DD294930A5 - Schmelzmullit-steine mit hoher thermischer und mechanischer bestaendigkeit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Schmelzmullit-Steine mit hoher thermischer und mechanischer Bestaendigkeit fuer die Zustellung von pyrotechnischen Anlagen mit Formsteinausmauerung. Erfindungsgemaesz werden einer Masse zur Herstellung von Schmelzmullit-Steinen, bestehend aus verschiedenen Schmelzmullitkoernungen 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 von 30% sowie gegebenenfalls feinkoerniges Siliciumcarbid und/oder Silicium zugegeben. Beim Erzeugnisbrand der aus der Masse hergestellten Formlinge, der bei einem Kegelfallpunkt von vorzugsweise PK 148 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-Al2-O3-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 Schmelzmullit-Steine nicht durch Schwindung der Tonerde herabgesetzt werden. Das feinkoernige Siliciumcarbid bzw. das 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 Druckfeuerbestaendigkeit.{Schmelzmullit-Steine; pyrotechnische Anlagen; Formsteinausmauerung; Tonerde; a-Al2O3-Gehalt; pyrogene Kieselsaeure; Kieselsol; amorphes SiO2; Mullit; Gefuege; Kaltdruckfestigkeit; Heiszbiegefestigkeit}

Description

zugegeben werden.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft Schmelzmullit-Steine mit hoher thermischer und mechanischer Beständigkeit für die Zustellung von pyrotechnischen Anlagen mit einer Formsteinmauerung, vorzugsweise für die Ausmauerung der Gewölbe von Glaswannen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannt sind Schmelzmullit-Steine auf Basis von Schmelzmi ntkörnungen, wobei als Bindemittel feuerfester Bindeton oder geschlämmter Kaolin eingesetzt wird. Dabei werden die entsprechenden Schmelzmullitkörnungen mit dem Bindmittel gemischt und nach Trockenpreßverfahren auf hydraulischen oder Spindelpressen abgeformt, getrocknet und bei einem Kegelfallpunkt um PK171 gesintert. Diese Erzeugnisse besitzen trotz der hohen Sintertemperatur nur relativ geringe Kaltdruckfestigkeiten und ungenügende thermische Eigenschaften.

Weiterhin bekannt sind Schmelzmullit-Steine, bei denen zur Erzielung einer Mullitbindematrix Quarzmehl und feinkörniger Schmelzkorund in die Preßmassen eingeführt werden. Zum Erreichen befriedigender thermomechanischer Eigenschaften werden jedoch Sintertemperaturen um PK171 benötigt.

Außerdem sind Schmelzmullit-Steine bekannt, denen zur Erzielung einr stabilen Bindematrix Quarzmehl zugesetzt wird, das beim Sintern mit dem im Schmelzmullit vorhandenen freien Korund zu Mullit reagiert. Hierbei sind ebenfalls Sintertemperaturen um PK171 erforderlich, und das Verfahren kann nur bei Schmelzmullit mit einem AI₂O₃-Gehalt von mehr als 75% eingesetzt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Schmelzmullit-Steine mit hoher thermischer und mechanischer Beständigkeit herzustellen. Die hohe thermische und mechanische Beständigkeit wird durch sehr gute Kaltdruck- und Heißbiegefestigkeiten und hohe Temperaturwechsel- und Druckfeuerbeständigkeit gewährleistet.

Darlegung de· Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung Ist es, die Zusammensetzung von Schmelzmullit-Steinen zu verändern, um die Zielstellung zu erreichen. Erfindungsgemäß werden einer Masse zur Herstellung von Schmelzmullit-Steinen, bestehend aus verschiedenen Schmelzmullitkörnungen 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 Anfallproduktee der Entstaubungsanlage der Ferrosiliciumproduktion und/oder Kieselsol mit einem SiO₂-Anteil um 30% sowie gegebenenfalls feinkörniges Siliciumcarbid und/oder Silicium zugegeben.

Die Masse wird mit Sulfitablauge und Wasser und/oder Tonschlicker auf die gewünschte Preßfeuchte gebracht und nach dem Trockenpreßverfahren auf hydraulischen oder Spindelpressen abgeformt. Die Formlinge werden nach dem Trocknen vorzugsweise bei einem Kegelfallpunkt zwischen PK146 und 156 gesintert. Das amorphe SiOi der pyrogenen Kieselsäure bzw. des Kleselsols reagiert bei Sintertemperatur mit der feingemahlenen Tonerde zu Mullit.

Die feingemahlene Tonerde mit einem a-AI₂O₃-Antell zwischen 85 und 95% ist durch den noch verbleibenden Gehalt an Übergangstonerden einerseits so reaktiv, daß eine gute Mullitausbildung bei Sintertemperatur gewährleistet ist. Andererseits ist der a-AI₂O₃-Anteil jedoch so hoch, daß die Gefügewerte und Festigkeiten der Schmelzmullit-Steine nicht durch Schwindung der Tonerde herabgesetzt werden. Ein Teil des gegebenenfalls zugegebenen feinkörnigen Siliciumcarbid« und/ odor SHiciums wird beim Sintern oxidiert. Durch das SiO₂ in statu nascendi wird die Mullitausbildung zusätzlich verstärkt.

Die eich ausbildende Mullitbindematrix verleiht dem Stein ein dichtes Gefüge, hohe Kaltdruck- und Heißbiegefestigkeiten und eine gute Temperatur· und Druckfeuerbeständigkeit.

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

Ausführungsbeispiel 1 In ein Mischaggregat, vorzugsweise einen Gegenstromschnellmischer werden

45Ma.-%Schmelzmullitschamotte, Kornfraktion 1 bis 3 mm und . SOMa.^Schmelzmullitschamotte, KornfraktionObisimm

gegeben, trocken vorgemischt und anschließend mit Tonschlicker versetzt. Danach werden 5Ma.-% feuerfester Bindeton und 20Ma.-%Schmelzmullitschamottekömung < 0,1 mm untermischt.

Die fertige Masse wird auf einer hydraulischen Presse mit einem spezifischen Preßdruck von 70 MPa zu Formsteinen

verarbeitet.

Die Preßlinge werden nach dem Trocknen in einem Tunnelofen bei einem Kegelfallpunkt von PK171 gesintert. Diese herkömmliche Schmelzmullit-Steinqualität hat folgende Gütewerte: Al_aO,-Gehalt 74,3% Kaltdruckfestigkeiten 63,2MPa Offene Porosität 18,3% Rohdichte 2,58 g/cm³ Druckfeuerbeständigk-'t, T_A > 1700^eC Ausführungsbelsplel 2 Wie in Ausführungsbeispiel 1 werden in einem Gegenstromschnellmischer

45,0Ma.-% Schmelzmullitschamotte, Kornfraktion 1 bis 3 mm 30,0Ma.-% Schmelzmullitschamotte,Kornfraktion0bis 1 mm 12,5Ma.-% Schmelzmullitschamotte, Kornfraktion < 0,1 mm 10,0Ma,-% feuerfester Bindeton 0,5Ma.-% pyrogene Kieselsäure in Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage der

Ferrosiliciumproduktion mit folgenden durchschnittlichen Eigenschaften:

SIO₂-Gehalt 97,33%

Fe₂O₃-Gehalt 0,30%

Ai₁O₃- u. TiOj-Gehalt 0,31 % NajO-u.KjO-Gehalt 0,21% MgO-u.CaO-Gehalt 1,32%

P₂O₆-Gehalt 0,06%

spezifische Oberfläche (BET) 2OmVg

und 2,0Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem a-AI₂O₃-Anteil zwischen 85 und 95%

mit Tonschlicker gemischt und auf einer hydraulischen Presse mit einem spezifischen Preßdruck von 70MPa zu Formsteinen verarbeitet. Die Formsteine wurden nach dem Trocknen in einem Tunnelofen bei einem Kegelfallpunkt von PK151 gesintert. Die resultierende Steinqualität wird durch folgende Gütewerte charakterisiert:

AljOj-Gehalt 67,3% Kaltdruckfestigkeiten 71,3MPa Offene Porosität 16,0% Rohdichte 2,65g/cm³ Druckfeuerbeständigkeit, T_A > 1700'C Ausführungsbeispiel 3 Wie in Ausführungsbeispiel 1 werden

45Ma.-% Schmelzmullitschamotte.Kornfraktion 1 bis 3 mm

25Ma.-% Schmelzmullitschamotte, Kornfraktion 0 bis 1 mm

11 Ma.-% Schmelzmullitschamotte, Kornfraktion < 0,1 mm

5Ma.-% feuerferter Bindeton

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

Ferrosiliciumproduktion mit im Ausführungsbeispiel 2 beschriebenen Eigenschaften

und 10Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem a-AljOj-Gehalt zwischen 85 und 95%

mit Tonschlicker gemischt und auf einer hydraulischen Presse mit einem spezifischen Preßdruck von 60MPa verpreßt. Nach dem Abbrand bei einem Kegelfallpunkt von PK151 haben die Stelno folgende Gütewerte:

AljOrGehalt	72,5%
Kaltdruckfestigkeiten	112,3MPa
Offene Porosität	14,3%
Rohdichte	2,68g/cnv
Druckfeuerbeständigkeit, Ta	>1700°C

Ausfuhrungsbeltpiel 4 Wie in Ausführungsbeispiel 1 werden

45Ma.-% Schmelzmullitschamotte, Kornfraktion 1 bis 3 mm 25Ma.-% Schmelzmullitschamotte, Kornfraktion 0 bis 1 mm 2Ma.-% feuerfester Bindeton 8 Ma.-% pyrogene Kieselsäure in Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage der

Ferrosiliciumproduktion mit den im Ausführungsbeispiel 2 beschriebenen Eigenschaften und 20Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem 0-AI₂O₃-AMeII zwischen 85 und 95%

mit Tonschlicker gemischt undauf einer hydraulischen Presse mit einem spezifischen Preßdruck von 60MPa verpreßt. Folgende Parameter hat die Steinqualität nach dem Abbrand bei PK151:

AljO3-Gehalt	73,2%
Kaltdruckfestigkeiten	120,5MPa
Offene Porosität	14,4%
Rohdichte	2,73g/cm3
Druckfeuerbeständigkeit, Ta	>1700°C

Ausfuhrüngsbelsple! 5 Wie in Ausführungsbeispiel 1 werden

45Ma.-% Schmelzmullitschamutte,Kornfraktion 1 bis3mm 20Ma.-% Schmelzmullitschamotte, Kornfraktion 0 bis 1mm 10Ma.-% Schmelzmullitschamotte,Kornfraktion < 0,1 mm 5Ma.-% feuerfester Bindeton und 10Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem 0.-AI₂O₃-AMeH zwischen 85 und 95%

trocken vorgemischt. Anschließend werden 5 Ma.-% Kieselsol mit einem SiO₂-AMeM von 30% untermischt und die fertige Masse auf einer hydraulischen. Presse mit einem spezifischen Preßdruck von 70 MPa verpreßt. Die Formlinge werden nach dem Trocknen In einem Tunnelofen bei einem Kegelfallpunkt von PK151 gesintert. Folgende Werte wurden erhalten:

AI₂O₃-Gehalt 71,7%

Kaltdruckfestigkeiten 103,7MPa Offene Porosität 14,6% Rohdichte 2,67 g/cm³ Druckfeuerbestandigkeit,T_A > 1700⁰C AusfOhrungsbslsplel β Wie in Ausführungsbeispiel 1 werden

45,0Ma.-% Schmelzmullitschamotte,Kornfraktion 1 bis3mm 25,0Ma.-% Schmelzmullitschamotte, Kornfraktion ObIs 1mm 8,5Ma.-% Schmelzmullitschamotte, Kornfraktion < 0,1 mm 5,0Ma.-% feuerfester Bindeton 4,0Ma.-% pyrogene Kieselsäure in Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage der

Ferrosiliciumproduktion mit den im Ausführungsbeispiel 2 beschriebenen Eigenschaften 10,0Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem a-AljO₃-Qehalt zwischen 85 und 95% und 2,5 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 abgeformt und schließend bei einem Kegelfallpunkt von PK151 gesintert. Die Steinqualität hat folgende Gütewerte:

AljOs-Gehalt	70,5%
Kaltdruckfestigkeiten	146,5MPa
Offene Porosität	12,6%
Rohdichte	2,70g/cm3
Druckfeuerbeständigkeit, Γα	>1700°C

AusfGhrungibeltplel 7 Wie in Ausführungsbeispiel 1 werden

45,0Ma.-% Schmelzmullitschamotte.Kornfraktion 1 bis3mm 30,0Ma.-% Schmelzmullitschamotte, Kornfraktion 0 bis 1 mm 8,5Ma.-% Schmelzmullitschamotte, Kornfraktion < 0,1mm 4,0Ma.-% pyrogene Kieselsäure in Form des Anfallproduktes der Entstaubungsanlage der

Ferrosiliciumproduktion mit den im Ausführungsbeispiel 2 beschriebenen Eigenschaften 10,0 Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem a-AI₂O₃-Gehalt zwischen 85 und 95%

und 2,5 Ma.-% FeSi 95 nach TGL 6782 (Fe-Gehalt um 0,5%), aufgemahlen auf einen Siebrückstand von 50,2% auf dem

0,04 mm Sieb

mit Tonschlickor gemischt, auf einr hydraulischen Presse mit einem spezifischen Preßdruck von 60 MPa abgeformt und anschließend bei einem Kegelfallpunkt von PK151 gesintert, wobei die Steinqualität folgende Parameter aufweist:

AI2O,	70,0%
Kaltdruckfestißkeit	149,3MPa
Offene Porosität	12,0%
Rohdichte	2,70g/cm3
Druckfeuerbeständigkeit, TA	>1700eC

Claims (2)

1. Schmelzmullit-Steine mit hoher thermischer und mechanischer Beständigkeit auf der Basis von 65 bis 95Ma.-% grob-, mittel- und feinkörniger Schmelzmuliitschamotte und 2 bis 15Ma.-% plastischem Bindemittel in Form von geschlämmtem Kaolin und/oder feuerfestem Bindeton und bei denen der Erzeugnisbrand bei einem Kegelfallpunkt von vorzugsweise bei PK148 bis PK156 erfolgt, gekennzeichnet dadurch, daß zusätzlich

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

   Entstaubungsanlage der Ferrosiliciumproduktion und/

   oder 1,5bis6Ma.-% Kieselsol mit einem SiO₂-Anteil von 30%
2. 2,0 bis 25 Ma.-% feingemahlene Tonerde mit einem a-AI₂O₃-Anteil zwischen 85 und 95%

   0bis4Ma.-% feingemahlenes Siliciumcarbid
   und/

   oder 0bis4Ma.-% feinkörniges Silicium