DE1571599B2 - Feuerfeste masse - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine feuerfeste Masse zur Auftragung auf die Verwendungsstelle durch Spritzen aus einer Mischung von feuerfesten Körnern mit Bindemittel und 1 bis 5% Bentonit.

Die Hauptmenge an feuerfesten Materialien, die für Industrieöfen, ζ. Β. Hochöfen, Siemens-Martin-Öfen, Drehöfen für die Zementherstellung, Lichtbogenelektroöfen u. dgl. eingesetzt werden, wird gewöhnlich in Form von geformten Blöcken, beispielsweise gebrannten oder ungebrannten (z. B. chemisch gebundenen) Steinen verwendet. Daneben hat sich jedoch insbesondere in den letzten Jahren eine zunehmende Verwendung von feuerfesten Materialien in loser oder granulierter Form ausgebildet. Eine der üblichen Arten der Verwendung von losen oder granulierten feuerfesten Materialien ist das Aufspritzen. Bei diesem Verfahren wird das granulierte Material durch eine Düse ausgestoßen, wobei es mit einer relativ geringen, jedoch gesteuerten Menge Wasser befeuchtet wird. Das feuchte Material prallt auf eine Wand oder eine sonstige Oberfläche auf, die mit der feuerfesten Masse überzogen werden soll.

Für eine zum Aufspritzen eingesetzte Mischung ist die Fähigkeit wesentlich, daß sie bei Zimmertemperatur sehr schnell abbindet bzw. fest wird. Außerdem muß eine Mischung, die auf eine vertikale Wand aufgespritzt werden soll, sogleich beim Auftreffen eine ausreichende Haftfähigkeit haben, damit sie an der Wand klebt und in dieser Anordnung an der vertikalen Fläche haften bleibt. Ferner muß ein nachfolgend als Deckschicht auf die frisch aufgespritzte Masse aufgebrachtes Material an dieser Masse klebenbleiben und darf nicht an der Wabd heruntertropfen oder sich davon ablösen.

Eine der Substanzen, die als Bindemittel für derartige Massen bei Kalthärtung oder die Erhärtung bei Zimmertemperatur verbreitete Anwendung gefunden hat, ist Natriumsilikat. Diese Substanz ist eine wasserlösliche Verbindung von Natriumoxyd (Na₂O) und Siliciumdioxyd (SiO₂) und ist im Handel in zahlreichen chemischen Zusammensetzungen erhältlich, die untereinander bezüglich der Menge an Na₂O. und SiO₂ differieren.

Die Verwendung von Natriumsilikat als Bindemittel für aufzuspritzende feuerfeste Mischungen ist z. B. aus der französischen Patentschrift 1 364 596 bekannt, wo ein Verhältnis von Na₂O/SiO₂ zwischen 1: 2, vorzugsweise zwischen 1:1,9 verwendet wird.

Aus wenigstens zwei Gründen ist es indessen erwünscht, ein Natriumsilikat mit hohem Kieselsäuregehalt (ζ. B. ein Natriumsilikat, das wenigstens 2 Gewichtsteile SiO₂ je Gewichtsteil Na₂O enthält) einzusetzen. Einmal wird durch Einsatz eines Materials mit weniger Natriumoxyd und mehr Kieselsäure ein im Ganzen besser feuerfestes Produkt erhalten. Zum anderen ist ein Material mit höherem Kieselsäuregehalt leichter erhältlich und weniger kostspielig.

Materialien mit hohem Kieselsäuregehalt haben jedoch gewisse Nachteile. Sie lösen sich langsamer in Wasser als Natriumsilikate mit geringerem Gehalt an SiO₂ (und entsprechend höherem Na₂O-Gehalt). Dies ist ein besonderer Nachteil bei aufzuspritzenden Mischungen, weil diese dann an den Wänden nicht halten. Es kommt hinzu, daß Natriumsilikate mit hohem Kieselsäuregehalt langsamer zu einer harten Bindung erstarren.

Das Ziel der Erfindung besteht demgemäß in der Schaffung einer durch eine Spritzeinrichtung aufbringbaren feuerfesten Masse mit einem hohen Verhältnis SiO₂-Na₂O im Bindemittel.

Es wurde nun gefunden, daß sich eine solche feuerfeste Masse ergibt, wenn das Bindemittel aus 1 bis 5 % eines Natriumsilikats, das wenigstens 2 Gewichtsteile SiO₂ je Gewichtsteil Na₂O enthält, und 0,2 bis 1,2% eines in Wasser löslichen Alkaliphosphates besteht.
Diese Mischung ergibt eine schnelle Auflösung des

ίο Bindemittels und eine nachfolgende rasche Abbindung, verbunden mit einer guten Anfangsfestigkeit.

Daß der Zusatz von Alkaliphosphaten für die Widerstandsfähigkeit von Bindemitteln auf Silikatbasis an sich förderlich sein kann, ist aus der französischen Patentschrift 807 384 bekannt.

Für die erfindungsgemäße feuerfeste Masse können als feuerfeste Gesteinskörner beliebige dichte feuerfeste Granulate entsprechender Körnung vorhanden sein, wie sie für diesen Zweck bekannt sind. Im allgemeinen werden die Körnungen so gewählt, daß Mischungen mit abgestimmten Korngrößen entstehen, die ein möglichst dicht gepacktes Produkt ergeben.

Als nicht saures feuerfestes Material, für das der Sinn der erfindungsgemäßen Masse eingesetzte Bindemittel besonders zweckmäßig ist, hat sich erfindungsgemäß insbesondere Albit erwiesen.

Es können jedoch auch totgebrannter Magnesit, totgebrannter Dolomit, Chromiterz und Mischungen dieser Stoffe untereinander verwendet werden.

Auch für andere feuerfeste Granulate kann das in der erfindungsgemäßen Masse enthaltene Bindemittel verwendet werden, wie beispielsweise für-kalzinierte Schamotte, kalziniertes Bauxit, Aluminiumoxyd u. dgl.

Die in den erfindungsgemäßen Massen verwendeten Natriumsilikate werden im allgemeinen in Pulverform eingesetzt. Die Pulver können wasserfrei oder teilweise hydratisiert sein. Ein typisches Beispiel für ein solches Natriumsilikat mit einem Na₂O/SiO₂-Verhältnis von 1: 2 hat folgende chemischen Analysenwerte: Na₂O 27,0%, SiO₂ 54,0%, H₂O 18,0%, wobei die restlichen 0,5 % Verunreinigungen sind.

Als in den erfindungsgemäßen Massen enthaltene Phosphate können beliebige wasserlösliche Alkaliphosphate verwendet werden.

Eine besonders vorteilhafte Klasse solcher Phosphate sind die Polyphosphate, die im allgemeinen durch die chemische Formel

wobei M ein Alkalimetall und η eine ganze Zahl bedeutet, wiedergegeben werden.

Besonders bevorzugenswert sind Natriumpolyphosphate, weil diese leicht erhältlich und relativ wenig aufwendig sind, verglichen mit anderen Alkaliphosphaten.

Erfindungsgemäß eignet sich innerhalb der bevorzugten Klasse der Alkaliphosphate besonders Natriumpolyphosphat, Na₅P₃O₁₀ (worin η = 3 in der zuvor angegebenen Formel ist). Auch Tetranatriumpyrophosphat, Na₄P₂O₇ (worin η — 2 in der zuvor angegebenen Formel ist), ist geeignet.

Die in den erfindungsgemäßen Massen verwendeten _; Bentonite werden im rohen oder unkalzinierten oder ; ungebrannten Zustand eingesetzt. Diese Bentonit- ]

Tone sind für ihre kolloidalen und hydrophilen Eigen- j schäften bekannt. Eine bevorzugte Gruppe dieser Ma- ί terialien sind die sogenannten quellenden Bentonite, wie sie beispielsweise aus Wyoming erhalten werden.

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Obwohl bisher noch nicht vollständig erforscht ist, welche spezielle physikalische oder chemische Zusammenwirkung der Bestandteile der erfindungsgemäßen Mischungen erfolgt, wird angenommen, daß die Zugabe von löslichen Alkaliphosphaten zu einem Natriumsilikat mit hohem Kieselsäuregehalt sich dahingehend auswirkt, daß eine schnellere Lösung des hochkieselsäurehaltigen Materials erfolgt, als dies möglich ist, wenn solches Material für sich allein mit Wasser vermischt wird. Es leuchtet ein, daß zur Ausbildung einer Bindung, durch die die feuerfesten Teilchen der erfindungsgemäßen Massen miteinander vereinigt werden, das vorhandene Natriumsilikat zunächst in der Flüssigkeit in Lösung gehen muß. Es leuchtet ferner ein, daß, insbesondere bei aufzuspritzenden Gemischen, die Ergebnisse um so besser sind, je schneller das Natriumsilikat in Lösung geht. Es wurde ferner gefunden, daß durch die Verwendung von löslichen Alkaliphosphaten zusammen mit Natriumsilikaten mit hohem Kieselsäuregehalt das Abbinden der Natriumsilikate zu einer zusammenhängenden Bindung beschleunigt wird. Im Hinblick auf das Bentonit wird angenommen, daß lösliche Alkaliphosphate das Bentonit schneller benetzen können und es klebrig machen, so daß auf einer vertikalen Oberfläche mehr von dem aufgespritzten Material anklebt und bei einmaligem Aufspritzen eine feuerfeste Auskleidung in größerer Dicke aufgebracht werden kann.

Man kann die erfindungsgemäßen feuerfesten Massen auf heiße oder kalte Ofenwände aufspritzen. Besonders vorteilhaft sind sie für das Aufspritzen auf kalte Oberflächen, da sie, wenn man sie nach bekannten Methoden aufspritzt, sich als ungewöhnlich gut anhaftendes Material erweisen, mit dem sich auf eine vertikale Fläche relativ dicke Schichten an Material aufspritzen lassen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Massen besteht darin, daß sie im kalten Zustand rasch abbinden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß die erfindungsgemäßen Massen mit Natriumsilikaten angesetzt werden können, die man bisher, weil sie zu langsam löslich sind, in aufzuspritzenden Mischungen nicht verwenden konnte.

Beispiel I
Die nachfolgenden Bestandteile

Albit (Periklas) 13,0%

Chrom-Erz 82,7%

Bentonit 2,0%

Natriumsilikat (Na₂O/SiO₂ = 1:2) 1,9 %

Natriumtripolyphosphat 0,4 %

wurden mit etwa 11 % Wasser in einer Ridley-Spritze, die bekannt ist, gemischt und auf eine vertikale Fläche eines Ofens aufgespritzt. Das Chrom-Erz passierte in seiner Gesamtmenge ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,4699 mm (4 mesh screen), 57 % wurden zurückgehalten auf einem Sieb mit einer durchschnittlichen Maschenweite von 0,295 mm (48 mesh screen) und 14% gingen durch ein Sieb mit einer durchschnittlichen Maschenweite von 0,074 mm (200 mesh screen) hindurch. Das Albit passierte in seiner Gesamtmenge ein Sieb mit einer durchschnittlichen Maschenweite von 0,589 mm (28 mesh screen) und 62% gingen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,074 mm (200 mesh screen) hindurch. Das Gemisch zeigte während des Aufspritzens nur wenig Verstauben, und es war möglich, einen Überzug in einer Dicke von etwa 23 cm aus dem aufgespritzten Material aufzubringen. Das Schüttgewicht des aufgespritzten Materials (nach dem Trocknen bei 15O⁰C) betrug 2,5 g/ cm³. Von den oben angegebenen Bestandteilen wurde eine weitere Mischung hergestellt, wobei die gleichen Verhältnismengen eingesetzt wurden mit der Ausnahme, daß Natriumtripolyphosphat nicht zugesetzt und 3,5 % des gleichen Natriumsilikates angewendet wurde. Dieses Gemisch wurde in genau der gleichen Weise auf eine Ofenoberfläche aufgebracht. Bei diesem zuletzt beschriebenen Versuch bildet sich eine größere Menge Staub, und es löste sich eine größere Menge des Materials ab. Nachdem eine nur 10 cm oder 12,5 cm dicke Schicht auf die vertikale Wand aufgebracht worden war, fiel dieses bereits ab.

Beispiel II

Es wurde ein Gemisch aus folgenden Bestandteilen:

Natriumsilikat

(Na₂O/SiO₂-Verhältnis 1: 3,22) 1,9%

Natriumtripolyphosphat 0,5 %

Bentonit 2,0%

Rest Albit (Periklas-Körner, die in der Gesamtmasse ein Sieb mit einer lichten
Maschenweite von 0,4699 mm (4 mesh
screen) passierten und von denen 43%
durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,295 mm (48 mesh screen)
hindurchgingen,

hergestellt, und die Masse wurde unter Zusatz von 12% Wasser durch eine Spritzdüse auf eine heiße Ofenwand aufgespritzt, wo sie eine feste, haftende Oberfläche bildete. Das Natriumsilikat, das in dieser Mischung eingesetzt wurde, hatte folgende Zusammensetzung: SiO₂ = 61,8%; Na₂O = 19,2%; H₂O = 18,5%; Verunreinigungen = 0,5%.

Die erfindungsgemäßen Massen können auch noch andere an sich bekannte und dem Fachmann geläufige verträgliche Bestandteile enthalten. So können beispielsweise Inhibitoren zur Verhinderung der Hydratation, wie beispielsweise wasserfreies Borat, oder ein Flußmittel zur Unterstützung der keramischen Bindung bei hoher Temperatur, wie die bekannten Mittel z. B. Walzenschlacke, Fayalit, Aluminiumoxyd oder flüchtige Kieselsäure, vorhanden sein. Das Gemisch kann gewünschtenfalls auch damit verträgliche Kaltabbinder, wie Magnesiumsalze, Teer oder Pech enthalten. Es können beliebige gewünschte Zumischungen solcher Zusätze vorgenommen werden.

Bei den in der Beschreibung und den Ansprüchen angegebenen Prozenten und Teilen handelt es sich, sofern nicht anders gesagt, um Gewichtsprozente und Gewichtsteile. Die Analysenwerte von mineralischen Bestandteilen sind in der üblichen Weise wiedergegeben, und zwar als Oxydzusammensetzungen, z.B. SiO₂, MgO usw., obgleich die Bestandteile tatsächlich in abweichenden Kombinationen, z. B. als Magnesiumsilikat, anwesend sein können. Die Siebgrößen, von denen die Rede ist, sind gemäß der Tyler-Standard-Siebtabelle angegeben, die in dem Chemical Engineers-Handbuch von John H. Perry, Editor-in-Chief, 3. Auflage, 1950, herausgegeben von McGraw Hill Book Company, auf S. 963 definiert ist. Beispielsweise haben Körner, die ein Sieb mit einer lichten Maschen weite von 0,147 mm (100 mesh screen) zu passieren vermögen, eine Größe von 147 Mikron, und solche, die ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von

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0,074 mm (200 mesh screen) zu passieren vermögen, eine Größe von 74 Mikron.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Feuerfeste Masse zur Auftragung auf die Verwendungsstelle durch Spritzen aus einer Mischung von feuerfesten Körnern mit Bindemitteln und 1 bis 5°/₀Bentonit,d adurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus 1 bis 5°/₀ eines Natrium-, silikats, das wenigstens 2 Gewichtsteile SiO₂ jö Gewichtsteil Na₂O enthält, und 0,2 bis 1,2 °/₀ eines in Wasser löslichen Alkaliphosphates besteht.

2. Feuerfeste Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als feuerfeste Körner solche aus Albit vorhanden sind.

3. Feuerfeste Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkaliphosphat ein Polyphosphat vorhanden ist.

4. Feuerfeste Masse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkaliphosphat ein Na- |riumpolyphosphat vorhanden ist.

"."'■δ. Feuerfeste Masse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Natriumpolyphosphat Natriumtripolyphosphat vorhanden ist.