse mit einem spezifischen Preßdruck von 70MPa verpreßt. Die Formlinge wurden nach dem Trocknen in einem Tunnelofen bei einem Kegelfallpunkt von PK151 gesintert.
Folgende Werte wurden erhalten:
AI2O3-Gehalt 94,8%
Kaltdruckfestigkeit 87,6MPa
Offene Porosität 14,9%
Rohdichte 3,05 g/cm3
Druckfeuerbeständigkeit, TA >1700°C
Ausführungsbeispiel β Wie in Ausführungsbeispiel 1 werden
45,0Ma.-% Normalkorund, Kornfraktion 1 bis 3 mm 26,0Ma.-% Normalkorund, Kornfraktion 0,2 bis 1mm 8,6Ma.-% Normalkorund, Kornfraktion <0,2mm 5,0Ma.-% feuerfester Bindeton 4,0 Ma.-% pyrogene Kieselsäure In Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage der Ferrosiliciumproduktion
mit den im Ausführungsbeispiel 2 beschriebenen Eigenschaften . 10,0 Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem a-AI2O3-Gehalt zwischen 85 und 95%
und 2,5 Ma.-% Siliciumcarbid, aufgemahlen zu einer Kornfraktion mit einem Siebrückstand auf dem 0,063-mm-Sieb
von 31%
mit Tonschlicker gemischt, auf einer hydraulischen Presse mit einem spezifischen Preßdruck von 60 MPa abgeformt und anschließend bei einem Kegelfallpunkt von PK151 gesintert.
Die Steinqualität hat folgende Gütewerte:
AI2O3-Gehalt 91,9%
Kaltdruckfestigkeit 95,3MPa Offene Porosität 15,9% Rohdichte 3,02 g/cm3 Druckfeuerbeständigkeit, TA > 1700"C Ausführungsbelsplel 7 Wie in Ausführungsbeispiel 1 werden
45,0 Ma.-% Edelkorund, Kornfraktion 1 bis 3 mm 25,0 Ma.-% Edelkorund, Kornfraktion 0,2 bis 1 mm 8,5 Ma.-% Edelkorund, Kornfraktion < 0,2 mm 5,0Ma.-% feuerfester Bindeton 4,0 Ma.-% pyrogene Kieselsäure in Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage der Ferrosiliciumproduktion
mit den im Ausführungsbeispiel 2 aufgeführten Eigenschaften 10,0 Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem a-AI2O3-Gehalt zwischen 85 und 95%
und 2,5 Ma.-% FeSi 95 nach TGL 6782 (Fe-Gehalt um 0,5%) aufgemahlen auf einen Siebrückstand von 50,2% auf dem
0,04-mm-Sieb
mit Tonschlicker gemischt und auf einer hydraulischen Presse mit einem spezifischen Preßdruck von 70 MPa abgeformt, wobei nach der Sinterung bei einem Kegelfallpunkt von PK151 folgende Gütewerte erhalten werden:
AI2O3-Gehalt 92,5%
Kaltdruckfestigkeit 98,4MPa
Offene Porosität 15,4%
Rohdichte 3,05 g/cm
Druckfeuerbeständigkeit, Ta >1700eC

Claims (1)

  1. Korund- und Korund-Schamotte-Steine mit hoher thermischer und mechanischer Beständigkeit auf der Basis einer Masse von 20 bis 95Ma.-% grob-, mittel- und feinkörnigem Schmelz- und/oder Sinterkorund, 0 bis 50Ma.-%Ton-, Kaolin und/oder Mullitschamottekörnungen und/oder 0 bis 50 Ma.-% aus AI2O3-reichen industriellen Anfallprodukten aufbereiteten Körnungen und 2 bis 20 Ma.-% plastischem Bindemittel in Form von geschlämmtem Kaolin und/oder feuerfestem Bindeton und bei denen der Erzeugnisbrand bei einem Kegelfallpunkt von vorzugsweise bei PK148 bis PK156 erfolgt, gekennzeichnet dadurch, daß zusätzlich
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101921118A (zh) * 2010-05-10 2010-12-22 新邵仁海科技材料发展有限公司 一种耐火材料及其制备方法
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