DE1261044B - Feuerfeste Silikasteine - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

[nt. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

C04b

Deutsche Kl.: 80 b-8/06

G41954VIb/80b
6. November 1964
8. Februar 1968

Feuerfeste Silikasteine zeichnen sich vor allem durch eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Schlacken mit hohem Eisengehalt aus. Infolge der zahlreichen Veränderungen, welche die Kieselerde während der Erhitzung und Abkühlung durchläuft, sind jedoch Steine aus diesem Material besonders gegenüber Wärmeschocks empfindlich und neigen daher leicht zum Abplatzen, d.h., ihre Abplatzfestigkeit ist recht gering.

Zur Erhöhung dieser Abplatzfestigkeit hat man bereits die verschiedensten Versuche unternommen. So wurde bereits vorgeschlagen, der Kieselerde Titandioxyd beizumengen, um durch Herabsetzung der Schmelztemperatur der Kieselsäure die Abplatzfestigkeit zu verbessern. Andere Vorschläge gehen dahin, der Silikamenge als Bindemittel Siliziumkarbid allein oder gemischt mit Zirkondioxyd zuzusetzen. Diese Maßnahmen ergeben wohl bereits eine Verbesserung der Abplatzfestigkeit, doch bleiben noch manche Wünsche offen.

Die Aufgabe der Erfindung geht nun dahin, einen feuerfesten Silikastein zu schaffen, wobei der Ausdruck »Stein« sowohl »Blöcke« wie sonstige »Formkörper« einschließt, dessen Abplatzfestigkeit wesentlich höher ist als bei alleinigem Zusatz von Titandioxyd bzw. Siliziumkarbid oder einer Mischung des letzteren mit Zirkondioxyd nach den bisherigen Vorschlägen, und welcher gleichzeitig gegenüber den Einflüssen von Schlacken in hohem Maße unempfindlich ist, so daß seine Lebensdauer infolge der Verbindung dieser beiden Eigenschaften wesentlich länger ist als bei bisher üblichen derartigen Steinen.

Zur Erzielung der vorgenannten Eigenschaften besteht ein erfindungsgemäßer Silikastein aus 1 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise 1,5 bis 5 Gewichtsprozent TiO₂, 5 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5 bis 20 Gewichtsprozent Siliziumkarbid in Pulverform und als Rest aus Kieselsäure in Form von Quarzit.

Sowohl das Titandioxyd in der Form von Rutil wie das Siliziumkarbid sollte eine Korngröße von 0,075 mm und vorzugsweise 90% des Titandioxyds und 85% des Siliziumkarbids eine Korngröße von 0,06 mm besitzen.

Wenn auch durch den alleinigen Zusatz von Titandioxyd bzw. von Siliziumkarbid bereits eine wesentliche Verbesserung der Abplatzfestigkeit erzielbar ist, so ergibt doch ein Zusatz beider Teile innerhalb der vorgenannten Größenordnungen eine Verbesserung der Abplatzfestigkeit, die wesentlich über den Werten liegt, welche durch den Einzelzusatz der beiden Verbindungen erzielt werden könnte, wie dies aus den Feuerfeste Silikasteine

Anmelder:

General Refractories Ltd.,
Sheffield (Großbritannien)

Vertreter:

Dr. W. Andrejewski, Patentanwalt,

4300 Essen, Kettwiger Str. 36

Als Erfinder benannt:

Harry Pressley, Sheffield (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 7. März 1964 (9761)

nachstehenden Beispielen hervorgeht. Diese Beispiele zeigen ebenfalls, daß bei steigender Abplatzfestigkeit der Steine gleichzeitig auch ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Schlackeneinflüssen ansteigt.

Die Kieselerde in der Mischung kann insgesamt aus Quarzit in der üblichen grob-, mittel- und feinkörnigen Zusammensetzung bestehen, wobei jedoch bei besonders hohen Anforderungen bezüglich guter Abplatzfestigkeit 20 bis 30% des Quarzitanteils durch Flint ersetzt werden sollten, so daß ein bedeutender Teil der Kieselerde in besonders reiner Form zugesetzt wird.

Eine erhöhte Festigkeit nach dem Brande kann durch den Zusatz von 1 bis 2 Gewichtsprozent kristallinen Eisensulfats erzielt werden (wobei dieses Eisensulfat entweder als Kristall oder in dem zur Herstellung der Mischung verwendeten Wasser gelöst zugesetzt werden kann) oder auch durch Zusatz von Eisenoxyd (Fe₂O₃ und/oder Fe₃O₄), wobei letzteres zu 90% eine Korngröße von 0,15 mm besitzen sollte.

Die in üblicher Weise, beispielsweise mit Kalk zusammeii mit einem temporären Binder, beispielsweise Sulfitlauge, gebundene Masse wird mechanisch zu Steinen gepreßt, dann getrocknet und gebrannt, wobei das Brennen derart gesteuert wird, daß das endgültige spezifische Gewicht 2,33 bis 2,37 beträgt.

Nachstehend sollen einige Beispiele die Wirkung zeigen, welche durch Veränderung der Zusammensetzung eines Standardsteines bei alleinigem Zusatz

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von Siliziumkarbid bzw. Titandioxyd sowie bei erfindungsgemäßem Zusatz von Siliziumkarbid und Titandioxyd zusammen erreichbar sind. Die angegebenen Mengen verstehen sich als Gewichtsmengen.

Beispiel I Standardmasse

60 Teile Quarzitkorn 1,0 bis 4,76 mm

20 Teile Quarzitkorn 0,25 bis 1 mm

20 Teile Quarzitmehl bis 0,075 mm

2,2 Teile gelöschter Kalk

1,5 Teile Sulfitlauge (bezogen auf das Trockengewicht

der Masse)
Wasser: 3 bis 7% je nach gewünschter Konsistenz

Beispiel II Siliziumkarbid allein zugesetzt

Die 20 Teile Quarzitmehl nach Beispiel I wurden durch 20 Teile Siliziumkarbid ersetzt (bis 0,075 mm Korngröße).

Beispiel III Titandioxyd allein zugesetzt

Der Masse nach Beispiel I wurden 3 Teile Titandioxyd (bis 0,075 mm Korngröße) zugesetzt.

Beispiel IV Siliziumkarbid und Titandioxyd zusammengesetzt

60 Teile Quarzitkorn 1,0 bis 4,76 mm

20 Teile Quarzitkorn 0,25 bis 1 mm

20 Teile Siliziumkarbid bis 0,075 mm

3 Teile Titandioxyd (Rutil) bis 0,075 mm

2,2 Teile gelöschter Kalk

1 Teil Sulfitlauge (bezogen auf das Trockengewicht

der Masse)
Wasser: 3 bis 7% je nach gewünschter Konsistenz

Beispiel V

Siliziumkarbid und Titandioxyd zusammengesetzt, wobei die Mischung Flint enthielt

30 Teile Flint 1,0 bis 4,76 mm

30 Teile Quarzitkorn 1,0 bis 4,76 mm

20 Teile Quarzitkorn 0,25 bis 1 mm

20 Teile Siliziumkarbid bis 0,075 mm

3 Teile Titandioxyd (Rutil) bis 0,075 mm

2,2 Teile gelöschter Kalk

1 Teil Sulfitlauge (bezogen auf das Trockengewicht

der Masse)

Wasser: 3 bis 7 % je nach gewünschter Konsistenz

Bei allen Beispielen wurde die Masse mechanisch zu Steinen gepreßt, dann getrocknet und auf ein spezifisches Gewicht von 2,34 gebrannt. Die fertigen Steine wurden sodann folgenden Prüfungen unterworfen:

A. Abplatzprüfung

In einen kalten Muffelofen von 60 · 30 · 30 cm Innenabmessung wurden jeweils drei Prüfsteine in Prismenform mit einer Höhe von 7,6 cm und einer quadratischen Grundfläche von 25,65 cm² eingesetzt und der Ofen gleichmäßig innerhalb von 3 Stunden auf 1000⁰C erhitzt. Diese Prüftemperatur wurde 30 Minuten lang beibehalten, woraufhin die Prüfsteine dem Ofen entnommen und an einer zugfreien Stelle 10 Minuten lang abgekühlt wurden. Nach Ablauf dieser Kühlperiode wurde versucht, die Prüfsteine von Hand zu zerbrechen, wobei gleichzeitig auf Risse oder abgeschmolzene Kanten geachtet wurde. War ein Bruch nicht möglich, wurden die Prüfsteine nochmals 10 Minuten lang in den auf 1000° C belassenen Ofen eingesetzt und nach Entnahme und 10 minutiger Abkühlung erneut der Bruchprobe unterworfen. Dies wurde bis zum tatsächlichen Bruch durchgeführt und dabei die Anzahl der Durchgänge gezählt. Der Durchschnitt einer jeden Dreiergruppe wurde als Prüfresultat für die betreffende Steinsorte festgelegt.

B. Widerstandsprüfung gegenüber Schlacken

Hierbei wurde eine Schlacke aus 25 Teilen Eisenoxyd,
6 Teilen Kalk,
4 Teilen Manganoxyd

mit Wasser vermengt und auf eine Steinwand aufao getragen. Anschließend wurden die beschichteten Steine bei der einen Prüfung 25 Stunden lang und bei einer weiteren Prüfung 48 Stunden lang auf 1650°C gebrannt.

Dabei ergaben sich als Resultate der Prüfung A:

Steine	Anzahl der Durchgänge
Beispiel I Beispiel II Beispiel III Beispiel IV Beispiel V	1 bis 2 6 bis 8 . 6 bis 8 20 bis 25 25 bis 30

und als Resultat der Prüfung B:

Im 24-Stunden-Test

Steine	Verlust	Eindringtiefe
Beispiel I Beispiel II Beispiel III Beispiel IV Beispiel V	0,28% 0,13 % 0,17% 0,13% 0,13%	43 mm 23 mm 23 mm 15 mm 10 mm

Im 48-Stunden-Test

Steine	Verlust	Eindringtiefe
Beispiel I Beispiel II Beispiel III Beispiel IV Beispiel V	0,65% 0,45% 0,45% 0,29% 0,26%	38 mm 35,5 mm 35,5 mm 33 mm 28 mm

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Feuerfester Silikastein mit hoher Abplatzfestigkeit und hoher Beständigkeit gegenüber Schlackeneinflüssen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 1 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise 1,5 bis 5 Gewichtsprozent TiO₂, 5 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 5 bis 20 Gewichtsprozent Siliziumkarbid in Pulverform und als Rest aus Kieselsäure in Form von Quarzit besteht.

2. Feuerfester Silikastein nach Anspruch 1 mit besonders hoher Abplatzfestigkeit, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß der Kieselsäuregehalt zu 20 bis Fe₃O₄ entsprechend einer Zusatzmenge von 1 bis

30% aus Flint und Quarzit als Restbestandteil 2°/₀ Eisensulfat enthält.

besteht.

3. Feuerfester Silikastein nach Anspruch 1 oder 2 In Betracht gezogene Druckschriften:

mit besonders hoher Festigkeit nach dem Brande, 5 Salmang, »Die Keramik«, 1958, S. 238;

dadurch gekennzeichnet, daß er Fe₂O₃ und/oder S ear le, »Refractory Materials«, 1950, S. 418 (XIV)

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