DD302031B5

DD302031B5 - Verfahren zur Herstellung von hochtonerdehaltigen Betonen fuer brennersteine

Info

Publication number: DD302031B5
Application number: DD32574889A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Dipl-Ing Mueller; Lutz Dipl-Ing Zachmann; Fritz Bauer; Detlef Dipl-Ing Hinze; Elmar Dipl-Ing Sommer
Original assignee: Rath Spezialkeramik Gmbh
Priority date: 1989-02-14
Filing date: 1989-02-14
Publication date: 1996-07-25
Also published as: DD302031A9

Description

- Die Temperaturwechselbestandigkeit dieser Brennersteine ist vorwiegend in periodisch arbeitenden Ofen ungenügend, da eine schnelle Rißbildung zu einer vorzeitigen Zerstörung fuhrt

Diese aufgezeigten Nachteile fuhren insgesamt zu einer gegenüber den gebrannten Brennersteinen weit niedrigeren Haltbarkeit und damit zu hohem Reparaturaufwand.

Der Erfindung hegt das Problem zugrunde, Brennersteine nach dem Vibrations-Gießverfahren mit der bisher nicht üblichen Untermischung von Zusätzen herzustellen, deren Eigenschaften den mit höherem Aufwand hergestellten gebrannten Brennersteinen ebenbürtig sind.

Erfindungsgemaß wird das Problem mit den im Kennzeichenteil des Patentanspruches beschriebenen Merkmalen gelost.

Mit der erfindungsgemaßen Losung wird von einem Fachmann unerwartet die Abhängigkeit der Eigenschaftswerte der Brennersteine vom Kieselsauregehalt gemäß DE 3 507 877 C 2 beseitigt, da das SiO₂ in Form von bei der FeSi-Produktion anfallendem SiO₂ und/oder Quarzmehl vollständig oder teilweise durch die SiO₂-fremden Stoffe SiC bzw. Alumosilicate ersetzt

Die erfindungsgemaß gewählten Zusätze, homogen im Betonversatz untermischt,

- lassen bereits bei niedrigeren Temperaturen Festkorperreaktionen ablaufen, wodurch die Kaltdruckfestigkeit KDF schon bei einem Vorbrand von 1 200 °C auf 30 bis 40 MPa ansteigt,

- fuhren in Reaktion mit dem Calciumaluminat des Tonerdezementes zum Entstehen einer begrenzten Menge Anorthit (CaS₂), wodurch der fur den Beton durch Calciumhexaaluminat (CA₆)-Bildung typische Wachstumseffekt mit seiner das Gefuge zermürbenden Wirkung beseitigt wird.

Zusatzlich zu den dosierten Zusätzen wird ein grobkörniger Zuschlagstoff als Sekundarkorn mit einem Korndurchmesser in Abhängigkeit der Scherbenstarke des Brennersteines bis zu 30 mm in Form von Splitt alumosilicatischer Feuerfesterzeugnisse in das Betongemenge eingeführt, um durch Warmespannungen der dichten, festen Bindematrix entstehende Risse an den Korngrenzen des sehr groben und hohe Eigenporositat enthaltenden Splittkorns aufzufangen und damit die Temperaturwechselbestandigkeit entscheidend zu erhohen.

Das erfindungsgemaße Gießverfahren laßt nachfolgende Eigenschaftswerte im Vergleich zu den bestehenden Brennerstein-Qualitaten erreichen:

Gutewerte	gebrannter Brennerstein	Brennerstein nach bisherigem Gießverfahren*	Brennerstein nach erfmdungsgemaßem Verfahren
Kaltdruckfestigkeit (MPa)	35-40	15**	40-50**
Längenänderung nach Brand bei 1 700 °C (%)	-0,3	+1,0	-0,5
Temperaturwechsel- beständigkeit (Wasserabschreckungen)	>50	>20	>40

* hergestellt im Schamottewerk Bad Freienwalde (Werkstandard) ** nach Brand bei 1 400 "C

Die Erfindung soll nachstehend mit 3 Beispielen naher erläutert werden.

Beispiel 1

In einer Mischtrommel wird das Gemenge mit der Zusammensetzung

1,0 % trockenmechanisch in Gegenwart von 1 % Sulfitablauge kleiner 0,04 mm aufgemahlene calcinierte Tonerde 1,5% SiC-Pigment

0,75 % Hexametaphosphat 12,5% Tonerdezement

6,0 % Weißkorund, Korn 00WS 17,5 % Weißkorund, Korn 20 20,75 % Weißkorund, Korn 63 20,0 % Weißkorund, Korn 160

in Gegenwart von großvolumigen Porzellankugeln, Verhältnis von Mischkugeln zu Gemenge 1 5, homogenisiert, in einem Freifallmischer nach Zusatz von 20 % Splitt auf der Basis von Mullit-Korund-Steinbruch mit einem Korn von 1-10 mm und 7,4 % Wasser zu einem Frischbeton aufbereitet und durch Vibrationsgießen zu einem Brennerstein verarbeitet.

Beispiel 2

In einer Mischtrommel werden

83,2 % Tonerdezement 3,5 % Phosphatzusatz

8,3 % amorphes SiO₂ als Abfallprodukt der FeSi-Produktion 5,0 % trockenmechanisch in Gegenwart von 1 % Sulfitablauge kleiner 0,04 mm aufgemahlene calcinierte Tonerde

in Gegenwart von qroßvolumigen Porzellankugeln, Verhältnis Mischkugeln zu Gemenge 1:6, zu einer Zementmischung homogenisiert.

In einem Freifallmischer werden

15,0 % Zementmischung 6,0 % Weißkorund, Korn 00WS 15,0% Weißkorund, Korn 20 24,0 % Weißkorund, Korn 63 10,0 % Weißkorund, Korn 160 30,0 % Splitt aus Bruch hochtonerdehaltiger Brennhilfsmittel 5-20 mm, wassergetränkt

unter Zusatz von 8 % Wasser zu einem Frischbeton aufbereitet und auf einem Rütteltisch zu Brennersteinen verarbeitet.

Beispiel 3

Nachfolgende Versatzkomponenten

83,3 % Tonerdezement 6,7 % Hexametaphosphat 6,7 % bei 1 673 K gebrannte und kleiner 0,04 mm aufgemahlene Mullitrohmischung aus Kaolin und Tonerde im Verhältnis 1:1 3,3 % trockenmechanisch in Gegenwart von 1 % Sulfitablauge kleiner 0,04 mm aufgemahlene calcinierte Tonerde

werden in einem Rührwerk zu einer Suspension mit 30 % Feststoffanteil aufgequirlt. Diese Suspension wird bei der Frischbeton-Aufbereitung im Freifallmischer mit einem Weißkorund-Splitt-Gemisch entsprechend Beispiel 2 im Verhältnis

15,0 % Zementmischung 85,0 % Weißkorund-Splitt-Gemisch

bis zur Homogenität gemischt und zu Brennersteinen vergossen.

Claims

Verfahren zur Herstellung von hochtonerdehaltigen Betonen für Brennersteine unter Verwendung von Tonerdezement und Zuschlagstoffen, vorzugsweise auf der Basis von Weißkorund, sowie von Alkaliphosphat und 1,0-1,5 % SiO₂, bezogen auf den Gesamtversatz, in Form von bei der FeSi-Produktion anfallendem SiO₂ und/oder Quarzmehl < 0,09 mm nach der Vibrations-Gießtechnologie und einem Erzeugnisbrand am Einsatzort, dadurch gekennzeichnet, daß das SiO₂ vollständig oder teilweise durch SiC < 0,3 mm oder vollständig durch bei 1 273-1 673 K gebrannte und < 0,04 mm aufgemahlene Alumosilicate des Typs Metakaolin, Kaolin-Tonerdegemisch mit etwa 70 % AI₂O₃ und/oder bei der Porzellanherstellung anfallenden Schrühbruch ersetzt und zusätzlich jeweils 0,5 bis 1,0 %, bezogen auf den Gesamtversatz, trockenmechanisch < 0,04 mm aufgemahlene calcinierte Tonerde und Alkaliphosphat sowie bis zu 30 % Splitt aus alumosilicatischen feuerfesten Baustoffen mit einem Korndurchmesser bis 30 mm zugesetzt wird.

Die Erfindung betrifft die Herstellung von hochtonerdehaltigen Betonen für Brennersteine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches, die in Öfen der keramischen und metallurgischen Industrie eingesetzt werden.

In der Vergangenheit wurden Brennersteine überwiegend aus gebrannten keramischen Feuerfestwerkstoffen hergestellt.

Diese Technologie ist sehr energieintensiv und mit der relativ hohen Ausschußanfälligkeit problematisch.

Deshalb entstand die Herstellung von Brennersteinen auf der Basis hydraulisch abbindender Betone, die durch ihre Gießfähigkeit die Formgebung wesentlich vereinfachten und den Erzeugnisbrand ganz wegfallen ließen, da das „Brennen" erst im eingebauten Zustand der Brennersteine im Ofenaggregat des Anwenders erfolgte.

Aus DE 3 507 877 C2 ist eine Trockenmischung für feuerfesten, tonerdereichen Feuerbeton bekannt, wobei die Trockenmischung zur Herstellung von Formkörpern verwendet wird.

Dabei enthält die Trockenmischung 1 bis 8, vorzugsweise 2 bis 5 Gew.-Teile, bezogen auf 100 Gew.-Teile der Zuschlagstoffe, ein Bindemittelgemisch aus

- 72 bis 95 Gew.-% Tonerdezement mit mindestens 70 Gew.-% AI₂O₃ und

- 5 bis 28 Gew.-% amorpher, feinzerteilter, pyrogener Kieselsäure.

Die an sich bekannten aluminiumoxidhaltigen Zuschlagstoffe, z. B. Schmelzkorund, Sintertonerde, calcinierte Tonerde in einer für Feuerbeton üblichen Kornzusammensetzung, können bis zu 25 Gew.-% aus anderen feuerfesten Zuschlägen wie SiC, Cr₂O₃ und/oder ZrO₂ bestehen.

Weiterhin werden dem Bindemittelgemisch 0,01 bis 0,2 Gew.-% eines Dispergiermittels und gegebenenfalls eines Abbindeverzögerers zugesetzt.

Mit Ausnahme des Zusatzes von maximal 3 Gew.-%, bezogen auf die Zuschlagstoffe, eines Kohlenstoffträgers mit über 90 % C, werden keine weiteren Zusätze beschrieben.

Die Maximalmenge an pyrogener Kieselsäure beträgt 2,07 Gew.-%, um ein Entweichen von Wasser aus denvFeuerbeton nach dessen Abbinden beim Aufheizen zu gewährleisten. Beim Fehlen oder bei einem zu hohen Anteil an Kieselsäure treten wesentliche Nachteile bei den Eigenschaften der hergestellten Formteile auf. Nachteilig wirkt sich die erhebliche Abhängigkeit der Kaltdruckfestigkeit (KDF) und des linearen Brennverhaltens vom Kieselsäure-Gehalt aus.

Über die Temperaturwechselbeständigkeit (TWB), einem entscheidenden Kriterium für die in periodisch arbeitenden Öfen zum Einsatz kommenden Brennersteinen, sind keine Angaben enthalten.

Ziegelsplitt ist als keramischer Zuschlagstoff bekannt (PROBST, Handbuch der Betonsteinindustrie, Carl Marhold Verlagsbuchhandlung, 7. Auflage, Berlin-Charlottenburg, 1962, Seite 48 und 150) und findet Verwendung bei der Herstellung von Kerambetonen mit keramischer Bindung. Die Körnung kann einkörnig oder auch gemischt sein (Kornstufe 1/12; Feinkornanteil unter 3 mm weitgehend beschränkt). Die Verwendung von Ziegelsplitt in Feuerbetonen ist jedoch wegen der ziemlich starken Schwindung völlig ungeeignet.

In den Freiberger Forschungsheften A 242, März 1962, Seite 40, ist ein Verfahren zur Herstellung von TSZ-Betonmaterial unter Verwendung von Schamotte als Zuschlagstoff beschrieben. Die Temperaturwechselbeständigkeit liegt erwartungsgemäß höher als bei den üblichen feuerfesten Materialien. Diese läßt sich noch erhöhen, wenn ein Vorbrand bei 1 100 bis 1 200 °C angewandt wird, da sich hierbei die keramische Bindung einstellt.

Nachteilig ist, daß der Beton in sich brüchig wird, was man aus dem Aufbau des Betons erklären kann.

Die Zuschlagstoffe werden entsprechend der LITZOW-Kurve zusammengestellt, und die Körnung beträgt bei kleinformatigen Teilen maximal 15 mm. Die zur Anwendung kommende Verdichtung des Betons in Formen auf Rütteltischen ist allgemein bekannt.

Die bisher mit bekannten Betonen über das Gießverfahren hergestellten ungebrannten Brennersteine haben aber gegenüber den gebrannten folgende Nachteile:

- Die Kaltdruckfestigkeit nach Brand im Bereich von 1 200 bis 1 500 "C ist mit 16 bis 18 MPa sehr niedrig und besonders nachteilig für einen ungebrannten Brennerstein, bei dem aufgrund seines über die Scherbenstärke verlaufenden Temperaturgefälles Zonen verminderter Festigkeit entstehen.

- Zwischen den beiden Hauptversatzkomponenten Tonerdezement und feinkörnigem Edel- oder Weißkorund erfolgt durch thermische Langzeiteinwirkung eine Reaktion zu Calciumhexaaluminat (CA₆), was mit einer das Gefüge zermürbenden Volumenzunahme verbunden ist (LISKA und FIGUSCH, Sammelband: IX. Konferenz über Korundfeuerbetone, Karlovy Vary, 27.-29. 5.1986, Seite 146-158).