LU87823A1 - Feuerfestes keramisches formteil sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
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Description
Feuerfestes keramisches Formteil sowie Verfahrenzu seiner Herstellung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein feuerfestes keramisches Formteilmit einer, das offene Porenvolumen zumindest teilweiseausfüllenden Imprägnierung.
Die Imprägnierung mit Erdölprodukten wie Teer oder Pechist seit langem bekannt. Sie dient in erster Lime derErhöhung der Infiltrationsbeständigkeit beziehungsweiseBeständigkeit gegenüber aggressiven Schlacken der entspre¬chenden feuerfesten keramischen Produkte. Zur Imprägnierungwird das Imprägniermedium über dessen Schmelzpunkt hinausmit Hilfe einer Heizvorrichtung auf eine bestimmte Viskosi¬tät eingestellt, um das Porensystem anschließend effektivüber ein Vakuum-/Druck-Verfahren mit Pech oder Teer zufüllen.
Nachteilig sind zum einen die notwendigen Imprägnierungs-temperaturen sowie die Nachtemperung der imprägniertenFormteile bei über 300° C, um flüchtige Bestandteile zueliminieren. Darüber hinaus stellen die flüchtigen Bestand- teile eine erhebliche Umweltbelastung dar.
Aus der DE-PS 37 04 020 ist ein Verfahren zur Imprägnierungvon keramischen Schornsteinrohren bekannt, bei dem einSilikon-Imprägnierungsmittel mit einem Zusatz an Methyl¬cellulose verwendet wird, wobei das Imprägnierungsmittelüber einen Tauchvorgang in das offene Porenvolumen desSchornsteinrohres eingebracht wird, und zwar nur selektivvon außen bis zu wenigen Millimeter Eindringtiefe.
Abgesehen davon, daß eine Silikon-Imprägnierung für feuerfeste keramische Teile, wie sie zum Beispiel in der Sekundärmetallurgie Anwendung finden, keine ausreichende Temperatur¬beständigkeit gibt, würde auch die selektive Verfüllungder Poren über kurz oder lang ausgewaschen und die Teilewären anschließend wieder unmittelbar zum Beispiel einemSchlackenangriff ausgesetzt.
Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, eineMöglichkeit der Imprägnierung von feuerfesten keramischenFormteilen mit offener Porosität anzugeben, die nichtnur einfacher gegenüber bekannten Teer- und/oder Pech¬imprägnierungen ist, sondern gleichzeitig eine geringereUmweltbelastung verursacht.
Die Erfindung steht unter der Erkenntnis, daß die bisherim Stand der Technik angewandte Verfahrenstechnik (Ver¬flüssigen eines Imprägnierungsmittels zwecks Einbringungin das offene Porenvolumen und anschließende Ansteifungdes Imprägnierungsmittels in den Poren) nicht nur übereine Temperaturbeeinflussung erreicht werden kann, sondernauch auf völlig anderem, nämlich mochnnischem/physiknlischomWeg .
Ein, thixotrope Eigenschaften aufweisender Schlicker,kann nämlich - "in kaltem Zustand" - ebenso wie zum Beispielerhitztes Pech in einen mehr oder weniger niedrig viskosenZustand überführt werden. Je nach Auswahl der Komponentendes Schlickers kann seine Viskosität dabei so abgesenktwerden, daß er das offene Porenvolumen mehr oder wenigervollständig verfällt und - noch Abschaltung einer ent¬sprechenden mechanischen/physikalischen Erregereinheit -aufgrund seiner thixotropen Eigenschaften wieder ansteiftund das Porenvolumen danach zuverlässig verschließt.
Die Auswahl des thixotropen Schlickers erfolgt unter Berück¬sichtigung folgender Kriterien: - Die Korngröße des Feststoffanteils des Schlickers muß auf die Größe der zu verfüllenden Poren abgestellt werden,das heißt, sie muß kleiner sein. Im bevorzugten Bereichsollte die mittlere Teilchengröße der Feststoffkomponentedes Schlickers maximal 1/5, vorzugsweise maximal 1/10des mittleren Durchmessers der offenen Poren des Form¬teils betragen. Je feiner das Schlickermaterial ist,um so vollständiger kann es auch kleinere Poren verfüllen.In bevorzugter Ausführungsform wird deshalb vorgeschlagen,die Teilchengröße der Partikel des Schlickers so einzu¬stellen, daß sie kleiner als 1/10 des mittleren Poren¬durchmessers ist. Bei einem mittleren Porendurchmesservon zum Beispiel 30 pm sollte der Feststoffanteil dannin einer Kornfraktion kleiner 3 pm vorliegen.
- Die F eststoffkomponente ist vorzugsweise eine keramischeKomponente, die selbst eine hohe Feuerfestigkeit besitzt.Bei Imprägnierung eines basischen Produktes wird es sich um ein basisches Verfüllmaterial, bei Verfüllung eines sauren Produktes um eine saure Schlickerkomponentehandeln. Als Beispiele können mikronisierter Korundoder feinteiliger Magnesit angegeben werden. Natürlichkönnen auch amphotere Stoffe eingesetzt werden.
Zur Aufbereitung des Schlickers enthält dieser nebender Feststoffkomponente auch eine gerüstbildende und/oder Flüssigkeitskomponente, die in bevorzugter Ausfüh¬rungsform ein Harz, beispielsweise ein Phenolharzist. Das Harz bringt gleichzeitig eine Kohlenstoff-Kornponente in den Schlicker ein, der bei einer anschließen¬den Temperaturbehandlung des imprägnierten Formteilsbei beispielsweise 150 bis 200° C vercrackt und dannein Kohlenstoff-Gerüst für die feuerfesten keramischenPartikel bildet, das weiter stabilitätserhöhend fürdas Imprägniermedium wirkt-
Die Erfindung wird in ihrer allgemeinsten Ausführungsformdurch die Merkmale der Ansprüche 1 beziehungsweise 7 be¬schrieben.
Der Feststoffanteil des Imprägniermittels sollte mindestens40 Gew.-% betragen. Je höher er ist, um so höher ist derVerfüllungsgrad der Poren.
Vorzugsweise enthält der Schlicker ein Zusatzmittel, dasdie thixotropen Eigenschaften verstärkt. Zu diesen Mittelnzählen beispielsweise Methyl cel1 ul ose, aber auch andereNetzmittel wie Alkyl-Aryl-Polyoxiäthanol.
Der erfindungsgemäße Vorschlag bietet eine Vielzahl vonVorteilen, nämlich: - Die Imprägnierung kann "im kalten Zustand" erfolgen,also zum Beispiel bei Raumtemperatur. Hierdurch könnenEnergiekosten, die zum Beispiel beim Aufschmelzenvon Teer und Pech unumgänglich sind, eingespart werden.
- Das Imprägnierungsmittel kann hochfeuerfeste keramischeKomponenten enthalten, die gegenüber Teer oder Pechverbesserte Heißeigenschaften und eine verbesserteInfiltrationsbeständigkeit besitzen.
- Eine nach der Imprägnierung im Stand der Technik not¬wendige Temperung zur Verdampfung der flüchtigen Bestand¬teile entfällt hier vollständig. Allenfalls werden die Produkte bei Temperaturen von maximal 200° C ge¬trocknet, um die flüssigen Bestandteile auszutreibenbeziehungsweise eine Verkokung der kohlenstoffhaltigenKomponente zwecks Bildung eines stabilisierenden Kohlen¬stof fgerüstes zu begünstigen. Letztendlich könntedieser Vorgang aber auch bei der späteren Anwendung"in-situ" nachgeholt werden.
- Das vorgeschlagene Imprägnierungsverfahren verursachtkeinerlei umweltbelastende Emissionen.
Die zur Verflüssigung des thixotropen Schlickers vorgesehenenmechanischen/physikalischen Erregereinrichtungen könnenbeispielsweise mechanische Rüttler oder Ultraschallein¬richtungen sein. So können die zu imprägnierenden Produktezum Beispiel in einen mit dem Schlicker gefüllten Kesseleingelegt werden. Anschließend wird dann entweder diegesamte Einrichtung bewegt (gerüttelt) oder der Schlickerwird über eine Ultraschalleinrichtung physikalisch beauf¬schlagt, so daß auf jeden Fall das thixotrope Gerüst desSchlickers zusammenbricht und dieser in das offene Poren¬volumen eindringen kann. Durch eine Druck-/Vakuumeinrichtung,wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann derImprägnierungsVorgang zusätzlich unterstützt werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merk¬malen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungs-unterlagen .
Die Erfindung ist auf sämtliche Arten feuerfester Produkteanwendbar, beispielsweise im Bereich Schieberkeramik,Pfannensteine, Steine für die Schlackenzone von metallur¬gischen Gefäßen, Glaswannensteine etc.
Claims (14)
1. Feuerfestes keramisches Formteil mit einer, das offenePorenvolumen zumindest teilweise ausfüllenden Impräg¬nierung, dadurch gekennzeichnet,daß die Imprägnierung aus einem feinteiligen, feuer¬festen keramischen Matrixmaterial und einer als Gerüstzwischen den feuerfesten keramischen Teilchen dienendenC-haltigen und/oder keramischen Komponente besteht.
2. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die mittlere Teilchengröße des Feststoffanteilsder Imprägnierung maximal 1/5 des mittleren Durchmessersder offenen Poren des Formteils beträgt.
- 3. Formteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß die mittlere Teilchengröße des Feststoffanteilsder Imprägnierung maximal 1/10 des mittleren Durchmessersder offenen Poren des Formteils beträgt.
4. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Teilchengröße des Feststoffanteilsder Imprägnierung 3 μ in beträgt.
5. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet, daß die C hallige KomponenLe aus einem Harz, beispielsweise einem Phenolharz oder einem Novolakharz besteht.
6. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Komponente als Imprägnierungsbestand¬teil für ein basisches Formteil basisch beziehungs¬weise als Imprägnierungsbestandteil für ein sauresFormteil sauer ist.
7. Verfahren zum Imprägnieren eines feuerfesten keramischenFormteils offener Porosität mit folgenden Merkmalen: 7.1 ein, thixotrope Eigenschaften aufweisender Schlickerauf der Basis eines feinteiligen, feuerfestenkeramischen Materials wird mittels einer mechani¬schen und/oder physikalischen Erregereinheit ver¬flüssigt und, gegebenenfalls unter Anwendung vonDruck und/oder Vakuum, in das offene Porenvolumendes Formteils eingebracht, 7.2 nach Erreichen eines vorgegebenen Verfüllungs¬grades wird die Erregereinheit abgeschaltet untergleichzeitigem Ansteifen des Imprägnierungsmittelsin den Poren, 7.3 danach wird der so verfüllte Formkörper getempert, unter weitestgehender Eliminierung des FJüssigkeits-anteils der Imprägnierung.
8. Verfahren nach Anspruch 7 mit der Maßgabe, daß einSchlicker eingesetzt wird, der neben der feuerfestenkeramischen Komponente eine kohlenstoffhaltige Kompo¬nente wie ein Harz enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 7 der 8,dadurch gekennzeichnet, daß die Temperung gemäß Merkmal 7.3 von Anspruch 7bei Temperaturen durchgeführt wird, bei denen das Harzunter Bildung eines Kohlenstoffgerüstes für die feuer¬feste Komponente vercrackt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9 mit derMaßgabe, daß ein Schlicker eingesetzt wird, dessenFeststoffgehalt mindestens 40 Gew.-% beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10 mit derMaßgabe, daß ein Schlicker eingesetzt wird, dessenFeststoffanteil eine maximale Korngröße von 1/5 desmittleren Porendurchmessers des Formteils aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 11 mit der Maßgabe, daß einSchlicker eingesetzt wird, dessen Feststoffanteil einemaximale Korngröße von 1/10 des mittleren Porendurch¬messers des Formteils aufweist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12 mit derMaßgabe, daß ein Schlicker eingesetzt wird, der einThixotropiermittel enthält.
14. Verfahren nach Anspruch 13 mit der Maßgabe, daß alsThixotropiermittel eine Methylcellulose verwendet wird.
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