WO2020169772A2 - Feuerfestmasse und bindemittel dafür, verfahren zu deren herstellung sowie verwendung - Google Patents

Feuerfestmasse und bindemittel dafür, verfahren zu deren herstellung sowie verwendung Download PDF

Info

Publication number
WO2020169772A2
WO2020169772A2 PCT/EP2020/054551 EP2020054551W WO2020169772A2 WO 2020169772 A2 WO2020169772 A2 WO 2020169772A2 EP 2020054551 W EP2020054551 W EP 2020054551W WO 2020169772 A2 WO2020169772 A2 WO 2020169772A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
weight
refractory
microscale
binder
bonds
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2020/054551
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2020169772A3 (de
Inventor
Manfred Knoll
Natalie Fröse
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.)
INTOCAST AG
Original Assignee
INTOCAST AG
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
Priority claimed from DE102019001214.3A external-priority patent/DE102019001214A1/de
Application filed by INTOCAST AG filed Critical INTOCAST AG
Priority to BR112021015523-6A priority Critical patent/BR112021015523B1/pt
Priority to MX2021009952A priority patent/MX2021009952A/es
Priority to EP20709506.8A priority patent/EP3927673A2/de
Publication of WO2020169772A2 publication Critical patent/WO2020169772A2/de
Publication of WO2020169772A3 publication Critical patent/WO2020169772A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to ZA2021/06305A priority patent/ZA202106305B/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/66—Monolithic refractories or refractory mortars, including those whether or not containing clay
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/24—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B30/00—Compositions for artificial stone, not containing binders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/101—Refractories from grain sized mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
    • C04B35/18—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/624—Sol-gel processing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62625—Wet mixtures
    • C04B35/6263—Wet mixtures characterised by their solids loadings, i.e. the percentage of solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62655—Drying, e.g. freeze-drying, spray-drying, microwave or supercritical drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62665—Flame, plasma or melting treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/6303—Inorganic additives
    • C04B35/6316—Binders based on silicon compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00431—Refractory materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C04B2235/3222—Aluminates other than alumino-silicates, e.g. spinel (MgAl2O4)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5212—Organic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5409—Particle size related information expressed by specific surface values
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5463—Particle size distributions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/94—Products characterised by their shape
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Definitions

  • the invention relates to a refractory mass, a binding agent for it, a method for fusing a refractory mass and a bonding system and a use of microscale amorphous silicon dioxide according to the preamble of the independent claims.
  • High alumina cements are considered to be the most commonly used conventional binders in refractory unshaped products.
  • the bond is activated by the calcium aluminates contained in these cements by adding water.
  • silica sol solutions have increasingly been used as binders.
  • Silica sol solutions are aqueous, colloidal dispersions made from nanoscale amorphous silicon dioxide particles.
  • the refractory products bound with it are characterized by good alkali and acid resistance compared to cement-bound compounds.
  • the silica sol-bound materials can be heated up quickly due to the lack of hydrate phases, which leads to significant energy and cost savings.
  • microscale amorphous silicon dioxide can be mixed as a dry powder with the other components of the mass, so that a silica gel is formed when water is added to the total mass.
  • the binding systems of DE 27 39 767 A1, EP 0 842 910 A2 and DE 30 02 763 A1 are based on clays with the addition of a phosphate acid / hydrochloric acid, and on what serglas / liquid silica sol.
  • the invention is based on the object of creating an improved refractory mass with an improved bonding system, a method for the respective production and a use of microscale amorphous silicon dioxide according to the preamble of the independent claims.
  • the invention proposes for the first time the use of small amounts (in particular ⁇ 1% by weight or 0.1-1% by weight) of a microscale amorphous silicon dioxide as the sole binder for bond formation in unshaped refractory materials.
  • microscale Si0 2 system for bond formation instead of water-containing cement phases.
  • This can be done, for example, by using silica sol solutions.
  • the mass to be bound is mixed with the silica sol solution, processed and allowed to harden.
  • microscale amorphous Si0 2 can be mixed as a dry powder with the other constituents of the mass, so that a silica gel is formed in the mass when the total mass is mixed with water.
  • the advantage of this procedure is that there is no silica sol solution, the reactivity of which is Storage processes and storage conditions is influenced, must be provided separately.
  • a binding system is generated by dispersing microscale amorphous silicon oxide under the action of water, which can be used for binding formation in refractory, unshaped products.
  • the microscale SiO 2 used for the formation of bonds is a product that can be obtained as an amorphous precipitate via a precipitation reaction and has a purity of approx. 90-99.9% by weight (in the dried state), a mean grain size in the micrometer range ( 1 -50 miti, in particular 1 -10 miti, 1 -20 miti, 1 -30 miti, or 1 -40 miti) and a specific surface area of approx. 50-350 m 2 / g, in particular 100-350 m 2 / g , 200-350 m 2 / g, or 250-300 m 2 / g.
  • silica gels contain (H 2 Si0 5 ) x units that are held together by van der Waals bonds and hydrogen bonds and between which particles of different chemical composition and different grain sizes can be included. When the gel dries, a Si0 2 framework remains which continues to surround the introduced grains.
  • the method according to the invention relates to the production of a Si0 2 binding system by using a dry Si0 2 binder, which contains ⁇ 1% by weight, in particular 0.1-1% by weight, of the total mass with the solid constituents to be bound mixed and, after adding about 1-30% by weight, in particular 1-10% by weight, 10-30% by weight, 15-30% by weight or 20-30% by weight of water, used to form bonds becomes.
  • the speed of hydration of the Si0 2 , the coagulation to the silica gel and the subsequent dehydration of the gel depends on the temperature, pH, material composition and material thickness.
  • the microscale Si0 2 -based binding system has a significantly lower reaction dependency with regard to the temperature and the chemical composition than cement-bound binding systems.
  • the bond formation can therefore be used for the production of a variety of refractory masses different raw material composition as spray, vibration, soap flow or casting compound.
  • the refractory materials produced according to the invention after they have been cast into cylinders and dried at 110 ° C., alternatively 100-150 ° C., 105-125 ° C., usually have a compressive strength of> 15 MPa. Due to the lower tendency of silica gels to spallate compared to calcium aluminate hydrate phases, the products made with microscale SiO 2 binders offer the advantage of being able to be heated up more quickly without damage.
  • Example 1 for refractory masses (given in% by weight):
  • MgO very fine ⁇ 1%, especially 0.1% to 1%
  • Example 2 for refractory masses (given in% by weight):
  • MgO very fine ⁇ 1%, especially 0.1% to 1%

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine ungeformte Feuerfestmasse, insbesondere Gieß- Spritz- und/oder selbstfließende Masse, umfassend ein sich bei Wasserzugabe ausbildendes Bindungssystem und ein trockenes mikroskaliges amorphes SiO2-Bindemittel als alleiniges Bindemittel, das in einem Anteil ≤ 1 Gew.-% der Gesamtmasse mit den zu bindenden festen Bestandteilen vermischt wird und nach Zusetzen von 1-30 Gew.-% Wasser das Bindungssystem bildet. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von Feuerfestmassen und eine Verwendung mikrokristallinen amorphen Siliziumdioxids bei der Herstellung von Feuerfestmassen.

Description

Feuerfestmasse und Bindemittel dafür,
Verfahren zu deren Fierstellung sowie Verwendung
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Feuerfestmasse, ein Bindemittel dafür, Verfahren zum Fierstellen einer Feuerfestmasse und eines Bindungssystems und eine Verwen- düng von mikroskaligen amorphem Siliziumdioxid nach dem Oberbegriff der unab hängigen Ansprüche. TECHNISCHER HINTERGRUND
Hochtonerdezemente gelten als die am häufigsten eingesetzten konventionellen Bindemittel in feuerfesten ungeformten Produkten. Die Bindung wird durch die in diesen Zementen enthaltenen Kalziumaluminaten durch Zugabe von Wasser akti viert.
In den letzten Jahren kommen jedoch vermehrt Kieselsollösungen als Bindemittel zum Einsatz. Kieselsollösungen sind wässrige, kolloide Dispersionen aus nanoska- ligen amorphen Siliziumdioxidpartikeln. Die damit gebundenen Feuerfestprodukte zeichnen sich durch gute Alkali- und Säurebeständigkeit im Vergleich zu zement gebundenen Massen aus.
Im Vergleich zu zementgebundenen Massen können die kieselsolgebundene Mate rialien aufgrund fehlender Hydratphasen schnell aufgeheizt werden, was einer deut lichen Energie- und damit Kostenersparnis führt.
Ein Nachteil dieser Bindemittel ist jedoch, dass diese in separaten Behältern, vor Frost und Licht geschützt gelagert werden müssen. Aufgrund der Frostempfindlich keit müssen spezielle Heizvorrichtungen eingebaut werden.
Alternativ lässt sich mikroskaliges amorphes Siliziumdioxid als trockenes Pulver mit den übrigen Bestandteilen der Masse vermischen, so dass sich bei Zugabe von Wasser zur Gesamtmasse ein Kieselsäuregel ausbildet.
Aus der DE 41 09 916 A1 ist ein feuerfester Mörtel bekannt, bei welchem als Bin demittel eine Phosphat, Ton und Ligninsulfonat umfassende Mischung verwendet wird. In der DE 10 2014 019 351 A1 werden Teer, Pech, und Harz als Hauptbindemittel komponente eingesetzt.
Die Bindesysteme der DE 27 39 767 A1 , EP 0 842 910 A2 und DE 30 02 763 A1 basieren auf Tonen unter Zugabe einer Phosphatsäure/Salzsäure, sowie auf Was serglas/flüssigem Kieselsol.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Feuerfestmasse mit verbessertem Bindungssystem, ein Verfahren zur jeweiligen Herstellung und eine Verwendung von mikroskaligen amorphem Siliziumdioxid nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche zu schaffen.
Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfindung schlägt erstmals die Verwendung geringer Mengen (insbesondere < 1 Gew.-% oder 0,1 -1 Gew.-%) eines mikroskaligen amorphen Siliziumdioxids als alleiniger Binder zur Bindungsbildung in ungeformten feuerfesten Materialien vor.
Bei Anwendung eines üblichen feuerfesten Betons, in denen ein Vorhandensein von Zementphasen (Kalziumaluminate) störend wirken kann (wie z.B. in SiC- basierten Brennhilfsmitteln), ist es vorteilhaft, anstelle von wasserhaltigen Zement phasen ein mikroskaliges Si02-System zur Bindungsbildung einzusetzen. Dies kann z.B. über ein Verwenden von Kieselsol-Lösungen erfolgen. Dazu wird die zu bindende Masse mit der Kieselsol-Lösung vermischt, verarbeitet und aushärten gelassen. Alternativ lässt sich mikroskaliges amorphes Si02 als trockenes Pulver mit den übrigen Bestandteilen der Masse vermischen, so dass sich beim Versetzen der Gesamtmasse mit Wasser ein Kieselsäuregel in der Masse bildet. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass keine Kieselsol-Lösung, deren Reaktivität von Al- terungsprozessen sowie Lagerungsbedingungen beeinflusst wird, separat bereitge stellt werden muss.
Erfindungsgemäß wird durch Dispergieren von mikroskaligem amorphen Silizium oxid unter Einwirkung von Wasser ein bindendes System erzeugt, das zur Bin dungsbildung in feuerfesten ungeformten Erzeugnissen eingesetzt werden kann.
Das für die Bindungsbildung benutzte mikroskalige Si02 ist ein Produkt, das als amorpher Niederschlag über eine Fällungsreaktion erhalten werden kann und eine Reinheit von ca. 90-99,9 Gew.-% (in getrocknetem Zustand), eine mittlere Korngrö ße im Mikrometerbereich (1 -50 miti, insbesondere 1 -10 miti, 1 -20 miti, 1 -30 miti, oder 1 -40 miti) sowie eine spezifische Oberfläche von ca. 50-350 m2/g, insbesondere 100-350 m2/g, 200-350 m2/g, oder 250-300 m2/g, besitzt.
Die große spezifische Oberfläche des Materials bedingt eine rasche Hydratation bei Mischen des mikroskaligen amorphen Si02 mit Wasser unter Bildung eines Kiesel säuregels. Kieselsäuregele enthalten (H2Si05)x-Einheiten, die durch Van-der- Waals-Bindungen und Wasserstoffbrücken-Bindungen zusammengehalten werden und zwischen welche Teilchen anderer chemischer Zusammensetzung und unter schiedlicher Korngröße eingeschlossen werden können. Durch Trocken des Gels bleibt ein Si02-Gerüst zurück, das weiterhin die eingebrachten Körner umschließt.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Herstellung eines Si02- Bindungssytems durch Verwenden eines trockenen Si02-Bindemittels, das in ei nem Anteil < 1 Gew.-%, insbesondere 0,1 -1 Gew.-% der Gesamtmasse mit den zu bindenden festen Bestandteilen vermischt und nach Zusetzen von ca. 1 -30 Gew.%, insbesondere 1 -10 Gew.-%, 10-30 Gew.-%, 15-30 Gew.-% oder 20-30 Gew.-% Wasser zur Bindungsbildung eingesetzt wird.
Die Geschwindigkeit der Hydratation des Si02, der Koagulation zum Kieselsäuregel und der anschließenden Dehydratation des Gels ist abhängig von Temperatur, pH- Wert, Materialzusammensetzung und Materialdicke. Das mikroskalige Si02-basierte Bindungssystem besitzt jedoch eine deutlich gerin gere Reaktionsabhängigkeit bezüglich der Temperatur und der chemischen Zu sammensetzung als zementgebundene Bindungssysteme. Die Bindungsbildung kann daher für die Fierstellung einer Vielzahl von feuerfesten Massen unterschiedli cher Rohstoffzusammensetzung als Spritz, Vibrations, Seif flow oder Gießmasse verwendet werden.
Die erfindungsgemäß hergestellten Feuerfestmaterialien weisen, nachdem sie zu Zylinder gegossen und bei 1 10°C, alternativ 100-150°C, 105-125°C, getrocknet wurden, üblicherweise eine Druckfestigkeit von > 15 MPa auf. Aufgrund geringerer Spallationsneigung von Kieselsäuregelen gegenüber Kalziumaluminat- Hydratphasen bieten die mit mikroskaligen Si02-Bindern hergestellten Produkte den Vorzug, schneller schadensfrei aufgeheizt werden zu können.
Beispiel 1 für feuerfeste Massen (Angabe in Gew.-%):
Aluminiumoxid (0-6mm) 80-95 %
Spinei (0-3mm) 5-20 %
MgO feinst <1 %, insbesondere 0,1 % bis 1 %
Mikroskaliges amorphes Si02 <1 %, insbesondere 0,1 % bis 1 %
Synthetischer Polyelektrolyt <1 %, insbesondere 0,1 % bis 1 %
PE Fasern <1 %, insbesondere 0,1 % bis 1 %
Beispiel 2 für feuerfeste Massen (Angabe in Gew.-%):
Aluminiumoxid (0-6mm) 90-99 %
MgO feinst <1 %, insbesondere 0,1 % bis 1 %
Mikroskaliges amorphes Si02 <1 %, insbesondere 0,1 % bis 1 %
Synthetischer Polyelektrolyt <1 %, insbesondere 0,1 % bis 1 %
PE Fasern <1 %, insbesondere 0,1 % bis 1 %
Weitere Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Ungeformte Feuerfestmasse, insbesondere Gieß- Spritz- und/oder selbst fließende Masse, umfassend ein sich bei Wasserzugabe ausbildendes Bin dungssystem, gekennzeichnet durch ein trockenes mikroskaliges amorphes Si02-Bindemittel als alleiniges Bindemittel, das in einem Anteil < 1 Gew.-% der Gesamtmasse mit den zu bindenden festen Bestandteilen vermischt wird und nach Zusetzen von 1 -30 Gew.-% Wasser das Bindungssystem bildet.
2. Ungeformte Feuerfestmasse, insbesondere nach Anspruch 1 , umfassend ei ne oder mehrere der folgenden Hauptkomponenten oder deren Kombination
- bis 99,5 Gew.-% (AI203 Träger unterschiedlicher Art und Körnung z.B. Schmelzkorund, Tabulartonerde, Andalusit, Schamotte, Bauxit, Mullit, diverse Sekundärrohrstoffe, SiC, MgO, Quarz, Si02, Olivin und
- bis 5 Gew.- % eines Verflüssigers
- bis 15 Gew.- % eines Abbindebeschleunigers
- bis 15 Gew.- % eines Abbindeverzörgers
- bis 1 Gew.- % eines mikroskaligen amorphen Si02.
3. Feuerfestmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mikroskalige Si02 als amorpher Niederschlag über eine Fällungsreaktion er halten wird, eine Reinheit von >90, >95, >98 oder >99 Gew.-% (in getrockne tem Zustand), eine mittlere Korngröße im Mikrometerbereich (10-50 pm) und/oder eine spezifische Oberfläche von ca. 100-300 m2/g besitzt.
4. Feuerfestmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Ausbilden eines Kieselsäuregels mit (H2Si05)x-Einheiten, die durch Van-der- Waals-Bindungen und Wasserstoffbrücken-Bindungen zusammengehalten werden und zwischen welche Teilchen anderer chemischer Zusammenset zung und unterschiedlicher Korngröße eingeschlossen werden können.
5. Bindemittel für eine Feuerfestmasse, insbesondere nach einem der Ansprü che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es Si02 enthält und das Si02 ein trockenes Pulver ist und/oder mit einer Reinheit von >90, >95, >98 oder >99 Gew.-% (in getrocknetem Zustand) und/oder mit einer mittleren Korngröße im Mikrometerbereich (1 -50 gm) und/oder mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 50-350 m2/g ausgebildet ist.
6. Verfahren zur Herstellung von Feuerfestmassen, gekennzeichnet durch Zu gabe eines Si02-Bindemittels, insbesondere nach Anspruch 5, als alleiniges Bindemittel zur Bindungsbildung in eine Zusammensetzung für eine Feuer festmasse.
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Zugabe von Si02 als tro ckenes Pulver.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch Dispergieren von mikroskaligem amorphen Siliziumoxid in Wasser zur Ausbildung eines bin denden Systems für feuerfeste Materialien.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Bindungsbildung benutzte Si02 als amorpher Niederschlag über eine Fällungsreaktion erhalten wird, eine Reinheit von >90, >95, >98 oder >99 Gew.-% (in getrocknetem Zustand), eine mittlere Korngröße im Mikro meterbereich (1 -50 gm) und/oder eine spezifische Oberfläche von ca. 50-350 m2/g besitzt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch Ausbil den eines Kieselsäuregels mit (H2Si05)x-Einheiten, die durch Van-der-Waals- Bindungen und Wasserstoffbrücken-Bindungen zusammengehalten werden und zwischen welche Teilchen anderer chemischer Zusammensetzung und unterschiedlicher Korngröße eingeschlossen werden können.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach Trocken des Gels ein SiCVGerüst zurück bleibt, das weiterhin die eingebrachten Körner umschließt.
12. Verfahren zur Herstellung eines Si02-Bindungssytems durch Verwenden ei nes trockenen Si02-Bindemittels, das in einem Anteil < 1 Gew.-% der Ge samtmasse mit den zu bindenden festen Bestandteilen vermischt und nach Zusetzen von ca. 1 -30 Gew.-% Wasser zur Bindungsbildung eingesetzt wird, als alleiniges Bindemittel.
13. Verwendung geringer Mengen, insbesondere < 1 Gew.-%, eines mikroskali- gen amorphen Siliziumdioxids bei der Herstellung einer Feuerfestmasse zur Bindungsbildung in feuerfesten ungeformten Materialien.
PCT/EP2020/054551 2019-02-20 2020-02-20 Feuerfestmasse und bindemittel dafür, verfahren zu deren herstellung sowie verwendung Ceased WO2020169772A2 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BR112021015523-6A BR112021015523B1 (pt) 2019-02-20 2020-02-20 Massa refratária não-conformada, ligante para a mesma e seu processo de produção
MX2021009952A MX2021009952A (es) 2019-02-20 2020-02-20 Mezcla refractaria y aglutinante para la misma, metodo para su produccion y su uso.
EP20709506.8A EP3927673A2 (de) 2019-02-20 2020-02-20 Feuerfestmasse und bindemittel dafür, verfahren zu deren herstellung sowie verwendung
ZA2021/06305A ZA202106305B (en) 2019-02-20 2021-08-30 Refractory compound and binder therefor, method for the production and use thereof

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019001214.3A DE102019001214A1 (de) 2019-02-20 2019-02-20 Feuerfestmasse und Bindemittel dafür, Verfahren zur deren Herstellung sowie Verwendung
DE102019001214.3 2019-02-20
DE202019003290 2019-08-07
DE202019003290.8 2019-08-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2020169772A2 true WO2020169772A2 (de) 2020-08-27
WO2020169772A3 WO2020169772A3 (de) 2020-11-12

Family

ID=69770864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/054551 Ceased WO2020169772A2 (de) 2019-02-20 2020-02-20 Feuerfestmasse und bindemittel dafür, verfahren zu deren herstellung sowie verwendung

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3927673A2 (de)
MX (1) MX2021009952A (de)
WO (1) WO2020169772A2 (de)
ZA (1) ZA202106305B (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2739767A1 (de) 1976-10-20 1978-04-27 Combustion Eng Feuerfestes material auf der basis aluminiumoxid und verdampftes siliciumdioxid
DE3002763A1 (de) 1980-01-26 1981-07-30 Dörentruper Sand-und Thonwerke GmbH, 4926 Dörentrup Feuerfestmasse
DE4109916A1 (de) 1990-03-26 1991-10-02 Norton Co Zusammensetzung, insbesondere verwendbar als feuerfester moertel
EP0842910A2 (de) 1996-11-14 1998-05-20 Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. ZAE Bayern Bindemittel auf der Basis von Wasserglaslösung, Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung
DE102014019351A1 (de) 2014-12-22 2016-06-23 Refratechnik Holding Gmbh Feuerfeste Erzeugnisse und ihre Verwendung

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5494267A (en) * 1994-07-26 1996-02-27 Magneco/Metrel, Inc. Pumpable casting composition and method of use
US6268018B1 (en) * 1999-02-09 2001-07-31 Harbison-Walker Refractories Company Method of applying a non-slumping pumpable castable high purity silica composition
US8505335B2 (en) * 2007-06-19 2013-08-13 Magneco/Metrel, Inc. Refractoy composition for glass melting furnaces

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2739767A1 (de) 1976-10-20 1978-04-27 Combustion Eng Feuerfestes material auf der basis aluminiumoxid und verdampftes siliciumdioxid
DE3002763A1 (de) 1980-01-26 1981-07-30 Dörentruper Sand-und Thonwerke GmbH, 4926 Dörentrup Feuerfestmasse
DE4109916A1 (de) 1990-03-26 1991-10-02 Norton Co Zusammensetzung, insbesondere verwendbar als feuerfester moertel
EP0842910A2 (de) 1996-11-14 1998-05-20 Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. ZAE Bayern Bindemittel auf der Basis von Wasserglaslösung, Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung
DE102014019351A1 (de) 2014-12-22 2016-06-23 Refratechnik Holding Gmbh Feuerfeste Erzeugnisse und ihre Verwendung

Also Published As

Publication number Publication date
MX2021009952A (es) 2021-10-13
ZA202106305B (en) 2023-12-20
WO2020169772A3 (de) 2020-11-12
BR112021015523A2 (pt) 2021-10-05
EP3927673A2 (de) 2021-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2808101C2 (de) Gipsmasse aus leichtem kugelförmigem Gips und Bindemitteln
EP2462075B1 (de) Zusammensetzung für einen feuerleichtstein mit hohem anorthitanteil
EP3044183A1 (de) Hydraulisches bindemittelsystem auf aluminiumoxidbasis
EP3215474B1 (de) Verfahren zur herstellung von granulaten aus zementzusammensetzungen
EP1852405A2 (de) Reaktives flüssiges Keramikbindemittel
WO2010112197A1 (de) Faserstoff als additiv für ein bauprodukt
EP3106445B1 (de) Verfahren zur herstellung von hoch-reaktiven zementen
WO2010034529A1 (de) Materialzusammensetzung zur herstellung eines feuerfestwerkstoffes sowie ihre verwendung und feuerfestformkörper sowie verfahren zu seiner herstellung
WO2010094410A1 (de) Keramisches produkt
EP4015480A2 (de) Reststoffbasierte zusammensetzung zur herstellung eines geopolymer-leichtsteins; geopolymer-leichtstein, sowie ein verfahren zu dessen herstellung und deren verwendung
CN1269772A (zh) 含有反应性偏高岭土水泥附加剂的耐火体系
DE69626323T2 (de) Nasssprühverfahren einer feuerfesten giessbaren zusammensetzung
WO2018033219A1 (de) Poröser formkörper in gestalt einer dämmputzschicht oder einer dämmplatte
WO2013124183A2 (de) Thermoschock- und korrosionsbeständiger keramikwerkstoff auf der basis von calciumzirkonat und verfahren zu seiner herstellung
DE69001602T2 (de) Auskleidungszusammentzung eines stahl enthaltenden anlagenteils und verfahren zur herstellung.
DE2640927B2 (de) Feuerfeste Masse für monolithische Ofenauskleidungen
WO2020169772A2 (de) Feuerfestmasse und bindemittel dafür, verfahren zu deren herstellung sowie verwendung
EP3733628A1 (de) Autoklavierte zementzusammensetzungen
EP1871725A1 (de) Verfahren zur herstellung von bauteilen
WO2024038020A1 (de) Betonzusammensetzung und herstellungsverfahren für ein betonelement
DE102019001214A1 (de) Feuerfestmasse und Bindemittel dafür, Verfahren zur deren Herstellung sowie Verwendung
WO2018087099A1 (de) Erhärtungsbeschleuniger
WO2020035327A1 (de) Effizientes netzmittel durch trägerung
DE102019220085A9 (de) Versatz zur Herstellung eines grobkeramischen feuerfesten basischen Erzeugnisses, derartiges Erzeugnis sowie Verfahren zu seiner Herstellung, Zustellung eines Industrieofens und Industrieofen
DE102010030451A1 (de) Oberflächenversiegelte Schamotte als Formgrundstoff zur Herstellung von Gießformen

Legal Events

Date Code Title Description
REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112021015523

Country of ref document: BR

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20709506

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020709506

Country of ref document: EP

Effective date: 20210920

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112021015523

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20210806