DD294696A5 - Kaolinschamotte-steine mit hoher thermischer und mechanischer bestaendigkeit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Kaolinschamotte-Steine mit hoher thermischer und mechanischer Bestaendigkeit fuer die Zustellung von pyrotechnischen Anlagen mit Formsteinausmauerung. Erfindungsgemaesz werden einer Masse zur Herstellung von Kaolinschamotte-Steinen, bestehend aus verschiedenen Kaolinschamottekoernungen und plastischem Bindemittel in Form von geschlaemmtem Kaolin und/oder feuerfestem Bindeton, zusaetzlich feingemahlene Tonerde mit einem a-Al2O3-Anteil zwischen 85 und 95% und pyrogene Kieselsaeure in Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage der Ferrosiliciumproduktion und/oder Kieselsol mit einem SiO2-Anteil um 30% sowie gegebenenfalls feinkoerniges Siliciumcarbid und/oder Silicium zugegeben. Beim Erzeugnisbrand der aus der Masse hergestellten Formlinge, der bei einem Kegelfallpunkt von vorzugsweise PK 146 bis 156 vorgenommen wird, entsteht aus dem amorphen SiO2 der pyrogenen Kieselsaeure bzw. des Kieselsols und der feingemahlenen Tonerde Mullit. Die Tonerde mit dem a-Al2O3-Anteil zwischen 85 und 95% ist einerseits noch so reaktiv, dasz eine gute Mullitausbildung erfolgen kann, andererseits aber so stabil, dasz die Gefuegewerte und Festigkeiten der Kaolinschamotte-Steine nicht durch Schwindung der Tonerde herabgesetzt werden. Das gegebenenfalls zugegebene feinkoernige Siliciumcarbid bzw. Silicium wird bei Sintertemperatur teilweise oxidiert, wobei das SiO2 in statu nascendi die Mullitausbildung zusaetzlich verstaerkt. Die sich ausbildende Mullitbindematrix verleiht dem Stein ein dichtes Gefuege, hohe Kaltdruck- und Heiszbiegefestigkeiten sowie eine gute Druckfeuer- und Temperaturwechselbestaendigkeit.{Kaolinschamotte-Steine; pyrotechnische Anlagen; Formsteinausmauerung; Tonerde; a-Al2O3-Anteil; pyrogene Kieselsaeure; Kieselsol; amorphes SiO2; Mullit; Siliciumcarbid; Silicium; Gefuege; Kaltdruckfestigkeit; Heiszbiegefestigkeit}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft Kaolinschamotte-Steine mit hoher thermischer und mechanischer Beständigkeit für die Zustellung von pyrotechnischen Anlagen mit Formsteinausmauerung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannt sind Kaolinschamotte-Steine auf der Basis von dicht gesinterter und weniger dicht gesinterter Kaolinschamotte, wobei als Bindemittel Kaolin eingesetzt wird. Dabei werden die entsprechenden Kaolinschamottekörnungen mit Kaolin gemischt und nach dem Trockenpreßverfahren auf hydraulischen oder Spindelpressen abgeformt. Das Pressen von kaolingebundenen Massen ist einerseits sehr problematisch, da Kaolin starke Lagenbildung in den Preßlingen bewirken kann, andererseits sind die mechanischen und thermischen Werte der gesinterten Kaolinschamotte-Steine relativ gering.

thermischen und mechanischen Werte ebenfalls relativ niedrig sind.

Weiterhin sind Kaolinschamotte-Steine bekannt, bei der dicht gesinterte Kaolinschamottekörnungen mit einem Binder aus herkömmlichem feuerfestem Bindeton und/oder Kaolin, feinstem Korund und einer SiO₂-haltigen Suspension gemischt, abgeformt und gesintert wird. Die thermischen und mechanischen Eigenschaften der Kaolinschamotte-Steine sind zwar befriedigend, aufwendig ist jedoch der technologische Verfahrensschritt der Schlickerherstellung.

Darüber hinaus sind Kaolinschamotte-Steine bekannt, die mit feinem Schmelzkorund und einem speziellen feuerfesten Bindeton mit einem hohen Anteil an feinkörnigem freiem üuarz gebunden werden. Dabei werden ebenfalls befriedigende thermische und mechanische Werte erreicht.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Kaolinschamotte-Steine mit hoher thermischer und mechanischer Beständigkeil herzustellen. Die hohe thermische und mechanische Beständigkeit wird durch sehr gute Kaltdruck- und Heißbiegefestigkeiten und eine hohe Druckfeuer- und Temperaturwechselbeständigkeit gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgab : der Erfindung ist es, die Zusammensetzung von Kaolinschamotte-Steinen zu verändern, um die Zielstellung zu erreichen.

Erfindungsgemäß werden einer Masse zur Herstellung von Kaolinschamotte-Steinen, bestehend aus verschiedenen Kaolinschamottekörnungen und plastischem Bindemittel in Form von geschlämmtem Kaolin und/oder feuerfestem Bindeton, zusätzlich feingemahlene Tonerde mit einem a-AI₂O₃-Anteil zwischen 85 und 95% und pyrogene Kieselsäure in Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage der Ferrosiliciumproduktion und/oder Kieselsol mit einem SiO₂-Anteil um 30% sowie gegebenenfalls feinkörniges Silicium und/oder Siliciumcarbid zugegeben. Die Masse wird mit Sulfitablauge und Wasser und/oder Tonschlicker auf die gewünschte Preßfeuchte gebracht und nach dem Trockenpreßverfahren auf hydraulischen oder _i Spindelpressen abgeformt. Die Formlinge werden nach dem Trocknen vorzugsweise bei einem Kegolfallpunkt zwischen PK146 und PK 156 gesintert.

Das amorphe SiO₂ der pyrogenen Kieselsäure bzw. des Kieselsols reagiert bei Sintertemperatur mit der feingemahlenen Tonerde zu MuIMt.

Die feingemahlene Tonerde mit einem a-AI₂O₃-Anteil zwischen 85 und 95% ist durch den noch verbleibenden Gehalt an Übergangstonerden einerseits so reaktiv, daß eine gutft Mullitausbildung btei Sintertemperatur gewährleistet ist. Andererseits ist

der a-AI₂O₃-Anteil jedoch so hoch, daß die Gefügewerte und Festigkeiten der Kaolinschamotte-bteine nicht durch Schwindung der Tonerde herabgesetzt werden. Ein Teil de« negcbenenfalls zugegebenen feinkörnigen Siliciumcarbids bzw. Siliciums wird beim Sintern oxidiert. Durch das SiO] in statu nascendi wird die Mullitausbildung zusätzlich verstärkt. Die sich ausbildende Mullitbindematrix verleiht dem Stein ein dichtes Gefüge, hohe Kaltdruck- und Heißbiegefestigkeiten sowie eine gute Druckfeuer- und Temperaturwechselbeständigkeit.

Durch die Zugabe der feingemahlenen Tonerde und der pyrogenen Kieselsäure bzw. des Kieselsols zur Preßmasse wird zusätzlich die Grünfestigkeit der Formlinge erhöht.

Ausführungsbeispiel 1

In ein Mischaggregat, vorzugsweise einen Gegenstromschnellmischer werden

45 Ma.-% Kaolinschamotte, Kornfraktion 1 bis 3 mm und .25 Ma.-% Kaolinschamotto, Kornfraktion 0 bis 1 mm gegeben, trocken vorgemischt und anschließend mit Tonschlicker versetzt. Danach werden 15Ma.-% Normalkorund, Kornfraktion < 0,2 mm und 15Ma.-% spezieller Bindeton mit einem Anteil von ca. 40% feinkörnigem Quarz untermischt. Die fertige Masse wird auf einer hydraulischen Presse mit einem spezifischen Preßdruck von 60 MPa zu Formsteinen verarbeitet. Die Formsteine werden nach dem Trocknen in einem Tunnelofen bei einem Kegelfallpunkt von PK 150 gesintert. Diese herkömmliche Kaolinschamotte-Steinqualität hat folgende Gütewerte:

AI₂O₃-Gehalt 45,3 %

Kaltdruckfestigkeit 55 MPa

Offene Porosität 17,3 %

Rohdichte 2,20 g/cm³

Druckfeuerbeständigkeit, T_A 1 510⁰C

Ausführungsbeispiel 2

Wie in Ausführungsbeispiel 1 werden in einem Gegenstromschnellmischer 45,0 Ma.-% Kaolinschamotte, Kornfraktion 1 bis 3 mm 37,5 Ma.-% Kaolinschamotte, Kornfraktion 0 bis 1 mm 15,0Ma.-% feuerfester Bindeton

0,5 Ma.-% pyrogene Kieselsäure in Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage der Ferrosiliciumproduktion mit folgenden durchschnittlichen Eigenschaften SiO₂-Gehalt 97,33%

Fe₂O₃-Gehalt 0,30%

AI₂O₃- u. TiO₂-Gehalt 0,31 %

Na₂O- u. K₂O-Gehalt 0,21 %

MgO-u.CaO-Gehalt 1,32%

P₂O₆-Gehalt 0,06%

spezifische Oberfläche (BET) 20 mVg

und 2,0 Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem a-AI₂O₃-Anteil zwischen 85 und 95% mit Tonschlicker gemischt und auf einer hydraulischen Presse mit einem spezifischen Preßdruck von 60 MPa zu Formsteinen verarbeitet. Nach dem Trocknen werden die Formsteine bei einem Kegelfallpunkt von PK 150 gesintert, wobei folgende Gütewerte erhalten werden:

AI₂O₃-Gehalt 41,0 %

Kaltdruckfestigkeit 57,3 MPa

Offene Porosität 17,0 %

Rohdichte 2,21 g/cm³

Druckfeuerbeständigkeit, T_A 1 51O⁰C

Ausführungsbeispiel 3

Wie in Ausführungsbeispiel 1 werden 45 Ma.-% Kaolinschamotte, Kornfraktion 1 bis 3 mm 31 Ma.-% Kaolinschamotte, Kornfraktion 0 bis 1 mm 10Ma.-% feuerfester Bindoton 4 Ma.-% pyrogene Kieselsäure in Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage der Ferrosiliciumproduktion mit den im Ausführungsbeispiel 2 beschriebenen Eigenschaften

und 10 Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem a-AI₂O₃-Anteil zwischen 85 und 95%

mit Tonschlicker gemischt und auf einer hydraulischen Presse mit einem spezifischen Preßdruck von 60MPa verpreßt. Nach dem Sintern bei PK 150 werden folgende Gütewerte erhalten: AI₂O₃-Gehalt 43,2 %

Kaltdruckfestigkeit 65,5 MPa

Offene Porosität 16,0 %

Rohdichte 2,35 g/cm³

Druckfeuerbeständigkeit, Ta 1 56O⁰C

Ausführungsbeispiel 4

Wie in Ausführungsbeispiel 1 werden 45 Ma.-% Kaolinschamotte, Kornfraktion 1 bis 3 mm 17Ma.-% Kaolinschamotte, Kornfraktion 0 bis 1 mm 5Ma.-% feuerfester Bindeton 8 Ma.-% pyrogene Kieselsäure in Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage der Ferrosiliciumproduktion mit den im Ausführungsbeispiel 2 beschriebenen Eigenschaften

und 25 Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem a-AI₂O₃-Anteil zwischen 85 und 95%

mit Wasser und Sulfitablauge gemischt und auf einer hydraulischen Presse mit 55MPa zu Formsteinen verarbeitet. Nach dem Abbrand bei PK 150 haben die Kaolinschamotte-Steine folgende Gütewerte: AI₂O₃-Gehalt 51,3 %

Kaltdruckfestigkeit 63,2 MPa

Offene Porosität 15,2 %

Rohdichte 2,40 g/cm³

Druckfestigkeit, Ta 1 61O⁰C

Ausführungsbeisplel 5

In einem Gegenstromschnellmischer werden 45 Ma.-% Kaolinschamotte, Kornfraktion 1 bis 3 mm 30Ma.-% Kaolinschamotte, Kornfraktion 0 bis 1 mm 10Ma.-% feuerfester Bindeton

und 10 Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem a-AI₂-O₃-Anteil zwischen 85 und 95%

trocken vorgemischt. Anschließend werden 5 Ma.-% Kieselsol mit einem SiO₂-Anteil von 30% untermischt und die fertige Masse auf einer hydraulischen Presse mit einem snezifischen Preßdruck von 60MPa abgeformt. Der Sinterprozeß erfolgt bei einem Kegelfallpunkt von PK 150. Folgende Güteparameter weisen die resultierenden Steine auf: AI₂O₃-Gehalt 42,3 %

Kaltdruckfestigkeit 63,3 MPa

Offene Porosität 16,1 %

Rohdichte 2,35 g/cm³

Druckfeuerbeständigkeit, Ta 1 565⁰C

Ausführungsbeisplel 6

Wie in Ausführungsbeispiel 1 werden 45 Ma.-% Kaolinschamotte, Kornfraktion 1 bis 3 mm 27 Ma.-% Kaolinschamotto, Kornfraktion 0 bis 1 mm 5Ma.-% geschlämmter Kaolin

4 Ma.-% pyrogene Kieselsäure in Form des Anfallproduktes der Entslaubungsanlage der Ferrosiliciumproduktion

mit den im Ausführungsbeispiel 2 beschriebenen Eigenschaften 15Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem a-AI₂O₃-Anteil zwischen 85 und 95% und 4 Ma. -% Siliciumcarbid, aufgemahlen zu einer Kornfraktion mit einem Siebrückstand auf dem 0,063-mm-Sieb von 31%

mit Tonschlicker gemischt, auf einer hydraulischen Presse mit einem spezifischen Preßdruck von 60 MPa verpreßt und bei einem Kegelfallpunkt von PK 150 gesintert. Folgende Gütewerte werden erhalten: AI₂O₃-Gehalt 46,1 %

Kaltdruckfestigkeit 73,3 MPa

Offene Porosität 15.9 %

Rohdichte 2,37 g/cm³

Druckfeuerbeständigkeit, Ta 1 570°C

Ausführungsbeisplel 7

Wie in Ausführungsbeispiel 1 werden 45 Ma.-% Kaolinschamotte, Kornfraktion 1 bis 3 mm 26 Ma.-% Kaolinschamotte, Kornfrakticn 0 bis 1 mm 5Ma.-% feuerfester Bindeton

15 Ma.-% foingemahlene Tonerde mit einem a-AI₂O₃-Anteil zwischen 85 und 95 %

5 Ma.-% Kieselsol mit einem SiO₂-Gehalt von 30 %

und 4 Ma.-% FeSi 95 nach TGL 6782 (durchschnittlicher Eisengehalt um 0,5%), aufgemahlen auf einem Siebrückstand von 50,2 % auf dem 0,04-mm-Sieb

gemischt, auf einer hydraulischen Presse mit einem spezifischen Preßdruck von 60MPa abgeformt und bei einem Kegelfallprodukt von PK 150 gesintert, wobei folgende Gütewerte resultieren:

AI₂O₃-Gehalt <6,3 %

Kaltdruckfestigkeit 75,5 MPa

Offene Porosität 15,7 %

Rohdichte 2,38 g/cm³

Druckfeuerbeständigkeit, T_A 1 58O⁰C

Claims (2)

1. Kaolinschamottesteine mit hoher thermischer und mechanischer Beständigkeit auf der Basis einer Masse von 60 bis 90 Ma.-% verschiedener Kaolinscharrlottekörnungen und 2 bis 15 Ma.-% plastischem Bindemittel in Form von geschlämmtem Kaolin und/oder feuerfestem Bindeton und bei denen der Erzeugnisbrand bei einem Kegelfallpunkt von vorzugsweise bei PK 146 bis PK 156 erfolgt, gekennzeichnet dadurch, daß zusätzlich

   0,5 bis 8 Ma.-% pyrogene Kieselsäure in Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage

   der Ferrosiliciumproduktion
   und/
   oder 1,5 bis 6Ma.-% Kieselsol mit einem SiO₂-Anteil von 30%
2. 2,0 bis 25 Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem a-A^Oa-Anteil zwischen 85 bis 95% und 0 bis 4Ma.-% feinkörnigesSiliciumcarbid
   und/

   oder 0 bis 4Ma.-% feinkörniges Silicium
   enthalten sind.