DE1571356C - Feuerfeste Stampf und Schließmasse fur Schmelzkammerkessel - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine im wesent- Schießmasse bestehend aus Siliziumkarbid, Ton, 0,5 liehen aus Siliziumkarbid und Ton als Bindemittel bis 5% Borsäure oder Borax und bis 5 % Anmachbestehende feuerfeste Masse für die Auskleidung wasser gelöst. Eine solche Auskleidungsmasse ervon Schmelzkammerkesseln oder Feuerungen' mit reicht beim Anheizen eine merkliche Frühfestigkeit

ähnlichen Betriebsbedingungen. 5 bereits bei Temperaturen zwischen 200 und 300° C

Von diesen Massen wird neben einer guten Ab- und gewährleistet damit einen guten Wärmeübergang rieb- und Korrosionsfestigkeit in erster Linie eine zu den von der Auskleidung umgebenen Kesselgute Wärmeleitfähigkeit verlangt, damit die im Ver- rohren, wobei die Verfestigung mit steigender Tembrennungsraum mit aschehaltigen Brennstoffen er- peratur ohne das Auftreten eines Festigkeitsminizeugte Wärmeenergie mit einem hohen Wirkungs- ίο mums gleitend in die durch den Ton bewirkte Sintegrad auf das in den Siederohren befindliche Wasser rungsfestigkeit übergeht.

übertragen wird. Da das Siliziumkarbid neben hoher Bei einer beliebigen borhaltigen Masse, wie sie

chemischer Widerstandsfähigkeit von sich aus eine beispielsweise die USA.-Patentschrift 2 968 083 behohe Wärmeleitfähigkeit hat, ist es für 'derartige inhaltet, tritt eine Frühverfestigung nicht auf, weil

Kessel ein ausgezeichneter feuerfester Werkstoff. Als 15 die dort verwendete Bor-Glasur einen Schmelzpunkt

Bindemittel werden üblicherweise 4 bis 7% Ton zu- von annähernd 1000° C aufweist und deshalb zu

gesetzt. Die fertigen Massen haben dann einen SiC- einer Frühverfestigung der Auskleidungsmasse bei

Gehalt von etwa 85 bis 93%. den Anfangstemperaturen von etwa 200° C nicht

Es bestehen jedoch Schwierigkeiten, die auf die beitragen kann.

bestifteten Siederohre aufgebrachte Masse gut und 20 Es ist bekannt, Oxide des Bors, Titans oder Zir-

gleichmäßig einzusintern. Eine gute, nicht nur ober- kons einzeln oder in Mischung in einer Menge von

flächige Einsinterung ist zur Erzielung einer ausrei- 0,1 bis 5% einem Gemisch aus Sand und Kohlen-

chend hohen mechanischen Festigkeit notwendig. Sie stoff zuzusetzen, um zum Zwecke der Herstellung

bietet auch die Gewähr für eine gute Widerstands- von SiC das Gemisch in an sich bekannter Weise

fähigkeit gegen durch Verbrennungsrückstände ver- 25 im elektrischen Widerstandsofen auf die zur Bildung

ursachte Erosion, der diese Massen ausgesetzt sind. von Siliziumkarbid notwendige Temperatur zu er-

Neben der eigentlichen Erosion besteht noch die hitzen. Der Zusatz von Boroxid erfolgt hier jedoch Gefahr, daß durch das zusätzliche Gewicht der sich nicht zu einer Mischung, die vorwiegend Siliziumansetzenden Schlacke Schalen aus der Oberfläche karbid enthält mit der Absicht, die Festigkeit dieser der so auf Zug beanspruchten Stampfmassenschicht 30 Mischung im Temperaturbereich von 200 bis 700° C herausgerissen werden, wenn der innere Zusammen- zu erhöhen, sondern um das im Laufe des Prozesses halt bzw. die Festigkeit der Stampfmasse nicht groß erst entstehende Siliziumkarbid durch sich bildendes genug ist. Eine befriedigende Festigkeit wird im all- Borkarbid gegen die Oxydation durch Sauerstoff zu gemeinen durch eine gute Durchsinterung erzielt. schützen.

Die üblichen tongebundenen Siliziumkarbidmas- 35 Es ist vorbekannter Stand der Technik, Borsäure sen benötigen für eine gute Sinterung eine Mindest- oder Borax als Sintermittel für saure Stampfmassen temperatur von etwa 1000° C. Diese kann durch die auf der Basis von Kieselsäure zu verwenden. Solche Verwendung flußmittelreicher Töne auf etwa 700 bis Massen dienen als feuerfeste Auskleidung von In-800° C abgesenkt werden. Temperaturen dieser Höhe duktionsöfen. Sie werden mit etwa 1 bis 2% Borwerden selbst bei den günstigen Übertragungsbedin- 40 säure oder Borax inT trockenen Zustand gemischt gungen ,wahrend des Anfahrbetriebes des Kessels je- und verarbeitet, indem sie mit Hilfe von Metall-.doch nur in unmittelbarer Nähe der Stampfmassen- schablonen eingestampft werden. Nach dem Stampoberfläche erreicht. Wegen, der guten Wärmeleit- fen wird die Schablone durch Stromzufuhr auf Weißfähigkeit des Siliziumkarbids wird nämlich die aus glut gebracht, um die Massen einzusintern. Diese dem Feuerraum aufgenommene Wärmeenergie rasch 45 Einsinterung erfolgt durch die Reaktion der Borsäure abgeführt, und die Temperatur, fällt innerhalb der mit den feuerfesten Bestandteilen der Massen bei Masse in Richtung auf die Siederohre auf etwa 300 hoher Temperatur unter Bildung einer Schmelze, bis 400⁰C ab. Die Folge dieses Temperaturgefälles Ähnliche Stampf massen werden auch zur Herstellung ist jedoch, daß intierhälli^rider'Stampfmassenschicht . der Wände und Herde von sauren Lichtbogenöfen die gewünschte Verfestigung durch Sintern nicht er- 5° eingesetzt. Desgleichen ist es bekannt, Borsäure als zielt wird. Daran ändert auch nichts die in letzter Bindemittel für die Herstellung von zirkonhaltigen Zeit z. B. durch Einschießen verbesserte Einbring- Steinen zu verwenden; ebenso hat man versucht, technik, die in der Tat zu einer besseren Verfesti- Dolomit mit Borsäure zu binden,
gung durch gute Verdichtung bei Temperaturen unter 'Die. Borsäure wird bei; allen, diesen Verfahren als 100⁰C geführt hat. Über 100⁰C. setzen durch das 55 Bindemittel nur bei solchen; Stoffen eingesetzt, die Verdampfen der Feuchtigkeit aus der Masse Auf- infolge γ ihres oxidischen Charakters nicht der Gelockerungserscheinungen ein, die dazu führen, daß fahr einer Oxydation ausgesetzt sind,
die ursprünglich guten Verfestigungswerte wieder Feinverteiltes Siliziumkarbid wird in Gegenwart verlorengehen. von geringen Mengen Boroxid (B₂O₃) bei höheren

Das eigentliche Problem bei der Auskleidung von 60 Temperaturen im Sauerstoff strom stark oxidiert. .Schmelzkammerkesseln besteht darin, eine Stampf- Dieser Wirkung bedient man sich bei der analytischen masse zu finden, deren durch die Einbringtechnik Bestimmung des Gesamtkohlenstoffgehaltes im Silierzielte Verfestigung beim Anheizen nicht nur er- ziumkarbid, indem man feinverteiltes Boroxid in halten bleibt, sondern mit steigender Temperatur Verbindung mit Bleioxid zugibt, um bei Temperaansteigt, wobei das Hauptgewicht auf den Tempe- 65 türen von 1050° C einen Sauerstoffstrom über das raturbereich von 200 bis 700° C zu legen ist. Analysenmaterial zu leiten, wodurch eine restlose Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch Oxydation des Siliziumkarbids in SiO₂ und CO₂ ein-, die. Verwendimg einer feuerfesten Stampf- und tritt. Demzufolge erschien dem Durchschnittsfäch-

mann die Gefahr einer Oxydation des Siliziumkarbids bei Zusatz von Borsäure zu groß, um Borsäure in siliziumkarbidhaltige Massen einzuführen.

Bei Massen auf der Basis von Siliziumkarbid hat man demzufolge Borsäure oder Borax allein oder in Verbindung mit Ton und Wasser als Bindemittel wegen der Gefahr der Oxydation nicht verwendet.

Es hat sich aber, wie bereits hervorgehoben, in überraschender Weise gezeigt, daß ein geringer Zusatz von Borsäure nach dem Vorschlag der Erfindung, die Festigkeit einer siliziumkarbidhaltigen Stampf- oder Schießmasse mit Bindeton bei niedrigen Temperaturen beträchtlich erhöht, ohne daß eine nachweisbare Gefahr für die Oxydation des Siliziumkarbids und für die Feuerfestigkeit der Masse besteht. Es wurde im Gegenteil festgestellt, daß die Borsäure bei niedrigen Temperaturen das SiC noch nicht angreift und bei Temperaturen bereits oberhalb 600 bis 800° C eine Verdampfung der entwässerten Borsäure einsetzt, so daß auf diese Weise keine Oxydation möglich ist.

In der deutschen Patentschrift 734 203 wird behauptet, daß bei Verwendung von Borsäure die Stampfmasse vollkommen trocken sein muß, um zu verhindern, daß beim Anheizen ein Abtransport der Borsäure durch Wasser bzw. Verflüchtigung durch Wasserdampf erfolgt. Im Gegensatz dazu hat sich ergeben, daß die Transportfähigkeit der Borsäure in der Masse gemäß der Erfindung durch Wasser bzw. Wasserdampf außerordentlich gering ist. Bei einem Anmachwasseranteil von 5% wird kaum Borsäure wegtransportiert.

Eine Erhöhung des Schutzes gegen Oxydation kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung zufolge in der Weise erreicht werden, daß_v der Masse metallisches Siliziumpulver in einer Menge von 0,1 bis 1,5% zugesetzt wird. Darüber hinaus ist es vor-

teilhaft, ein organisches Bindemittel, etwa 0,5 bis 2,0% z. B. Dextrin oder Sulfitablauge, zuzugeben, das die Verarbeitbarkeit der Masse verbessert und bei Temperaturen unter 200° C zusätzlich eine weitere Erhöhung der Festigkeit bewirkt.

Die Erfindung sei an einem Beispiel beschrieben: 89% SiC der Körnung 0 bis 4 mm, wovon 20% kleiner als 0,10 mm sind, werden mit 1% Sulfitablauge, 1% Siliziumpulver und 4% H₁BO., mit 5% gesichtetem, feuerfesten Ton, von dem die Hälfte als Schlicker eingeführt wird, in einem Mischer gemischt und insgesamt 5% Anmachwasser zugesetzt. Diese Masse hat im geglühten Zustand einen SiC-Gehalt von etwa 88%.

Die an Würfeln von 4,5 cm Kantenlänge bestimmte _N

as Druckfestigkeit (kg/cm²) der vorgeschlagenen Masse (a) ist in der nachstehend angegebenen Tabelle in Abhängigkeit von der Vorbehandlung angegeben und der einer normalen Masse (b), d. h. ohne Borsäurezusatz gegenübergestellt.

	12 Stunden 1100C	Vorbehandlung 4 Stunden ■ 4 Stunden 400° C i 800 C	i 800	4 Stunden 12001C
SiC-Masse (a)	200	470	ι 330	1100
SiC-Masse (b) ................:.	115	150	1115

Der Einfluß des Zusatzes an Borsäure auf die Belastung von 2,0 kg/cm² wurde kein Erweichen fest-

Feuerfestigkeit der behandelten Massen wurde an gestellt und der Versuch abgebrochen. Demgemäß

einem 4 Stunden,lang bei 800° C erhitzten Würfel 40 ist keine nachteilige Wirkung des Borsäurezusatzes

durch die Bestimmung der Druckfeuerbeständigkeit festzustellen, geprüft. Bei einer Temperatur von 1650° C und einer

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verwendung einer feuerfesten Stampf- und Schießmasse bestehend aus Siliziumkarbid, Ton, 0,5 bis 5% Borsäure oder Borax und bis 5% Anmachwasser für die Auskleidung von Schmelzkammerkesseln.

2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,1 bis 1,5% metallisches Siliziumpulver enthält.

3. Masse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,5 bis 2,0% eines organischen Bindemittels, wie z.B. Dextrin oder Sulfitablauge aufweist.