DE1954597C - Bindemittel für ein feuerfestes Material und ein feuerfestes Gemisch - Google Patents
Bindemittel für ein feuerfestes Material und ein feuerfestes GemischInfo
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Description
Die vorliegende urfindung betrifft feuerfeste Gemische
der Art, wie sie zum /vusbes· jrn von Öfen verwandt
werden, und insbesondere die in ihnen enthaltenden Bindemittel, mit denen zuni .-hst die feuerfesten
Teilchen so lange abgebunden werden, bis das Gemisch zur Erzielung der endgültigen Feuerbeständigkeit
(refractoriness) erhitzt wird.
Bisher wurde die Nachfrage nach schnell abbindenden feuerfesten Gemischen durch Verwendung von
schnell abbindenden Zementen, z. B. Calciumaluminitcn.
gedeckt; die Verwendung solcher Zemente führt jedoch zu Produkten mit hohem Schrumpfungsgrad. Zu anderen als Bindemittel für feuerfeste Produkte
verwendeten Hilfsmitteln gehören Natriumsilikat. Borax u. dgl., wie z. B. in der USA.-Patentschrift
3 257 217 beschrieben. Bei diesen Materialien muß jedoch das in der Masse enthaltende Wasser verdampft
werden, um eine Härtung zu erhalten, die ausreichend ist, um ein F.rhitzen auf höhere Temperatur ohne
durch die Gegenwart von durch Wasser verursachten Schwierigkeiten zu ermöglichen. Durch Anwendung
von Hitze beim Trocknen und Abbinden wird die Festigkeit des Stoffes beeinträchtigt.
Erfindungsgemäß wird ein Bindemittel für ein feuerfestes Material bereitgestellt, das im wesentlichen
aus einem Natriumoxyd, Siliziumdioxyd und Ammoniumpentaborat enthaltenden Natriumsilikatgemisch
besieht, wobei das Gewichtsverhältnis von Natriumsilikat zu Ammoniumpcntaborat in dem Bindemittel
im wesentlichen 0,2: 5,0 beträgt.
Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls verbesserte feuerbeständige Gemische bereit, die aus einem
feinkörnigen, feuerfesten Material und .aus 2 bis 15 Gewichtsprozent des vorstehend genannten Bindcmittclgemisches
bestehen. Das Verhältnis zwischen Silikat und Ammoniumpentaborat kann innerhalb des
gegebenen Bereiches variieren, um die Abbindezeit des feuerfesten Gemisches im voraus zu bestimmen,
so daß nach Zugabe von gegebenen Mengen Wasser Stampf-, kellenfertige oder Sprühgemische (ramming,
trowelling or spraying mixtures) hergestellt werden, ohne daß die Feuerbeständigkeit des Gemisches wesentlich
gesenkt wird. Weiterhin lassen sich die Bindemittel unter Zugabe von Stoffen (harriers) so formulieren,
daß sie ohne Zugabe von Wasser lange Zeit gelagert werden können, ohne daß eine Veränderung
auftritt, die die Feuerbeständigkeit der Gemische beeinträchtigen würde.
ic Die erfindungsgemäßen, verbesserten Bindemittel lassen sich praktisch mit allen gegen hohe Temperaturen
beständigen feuerfesten Gemischen verwenden, ohne daß die Leistung der Bindemittelgemische beeinträchtigt
wird. Beispielsweise gehören zu den feuerfe-
sten Körnchen, die zusammen mit den verbesserten
Bindemitteln in feuerfesten Gemischen verwandt werden können, Chromerz, Magnesia, Zirkonerde, Zirkonsilikat,
Zirkonoxyd, Tonerde, Mullit, Kyanit und andere ähnliche, gegen hohe Temperaturen bestän-
ao dige Stoffe oaer deren geeigneten Gemisjhe.
Das verbesserte Bindemittel weist nach dem Abbinden weniger Schrumpfung auf als herkömmliche Bindemittel
vergleichbarer Festigkeit.
In Fig. 1 werden Variationen der Abbindezeiten.
die bei einem im wesentlichen aus Natriumsilikat und Ammoniumpentabcrat bestehenden Bindemittel auftreten,
für Verhältnisse von Unendlich bis 0 graphisch dargestellt, wobei Unendlich den Zustand bedeutet,
bei dem das Bindemittel aus einem Gemisch aus Wasser und ausschließlich (all) Natriumsilikat besteht,
und Null den Zustand bedeutet, bei dem das Bindemittel aus einem Gemisch aus Wasser und ausschließlich
(all) Ammoniumpentaborat besteht, und in
F i g. 2 werden Variationen der Abbindezeiten gra-
F i g. 2 werden Variationen der Abbindezeiten gra-
phisch dargestellt, die bei einem feuerfesten Gemisch,
das Magnesia und ein aus Natriumsilikat und Ammoniumpentaborat bestehendes Bindemittel in verschiedenen
Verhältnissen enthält und zur Herstellung eines kellenfertigen Gemisches (trowelling mix) mit Wasser
versetzt wurde, auftreten.
Wie in F i g. 1 dargestellt, besteht das bevorzugte Bindemittel aus einem Gemisch aus Natriumsilikat
und Ammoniumpentaborat, wobei das Gewichtsverhältnis im wesentlichen zwischen 0,2 und 5 liegt. Das
Natriumsilikat wird mit einem Ammoniumpentaborat in einem Gewichtsverhältnis gemischt, das im wesentlichen
zwischen 0,2 und 5,0 liegt. Nach Mischung mit den feuerfesten Körnchen und nach Zugabe von Wasser
reagiert dieses Material unter Bildung einer harten und zähen Bindung zwischen den feuerfesten Körnchen,
wodurch die Schrumpfung im Endprodukt ohne Festigkeitsverlust reduziert wird.
Ein für die Durchführung der Erfindung geeignetes Natriumsilikat ist das Natriumsilikat, bei dem das Gewichtsverhältnis
Natriumoxyd zu Siliziumoxyd 1 :2 beträgt (Natriumsilikat Nr. 6). Obwohl dieses Natriumsilikat
bevorzugt wird, weil es leicht erhältlich ist, lassen sich für Gewichtsverhaltnisse von Natriumoxyd
zu Silikat im Bereich von 1 : '/2 und 1 :4 ebenfalls
befriedigende Ergebnisse erzielen, ohne daß die Qualität des Endproduktes merklich beeinträchtigt wird.
Das Natriumsilikat reagiert mit dem Ammoniumpentaborat, wobei beide zusammen ein feuerfestes
Gemisch in einer viel kürzeren Zeit abbinden, als wenn jedes dieser Bestandteile für sich allein verwandt
würde. Außerdem läßt sich die vom Bindemittel zum Abbinden benötigte Zeit bei jedem gegebenen
Satz von Bedingungen gemäß dem gewählten Ge-
»ichtsverhältnis von Natriumsilikat zu Pentaborat variieren,
jedoch ist die Abbindezeit für einen solchen Satz von Bedingungen für jedes gewählte Verhältnis
gleich.
Das in dem gewählten Verhältnis vorliegende Bindemittel
wird zur Formulierung des feuerfesten Gemisches mit dem feuerfesten Material gemischt. Beispielsweise
'üßt sich das feuerfeste Gemisch eemäß
der in der USA.-Patentschrift 3 241 987 offenbarten
Erfindung herstellen. Danach kann der Anteil des feujrfcs . Materials in dem feuerfesten Gemisch 85
bis ^S Gc chtsprozent und der Anteil des Bindemittels
2 bis 15 Gewichtsproent betragen.
Die Menge Wasser, die dem trockenen. ius feuerfestem
Nfaterial und Bindemittel bestehenden Gemisch,
um -" gebrauchsfertig zu machen, zugesetzt wird,
här.et von der Art der Verwendung ab, d'h.. ob es gestampft,
mit der Kelle aufgetragen oder aufgesprüht werden soll. Solche Anwendungsmethoden sind herkömmlicher
Art, wobei der Fachman mit einem durJ'.Nchnittlichen Fachkönnen weiß, welche Menge
W ;;--er /UT Herstellung eines Gemisches von geeigneter
Konsistenz notwendig ist.
ι ι μ. 1 soll nicht die tatsächlichen Ahbinde/eiten
al Ic 1 teuerfesten Gemische, die ein Bindemittel aus as
Nj' lumsilikat und Ammoniumpentaborat in einem
gt.-.-'vnen Verhältnis enthalten, wiedergeben, sondi.·
: es soll nur gezeigt werden, daß die Abbindezeit
ei:\·· die beiden Bestandteile in Wasser enthaltenden
G.: nsches viel kürzet ist als die Abbinde/eit. die je- 3c
d^ :ür sich allein verwendete Bindemittel benotigt. Es
so! gleichfalls gezeigt werden, daß die Abbindezeiten
fii .erschiedene Verhältnisse \on Natriumsilikat zu Aii'.'iioniumpe.itaborat unterschiedlich sind, daß jedoch
für jedes Verhältnis eine gegebene Abbinde/eit besteht, wenn die anderen Bedingungen andererseits
gleich sin 1.
Lim feuerfestes Gemisch, das ein aus Natriumsilikat
und Ammoniumpentaborat in verschiedenen Verhält-ιΐί--·ι.·η
bestehendes Bindemittel enthält, weist für die uiNchiedenen Verhältnisse verschiedene Abbindezeiten
auf und, wie in Fi g. 1 gezeigt, sind die Abbinde-Zl
ten für die entsprechenden Verhältnisse vc/.i Nitri-U!
silikat und Ammoniumpentaborat ohne den feuerfesten Stoff ebenfalls verschieden. Wie in Fiü. 2 gezeigt,
würde beispielsweise, wenn Natriumsilikat Nr. 6 und Ammoniumpentaborat im Gewichtsverhältnis
von 1 a's Bindemittclgemisch in einem als kellenfertiges Gemisch hergestellten, bis zu 10 Gewichtsprozent
Wasser enthaltenden Magnesiagemisch verwandt wurden, das Abbinden zu einer starren festen Masse
in 40 bis 50 Minuten beendet sein. Wenn jedes dieser Bindemittel allein bei der Herstellung des gleichen
Typs des Magnesiumgemisches verwandt würde, würde das Abbinden zu einer starren und festen
Masse nicht vor Ablauf von 12 oder mehr Stunden beendet sein. Wenn das Gewichtsverhältnis von Natriumsilikat
zu Ammoniumpentaborat in dem feuerfesten Magnesiagemisch 1,25 ist, beträgt die Abbindezeit
65 bis 76 Minuten. Wenn das Gewichtsverhältnis von Natriumsilikat zu Ammoniumpentaborat 0,4 ist,
beträgt die Abbinde/eit 20 bis 30 Minuten. Folglich kann man sagen, daß sich die Abbindezeiten der
feuerfesten Gemische mit gewählten Korngrößen innerhalb einer gewähren Zeitspanne weit variieren lassen,
wenn ein Verhältnis von Natriumsilikat zu Ammoniumpentaborat von weniger als Unendlich — wobei
Unendlich der Zustand ist, der vorliegt, wenn Ammoniumpentaborat abwesend und nur Silikat vorhanden
ist. was eine unerwünscht hohe Abbindezeit zur Folge hat — aber größer als Null verwandt wird —
wobei Null der Zustand ist, der vorliegt, wenn Natriumsilikat abwesend und nur Pentaborat vorhanden
ist. was gleichfalls eine unerwünscht hohe Abbindezeit zur Folge hat. Zwischen diesen beiden Extremen
existiert ein weiter Bereich vonGewichtsverliaitnissen
von Natriumsilikat zu Ammoniumpentaborat. in dem die Abbindezeiten sehr kurz (fast) sind. Für praktische
Zwecke liegt dieser Bereich des Gevvichtsverhiilinisses von Natriumsilikat zu Ammoniumpentaborat
im wesentlichen zwischen 0.2 und 5.0.
Selbstverständlich läßt sich das Gewichtsverhältnis von Natriumsilikat zu Ammoniumpentaborat in dem
Bindemittel regulieren, um die Unterschiede zwischen den feuerfesten Materialien, den verwendeten
Korngrößen und den während der Verwendung angewandten Temperaturbedingui'gen zur Erzielung der
gewünschten Abbindezeit zu kompensieren. Die zur Aktivierung des Bindemittels notwendige Wassermenge
übt auf die Abbindezeit des feuetTesten Gemisches gleichfalls einen Einfluß aus. Deshalb sollte das
Gemisch nur mit dem Minimum an Wasser, das zur Handhabung des Gemisches und zur Durchführung
der gewählten Arbeitsmethode, d. h. Stampfen des Gemisches, Aufbringen mit der Kelle oder Aufsprühen,
notwendig ist, versetzt werden.
Nachstehend werden Beispiele der erfindungsgemäß hergestellten Gemische wiedergegeben, wobei
alle Prozentangaben Gewichtsprozente bedeuten.
Feuerfeste
Materialien
Materialien
Bindemittelgemisch
Verhältnis 0.6
Verhältnis 0.6
TypTftO tafelförmige Ton- 45.0 erde (>
3,327 mm lichte Maschenweite)
Typ T 60 tafelförmige Ton- 37,0 erde (> 0,246 mm lichte Maschenweite)
Tonerde A3 (pulverisiert) 14.0 j Nr. 6 Natriumsilikat 1,5
I Ammoniumpentaborat 2,5
100.0
Dieses Gemisch wurde in einem 22,7-kg-Block unter
Verwendung vnn 5,9 kg Wasser pro 45,4 kg trok-Kenem
Material zur Bereitstellung eines geeigneten kellenfertigen. Gemisches hergestellt. Nachdem das
Gemisch gemischt und in die Form gefüllt worden war, betrug die für einen selbsttragenden (self-supporting)
Block erforderliche Abbindezeit 3 Vs Stunden. Ein ähnlicher Block, der entweder das Nr. 6 Natriumsilikat
oder das Ammoniumpentaborat in dem gleichen Prozentgehalt des gesamten Bindemittels enthielt,
benötigte zum Abbinden zu einem selbsttragenden Block 12 bis 14 Stunden. Es sollte festgehalten
werden, daß der Prozentgehalt des gesamten Bindemittels in diesem Beispiel nur 4°o betrug und daß
diese Menge ausreichte, daß nach dem Trocknen und Brennen bei einer Temperatur von 1621° C eine zähe
(tough) Masse aus dem Gemisch gebildet wurde. Der gebrannte Block wies nach dem Brennen bei einer
Temperatur von 1621° C kein Absacken (slump) »u(
und zeigte darüber hinaus eine Schrumpfung von weniger als 1 Vo.
Feuerfeste Magnesia (< 3,962 mm
Materialien lichte Maschenweite
> 0,833 mm lichte
Maschenweite)
Maschenweite)
Magnesia (> 0,991 mm
lichte Maschenweite)
lichte Maschenweite)
Magnesia (pulverisiert)
Bindemittel- 1 Nr. 6 Natriumsilikat
gemisch [
VerhältnisO,667J Ammoniumpentaborat
Netzmittel
50
12
33,8 1,6
2,4 0,2 ir
100,0
Dieses Gemisch stellt in hohem Maße feuerfeste Körnchen dar, die mit dem Bindemittelgemisch gebunden
werden, wobei das Verhältnis von Silikat zu ao Borat in dem Bindemittelgemisch 0,667 betrug; mit
diesem Bindemittelgemisch dauerte das Abbinden eines 22,7 kg schweren (selbsttragenden) Blockes, wie
im Beispiel 1, aus einem kellenfertigen Gemisch 3 Stunden. Nach dem Brennen bei einer Temperatur as
von lo21°C wies dieser Block überhaupt keine Schrumpfung auf.
Die vorliegenden Bindemittelgemische lassen sich hinsichtlich der Steuerung ihrer Abbindezeit sowie
hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit mit einem gewählten feuerfesten Material variieren. Sie lassen sich mil
jedem der üblicherweise verwendeten, gegen hohe Temperaturen beständigen feuerfesten Materialien
die entweder allein oder in Kombination eingesetzt werden können, unter Steuerung der gewünschten Abbindezeit
und darüber hinaus der Schrumpfung in Endprodukt verwenden.
Die vorliegenden Bindemittelgemische lassen sich in den in den USA.-Patentschriften 3093 496 und
3 093 497 offenbarten Verfahren verwenden.
Deshalb läßt sich die Erfindung bei einer Vielzahl von feuerfesten Gemischen anwenden, bei denen
kurze Abbindezeiten zur Verringerung der Ausfallzeil bei öfen von entscheidender Bedeutung sind. Außerdem
schließt ihr niedriger Schrumpfungsfaktor eir vorzeitiges Versagen des Gemisches aus, weil öffnungen,
durch die die Hitze eindringen kann, wodurch das hitzegebrannte, feuerfeste Material verschlechten
wird, vermieden werden.
Die feuerfesten Körnchen sollten für ilen jeweiliger
Endzweck nach der Größe sortiert werden; dies üb zwar keine Wirkung auf die vorgewählten Bindemit
telgerr'schc aus, aber auf den Schrumpfungsfaktoi
und auf die Fähigkeit des Endprodukts, der Einwir kung von Hitze und Flammen ungeachtet von Forrr
oder Größe zu widerstehen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Bindemittel für ein feuerfestes Material, dadurch
gekennzeichnet, daß es irr1, wesentlichen
aus einem Natriumoxyd, Siliziumdioxyd und Ar Kiniumpentaborat enthaiiendcn Nairiumsilikatgemisch
besteht, wobei das Gewichtsverhältnis von Natriumsilikat zu Ammoniumpentaborat
in dem Bindemittel im wesentlichen zwischen 0,2 bis 5,0 liegt.
2. Bindemittel nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Natriumsilikat das Natriumoxyd
und das Siliziumdioxyd in Gewichtsverhältnissen zwischen 1 :' 2 bis 1 :4 enthält.
3. Feuerfestes Gemisch, bestehend aus einem feuerfesten Material und einem Bindemittel, dadurch
gekenn «.lehnet, daß es als Bindemittel 2 bis
15 Gewichtsprozent des Gemisches nach Anspruch 1 oder 2 enthält.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19691954597 DE1954597C (de) | 1969-10-30 | Bindemittel für ein feuerfestes Material und ein feuerfestes Gemisch |
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DE19691954597 DE1954597C (de) | 1969-10-30 | Bindemittel für ein feuerfestes Material und ein feuerfestes Gemisch |
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DE1954597A1 DE1954597A1 (de) | 1971-05-19 |
DE1954597B2 DE1954597B2 (de) | 1972-10-19 |
DE1954597C true DE1954597C (de) | 1973-05-17 |
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