DE1939908A1 - Feuerfester Formkoerper hohen Tonerdegehaltes - Google Patents

Description

Patentanwälte 193990Θ

Dipi.-ing. Walter Meissner Dipi.-ing. Herbert Tischer

1 BERLIN 33, HerbertstraBe 22
Fernsprecher: 8 87 72 37— Drahtwort: Invention Berlin Postscheckkonto: W. M e I β s η e r,"Berlin West 122 82 Bankkonto: W. Meissner, Berliner Bank A.-G., Depka 36, Berlin-Halensee, KurfUrstendamm 130 Konto Nr. 95 716

MÜNCHEN

1 BERLIN 33(GRUNEWALD), den f. Al/5.

HerbertstraSe 22

HW-68-43

DRESSER INDUSTRIES IHC, Republic National Bank Building

Dallas, TExas, USA-Feuerfester Formkörper hohen Tonerdegehaltes

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung betrifft feuerfeste Formkörper hohen Tonerdegehaltes , die mit einem Orthophosphat verbunden sind, wobei wenigstens ein Teil desselben durch die Umsetzung von Natriumaluminat und Phosphorsäure ausgebildet wird, sobald die Formkörper auf Temperaturen über etwa 26O⁰C erhitzt werden, wobei die Formkörper relativ hohe Heißtemperatur-Festigkeit zeigen.

Feuerfeste Produkte bestehen aus keramischen Materialien und v/erden . für das Auskleiden von öfen und Hochtemperaturgefäßen angewandt. Feuerfeste Materialien liegen in einer Vielzahl an physikalischen Formen, wie Formkörpern und monolithischen Massen vor, zu denen plastische Massen, Einstampfgemische, Versprühgemische, Gießgemische usw. gehören. Formkörper, gewöhnlich Steine, können keramisch vermittels Brennen bei erhöhten Temperaturen gebunden werden, oder dieselben können chemisch mit verschiedenen Bindemitteln gebunden werden, die bei eiern Trocknen oder Härten bei relativ niedrigen Temperaturen abbinden. Die Erfindung betrifft feuerfeste Formkörper.

Feuerfeste Formkörper hohen Tonerdegehaltes werden in verschiedenen Kategorien im Bereich von 50% Al₀O- bis zu 99% Al₉O-, unterteilt . Die Erfindung betrifft nun feuerfeste Formkörper mit mehr als 45% Al₃O₃.

Feuerfeste Materialien hohen Tonerdegehaltes werden zum Herstellen vieler phosphatgebundener feuerfester Materialien angewandt. Phosphatbindemittel sind unter anderem Phosphorsäure und ein breiter Bereich an wasserlöslichen Phosphaten, die in

0 09 818/ 1A 6 5 " ² "^i

■-'■■'■■ . — ο — - "

. ^r wwäsriger Lösung P₃O₅ bilden. Derartige lösliche Lösungen

schließen verschiedene Alkalimetall und Erdalkalimetallsalze der Phosphorsäure, Ammoniumsalze der Phosphorsäure und dgl. ein.

um das Binden dieser feuerfesten Materialien, insbesondere der nicht verdichteten plastischen und gießfähigen Massen zu erleichtern, ist es bereits vorgeschlagen worden, Aluroiniumoxid-Hydrat in dem Gemisch als das umsetzungsfähige Bestandteil für die Phosphorsäure anzuwenden. In der US-Patentschrift 2 852 401 ist z.B. ein nicht verdichtetes Gemisch aus 65% inerten feuerfesten Aggregaten, bis zu 35% hydratisierte Tonerde oder Aluminiumoxid und 2 bis 15% 75%iger Phosphorsäure offenbart, wobei dieses Gemisch bei einer nicht über 52 C liegenden P Temperatur getrocknet wird. Für Chelatisierungszwecke wird ebenfalls Oxalsäure zugesetzt. In der US-Patentschrift 3 284 218 ist ein feuerfestes, gießfähiges Gemisch bestehend aus röhren-■ förmiger Tonerde, hyöratisierter Tonerde und Phosphorsäure Offenbart.

In den US-Patentschriften 3 251 587 und 3 270 097 sind phosphatgebundene feuerfeste Formkörper hohen Tonerdegehaltes offenbart. Der Kaltbruchmodul der Formkörper beträgt durchschnittlich 84 bis 105 kg/cm und der Heißbruchmodul (126O°C) liegt wesentlich darunter.

Sine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, feuerfeste Formkörper hohen Tonerdegehaltes zu schaffen, die ™ relativ hohe Kalt- und Heißbruchmoduln besitzen.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, feuerfeste Formkörper hohen Tonerdegehaltes zu schaffen, die mit AluminiumorthopzhBsphat gebunden sind.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, feuerfeste Formkörper zu schaffen, die praktisch frei von SiO₂ sind.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, aluminiumorthophosphatgebundene Formkörper hohen Tonerder gehaltes zu schaffen, die wenigstens teilweise durch die Umsetzung von Natriumaluminat und Phosphorsäure in situ gebildet

■■..■■·■■ : . .. ■■■..;■ - 3 -

• Ö09S18/H6S

■'.,':■ BAD

wird/ sobald die Formkörper auf Temperaturen von 26O°C erhitzt

v/erden. .

Erfindungsgeraäß v/erden Formkörper hohen Tonerdegehaltes ausgehend von einem Ansatz, bestehend im wesentlichen aus kalziniertem, aluminiumenthaltendem Material geschaffen. Der restliche Teil des Ansatzes besteht aus einem. Material, das aus der Gruppe uiasetzungsfähiges Uatriumalurainat und feuerfesten Materialien, die urasetzungsfähige Natriumaluminate enthalten, ausgewählt ist. Gegebenenfalls oder wenn erforderlich, können bis zu 5 Gew.% urasetzungsfahiges Aluminiumoxid-Trihydrat dem Ansatz zugesetzt werden. Das Älurainiumoxiä-Trihydrat wird entweder aus relativ reinem Äluminiumoxid-Trihydratoder Produkten erhalten, die Aluminiumoxid-Trihydrat enthalten. Soweit dieselben in Anwendung kommen, werden die ÄlurainiuraoxidrTrihydratprodukte in ausreichenden Mengen zugesetzt, ura biszu 5% des umsetzungsfähige Aluminumoxid-Trihydrates zuzuführen. . ;

Der Forinkörper wird mit Äluminiumorthophosphat gebunden, das aus Phosphorsäure in ausreichender Menge unter Ausbilden von etwa 1 bis 6% P₂O.- bezogen auf das Gesaratgewicht des Ansatzes erhalr ten wird. Wenigstens ein Teil des Äluminiüroorthophosphates wird durch die umsetzung des umsetzungsfähigen Natriumaluminates uhd der Phosphorsäure in situ ausgebildet, sobald die Formkörper auf Temperaturen von über 26O°C erhitzt werden, und dies ist erforder lieh, um die Aluiiiiniumorthöphosphat-Bindung auszubilden► Sobald das uusetzungsfähige Aluminiuraoxid-Trikydrat vorliegt, wirddasselbe ebenfalls rciit einem Teil der Phosphorsäure unter Ausbildung der üHisdtzung umsetzen. Die Gesamtmenge an umsetzungs-· fähigen aluiainiuiaenthaltendem Produkt ist ausreichend, um sich ini-c praktisch der Gesamtnaenge an P₂O_r umzusetzen. Die Gesamt-. mtnye an Alkali (lia^O.,· K₂O, Li₂O) des Ansatzes , .einschließlich aes in dem Iviatriumaluminat vorliegenden Na₉O liegt nicht über etv/a 3% (oder das 0,03-fache) des Jiguivalentes an Aluminiumprthopnoophat in dem Formkörper berechnet anhand des P₀O^.' Gehatfees, -Der Formkörper enthält wenigstens etv/a 45% ΑΙ,Οό auf der Oxidgrunülage. : ·^:. ·-■" - .-.. ; ' / -.

009δ1δ/1Α63 ⁴^

V : BAD

Der Ansatz wird in Formkörper zusammengedrückt unter Ausbilden' eines selbstragenden Körpers oder Steins und bei einer Temperatur von wenigstens etwa 26ü°C getrocknet. Der Formkörper kann gegebenenfalls vor der Anwendung gebrannt oder nach dem Trocknen angewandt werden. Die erhaltenen hohen mechanischen Festgkeitswerte, wie weiter unten erläutert, werden ohne Brennen bei erhöhten Temperaturen erzielt. Die oben angegebenen Anteile an Alkali, Al₂O₃.3; H_O und P₂ ⁰B ^s^ⁿ^ f^ur die erfindungsgemäßen Zwecke kritisch. Es wurde gefunden, daß erfindungsgemäß hergestellte Formkörper einen Heißbruchinodul (1425°C) von bis zu

2 2

etwa 119 kg/crn und einen Kaltbruchmodul bis zu etwa 232 kg/cm

^ aufweist. Derartige mechanische Festigkeitswerte für Formkörper • dieser Klasse sind für den einschlägigen Fachmann ungewöhnlich und unerwartet.

Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält der feuerfeste Formkörper wenigstens etwa 99% Al₂O₃ und ist praktisch frei von SiO₂. Derartige Formkörper besitzen insbesondere Nutzanwendung auf dem Gebiet der Aluminum-Flammöfen, wo das Vorliegen von SiO₂ als schädlich betrachtet wird.

Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält der Formkörper etwa 85 bis 95% Al₂O₃. Derartige Formkörper weisen insbesondere Nutzanwendung in Wiedererhitzungsöfen und Induktionsöfen usw. auf.

Nach einer weiteren erfindungsgrnäßen Ausführngsform enthält der erfindungsgemäße Formkörper etwa 45 bis 35% Al₂O₃. Derartige Formkörper, finden Nutzanwendung in Eisen- und Stall !schöpf werkzeugen und Tiefofen.

: Das kalzinierte, alurniniumenthaltende Material kann aus einem oder mehreren röhrenförmigen Aluminiumoxid, geschmolzenem Aluminiumoxid, Bauxit, Kaolin oder Kyanit bestehen. Der Alka.ligehalt des Ansatzes darf sich auf der Grundlage des Oxides auf nicht mehr als etwa 0,03-fache des Äquivalentes an Älüminiumorthophosphat in dem Formkörper anhand des P₂O₅ Gehaltes berechnet^ belaufen. Größere Mengen haben eine nachteilige "Wir--: kung auf die Hochtemperatur-Festigkeit der daraus hergestellten ■ Formkörper. -Eine Verringerung der mechanischen Festigkeit wird -

009818/146 & " ⁵ "

=BAD ORIGINAL

19399Q8

teilweise durch "die Bildung glasartiger Phasen bei erhöhten Temperaturen bewirkt. ·

Das Natriumaluminatprodukt kann durch Pulverisiertes, geschmolzenes ß-Äluminiumoxid geliefert werden. Eine größere Wirtschaftlichkeit wird daudrch erreicht, daß kalzinierte Tonerde oder Aluminiumoxid mit etwa 0,5% Na₀O angewandt wird.

Bezüglich des umsetzungsfähigen Aluminiumoxid-Trihydrates enthalten die meisten rohen Tone wenig oder kein Aluminiümoxid-Trihydrat. Ein größtenteils aus Aluminiüm-Trihydrat bestehendes Produkt kann angewandt werden. Ein geeignetes reines Äluminiumoxid-Trihydrat ist das.C-31 Produkt, das von der Aluminium Company of America in den Handeln gebracht wird. Es kann auch ein Aluminiumoxid-Trihydrat als einen Bestandteil enthaltendes Produkt, wie z.B. roher Bauxit und Kaolin-Bauxit angewandt werden. Die letzteren sind Bauxite, die erhebliche Mengen an Kaolinit oder anderen Tonmineralien enthalten. Geeignete Produkte sind die in die Vereinigten Staaten importierten rohen Bauxite für das Anwenden bei dem Bayer-Verfahren, wie z.B. roher Bauxit aus Südmaerika. Dieselben enthalten in typischer Weise 85 bis 90% Al₂O₃ auf der kalzinierten Grundlage. Ein erheblicher Teil des Eonerdegehaltes derselben stammt allgemein aus Äluminiumoxid-Trikydrat. In gleicher Weise geeignet und wirtschaftlicher bezüglich einiger der weiter unten angegebenen Beispiele sind die Heimischen Bauxite (USA) und kaolinitischen Bauxite (wie z.B. die aus Zilabama stammenden Produkte). Dieselben bestehen größtenteils aus Alurniniumoxid-Trihydrat und Kaolinit.

jtirfindungsgemäß kann Phosphorsäure beliebiger zur Verfügung stenender Konzentration,, die gehandhabt werden kann, solange in .anwendung kommen, wie der kritische Bereich von 1 bis 6%· ^P2°5 ^^ezo9^en auf d^as Gesamtgewicht des Ansatzes nicht überschritten wird. Bezügich einer 105%igen Phosphorsäure würde sich der größte- zulässige Wert auf etwa 8% belaufen, da diese Phosphorsäure etwa 76% P₂ ⁰S ^enth-ält... Phosphorsäure mit 75%iger Konzentration enthält etwa 55% P9O5' ^e^-^ne ^t 85%iger Konzentration enthält etwa 62% und eine mit 115%iger Konzentration enthält etwa 83% P₂O₅* ·

^: ■ ■ ■ -■: .-■■■'.. - --■--■ ■■"■:■ - 6 -

009 81 8/ 146 S BADORJGiNAL

Die Formkörper müssen bei einer" Temperatur von wenigstens etwa 26O°C unter Ausbilden der gewünschten Bindung getrocknet werden, Eöntgenstrahl-Brechungsuntersuchungen zeigen, daß es erforderlich, zum Erzielen der angegebenen Festigkeitswerte, daß sich die umsetzungsfähigen Aluminiumoxid- und die Phosphorsäure unter Ausbilden von Aluminiumorthophosphat umsetzen. Es ist bevorzugt, daß der umsetzungsfähige aluminiumenthaltende Anteil des Ansatzes nicht über etwa 4% auf der Gewichtsgrundlage liegt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Reihe von Ausführungsbeispielen erläutert:

Beispiele 1, 2 , 3 und 4

Es werden drei größenklassierte Ansätze zum Herstellen von Formkörpern ausgehend von röhrenförmigem Aluminiumoxid, kalziniertem Aluminiumoxid, geschmolzenem Aluminiumoxid und Aluiainiumoxid-Trihydrat hergestellt. Die Ansätze weisen eine derartige Zusammensetzung, daß wenigstens 30 Gew.% praktisch kleiner als eine lichte Maschenweite von -0,21 rnm entsprechend vorliegen. Der restliche Anteil des Ansatzes liegt in feinverteilter Größe entsprechend einer lichten Maschenweite von -3,36+0,21 mm. Diesen Ansätzen wird ein Bindemittel, bestehend aus 85% Orthophosphorsäure in den in der Tabelle I genannten Mengen zugesetzt. Die Ansätze werden in einem Müller-Mischer mit einer aasreichenden Menge Wasser (angenähert 3 bis 6%) versetzt, um so eine verpreßbare Konsistenz zu erzielen. Die Ansätze werden sodann in Formkörper auf einer Presse unter Anwenden von Drücken

2 ^: ■

von etwa 560 kg/cm verpreßt. Die Formkörper werden bei einer

Temperatur von etwa 260°C getrocknet. Sodann werden die Formkörper auf die Schüttdichte und den Bruchmodul bei Raumtemperatur unter erhöhten Temperaturen entersucht. Ein Anteil der Formkörper wird bei einer Temperatur von 152O°C gebrannt und ebenvalls auf die Schüttdichte und dem Bruchmodul bei Raumtemperatur und erhöhten Temperaturen untersucht. Die Ansätze der beispielsweisen Gemische sind in der Tabelle I zusammen mit den Prüfergebnissen wiedergegeben. =

009818/1465 " ⁷ "

■ 1939909

Tabelle	Beispiel Nr.	I	1	2	175 208	,5	3	4
Ansatz
röhrenförmiges Aluminiumoxid kalziniertes Aluminiumoxid geschmolzenes Aluminiumoxid Alumin iumoxid-Trihydrat	75 23 2 " ■ ■	75 14 1		,03 ,03	75 , 25	23 75 2
Bindemittel				2)
35% H^PO1 3 1) Schüttdiente g/cm	7,7	6			5.:-_'-	7
I52O°C
Bruchmodul kg/cm bei 1269-6 nach dem Erhitzen auf:	3,04 3,06	U) U)	3,03 3,04	3,06
26O1C 152O°C		Raumtemperatur
228 328	161 204	226

Bruchmodul kg/cm² bei 126O°C nach dem Erhitzen auf

26O°C 152O°C

Bruchmodul kg/cm² bei 1425°C nach dem Erhitzen auf:

26O°C 152O°C.

Chemische Analyse %

80,5 128	54	39 70	50,5
77,5 118	43,5 75,5	43 56	49, 5
0,104 Spur 4,iä3	0,108 Spur	0,113' Spur 3,08	0,104 Spur 4,31
92,1	93,3	94,8	92,7
7,8	6/6	5,1	7,2

ilineralogie, %. xiorund (Al₂U.,) Aluminiumortnophosphat (Al₂O₃. P₂O₅)

1) ASTM Test Bezeichnung C2O-46

2) ASTii Test Bezeichnung.Cl33-55 ,' ■

3) ASTM Test Bezeichnung C583-65T . -..-.. ■ .,

Die Tabelle I zeigt, daß Nätirumaluminat in Kombination mit Phosphorsäure ein geeignetes;;.Bindemittel zum. Herstellen ge- ' .orannter und ungebrannter Formkörper ist. Es ist zu. beechten, daß die mecnanischen Festigkeitswerte der gebrannten Formkörper bei Raumtemperatur und erhöhten Temperaturen geringfügig höher als ßei den nicht gebrannten.Forrakörpern ist. Die Kombination

00 98 18/1.4 6 5^ ; ^

BAD ORIGINAL

aus umsetzungs fähigem Aluminiumoxid-Trihydrat und i-Jatriumaluminat mit Phosphorsäure als ein Bindemittel für die gebrannten und nicht gebrannten Formkörper scheint eine synergistische Wirkung zu vermitteln dahingend, daß größere mechanische Festigkeit erzielt wird. Die Formkörper nach den obigen Beispielen lassen sich mineralogisch so charakterisieren, daß dieselben zu wenigstens etwa 90% aus Korund bestehen und der restliche Anteil Aluminiumorthophosphat ist.

Beispiele 5 und 6

Es werden zwei größenklassierte Ansätze zum Herstellen von Formkörpern ausgehend von kalziniertem Bauxit aus Südamerika, kalzife , niertem Aluminiumoxid und·Aluminiumoxid-Trihydrat hergestellt. Die Ansätze werden größenklassiert/ mit Wasser versetzt, verpreßt und in der gleichen Weise wie bei den obigen Beispielen getrocknet. Diese Ansätze sind in der Tabelle II zusammen mit den Prüfergebnissen wiedergegeben. -"'"'. ·

Tabelle II ,

Beispiel Nr. 5 6

Ansatz

kalzinierter südamerikanischer Bauxit kalziniertes Aluminiumoxid : Aluminiumoxid-Trihydrat -

Bindemittel

85% H₃PO₄ 3,0 67O -

Schüttdichte g/cm "

260OC ·. 2,35 2,,84

. 152O°C 2,80 2,84

W 2 ' ■ - ■ " -

^r Bruchmodul kg/cm bei Raumtemperatur nach dem Erhitzen auf^s

26O°C 200 108

152O°C 115 121,

Bruchmodul kg/cm bei 126O°C nach dem Erhitzen auf: 26O°C 178 111

152O°C 184 151

Bruchmodul kg/cm bei 1425°C nach dem Erhitzen auf: 26O°C 92,5 58

152O°C 119 99

Chemische Analyse, %

Na₀O. ·■ ' 0,104 0,113

2,55 2,55

1,16 1,16

4,65 4,65

-■ Rest

4,92 3,69

- . " — Q —

00981 8/U6S

75	75
23	25
2	_

72,4	74 ,0
16,0	16,0
3,1	6,3
3,6	3,6

Beispiel iSfr. ■ 5 6

Mineralogie, % Korund (Al₉O^(

Mullit (3 AIp₃-2 SiO₂ (

Äluminiumortnophosphat (Al₀O- . P₉Oc)

plus TiO₀ und Fe₂O₃ -

Die Tabelle II zeigt Ansätze, bei denen anstelle Von röhrenförmigem oder geschmolzenem Aluminiumoxid kalzinierter Bauxit angewandt. Die gleichen Prinzipien gelten auch bezüglich des Ansatzes an AluMnijjmoxid-Trihydrat. Ea ist zu beachten, daß die mechanischen Festigkeitswerte bei Raumtemperatur und erhöhten Temperaturen in einigen Fällen vergleichbar und in anderen Fällen besser als diejenigen der Formkörper nach dem Beispielen 1 bis 4 sind. Die Formkörper nach den obigen Beispielen lassen sich raineralogisch kennzeichnen bis zu 10% Aluminiumorthophosphat, wobei der Rest fast praktisch aus Korund und Mullit besteht.

Beispiele 7,3, 9 und 10

Es werden vier größenklassierte Ansätze zum Herstellen von Formkörpern aus kalziniertem Kaolin, kalziniertem kaolitischen Bauxit, kalziniertem Bauxit aus Alabama und kalziniertem Bauxit aus Südamerika und rohem Bauxit aus Alabama hergestellt. Diese Geraische enthalten alle kalziniertes Alnrainiumoxid für flie Bildung des Natriuinaluminates. Die Ansätze werden mit Wasser versetzt und wie bei den obigen Beispielen in Formkörper verformt. Die Ansätze der beispielsweisen Gemische in der Tabelle III zusaiiimen mit den erhaltenen Ergebnisse wiedergegeben.

009818/1465

- 10 -

Tabelle III

Beispiel Hr. Ansatz:

kalzinierter Kaolin kalzinierter Kaolin kalzinierter Bauxit kalzinierter südara.Bauxit kalzniertes Aluminiumoxid roner Bauxit Bindemittel 85% H₃PO₄

Schüttdichte g/cm 26O°C 152Ö°C

8,2

2,48 2,31

8 80

15

5"

8,2

2,56 2,39

10

SO

15 5

8,5

2,61 2,56

80

15

8,2

2,87 2,66

Bruchmodul kg/cm bei Raumtemperatur nach dem Sraitzen auf:

2 6 O⁰C 152O°C

175 210

16Ο 2Ο4

Bruchmodul kg/cm bei 126O°C nach dem Erhitzen auf:

2 6O⁰C 1520°C

142 178

137 2OO

Bruchmodul kg/cm bei 1425°G nach dem Erhitzen auf

2 6O⁰C 1520⁰C

7O 73

97 119

216

144

137 216

60

6S,

berechnete chemische Analyse (berechnet aus Ansatz auf kalzinierter Basis) ;

SiO₂ ^P2°5 TiO₂ Fe₂O₃ Al₂O₃ Mineralogie, %

Korund (Al₂O₃) Mullit ( 3 AI₂O-.2 SiO₂) Kristobalit (SiO₂) , Aüiuminiumorthophosphat (Al₂O₃-P₂O₅)

	0,24	0,18	O,15	0,09
	40,2	3O,7l	2O,3	6,2
	5,04	5,O4	5,22	5,04
	1,84	2,14	2,46	2,86
	0,93	O,93	O, 85	1,33
2)	75,5 16,9	87,5 4,5	23,3 88,5	70,2 2O,9
00 9 8	8 2 18/146S	3,2	8,6	8,2 - 11-

jjie oxigen -Formkörper können mineralogisch characterisiert werden auf bis zu 10%, Aluminiumorthophosphat und den restlichen Anteil Ilullit und Korund oder Kristoblät.

Die wichtigen Faktoren bei den erfindungsgemäßen Gemischen sind (a) kritische STeuerung des Alkaligehaltes der Matrix des Eorralcörpers. Der Alfcaligehalt sollte nicht über einem höchsten wert von 3% bezüglich der Almainiumorthophosphatbindung in dem Formkörper liegen, (b) kritische Steuerung der umsetzungsfähigen Alurüiiaiumoxiukoniponente (Natriumaluminat und/oder Aluminiumoxid-Trihydrat). L-s ist eine ausreichende Menge an urasetzungsfähigen ZiluiuiniuKioxxd in dem Gemisch erforderlich, um Alurniniumortho- ■ phosphat ioei der Umsetzung mit Phosphorsäure bei Raumtemperatur zu bilden, ein. Verformen, und Trocknen bei 26ö°C auszuführen, um dem Erfordernis nach (a> zu enspEechen und (c) kritische Steuerung der Phosphorsäure ist erforderlich, um sicherzustellen, daß eine ausreichende Menge an P^Or für das Umsetzen mit watriümaluiiiinat und/oder Aluminiumoxid-Trihydrat für das Bilden von Älurfliriiuraortliophosphat zur Verfügung steht. . '

Unter der Annahme, z.B. daß ein Gemisch 30% kalzinierte Aluit^iniuiaoxid-FeinanteiIe enthält und die kalzinierten Äluminiurti·'-oxid-Feiiianteile 0,5% Ha20 enthalten, würde sich der E^O Wert in dem Gemisch auf angenähert Ό,15% belaufen. Wenn das Na₇O in aer Ilatrix gleich 0,15% ist, muß der Gehalt an Alurainiumorthophospiiat größer als 5% sein, um beste Hochtemperatur-Festigkeit bei 1425°C'ZU erzielen. Um 5% Äluminiumorthophosphat vermittels Umsetzen von. umsetzungsfähigem Aluminiumoxid mit Phospaorsäure und Trocknen bei 26O°C zu bewirken,, sind wenigstens etwa 2,1% unisetzungsfähiges Aluminiumoxid in Form von tJatriuraalurainat und/dder Aluminijmoxid-Trihydrat erforderlich.

t'j'liegt IIatriumaluminat (Ha^O.'l.l-frlnO*-) / wie es vermittels Röntgenstrahl-lPulverbrechungsverfahren identifiziert" wird, in dem kalzinierten Aluminiumoxid in Mengen von angenähert 9,5% vor. Angenähert 9% umsetzungsfähiges Aluminiumoxid liegt in ■ tieiiv)iälzinierten Aluminiumoxid vor. Da kalziniertes Äluminum-

009818/US5 : '■■■

BAD

oxid in einer Menge von 30% angewandt wird, stehen somit etwa ■ 2,7% umsetzungsfähiges Aluminiumoxid in der Formkörpermatrix zur Verfügung, Somit liegt eine ausreichende Menge an umsetzungs fähigem Aluminiumoxid (2,%% ZiI₃O- sind erforderlich und 2,7% Al₀O stehen zur Verfugung) in dem Gemisch für das

^Δ 3 "

Ausbilden von wenigstens S% Äüaaminiumorthophosphat vor.

Das für die Umsetzung mit 2,1% umsetzungsfähigem Aluminiumoxid unter Ausbilden von wenigstens 5% Aläminiumorthophosphat erforderliche Phosphorpentoxid (P₂O₅) beläuft sich auf eine Menge von etwa 2,9%. Da jedoch 2,7% umsetzungsfähiges Aluminiumoxid zur Verfügung steht, ist es zweckmäßig eineausreichende Menge an ^2^5 ^^r ^^as Umsetzen mit den gesamten zur Verfügung stehenden umsetzungsfähigen Aluminiumoxid unter Ausbilden von zusätzlichem /iluminiumorthophosphat zuzusetzen. Es können etwa 6,5% Aluminiumorthophosphat aus dem zur Verfügung stehenden umsetzungsfähigen Aluminiumoxid in einer Menge von 2,7% gebildet werden. Es v/erden etwa 3,8% E^⁰R für äas Umsetzen mit 2,7% KLJS^ unter Bilden von etwa 6,5s Aluminiumorthophosphat erforderlich sein.

Vorzugsweise wird entweder 105%ige oder 85%ige Phosphorsäure (Η,ΡΟ*) für das Umsetzen mit dem Natriumaluminat unter Bilden von Älurainiumorthophosphat angewandt, wenn auf eine Temperatur " über etwa 26O⁰C erhitzt wird.

Es kannzweckmäßig sein, weiterhin den Prozentsatz an Alurniniumorthophosphat in dem Produkt zu erhöhen, um so die Arbeitscharakteristika wie den Widerstand gegenüber einem Eindringen von geschmolzenem Aluminium zu verbessern. Wenn zusätzliches Äluminiuorthophosphat.erforderlich ist, kann dies durch Zusatz von feinvermahlenem Äluminiuraoxid-Trihydrat zu dem Gemisch bewirkt werden. Unter der Annahme, daß 10% Aluminiumorthophosphat erforderlich ist, muß sodann eine zusätzliche Menge von 3,52% Aluminiumorthophosphat vermittels Umsetzen von Aluminiumoxid-Trihydrat mit Phosphorsäure ausgebildet werden. Etwa 2,25% Aluminiumoxid-Trihydrat werden zu etwa 1,47% mmsetzungsfähigem Aluiainiuinaxid für das Umsetzen von Phosphorsäure und Bilden von etwa 3,52% Alurainiuinorthophosphat führen. Die erforderliche ilenge an Ρ·)0_ς für .das Umsetzen mit 1,47% umsetzungs fähigem Aluminiumoxid unter Bilden von 3,52 % Alumniumorthophosphat beläuft sich

009818/1465 -¹³"

ORIGINAL

auf etwa 2%.

In der folgenden Tabelle IV sind die typischen chemischen Analysen der beispielsweise in Anwendung kommenden Rohprodukte wiedergegeben.

0 0 9 8 1 8 / 14 6 5

Tabelle IV
Rohprodukte

Chemische	kalzi	kalzi·^·	kalzi	geschmol- kalzi-	tes	kalzi	roher	C-31	röhren
Analyse:	nierter	nierter	nierter	zenes Aftu-nier~	Alumi	nierter	Alabama	hydrati-	förmiges
	südam.	Kaolin	Alabama	minium-	ni um-x	kaoliti-	Bauxit	siertes	Aluminium
	Bauxit		Bauxit	oxid	oxid	s eher		Aluminium	oxid
					Bauxit		oxid

	Al0O- 89% 2 3	48,3%	71,4%	96,2%	99,2%	59,5i	53,2%	65%
	SiO2 6,2	48,7	24,2	0,72	0,02	36,9	18,0	0,04
	TiO2 3,1	2,1	3,1	2,7	Spur	2,5	2/3
	Fe2O3 1,5	1,1	1,3	0,14	0,05	1,1	1,0
O	CaO+MgO	0,19	0,13	0,5	Spur	0,13	0,09	0,01
co	Alkalien 0,2	0,2	0,09	0,D8	0,5	0,12	0,07	0,45
818/	Glühver lust meist H2O ■:■.■■..■ ■;				0,2		25,5	34,5
cn	angenähert Al2O3.3H2O						65-70%	100%
cn	angenähert
	Ha2O. HH2O3				9,5

99,5%
0,08

Spur
0,06
Spur
Spur

CD OJ CD CD O CO

Claims (10)

1. Patentansprüche

   i.j Feuerfester Formkörper hohen Tonerdegehaltes, der aus einem Ansatz gewonnen wird, welcher im wesentlichen aus einem kalzinierten, aluminiumhaltigen feuerfesten Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein Material handelt, das aus der Gruppe aus umsetzungsfähigem Natriumaluminat, und feuerfestem urosetzungs fähiges Natriumaluminat enthaltendem Materialien ausgewählt ist, O, bis 5Gew.% umsetzungsfähiges ÄluMniumoxid-Trihydrat, das aus einem Material aus der Gruppe aus relativ reinem Aluminiumoxid-Trihydrat und Älurniniumtrihydrat enthaltenden Materialien ausgewählt ist, und Phosphorsäure in ausreichender Menge für das Ausbilden von etwa 1 bis 6% Ρ^^ς bezogen auf das Gesarat gewicht des Ansatzes enthält, wobei das feuerfeste Material mit Äluminiumorthophospaat gebunden ist, wenigstens ein Teil desselben durch Umsetzen von Natriümaluminat und Phosphorsäure in situ ausgebildet wird, sobald der Formkörper auf eine Temperatur über etwa 26O°,C erhitzt wird, die Qmsetzungsfähigen, Aluminiumverbindungen enthaltenden Materialien in ausreichenden Mengen für das Umsetzen mit praktisch der Gesamtmenge an P^Q₅ vorliegen, der Gesaratgehalt an Alkali einschließlich des in dem riatriumaluminat vorliegenden Wa₂O des Ansatzes nicht über etwa 3% entsprechend den äquivalenten Äluminiumorthophosphat berechnet anhand des P₂ ⁰C -Gehartes vorliegt, der Formkörper wenigstens etwa 45% Al₂O₃ auf der Oxidgrundlage enthält.
2. 2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe wenigstens etwa 99% Al₂O₃ auf der öxidgrundlage

   enthält.

   — 2 -"

   009818/UBS

   BAD ORIGINAL-
3. 3. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe wenigstens etwa 85% Al₂O- auf der Oxidgrundlage enthält.
4. 4. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß' derselbe praktisch frei von SiO~ ist.
5. 5. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kalzinierte Aluminiumvebbindungen enthaltende Material aus der Gruppe aus röhrenförmigem Aluminiumoxid, geschmolzenem Aluminiumoxid, Bauxit, Kaolin und Kyanit ausgewählt ist.
6. 6. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ' das uiasetzungsfähige Watriumaluminat enthaltende feuerfeste Material kalziniertes Aluminiumoxid ist.
7. 7. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß soweit vorliegend, das Aluminiumtrihydrat enthaltende 'Material aus dar Gruppe aus kaolinitischem Bauxit und Alabama Bauxit ausgewählt ist.
8. 8. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicjnet, daß die umsetzungsfähigen Aluroiniurnoxide in dem Ansatz in Mengen von nicht mehr als etwa 5 4% vorliegen. ·
9. 9. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe mineralogisch sich aus wenigstens etwa 90% Korund und dem Rest in Form von Alumiriiumorthophesphat zusarnmensetzt. " '. "";■■-^: " ' ■■' - .:.'■■ ' - ■".-"■.-
10. 10. Formkörper nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich derselbe mineralogisch bis zu 10% aus Aluminiumorthophosphat und dem Rest Mullit und Korund oder Kristobalit

    zusammensetzt.

    Die P«sfentonwaflt Dipl.-Ing. VV. Meissner

    A6Nr.24/69(§46fof.A0J

    0098 1 8/ 14 6-5