DE1803120A1

DE1803120A1 - Feuerfeste Mischung

Info

Publication number: DE1803120A1
Application number: DE19681803120
Authority: DE
Inventors: Martinet Jacques Rene
Original assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Current assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Priority date: 1967-10-16
Filing date: 1968-10-15
Publication date: 1969-07-10
Also published as: US3498235A; GB1223136A; FR1587844A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine feuerfeste Mischung.

Der einfachste Weg, feuerfeste Gebilde zu schaffen, besteht darin, ein körniges feuerfestes Material zu nehmen und es zu einer Masse zu verarbeiten, indem man ein Bindemittel verwendet. Da feuerfeste Stoffe zur Verwendung bei hohen Temperaturen gedacht sind, ist es wünschenswert, daß sich das ergebende gebundene feuerfeste Material hohe Festigkeiten zeigt, z. B. einen hoben Bruchmodul hat bei erhöhten Temperaturen. Die Festigkeit eines Gebildes aus einer feuerfesten Masse bei erhöhten Temperaturen hängt sehr wesentlich von der Eigenschaft des Bindemittels, welches verwandt wird, ab. Deshalb sucht man nach wie vor nach besseren Verfahren zum Binden körniger feuerfester Stoffe, die bei hohen Temperaturen gute Festigkeitseigenschaften zeigen.

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Ein Gebilde aus feuerfestem Material zu schaffen, welches solche verbesserten Festigkeitswerte besitzt bei hohen Temperaturen, ist auoh Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Es wurde nun gefunden, daß man eine feuerfeste Mischung von erheblich besseren Festigkeitswerten bei erhöhten Temperaturen, beispielsweise einem besseren Bruobmodul bei 1400° C, erhält, wenn die Mischung im wesentlichen aus einem größeren Anteil einer Periklaskörnung besteht, die den Überlauf eines 100-Masoben-Siebes darstellt und einem kleineren Anteil eines Bindemittels, welches eine Periklaskörnung enthält, die den Durchfall eines 100-Mascben-Siebes darstellt, wenn ebenfalls 0,2 bis 2 #, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, einer flüchtigen Alkalimetallverbindung und 0,1 bis 1 56 fein zerteilten Siliziumoxids zugemiscbt werden.

Der erfindungsgemäß verwandte Periklas kann irgendein bekanntes Material sein, entweder ein natürlicher oder ein synthetischer Periklas, der einen hohen Prozentanteil an MgO enthält. Vorzugsweise enthält der Periklas wenigstens 95 56 MgO und vorzugsweise ungefähr 98 oder mehr $> MgO. Außerdem sollte das Gewichtsverhältnis von Kalk (CaO) zu Kieselsäure (SiO₂) im Periklas verhältnismäßig hoch sein, beispielsweise 2 : 1 oder größer. Der

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Periklas soll in körniger Form vorliegen, wobei die Korngröße so gewählt sein sollte, daß man eine maximale Packungsdichte des Kornmaterials erhält, wenn man sie zu einer Masse verformt. Es ist oben gesagt worden, daß der Hauptanteil aus Periklas bestehen soll mit einer Körnung, die als Überlauf auf einem 100-Maschen-Sieb verbleibt, während ein kleinerer Anteil, der als Anteil des Bindemittels der Mischung betrachtet wird, durch ein 100-Maschen-Sieb hindurchgehen soll.

Die flüchtige Alkalimetallverbindung, die erfindungsgemäß in einer solohen Mischung verwandt wird, kann irgendeine Verbindung sein, die beim Erwärmen sich zersetzt und in der das negativ geladene Radikal aus der Mischung entweicht, beispielsweise duroh Verflüchtigen oder durch Zersetzung, wodurch sich ein Dampf bildet. Im allgemeinen wird das Alkalimetall Natrium sein, einfach aus Wirtschaftlichkeitsgründen und der leichteren Verfügbarkeit wegen, aber auch andere Alkalimetalle einschließlich Ammonium, können verwandt werden. Die flüchtige Alkalimetallverbindung kann in ( fester Form zugesetzt werden. Es ist aber praktischer, wenn man sie in Lösung, beispielsweise in Form einer wäßrigen Lösung, verwendet.

Die fein zerteilte Kieselsäure, die erfindungsgemäß verwandt wird, hat vorzugsweise eine spezifische Oberfläche von wenigstens 6000 cm /g. Ein besonders geeignetes Material ist eine amorphe Kifflelsäure, ein Material, welches sich als Kondensationsprodukt bei der Herstellung von Ferrosilizium

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bildet. Bei der Zugabe der Kieselsäure in der oben angegebenen Menge sollte vorzugsweise" eine solche Menge zugesetzt werden, daß der Gesamtkieselsäuregehalt (der geringe Gehalt an Eieselsäureverünreinigungen, der unweigerlich im Periklas enthalten ist plus der zugesetzten fein zerteilten Kieselsäure) ein Kalk- zu Kieselsäureverhältnis (C/S) von ungefähr 1,86 : 1 auf Gewichtsbaeis bildet. Wie ein Fachmann sofort erkennen wird, entspricht dieses Verhältnis der Verbindung Dikalziumsilikat.

Mischungen gemäß dieser Erfindung haben den Vorteil zusätzlich zu ihrer außerordentlich gesteigerten Festigkeit bei hohen Temperaturen, daß weniger Kristallwachstum des Periklas während des Brennens oder bei hohen Verwendungstemperaturen eintritt als bei den früheren feuerfesten Stoffen auf Periklas-Basis oder bei sonstigen Materialien. Diese Unterbindung des Kristallwacbstums beruht auf der sehr fest verzahnten Struktur, die relativ frei von Mikrosprüngen in der Matrix ist.

Die Erfindung wird nun an einigen Beispielen ausführlich erläutert.

Beispiel I '

100 Teile Periklas mit 98 % MgO, 1,1 96 CaO, 0,4 % Kieselsäure und 0,1 # zugesetztem Chromoxid und einem Rest aus Eisen- und Aluminiumoxiden und anderen kleinen Verun-

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reinlgungen in einer Korngröße, die für eine Steinherstellung geeignet ist, werden mit 0,5 Gewichtsteilen Natriumhydroxid und 0,3 Gewicbtsteilen amorpher Kieselsäure zusammen mit einem Gewiohtsteil Ligninsulfonat als zeitweiliges Bindemittel vermischt. Aus dieser Mischung werden durch Pressen feuerfeste Steine hergestellt, getrocknet und hei einer Temperatur von 1700° C sechs Stunden gebrannt. Muster, die von diesen gebrannten Steinen geschnitten wurden, wurden auf ihren Bruohmodul bei 1400° C geprüft und zeigten eine mittlere Festigkeit von 1,8 kg/mm . Muster aus einer verdoppelten Misobung, die auf die gleiohe Weise hergestellt

2 waren, zeigten eine mittlere F_estigkeit von 2,1 kg/mm , ebenfalls bei 1400° C.

Dieses Beispiel wurde verglichen mit einer ähnlichen Misohung aus 100 Teilen derselben Periklaskörnung, aber nur mit einem Gewiobtsteil Ligninsulfonat als vorübergehendes Bindemittel und ohne Natriumhydroxid und ohne amorphe Kieselsäure. Dieses Gemisch zeigte nach dem Brennen und Prüfen in der oben beschriebenen Weise einen Bruohmodul bei 1400° G von nur 0,18 kg/mm². Die erfindungsgemäße Mischung wurde ferner mit einer ähnlichen Mischung verglichen, die aus 100 Teilen desselben Periklas bestand sowie einem Gewichtsteil ligninsulfonat und 0,5 Teilen Natriumhydroxid, Diese Muster zeigten schon beim Trocknen Sprünge, und es war unaöglich, sie in der oben beschriebenen Weise zur Herstellung

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von Prüflingen weiterzubehandeln. Daraus gebt hervor, daß offensichtlich die zerfließliohen Eigenschaften des Natriumhydroxids den Stein zum Springen bringen, sogar dann,, wenn er noch teilweise naß ist. Schließlich wurde die erfindungsgemäße Hisobung mit einer ähnlichen Mischung verglichen, die aus 100 Teilen Periklaskörnung, einem Teil Ligninsulfonat und 0,3 Teilen amorpher Kieselsäure bestand. Diese Prüflinge zeigten nach dem oben beschriebenen Herstellungs- und Prüf-■ergang eine Festigkeit von 0,11 kg/mm .

Es ist auch interessant, die erfindungsgemäße Mischung mit einer ähnlichen Mischung zu vergleichen, die 100 Teile der Periklaskörnung, einen Teil Ligninsulfonat als zeitweiliges Bindemittel und einen Teil Natriumsilikat mit einem Na₂O:SiO₂-Molverhältnis von 1 : 1 enthielt. Es ist zu erkennen, daß das Molverhältnis von Natriumoxid zu Siliziumoxid in dem Natriumsilikat etwa dem in dem Bindemittel gemäß der Erfindung entspricht, jedoch besaß die Mischung mit dem Natriumsilikatbindemittel naoh der Herstellung und der Prüfung in der oben in Beispiel I beschriebenen Weise eine Festigkeit von nur 1,0 kg/mm .

Daraus geht hervor, daß die beiden Komponenten der Mischung, wenn sie allein verwandt werden, entweder zu einem Springen der Muster führen, die sich nicht einmal mehr prüfen lassen, oder zu einem Muster mit einer Festigkeit, die etwa nur 1/20 der ist, die man von den Prüflingen mit der kombinierten Bindung erhält. Auch die kombinierte Bindung

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ergibt Muster, die etwa die doppelte Festigkeit jener Muster erreichen, welche man mit einem Natriumsilikatbindemittel einer chemischen Verbindung erhält, die mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel vergleichbar ist.

Beispiel II

100 Gewichtsteile Periklas gemäß Beispiel I wurden

mit 1,25 Gewichtsteilen Natriumnitrat (NaNO₅) und 0,3 Gewichtsteilen amorpher Kieselsäure mit einem Gewichtsteil Ligninsulfonat als zeitweiliges Bindemittel vermischt. Diese Mischung wurde zu Steinen durch Preisen, Trocknen und Brennen bei Temperaturen von 1700° G für sechs Stunden verformt. Nach dem Brennen zeigten die Steine eine Bruchfestigkeit von 0,69 kg/mm² bei 1400° C und 0,67 kg/mm² bei 1500° C.

In der Beschreibung und in den Ansprüchen beziehen sich die Prozente auf Gewichtsprozente, wenn keine weiteren Angaben gemacht sind. Die Siebe sind lyler-Standardsiebe, | die in Chemical Engineer^fs Handbook, John H. Perry, Editorin-Chief, dritte Auflage, 1950, herausgegeben durch die McGraw Hill Book Company, auf Seite 963 beschrieben sind. Die lichte Maschenweite eines 100-Mascben-Siebes beträgt 147 Mikrons (0,147 mm) und ein 200-Maschen-Sieb besitzt Maschen mit einer lichten Weite von 74 Mikrons oder 0,074 mm. Die Analysender Komponenten sind in üblicher Weise

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als einfache Oxide angegeben, ζ. B. MgO, SiOp, obgleich die Komponenten ursprünglich in den verschiedensten Verbindungen vorliegen können, z. B. als Ma gne slums ililcat.

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Claims

Patentansprüche

1. Feuerfeste Mischung, die aus einem größeren Anteil einer Periklaskörnung besteht, die als Überlauf auf einem 100-Mascben-Sieb (Tyler-Masehen) zurückbleibt und aus einem kleineren Anteil eines Bindemittels, welches eine Periklaskörnung enthält, die durch ein 100-Mascben-Sieb hindurchgeht, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ferner 0,2 bis ^ 2 Gewichtsprozent einer flüchtigen Alkalimetallverbindung und 0,1 bis 1 Gewichtsprozent fein zerteilten Siliziumoxids enthält.

2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flüchtige Alkalimetallverbindung eine Natriumverbindung

3. Mischung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die flüchtige Natriumverbindung Natriumhydroxid ist. i

4. Mischung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Natriumverbindung Natriumnitrat ist.

5. Mischung nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fein zerteilte Siliziumoxid eine spezifische Oberfläche von wenigstens 6000 cm /g besitzt.

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6. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fein zerteilte Siliziumoxid amorphe Kieselsäure ist.

7. Mischung naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fein zerteilte Siliziumoxid aus dem Dampfzustand durch Kondensation gewonnene Kieselsäure ist.

8. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,5 Gewichtsprozent Natriumhydroxid und 0,3 Gewichtsprozent Kieselsäure nach Anspruch 7 enthält.

9. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einer Temperatur von wenigstens 1600° C gebrannt ist,

10. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Periklaskörnung als Verunreinigungen CaO und SiOg
enthält und die Menge der fein zerteilten Kieselsäure in dem Bindemittel so eingestellt ist, daß das Gesamtverhältnis von Kalziumoxid zu Siliziumoxid In der Mischung etwa 1,86 : 1 beträgt.

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