DD227693A1 - Verfahren zur herstellung von brennhilfsmitteln - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Brennhilfsmitteln, bei denen die dem Werkstoffsystem zugeordneten phasenbildenden Rohstoffe aus einer Suspension durch Zerstaeubungstrocknung zu einer Sekundaerkoernung aufbereitet werden. Der so hergestellte Binder wird mit den Hartstoffen und einem Plastifikator zusammengefuehrt und in einem Mischer zu Pressgranulat intensiv homogenisiert. Die Brennhilfsmittel zeichnen sich durch hoehere Werte der Kaltbiegefestigkeit und der Heissbiegefestigkeit aus.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Brennhilfsmitteln für den Einsatz vorzugsweise in der feinkeramischen und Porzellanindustrie. Darüber hinaus sind Applikationen des Verfahrens für die Eigenschafts- und Verfahrensoptimierung anderer hochfeuerfester keramischer Massen möglich.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Der gegenwärtige Entwicklungsstand der Werkstoffsysteme für hochfeuerfeste Brennhilfsmittel ist ein Ergebnis dertechnischen Vervollkommnung hochproduktiver Brennprozesse für die feinkeramische Industrie mittels Tunnelofen und Schnellbranddurchlauföfen. Genügten beim früheren Rundofenbrand noch Kapseln und Platten aus Ton-Schamotte-Gemischen, so sind-heute vor allem Werkstoffsysteme auf der Basis von Siliziumkarbid mit phasenbestimmender silikatischer Bindung, wie feuerfeste Tone, Kaolin, Tonerde u. a. notwendige Verfahrensgrundlage. Aus produktionstechnischen und ökonomischen Erwägungen heraus wird dieses vorgenannte Werkstoffsystem durch solche auf der Basis von Cordierit-Mullit bzw. Korund-Mullit substituiert. Das betrifft vor allem daraus gefertigte Werkstoffe, die für Brennhilfsmittel im Temperaturbereich von 1 360... 1 420°C eingesetzt werden.

Die spezifischen Modifikationen der Werkstoffsysteme sollen die technischen Forderungen nach einer guten Temperaturwechselbeständigkeit sowie geringer Deformation bei einer hohen Anzahl Ofendurchläufe erfüllen. Neben diesen Eigenschaften ist eine hohe mechanische Festigkeit erforderlich, die gegenüber den Beanspruchungen notwendiger technologischer Manipulationen resistent ist. Neben den hier nicht genannten Modifikationen der Werkstoff sy sterne sind die Möglichkeiten der Verbesserung der vorgenannten Eigenschaften und Kennwerte der Brennhilfsmittel auf die Gebiete der Formgestaltung, der Optimierung des Kornbandes, der Optimierung des Versatzes und der Fertigungstechnologie im allgemeinen begrenzt.

Als Beispiel für die Verbesserung der mechanischen und thermischen Eigenschaften durch die Veränderung der Gestaltung der Brennhilfsmittel ist die im DE-GM Nr. G 8214704.3 beschriebene Tellerkapsel mit vertieftem Boden zu nennen, deren Lebensdauer um 25% dadurch erhöht wird, indem durch die Vertiefung eines Teiles des Kapselbodens die technologisch bedingten Spannungen im Bereich der Kapselschulter und des Kapselspiegels herabgesetzt werden. Eine weitere Methode zur Erhöhung der Lebensdauer der Brennhilfsmittel ist die Realisierung eines optimalen Kornbandes der Hartstoffe, da nur feingemahlenes Korn innerhalb der komplexen Bindematrix den Prozeß der Phasenumwandlung fördert und das Mittel- und Grobkorn, den Gerüstbildner, gleichmäßig und spannungsfrei verbindet. Als Beispiel für die Lösung dieser Aufgabe kann die DE-OS 2323486 genannt werden, die ein ausgewogenes Kornband zur Erzielung eines Brennhilfsmittels für einen hohen Temperaturbereich als Grundlage hat. Die erforderlichen Versatzzusammenstellungen werden bei der Firma Goebel, Großalmerode z. B. bei Cordierit-Mullit-Brennhilfsmitteln in Abhängigkeit vom gewünschten Anwendungsbereich vorgenommen. Danach vergrößert sich das AI₂O₃-SiO₂-Verhältnis mit steigendem Anwendungstemperaturbereich. In der Keramischen Zeitschrift (1983) 10, S. 529 wurde eine Untersuchung über verschiedene Cordierit-Mullit-Versätze veröffentlicht, wonach die Kaltbiegefestigkeit der Brennhilfsmittel quasi konstant erhalten werden kann, die Heißbiegefestigkeit aber trotz steigendem AI₂O₃-SiO₂-Verhältnis im höheren Temperaturbereich abnimmt. Daraus resultiert, daß die Anzahl möglicher Ofenreisen infolge der auftretenden Deformationen durch Temperaturspitzen und hohe mechanische Belastungen nicht erreicht wird.

Für die Ausbildung maximaler Gebrauchswerteigenschaften von Cordierit-Mullit-Brennhilfsmitteln spielen die angewendeten Herstellungsverfahren, vor allem die Aufbereitung und Formgebung, eine dominierende Rolle.

Gegenwärtig wendet die Industrie unterschiedliche Aufbereitungsverfahren für die Herstellung eines möglichst homogenen Gemisches bzw. Granulates für das häufigste, weil hochproduktive Formgebungsverfahren, das statische Pressen, an. Für spezielle Artikel wird bereits das Formgießen und das Formstampfen ausgeführt. Leider sind diese spannungsarmen Formgebungsverfahren noch nicht genügend produktiv, um im größeren Umfang genutzt zu werden. Damit verbleibt im wesentlichen die Möglichkeit der Verbesserung der Technologie zur Herstellung des Ausgangsgemisches. Üblicher Stand der Technik ist die Herstellung eines Granulates nach dem halbfeinkeramischen Verfahren. Dazu werden die zur Ausbildung der Mineralphasen Cordierit und Mullit eingesetzten Rohstoffe, wie z. B. Ton, Kaolin, Talkum und Tonerde, zu einem Teil als Schlicker in die Mischung eingebracht. Der restliche plastische Anteil und die eingesetzten Hartstoffe werden trocken gemischt und mit dem Schlicker zu einer bildsamen Masse mit einem Wassergehalt von 12.... 17% aufbereitet. Nach einem Trocknungsprozeß erfolgt ein mechanisches Granulieren.

Diesem Verfahren haften leicht erkennbare Nachteile an. Die hohe Anzahl Verfahrensstufen ermöglicht in der praktischen Durchführung viele Fehlerarten, die die Homogenität des Granulates negativ beeinflussen. Außerdem wird ein hoher technologischer und energetischer Aufwand deutlich. Eine Verbesserung zum vorgenannten Aufbereitungsverfahren ist die grobkeramische Aufbereitung.

In diesem Falle werden die Hartstoffe mit den plastischen Rohstoffen einschließlich einem chemischen Plastifikator in einem Mischer zu einer Preßmasse aufbereitet. Die höhere Heißbiegefestigkeit der daraus hergestellten Brennhilfsmittel gegenüber solchen aus halbfeinkeramischen Granulaten läßt Rückschlüsse auf die gleichmäßigere Struktur des Scherbens zu. Die niedrigere Kaltbiegefestigkeit hat aber z. B. bei Tellerkapseln den Nachteil, daß das mechanische Widerstandsmoment für die Manipulationen innerhalb der Porzellanproduktion ungenügend ist. Dadurch werden die Vorteile der höheren

Es ist,bekannt, daß die Zerstäubungstrocknung keramischer Schlicker zur Aufbereitung zu Preßgranulaten mit Erfolg eingesetzt wird. Die im Schlicker eingemischten Hartstoffe dürfen in der Regel nur ein Maximalkorn von 0,5mm in geringfügiger Menge aufweisen, so daß diese keinen Einfluß auf den Verschleiß und den konstanten Austrag aus den Verdüsungseinrichtungen ausüben können. Diese Forderungen werden mit einem Brennhilfsmittelversatz nicht erfüllt.

Ziel der Erfindung

Die weitere Verbesserung der Kennwerte von Brennhilfsmitteln für die feinkeramische und Porzellanindustrie, vor allem der Parameter Kaltbiegefestigkeit und Heißbiegefestigkeit ist unabhängig von unterschiedlichen Masseversätzen und -typen durch ein neues Aufbereitungsverfahren zu erreichen. Die darauffolgende Verfahrensstufe bildet das produktive Preßverfahren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erzeugung eines gegenüber bisherigen Aufbereitungsverfahren homogeneren Preßgranulates für alle Arten von Brennhilfsmittelversätzen, vorzugsweise für Cordierit-Mullit-Versätze, großtechnisch sicherzustellen.

Erfindungsgemäß werden die zur Cordierit-Mullit-Synthese notwendigen Rohstoffe, wie z. B. Ton, Kaolin, Tonerde und ein MgO-hältiges Material in einer Naßtrommelmühle zur Suspension aufbereitet. Die Mahldauer entspricht hinsichtlich der Vergleichmäßigung in der Suspension, der Aktivierung der Materialkomponenten sowie der Verringerung der Teilchengrößen auf 1...4OjUiTi dem Optimum. Diese Suspension wird mittels einem Zerstäubungstrockner zu einem Sekundärkorngemisch, einem silikatischen Binder, gewandelt. Das Kornband dieses Binders ist <1 mm, im optimalen Bereich 0,3...0,5mm.

Zur Realisierung des dem Brennhilfsmitteiversatz entsprechenden Preßgranulates werden die Hartstoffe wie z.B. gemahlener Korund oder Spezialschamotten mit dem Binder und einem Plastifizierungsmittel in einem Mischer zusammengeführt und homogenisiert.

Die Tellerkapseln, Platten, Tellerständer u.a., denen das erfindungsgemäße Aufbereitungsverfahren zugrunde liegt, haben eine hohe mechanische Festigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit gegenüber denen aus gleichem Werkstoffaufbau und nach den üblichen Verfahren hergestellten Brennhilfsmitteln. Die höhere Kaltbiegefestigkeit wirkt dem Verschleiß der Brennhilfsmittel bei technologischen Manipulationen entgegen, während die höhere Heißbiegefestigkeit die durch mehrere Ofenreisen begründete Deformation zurückdrängt. Die verbesserte Temperaturwechselbeständigkeit verringert die Neigung zu Rissen und mindert den Befall von Brennhilfsmittelabrieb auf das Brenngut, wodurch eine Qualitätsverbesserung der Erzeugnisse eintritt. Das erfindungsgemäße Aufbereitungsverfahren ist hinsichtlich der Arbeitsproduktivität, der Gesamtenergiebilanz und der Umweltbelastung den bisher üblichen Verfahren ökonomisch überlegen.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die genannten Versätze stellen die einsetzbaren Bestandteile eines nach dem Zerstäubungstrocknungsverfahren aufbereiteten Binders dar. Versatz 1: 39,0 Gew.-% feuerfester Bindeton

40,0Gew.-% Bindekaolin

12,5Gew.-% Rohmagnesit - ---

8,5Gew.-% Tonerde, calciniert

Versatz2: 25,0Gew.-% feuerfester Bindeton

20,0Gew.-% Bindekaolin

23,0Gew.-% Talkum

32,0Gew.-% ' Tonerde, calciniert

Versatz 3: 50,0Gew.-% feuerfester Bindeton

18,5Gew.-% Serpentin

31,5Gew.-% Tonerde, calciniert

Die vorgenannten Binderversätze werden jeweils in einer Naßtrommelmühle als Suspension aufbereitet, wobei die Mahldauer so gewählt wird, daß eine Teilchengröße von <40μ.ιτι erreicht wird. Die Suspensionen werden anschließend durch Zerstäubungstrocknung entwässert. Daraus resultiert eine Sekundärkörnung (Binder) von 0,3...0,5mm. Der Binder wird im Verhältnis von 45% mit 55% Schamotte und einem Plastifikator in einem Mischer homogenisiert. Die aus diesem Preßgranulat geformten Brennhilfsmittel werden bei Pk 141 gesintert.

In der nachfolgenden Tabelle werden die Ergebnisse dargestellt, die Cordierit-Mullit-Brennhilfsmittel nach dem erfindungsgemäßen Aufbereitungsverfahren erreichen können. Als Basis der angeführten Parameter werden die gemessenen Größen des gleichen Artikels nach seinem Herstellungsbrand mit 100% zugrunde gelegt.

Kaltbiegefestigkeit Heißbiegefestigkeit

Ofendurchlauf Ofendurchlauf

" 5 50 5 50

1.	grobkeramisch	110%	87%	87%	78%
	aufbereitet	127 %	128%	126%	156%
2.	Versatz 1	115%	112%	141 %	147%
3.	Versatz 2	108%	103%	125%	122%
4.	Versatz 3

Claims (4)

1. Erfindungsansprüche:

   1. Verfahren zur Herstellung von Brennhilfsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenbildenden Rohstoffe aus einer Suspension durch Zerstäubungstrocknung zu einer Sekundärkörnung, einem silikatischen Binder, aufbereitet werden, danach mit den Hartstoffen und einem Plastifikator zusammengeführt und in einem Mischer zu Preßgranulat intensiv homogenisiert werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenbildenden Rohstoffe Ton und/oder Kaolin, Talkum und/oder Rohmagnesit und/oder Serpentin sowie Tonerde sind.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenbildenden Rohstoffe in einer Naßtrommelmühle als Suspension aufbereitet werden und eine Verringerung der Teilchengrößen auf 1 ...40μ,ηη angestrebt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Zerstäubungstrocknung hergestellte Sekundärkörnung einen Korngrößenbereich von < 1 mm, vorzugsweise von 0,3...0,5mm, einschließt.