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Die Erfindung betrifft eine Bindemittelmischung zur Herstellung von gebrauchsfertigen und lagerstabilen, thixotropen, feuerfesten Giessmassen, die aus reaktiven Aluminiumverbindungen, reak- tiver amorpher Kieselsäure und einem zusätzlichen Thixiotropier- und Bindemittel besteht.
Monolithische Feuerfestmassen werden derzeit durch Stampfen, Slingern, Spritzen und Giessen verformt. Jedes dieser Verarbeitungsverfahren hat jedoch gewisse Nachteile. Als Bindemittel für
Massen, die durch Giessen verformt werden, haben sich bisher Zemente, Wassergläser, Phosphate und Ton bewährt. Für das Verdichten hydraulisch abbindender Giessmassen wird heute überwiegend die Vibrationstechnik eingesetzt. Mit ihr können komplizierte, grossformatige Bauteile textur- und damit spannungsfrei hergestellt werden. Diese einfache und schnelle Verarbeitungsweise ist daher zur Herstellung von Massenprodukten prädestiniert. Die Haltbarkeit der so hergestellten Massen liegt weit über der von Stampfmassen. Jedoch werden an die Bindemittel zur Herstellung von thixo- tropen Rinnenmassen besondere Anforderungen gestellt.
Sie müssen die rheologischen Eigenschaften der Massen in der Weise beeinflussen, dass ein Vibrationsgiessen möglich ist. Voraussetzung dabei ist, dass die Festigkeit zumindest derjenigen von gestampfen Massen entsprechen muss. Jedoch haben vibrierte Bauteile gegenüber gestampften Formstücken den Nachteil, dass sie eine geringere Verdich- tung und damit eine grössere Porosität aufweisen. Insbesondere kohlenstoffhaltige Massen lassen sich so nur unter grossen Schwierigkeiten als Giessmassen herstellen.
Aus diesem Grunde werden kohlenstoffhaltige Feuerfestmassen in der Regel noch durch
Stampfen verdichtet. Dies stellt jedoch oft, wie etwa bei der Herstellung von Hochofenrinnen, eine aufwendige Arbeitsweise dar, die seitens des Personals Routine und Sorgfalt erfordert ; trotzdem entstehen während des Stampfens Lagen, die dann zu Abplatzungen und Eisenhinterlaufungen füh- ren können, wodurch die Haltbarkeit wesentlich verringert wird.
In der DE-OS 2815094 ist ein Verfahren zur Herstellung von Feuerfestmassen und Hochofen- rinnenmassen mittels Fliessgiessen beschrieben, bei dem mit geringen Mengen Anmachwasser unter
Vibration verdichtet wird. Das mit einem Bindemittel aus Alkalisilikat und Phosphat angemachte
Feuerfestgemisch wird durch Vorkehrungen, die vorzeitiges Abbinden möglichst verlangsamen und verzögern sollen, eine zeitlang fliessfähig gehalten. Dies geschieht durch Verwendung eines schwer- löslichen, nur allmählich in Lösung und Abbindereaktion eintretenden Phosphates und durch Ver- kneten mit einem die Kornoberfläche hydrophobierenden Mittel wie Fett, Öl oder Paraffin ; ausserdem darf Wasser bzw. flüssiges Alkalisilikat erst unmittelbar vor der Verwendung zugegeben werden.
Infolge dieser aufwendigen Massnahmen mit verzögerter Löslichkeit, hydrophobierendem Verkneten und später Alkalisilikat-Zugabe kann erst nach Abbinden, das längere Zeit dauert, entschalt werden.
In der DE-OS 2934356 wird ein Bindemittel für Feuerfest-Giessmassen beschrieben, das neben reaktiver Tonerde und Kieselsäuresol Zement als wesentlichen Bestandteil enthält. Dieser bringt den Nachteil mit sich, dass er die Giessmasse wegen vorzeitigen Abbindens schlecht verarbeitbar, nicht haltbar und nicht lagerfähig macht. Das Bindemittel besteht daher aus zwei Lieferkomponenten, nämlich einer trockenen aus reaktiver Tonerde und Zement und einer flüssigen aus Kieselsäuresol, die nur separat liefer- und lagerbar sind und wegen des Zementgehaltes erst unmittelbar vor der Verwendung zu Giessmassen vereinigt werden dürfen. Diese Giessmasse ist wegen ihrer mangelnden Thioxotropie schlecht verarbeitbar und entwickelt erst nach 1 oder 2 h soviel Grünfestigkeit, dass die Schablone entfernt werden kann.
Aus der CH-PS Nr. 343867 ist ein Verfahren bekannt, um feuerfeste Gegenstände mit einem dichten Feuerfestüberzug zu versehen. Dabei wird eine genügend dünnflüssige, nicht gelierende und sich nicht absetzende, sondern homogen bleibende Aufschlämmung von Feuerfestmaterial verwendet, in die die herzustellenden Gegenstände eingetaucht werden. Die Tauchflüssigkeit soll für lange Zeiträume verwendbar bleiben und gegebenenfalls werden die herzustellenden Körper mehrfach eingetaucht, um sie mit einer porenfrei dichten Oberflächenschichte zu versehen. Es betrifft diese Druckschrift somit lediglich eine Oberflächenveredelung eines bereits in seiner Form vorliegenden feuerfesten Produkts.
Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Bindemittelkombination muss daher darin gesehen werden, dass diese nicht gebrauchsfertig geliefert werden kann und die damit hergestellten Massen nicht lagerstabil sind. Ausserdem benötigt man eine möglichst hohe Thixotropie, damit sofort
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karbid vibrationsfertige Massen herzustellen. Der Kohlenstoff liegt in diesen Massen im allgemeinen in Form von Graphit oder Pech vor. Die Bindemittelzubereitung wird mit der jeweiligen Versatzmas- se ohne weitere Zusätze vermischt. Diese Mischungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie schon mit sehr geringen Mengen Anmachwasser, die je nach Porosität der Rohstoffe zum Teil sogar niedri- ger als bei Stampfmassen sind, fliessfähig werden.
Dabei besitzen sie eine ausserordentlich hohe
Thixotropie und können nur durch sehr starke Vibration verdichtet werden. Hiebei können Porosi- täten von 16% und weniger erreicht werden.
Sofort nach der Verdichtung durch Vibration kann die Verschalung abgenommen und die Mas- se aufgeheizt werden. Bei der dabei eintretenden Trocknung härtet die Masse aus. Dabei tritt zu- nächst ein temporäres, vorübergehendes Abbinden infolge weiterer Polymerisation der Carbonsäu- ren ein. Das permanente Abbinden erfolgt währenddessen durch Reaktion der reaktiven, kolloidalen
Kieselsäure mit den reaktiven Aluminiumverbindungen. In reduzierender Atmosphäre, wie sie bei Verwendung kohlenstoffhaltiger Ofenrinnenmassen vorliegt, ergibt sich dann eine zusätzliche Verfestigung durch das Kohlenstoffgitter, welches infolge Verkohlung der organischen Bestandteile entsteht.
Beispiel I : Zusammensetzung des erfindungsgemässen Bindemittels : a) Polymethacrylsäure 20% (Gew.)
Citronensäure 5%
Ammoniak 25% 8%
Aluminiumhydroxychlorid 30%
Amorphe Kieselsäure 20%
Wasser 17% b) Polyacrylsäure 15%
Aluminiumhydroxyd 20%
Aluminiumformiat 5%
Amorphe Kieselsäure 40%
Wasser 20%
Beispiel 11 : Anwendung des erfindungsgemässen Bindemittels :
Aus 60 % (Gew.) Bauxit-Grobfraktion
20 % Bauxit-Feinmehl
20 % Siliziumkarbid und Kohlenstoff wurde zusammen mit
4 % Bindemittel nach Beispiel I a) und
5,5% Anmachwasser eine Giessmasse (A) gemischt und durch Vibration verdichtet.
Als Vergleichsmasse (B) wurde
60% (Gew.) Bauxit-Grobfraktion
15% Bauxit-Feinmehl
5% Bindeton
20% Siliziumkarbid und Kohlenstoff angesetzt und-statt mit dem erfindungsgemässen Bindemittel - mit
4% Aluminiumphosphat und
5% Anmachwasser vermischt. Durch Stampfen auf der Fischerramme wurde mit je 25 Schlägen/Seite verdichtet.
Beide Massen hatten nach dem Trocknen bei 110 C ein Raumgewicht von 2, 55 g/ml, d. h. die Jesamtporosität von zirka 25% war bei beiden gleich. Anschliessend wurden Prüfkörper im Stufen- ) rand bei 500,750, 1000,1250 und 1500 C 5 h reduzierend gebrannt und danach auf Raumgewicht
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und Biegezugfestigkeit untersucht.
Es ergaben sich folgende Werte :
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<tb>
<tb> Biegezugfestigkeit <SEP> N/mm2
<tb> Temperatur <SEP> oC/5 <SEP> h <SEP> 110 <SEP> 500 <SEP> 750 <SEP> 1000 <SEP> 1250 <SEP> 1500
<tb> Masse <SEP> A <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> 3, <SEP> 4 <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP> 3, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Vergleichsmasse <SEP> B <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 6 <SEP> 0
<tb>
Die Raumgewichte, die zwischen 2, 41 und 2, 48 lagen, waren praktisch identisch. Bei der
Biegezugfestigkeit ergab sich bei allen Temperaturen eine deutliche Steigerung bei Verwendung des erfindungsgemässen Bindemittels in der Giessmasse, verglichen mit der Verwendung von Alu- miniumphosphat in der gestampften Masse.
Diese Verbesserung beruht auch auf einer besseren Ver- sinterung der Masse, da durch das Vibrationsverfahren eine geringere Texturenbildung und eine grössere Verfilzung erreicht wird.
Das Bindemittel macht es infolge seiner Thixotropie möglich, kohlenstoffhaltige Giessmassen mittels Vibration so zu verdichten, dass der Verdichtungsgrad demjenigen gestampfter Massen ent- spricht. Die für die Verwendung dieser Massen besonders wichtige Biegezugfestigkeit ist der von
Stampfmassen ebenbürtig. Das Bindemittel entspricht damit den an eine feuerfeste Giessmasse zu stellenden Festigkeitsanforderungen.
Es ist flüssig und komplett, d. h. es enthält in gebrauchsfertiger Form bereits sämtliche Be- standteile. Seine von Zement, Phosphat, Alkalisilikat und Ton freie Zusammensetzung gestattet die
Herstellung verwendungsfertiger und lagerstabiler, gegebenenfalls kohlenstoffhaltiger Giessmassen, die durch Vibrationsgiessen verarbeitet werden können. Eine getrennte Aufbewahrung oder Vermi- schung einzelner reaktiver Komponenten miteinander oder mit der Giessmasse oder ein zusätzliches
Einarbeiten weiterer Hilfsstoffe als Vorsichts- und Verzögerungsmassnahmen gegen vorzeitiges Abbin- den können entfallen. Trotzdem ist das Bindemittel ebenso wie die daraus hergestellten Giessmassen monatelang lagerstabil und bleibt dabei gebrauchsfertig, so dass ein alsbaldiges Aufbrauchen nicht notwendig ist.
Für die Herstellung und Verwendung von vibrierbaren, thixotropen Feuerfest-Giessmassen stellt dies einen beträchtlichen technischen Fortschritt und eine wichtige Erleichterung dar. Damit ergibt sich nunmehr auch die Möglichkeit, komplizierte grossformatige Bauteile in kürzester Zeit texturfrei herzustellen, wodurch im allgemeinen eine Haltbarkeitssteigerung erreicht wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Bindemittelmischung zur Herstellung von gebrauchsfertigen und lagerstabilen, thixotropen, feuerfesten Giessmassen, die aus reaktiven Aluminiumverbindungen, reaktiver, amorpher Kieselsäure und einem zusätzlichen Thixotropier- und Bindemittel besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Thixotropier- und Bindemittel aus polymeren Carbonsäuren und/oder Oxycarbonsäuren besteht und die Mischung frei von Phosphaten, Zementen, Alkalisilikaten und Ton ist.