DD202687A1 - Verfahren zur herstellung von feuerfesten formmassen aus siliziumkarbid - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Formmassen aus Siliziumkarbid, aus denen Tiegel oder Kokillen fuer metallurgische Schmelzen sowie Material fuer feuerfeste Auskleidungen in Brennoefen oder Brennhilfsmaterial fuer die keramische Industrie hergestellt werden koennen. Das Ziel der Erfindung ist es, feuerfeste Massen aus Siliziumkarbid herzustellen, die sich gut zu Erzeugnissen weiterverarbeiten lassen, die hohe Waermeleitfaehigkeit, Temperaturwechselbestaendigkeit und gute Heissfestigkeit besitzen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Formmassen aus Siliziumkarbid zu entwickeln, wonach derartige Feuerfestmaterialien durch einen einfachen technologischen und umweltfreundlichen Prozess hergestellt werden koennen. Die erfindungsgemaesse Herstellung von feuerfesten Formmassen aus Siliziumkarbid besteht darin, dass Pech, das in grobkoerniger oder stueckiger Form vorliegt, in einem Anteil von 5-35 Masse-% mit Siliziumkarbidkoernung vermischt wird und anschliessend durch isostatisches Pressen bei Raumtemperatur und bei Pressdruecken > gleich 50 MPa d.Formgebung erfolgt.Die Erfindung kann ueberall dort angewendet werden, wo feuerfeste Auskleidungen benoetigt werden.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Formmassen aus Siliziumkarbid

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren.zur Herstellung von feuerfesten Formmassen aus Siliziumkarbid, aus denen tiegel oder Kokillen für metallurgische Schmelzen sowie Material für feuerfeste Auskleidungen in Brennofen oder Brennhilfsmaterial in der keramischen Industrie hergestellt werden können·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß feuerfeste Erzeugnisse aus Siliziumkarbid in traditioneller Weise dadurch hergestellt werden, daß ausgewählte Körnungen aus Siliziumkarbid mit Ton und/oder Kaolin gemischt, unter Zusatz von Wasser und speziellen Bindemitteln durch verschiedene Verfahren geformt und bei Temperaturen von ^ 1500 K gebrannt v/erden. Uach diesen bekannten Verfahren können Erzeugnisse mit einem SiC-Gehalt bis 90 Masse-% hergestellt werden· Der Gehalt an Ton und/oder Kaolin verbessert die Formbarkeit der Masse und führt während des Brandes zu einer keramischen Bindung im Erzeugnis· Dabei wirkt sich nachteilig aus, daß durch den Ton- und/oder Kaolingehalt die Wärmeleitfähigkeit, die Temperaturwechselbeständigkeit und die Heißfestigkeit der Artikel erheblich verschlechtert werden. Durch die Verschlechterung dieser Eigenschaften ergeben sich negative Auswirkungen auf die Einsatzmöglichkeiten der Erzeugnisse·

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Es ist ein weiteres Verfahren bekannt, bei dem ein Gemisch a Siliziumkarbid, Siliziumpulver, Kokspulver und Pech bei etwa 430 K gemischt und in heißem Zustand durch Pressen oder Vibr tionsverdichten zu den gewünschten Artikeln geformt wird.. Dieses Verfahren weist einen entscheidenden Nachteil dahingehend auf, daß die Anwendung des Heißmischens und der Formgebung im heißen Zustand erhebliche zusätzliche anlagentechnische, energetische und sicherheitstechnische Aufwendungen und eine Verschlechterung der Arbeitsbedingungen zur Folge hat. Der Einsatz eines zähviskosen, heißen Gemisches schließt ferner die Anwendung hoher Formgebungsdrücke, durch die die Herstellung hochdichter Erzeugnisse ermöglicht wird, aus. Darüber hinaus besitzen die heißgeformten Artikel nach Abschluß des FormgebungsVorganges nur eine sehr niedrige Festigkeit.

XTach einem weiteren bekannten Verfahren wird vorgeschlagen, durch Verwendung eines Gemisches aus Siliziumkarbidkörnung, Silizium, Teerpech und Teeröl einige Nachteile der bekannten Verfahren abzustellen, insbesondere eine homogenere Verteilung des Pechanteiles im Gefüge des Formkörpers zu erreichen, Das in diesem Gemisch enthaltene Teeröl besitzt bei Raumtemperatur eine Viskosität von 5-10 cP. Bei einem Gesamtanteij von Teeröl im Bereich von 3-3,5 Masse-% wird einerseits eine gewisse Verbesserung der Verteilung des Peches im Preßling erreicht, andererseits stellt dieser Teerölanteil jedoch eine Komponente dar, die während des Brennprozesses verdampf 1 oder verbrennt und damit zur Erhöhung der Porosität und zur Verschlechterung von Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit im Erzeugnis führt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, feuerfeste Massen aus Siliziun karbid herzustellen, die sich gut zu Erzeugnissen weiterverarbeiten lassen, die hohe Wärmeleitfähigkeit, lemperaturwechselbeständigkeit und gute Heißfestigkeit besitzen.

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— 3 — Darlegung des Wesens der Erfindung

Der. Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Forramassen aus Siliziumkarbid zu entwickeln, wonach derartige Feuerfestmaterialien durch einen einfachen technologischen und umweltfreundlichen Prozeß hergestellt werden können, wobei die Werkstoffeigenschaften dieser Erzeugnisse durch gezielte Veränderung der Versatzzusammensetzung und des Preßdruckes in breitem Maße variiert und gleichzeitig geringere !Toleranzen bei diesen Eigenschaf-Jen eingehalten werden können»

Es wurde gefunden, daß Siliziumkarbidkörnungen mit Pech in körniger bzw. gemahlener Form vermischt und durch isostatisches Pressen bei hohem Druck zu verschiedenartigsten Artikeln geformt werden· Unter der fiirkung des hohen isostatischen Preßdruckes fließt der Anteil an Pech in allen Bereichen des Preßlings gleichförmig und verteilt sich homogen im gesamten Gefüge· Dabei werden die vorhandenen Poren weitgehend ausgefüllt und je nach Masse des Pechanteiles und Höhe des isostatischen Druckes werden Preßlinge mit hoher Rohdichte bzw. geringer Porosität erzeugt. Zusätze von Preßhilfsmitteln, wie Teeröl, Wachs, Paraffin u. a., sind nicht erforderlich. Dabei ist es vorteilhaft, vor der eigentlichen Versatzbereitung einen Teil der Siliziumkarbidkörnung mit dem in grobkörniger oder stückiger Form vorliegenden Pech zu mischen und gemeinsam eventuell unter Zugabe weiterer spezieller Versatzbestandteile in einer Kugelmühle zu mahlen. Weiterhin kann dem Versatz in bekannter Weise Graphit zugesetzt werden, wodurch die Formbarkeit der Mischung und die Beständigkeit des gebrannten Erzeugnisses gegen Metallschmelzen verbessert wird.

Außerdem ist es möglich, Silizium, Silikomangan, Ferrosilizium und spezielle Glasurfritten zum Versatz zuzugeben, wodurch nach dem Brennen eine Festigkeitssteigerung sowie die Ausbildung einer Selbstglasur auf der Scherbenoberfläche erzielt werden.

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Uach dem isostatischen Pressen der Versätze werden aus den Formkörpern auf bekannte und herkömmliche Weise durch Brennen in oxidierender oder reduzierender Atmosphäre Artikel mit hohen Gebrauchswerteigenschaften erzeugt.

Ein erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, daß der Pechanteil der Ausgangsgemische 5-35 Masse-% vorzugsweise 10— 20 Masse-% beträgt. Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal ist dadurch gekennzeichnet, daß das Pech in einer Korngröße < 1 mm in den Versatz eingebracht wird bzw. durch gemeinsames Aufmahlen mit anderen Komponenten wie Siliziumkarbid, Silizium, Silikomangan und eventuell Glasurfritten auf diese oder noch geringere Korngröße zerkleinert wird. Es wurde überraschend gefunden, daß die Versätze ohne Zusatz von Wasser oder anderen üblichen Preßhilfszusätzen bei Preßdrücken ri 50 MPa, vorzugsweise 75 - 200 MPa durch isostatisches Pressen in flexiblen Formen verdichtet und geformt werden, wobei der Pechanteil im Versatz sich durch Fließvorgänge homogen im Gefüge verteilt, die übrigen Bestandteil« verkittet und eine hohe Grünfestigkeit der Preßlinge bewirkt. Die aus den erfindungsgemäß hergestellten Formmassen bestehe] den Erzeugnisse weisen im gebrannten Sustand eine homogene Struktur auf, wichtige Werkstoffparameter wie Festigkeit». Porosität, Wärmeleitfähigkeit, Temperaturwechselbeständigkeil sowie Resistenz gegen Metallschmelzen sind durch die Variatic der Zusammensetzung der Versatzkomponenten und die Höhe des Preßdruckes in weiten Grenzen und mit geringen Toleranzen einstellbar.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Der Versatz für die Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von feuerfesten Erzeugnissen aus Siliziumkarbid ist aus

folgenden Bestandteilen aufgebaut:

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72 Masse-% SiC Korngröße - 1 m 9 Masse-% Graphit feinf linzig >< 1 mm 9 Masse-% Pech Korngröße <-' 1 mm

10 Masse-% aus einem glasurbildenden Gemisch

von Silikomangan und einer Glasurfritte

Dieser Versatz wird trocken gemischt und nach ausreichender Homogenisierung isostatisch bei einem Druck von 100 MPa in einer elastischen JJOrmhülle verdichtet· Durch dieses Verfahren können Formkörper vielfältigster Gestalt, z· B. Stäbe, Rohre, Tiegel, Steine u· ä· mit guter Oberflächengüte und hoher Homogenität des Gefüges hergestellt werden. Einige typische Eigenschaften wurden am grünen und gebrannten Preßling bestimmt:

	Rohdichte	j>E/g/cm3	Biegefestigkeit <3^/HPa/
grüner Preßling	2	,14	0,37
gebrannter Preßling (reduzierend, 1570 K)	CVl	,16	10,5

Beispiel 2

Der Versatz ist aus folgenden Bestandteilen aufgebaut: 55 Masse-% SiC Korngröße 3 - 0,5 mm

30	Masse-%	SiC	Korngröße -	5	mm
9	Masse-%	Pech	Korngröße -*		mm
6	Masse-^	Si	Korngröße *	1	mm
< ο,
^ 10
^ 0,

Die Komponenten SiC <: 0,5 mm, Pech und metallisches Silizium werden gemeinsam .: in einer Kugelmühle oder in einem anderen geeigneten Mahlaggregat solange gemahlen, bis die gesamte Mischung eine obere Korngröße von 0,5 mm aufweist.

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Das feingemahlene Gemisch wird mit dem grobkörnigen SiG vermengt, isostatisch bei 150 MPa gepreßt und in reduzierender Atmosphäre bei 1630 E gebrannt. Einige typische Eigenschafte wurden bestimmt:

	Rohdichte PR/g/cm^	Biegefe stigkeit ^/MPa/
grüner Preßling	2,40	0,35
gebrannter Preßling (reduzierend, 1630 K)	2,70	130

Claims (3)

1. _₇_ ^JIDDU L

   Erfindungsanspruch

   1. "Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Formmassen aus Siliziumkarbid gekennzeichnet dadurch, daß ein kohlenstoffhaltiges Bindemittel, insbesondere Pech, das in grobkörniger oder stückiger Form vorliegt in einem Anteil von 5-35 Masse-% mit Siliziumkarbidkörnung vermischt wird und anschließend durch isostatisches Pressen bei Raumtemperatur und bei Preßdrücken 1^1 50 HPa, vorzugs-Yieise bei 75 - 200 ICPa, die Formgebung erfolgt.
2. 2. Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Formmassen aus Siliziumkarbid nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß grobkörniges oder stückiges Pech vor der Formgebung gemeinsam mit einem Teil der Siliziumkarbidkörnung und eventuell anderen Zusätzen auf eine Feinheit <0,5 mm gemahlen wird.
3. 3. Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Formmassen aus Siliziumkarbid nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß metallisches Silizium, Silikomangan, Ferrosilizium und spezielle Glasurfritten als Zusätze zum Versatz verwendet werden·