DE2018329C3 - Masse und Verfahren zur Herstellung feuerfester Ziegel - Google Patents

Description

festigkeit und eine niedrige Wiedererwärmungsexpan- wichtsprozeat des Aluminiumoxids aus Teilchen mit

sion haben, dadurch hergestellt werden können, daß —0,044 mm oder weniger.

man der Masse etwa 0,05 bis 0,2 Gewichtsprozent In gleicher Weise besteht auch die Siliciumdioxid-Lithiumfiuorid oder Iithiumcarbonat und etwa 0,01 Komponente aus einem Material mit hoher Reinheit, bis 0,3 Gewichtsprozent mindestens einer Verbindung 5 d. h. aus einem solchen, das mindestens etwa 99 Gsaus der Gruppe Calciumhydroxid, Magnesiumhydroxid wichtsprozeiit, vorzugsweise über 99,5 Gewichtspro- und Eisenoxid zusetzt (vgl. DT-OS 19 33 360). zent, und insbesondere etwa 99,9 Gewichtsprozent Obgleich die auf diese Weise hergestellten feuerfesten SiO₂ enthält. In dieser Hinsicht ist gemahlener Glas-Stoffe Eigenschaften besitzen, die denjenigen des sand besonders geeignet Im allgemeinen liegt das bekannten Standes der Technik überlegen sind, xo Siliciumdioxid im wesentlichen mit Teilchen von ermangelt ihnen jedoch eine ausreichend hohe Preß- —0,074 mm vor. Vorzugsweise bestehen mindestens dichte und .eine niedrige Porosität etwa 50 Gewichtsprozent aus Teilchen mit —0,044 mm

Der Erfindung hegt daher die Aufgabe zugrunde, oder feineren Teilchen.

eine Masse herzustellen, die zur Herstellung eines Außer dem Aluminiumoxid und dem Siliciumdioxid feuerfesten Stoffes mit hohem Aluminiumoxidgehalt 15 enthält die Masse noch aus der Dampfphase abgegeeignet ist, der eine erhöhte Festigkeit, eine höhere schiedenes Siliciumdioxid und eine Lithium-Verbin-Dichte, eins niedrigere Porosität und eine höhere dung. Die verwendete Lithium-Verbindung sollte Feuerbeständigkeit aufweist und der nach den be- dazu imstande sein, während des Brennens der kannten Verfahren aus ohne weiteres erhältlichen gepreßten Masse zu Lithiumoxid oxidiert zu werden. Materialien mit hohem Aluminiumoxidgehalt herge- ao In dieser Hinsicht sind Lithiumcarbonat und Listellt werden kann. thiumfluorid besonders geeignet, wobei das Lithium-Gegenstand der Erfindung ist daher eine Masse fluorid besonders bevorzugt wird. Es ist aber auch zur Herstellung feuerfester Ziegel, bestehend aus das Lithiumcarbonat ziemlich günstig, weil es relativ etwa 85 bis 95 Gewichtsprozent Aluminiumoxid, etwa billig ist und leicht gehandhabt werden kann. Welche 2,99 bis 12,99 Gewichtsprozent Siliciumdioxid, etwa J5 Lithium-Verbindung auch verwendet wird, sie sollte 0,01 bis 0,5 Gewichtsprozent mindestens einer Li- relativ fein verteilt sein, d. h., sie sollte praktisch ganz thium-Verbindung, die beim Brennen der gepreßten aus Teilchen mit —0,147 mm und vorzugsweise aus Masse Lithiumoxid bilden kann, und aus etwa 2 bis Teilchen mit —0,044 mm bestehen. Wie bereits zum 7 Gewichtsprozent aus der Dampfphase bilden kann, Ausdruck gebracht, sollte die Menge der zugesetzten und aus etwa 2 bis 7 Gewichtsprozent aus der Dampf- 30 Lithium-Verbindung etwa 0,01 bis 0,5 Gewichtsprophase abgeschiedenem Siliciumdioxid. zent betragen. Höhere Mengen verringern die Feuer-Es muß als überraschend angesehen werden, daß beständigkeit der erhaltenen Ziegel unter Belastung durch Zusatz einer geringen Menge einer Lithium- nicht unerheblich.

Verbindung zu einer Masse zur Herstellung von feuer- Aus der Dampfphase abgeschiedenes Silicium-

festen Stoffen mit hohem Aluminiumoxidgehalt und 35 dioxid ist die andere in die Masse einverleibte wichtige

einer geringeren Menge von aus der Dampfphase Komponente. Es stellt ein fast reines SiO₂ mit einem

abgeschiedenem Siliciumdioxid die Preßdichte der extrem feinen Korn dar. Naturgemäß kann die

resultierenden gebrannten Ziegeln erhöht wird und Zusammensetzung wie bei allen aus natürlich vor-

zu gleicher Zeit die scheinbare Porosität verringert kommenden Materialien erhältlichen Stoffen im

wird, ohne daß die Feuerbeständigkeit unter Belastung 40 allgemeinen leicht variieren. In diesem Fall, d. h. bei

nachteilig beeinflußt wird. handelsüblichem aus der Dampfphase abgeschiedenem

Die erfindungsgemäße Masse besteht vorzugsweise Siliciumdioxid, ist die Abweichung sehr gering,

aus etwa 88 bis 92 Gewichtsprozent Aluminiumoxid, Bei dem aus der Dampfphase abgeschiedenen

etwa 4,95 bis 8,95 Gewichtsprozent Siliciumdioxid, Siliciumdioxid handelt es sich um ein amorphes

etwa 0,05 bis 0,2 Gewichtsprozent der Lithium- 45 Siliciumdioxidpulver, das als Nebenprodukt bei der

Verbindung und etwa 3 bis 5 Gewichtsprozent aus der Herstellung von Metallsiliciden aus Siliciumdioxid

Dampfphase abgeschiedenem Siliciumdioxid. Die ange- im elektrischen Bogenofen anfällt. Dieses Produkt

gebenen Prozentgehalte beziehen sich auf das Gesamt- wird im Staubsammler aufgefangen und besteht im

gewicht der Masse. wesentlichen aus teilweise oder vollkommen wieder-

Wie bereits zum Ausdruck gebracht, ist Aluminium- 50 oxidiertem Silicium. Die wichtigen Eigenschaften

oxid in verschiedener Reinheit erhältlich. Im allge- dieses Produktes sind die sehr feine Teilchengröße und

meinen wird bei der Erfindung ein hochreines Alu- die amorphe Natur, die dem Produkt seine erwünschte

miniumoxid verwendet, d. h. ein solches, das minde- hohe chemische Reaktivität verleihen,

stens etwa 99 Gewichtsprozent Al₈O₃, vorzugsweise Ein typisches, aus der Dampfphase abgeschiedenes

mindestens etwa 99,5 Gewichtsprozent Al₂O₃, enthält. 55 Siliciumdioxid hat die nachstehende Zusammen-

Das feine Aluminiumoxid mit hohem Schüttgewicht Setzung:

kann aus Aluminiumoxid bestehen, das gesintert, Komponenten Prozent

tafelförmig, geschmolzen, calciniert od. dgl. ist. Jedoch o:q 95 9

besteht, wie es bei der Herstellung von feuerfesten ^j q g'g

Ziegeln mit hohem Aluminiumoxidgehalt üblich ist, 60 jjq ³ θ'θ2

ein signifikanter Teil des Aluminiumoxids aus relativ Fe O 0*4

groben Teilchen, während der restliche Teil aus ^ ³ q'^

relativ feinen Teilchen besteht. So bestehen z. B. etwa MeO04

50 bis etwa 65 Gewichtsprozent des Aluminiumoxids Alkalien 0 4

aus Teilchen im Bereich von -3,331 mm bis +0,295mm 6₅ Gewichtsverlust beim Brennen '.'.'.'.'.'. ^O
und der Rest (etwa 35 bis etwa 50 Gewichtsprozent)

besteht aus Teilchen mit —0,295 bis —0,04 mm. Je nach den anderen Komponenten der Masse sind

Vorzugsweise bestehen mindestens etwa 10 bis 35 Ge- verschiedene Mengen des aus der Dampfphase abge-

schiedenen Siliciumdioxids erf orderlich, um die Zwecke werden, in welchem Fall es bevorzugt wird, in die dieser Erfindung zu erreichen. Die Menge des einge- Pfanne zunächst die gröberen Materialien zusammen setzten, aus der Dampfphase abgeschiedenen SiIi- mit dem Hauptteil des Wassers zu geben. Sodann ciumdioxids liegt im Bereich von etwa 2 bis 7 Ge- werden die feineren Materialien und der Rest des wichisprozent und beträgt viazugsweise etwa 3 bis 5 Wassers zugesetzt Das Mischen wird so lange fort-5 Gewichtsprozent. Im Einzelfall kann die notwendige geführt, bis eine geeignete Konsistenz erzielt ist. Menge durch einige orientierende Versuche leicht Die getemperte Masse wird dann zu den gewünschbestimmt werden. ten Ziegeln oder »Bausteinen« verpreßt Die Bezeich-

Wie bereits zum Ausdruck gebracht, besteht die nung »Ziegel« soll die allgemeine Bedeutung auf dem

erfindungsgemäße Masse im wesentlichen aus Alu- io Sektor der Herstellung von feuerfesten Stoffen be-

miniumoxid, Siliciumdioxid, einer Litbium-Verbin- sitzen. Insbesondere soll in keiner Weise eine Ein-

dung, die während des Brennens Lithiumoxid ergibt, schränkung bezüglich der Bauart und der physi-

und aus der Dampfphase abgeschiedenem Silicium- kaiischen Konfiguration der gemäß der Erfindung

dioxid. Der Masse können jedoch geringe Mengen herstellbaren feuerfesten Stoffe gemacht werden,

anderer Materialien zugesetzt werden, ohne daß die 15 Im allgemeinen fordert das Pressen der Ziegel einen

Eigenschaften der erhaltenen Ziegel nachteilig beein- Druck von mindestens etwa 281 kg/cm², der sich bis

flußt werden. So kann beispielsweise Phosphorsäure zu etwa 1050 kg/cm* erstrecken kann. Bevorzugt wird

zugesetzt werden, um die Kaltfesügkeit zu erhöhen. der Druckbereich von etwa 562 bis etwa 703 kg/cm².

Zur Verleihung einer Griinfestigkeit und einer ge- Nach dem Pressen und Trocknen wird der geformte

wissen Schmierung können andere Bindemittel, 20 Ziegel bei einer Temperatur, die zur Ausbildung einer

wie Natriumlignosultonat, zugesetzt werden. Bei keramischen Bindung geeignet ist, gebrannt. Gewöhn-

Verwendung von Phosphorsäure liegt diese gewöhn- licherweise findet das Brennen bei Temperaturen von

lieh im Bereich von etwa 1 bis 4, vorzugsweise von etwa 1200 bis 1700⁰C, vorzugsweise von etwa 1300 bis

etwa 2 bis 3 Gewichtsprozent (als 75°/oige wäßrige 150O⁰C statt.

Lösung von H₃PO₄) vor. Andererseits liegt bei Ver- 25 Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert,
wendung eines Lignosulfonat-Binders dieses gewöhnlich in Mengen von etwa 1 bis 2 Gewichtsprozent, Beispiel 1
als eine 50°/₀ige Lösung in Wasser, oder von etwa
0,5 bis 1 Gewichtsprozent auf Trockenbasis vor. Eine Masse zur Herstellung feuerfester Ziegel wurde

Im allgemeinen wird zur Herstellung der Ziegel aus 30 folgendermaßen hergestellt: 60 Gewichtsprozent geden oben beschriebenen Massen die Masse zunächst sinterte Aluminiumoxid-Grobteile mit —3,33 mm; mit einer geringen Menge Wasser getempert. Das 20 Gewichtsprozent gesinterte Aluminium-Feinteile ganze Wasser oder ein I eil desselben kann durch mit—0,295 mm; 10 Gewichtsprozent calciniertes Alu-Bindemittel des obengenannten Typs zur Verfügung miniumoxid mit —0,044 mm; 6,5 Gewichtsprozent gestellt weiden. Im allgemeinen beträgt der Bereich 35 Siliciumdioxidsand mit —0,074 mm und 3,5 Gewichtsdes Gesamtwassergehalts etwa 2,5 bis 6, vorzugsweise prozent aus der Dampfphase abgeschiedenes Siliciumetwa 3 bis 5 Gewichtsprozent. dioxid. Sodann wurde einem abgetrennten Teil des

Zur Herstellung der Masse können die Materialien Gemisches Lithiumfluorid bis zu einem Gehalt von

nach den üblichen Methoden bei der Herstellung 0,05 Gewichtsprozent zugesetzt. Das Gemisch ohne

feuerfester Stoffe miteinander vermischt werden. So 40 Lithiumfluorid soll als Masse A und das Gemisch mit

kann beispielsweise ein Muller-Mischer verwendet Lithiumfluorid als Masse B bezeichnet werden.

Zusammensetzung der Masse, %	Masse A	Masse B	Masse C
Gesintertes Aluminiumoxid
—3,33 mm	60	60	50
-0,295 mm	20	20	25
Calciniertes Aluminiumoxid
—0,044 mm	10	10	15
Siliciumdioxidsand
—0,074 mm	6,5	6,5	10
Aus der Dampfphase	3,5	3,5	—
abgeschiedenes Siliciumdioxid
LiF	—	0,05	—
Physikalische Eigenschaften
Schüttdichte, g/ccm	2,89	2,94	2,78
Scheinbare Porosität, %	17,0	15,7	23,0
Bruchmodul, kg/cm2
Raumtemperatur	183	380	192
14000C	125,6	187	—
15000C	92,1	177	—
16000C	71	183

Gleichermaßen wurde eine weitere Masse hergestellt, die jedoch kein aus der Dampfphase abgeschiedenes Siliciumdioxid enthielt. Die Zusammensetzung dieses Gemisches (Masse C) war folgendermaßen: 50 Gewichtsprozent gesinterte Aluminiumoxid-Grobteile mit —3,33 mm; 25 Gewichtsprozent gesinterte Aluminiumoxid-Feinteile mit —0,295 mm; 15 Gewichtsprozent calciniertes Aluminiumoxid mit —0,044 mm und 10 Gewichtsprozent Siliciumdioxidsand mit —0,074 mm.

Die einzelnen Massen wurden sodann mit einer wäßrigen Magnesiumlignosulfonat-Lösung getempert und bei einem Druck von 703 kg/cm² zu Ziegeln mit den Abmessungen 22,9 χ 11,4 χ 6,35 cm gepreßt. Sodann wurden die Ziegel 5 Stunden bei 1450⁰C gebrannt. Nach dem Abkühlen wurden die physikalischen Eigenschaften der gebrannten Muster auf die übliche Art und Weise bestimmt. Die Zusammensetzung der Massen sowie die physikalischen Eigenschaften der daraus hergestellten Ziegel sind in der Tabelle zusammengestellt.

Aus der obigen Tabelle geht ohne weiteres hervor, daß die aus der Masse B hergestellten Ziegel wesentlich weniger porös sind als diejenigen, die aus der Masse A und der Masse C erhalten wurden. Gleiche.maßen

ίο zeigten die Ziegel aus der Masse B eine wesentlich größere Festigkeit als die anderen Ziegel. So hatten z. B. bei Raumtemperatur die Ziegel aus der Masse B einen Bruchmodul von 380 kg/cm², während der Bruchmodul der Ziegel aus den Massen A und C nur 183 bzw. 192 kg/cm² betrug.

609 637/118

Claims (10)

1. Ix

   Die Erfindung bezbht sich auf eine Masse und ein

   Patentansprüche: Verfahren zur Herstellung feuerfester Ziegel. Sie

   berieht sich insbesondere auf Massen zur Herstellung

   ■; 1- Masse zur Hersjellung feuerfester Ziegel, feuerfester Stoffe mit hohem Aluminiumoxidgehalt, bestehend aus etwa 85 bis 95 Gewichtsprozent 5 Für die Zwecke dieser Erfindung werden dadurch Aluminiumoxid, etwa 2,99 bis 12,99 Gewichts- feuerfeste Stoffe verstanden, die mindestens etwa : prozent Siliciumdioxid, etwa 0,01 bis 0,5 Gewichts- 50 Gewichtsprozent Al₂O₃ enthalten,
   prozent mindestens einer Lithium-Verbindung, die Feuerfeste Stoffe mit hohe Aluminiumoxidgehalt

   beim Brennen der gepreßten Masse Lithiumoxid werden im allgemeinen entsprechend ihrem Al₂O₃-bilden kann, und aus etwa 2 bis 7 Gewichtsprozent io Gehalt in Gruppen mit ungefähr 50,60, 70,80,90 oder aus der Dampfphase abgeschiedenem Silicium- 99% Al₂O₃ eingeordnet Die Produkte, die 50 bis 90% dioxid. Al₂O₃ enthalten, werden dadurch hergestellt, daß
2. 2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekenn- verschiedene feuerfeste Materialien mit hohem Aluzeichnet, daß sie aus etwa 88 bis 92 Gewichts- miniumoxidgehalt miteinander vermischt werden, prozent Aluminiumoxid, etwa 4,95 bis 8,95 Ge- 15 während Produkte, die 99% Al₂O₃ enthalten, im wichtsprozent Siliciumdioxid, etwa 0,05 bis 0,2 Ge- wesentlichen aus hochreinem Aluminiumoxid bestehen, wichtsprozent der Lithium-Verbindang und ecwa Die üblichsten feuerfesten Materialien mit hohem 3 bis 5 Gewichtsprozent aus der Dampfphase Aluminiumoxidgehalt und ihre typischen Al₂O₃-abgeschiedenem Siliciumdioxid besteht. Gehalte sind folgendermaßen: Geschmolzenes AIu-
3. 3. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekean- ao miniumoxid 99,5%; gesintertes Aluminiumoxid 99,5%; reichnet, daß das Aluminiumoxid mindestens calciniertes Aluminiumoxid 99%; geschmolzener Bauetwa 99 Gewichtsprozent Al₂O₃ und das Silicium- xit: 95%; calcinierter südamerikanischer Bauxit 88%; dioxid mindestens etwa 99 Gewichtsprozent SiO₂ calcinierter Alabama-Bauxit 74%; calcinierter Diaspor enthält. 76%; Burley-Diaspor 48 und 58% und Kyanit 56%.
4. 4. Masse nach Anspruch 3, dadurch gekenn- 25 Alle diese Materialien sind chemisch miteinander zeichnet, daß das Aluminiumoxid mindestens etwa verträglich und können somit in der Weise miteinander 99,5 Gewichtsprozent Al₂O₃ und das Siliciumdi- vermischt werden, daß fast jeder gewünschte Aluoxid mindestens etwa 99,9 Gewichtsprozent SiO₂ miniumoxidgehalt erzielt werden kann.

   enthält. Die Erfindung befaßt sich nun mit hochreinen
5. 5. Masse nach Anspruch 3, dadurch gekenn- 30 feuerfesten Stoffer» mit hohem Aluminiumoxidgehalt, zeichnet, daß mindestens etwa 10 bis 35 Gewichts- die 85 bis 95 Gewichtsprozent Aluminiumoxid entprozent des Aluminiumoxids aus Teilchen mit hstlten. Außer dem Aluminiumoxid enthalten diese —0,044 mm oder weniger und mindestens etwa feuerfesten Stoffe im allgemeinen noch etwa 5 bis 15 50 Gewichtsprozent des Siliciumdioxids aus Teil- Gewichtspiozent Siliciumdioxid sowie geringere Menchen m t —0,044 mm oder weniger bestehen. 35 gen von Verunreinigungen, wie TiO₂, Fe₂O₃, Alkalien
6. 6. Misse nach Anspruch 1, dadurch gekenn- und Erdalkalten, die normalerweise mit Aluminiumzeichnet, daß die Lithium-Verbindung Lithium- oxid- und Siliciumdioxid-Erzen vorkommen,
   fluorid und/oder Lithiumcarbonat ist. Gewöhnlicherweise werden feuerfeste Ziegel oder
7. 7. Masse nach einem der vorstehenden Ansprüche, Formkörper mit hohem Aluminiumoxidgehalt aus dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich Phos- 40 einem feinen Al₂O₃ mit hohem Schüttgewicht und phorsäu *e und/oder Lignosulfonat als Bindemittel einem silikatischen Bindemittel hergestellt. Die für enthält. diesen Zweck verwendeten herkömmlichen Silicium-
8. 8. Veiahren zur Herstellung feuerfester Ziegel diioxidformen sind die verschiedenen Arten der Tone, mit hohem Aluminiumoxidgehalt, dadurch gekerm- gewöhnlich Kaolin oder Bindeton, und gemahlener zeichnet, daß man 45 Süiciumdioxidsand. Die Verwendung von Ton ist

   a> eine Masse, bestehend aus etwa 85 bis 95 Ge- z™dest in großen Mengen nicht angebracht, da wie titsprozent Aluminiumoxid, etwa 2,99 bis »**™Λ des Brennens sich der Ton zu Mullit und einer 12,99 Gewichtsprozent Siliciumdioxid, etwa gasartigen Phase zersetzt wobei die glasartige Phase

   0,0 bis 0,5 Gewichtsprozent mindestens einer ^dl^e _lY^er _u ^b,¹"^dung 7'^SC _u!^{n d}!"^^ιηζε _ο ^{1ηβη Ko}™^eL^{n des} Lithium-Verbindung, die während des Bren- ⁵° Mehls bildet, wodurch durch diese Struktur die Feuernens Lithiumoxid bilden kann, und etwa bestondigkeit der Ziegel unter Belastung verringert 2 bis 7 Gewichtsprozent aus der Dampfphase ^wird Andererseits erhöht die Verwendung von geabgeschiedenem Siliciumdioxid, herstellt, mahlenem Siliciumdioxid die Feuerbestandigkeit der

   b) das Gemisch zu Ziegeln verpreßt und daß man ^Zie§^{e un}*^r Belastung was möglicherweise darauf

   c) bei einer Temperatur, die zur Ausbildung ⁵⁵ zurückzuführen ist, daß das Siliaumdioxid sich mit einer keramischen Bindung geeignet ist, brennt. ^dem Aluminiumoxid im festen Zustand unter Bildung

   von Mullit umsetzt, so daß wenig oder überhaupt
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn- kein Glas gebildet wird. Jedoch ist auf Grund der zeichnet, daß man die Masse bei Drücken im niedrigen Reaktionsfähigkeit des Siliciumdioxids diese Bereich von etwa 281 bis 1050 kg/cm* verpreßt 60 Reaktion nur langsam, und es wird somit bei den und bei Temperaturen im Bereich von etwa 1200 herkömmlichen Brenntemperaturen nur sehr wenig bis 1700° C brennt. Mullit gebildet. Aus diesen Gründen weisen diese
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn- feuerfesten Stoffe eine niedrige Kaltfestigkeit auf, und zeichnei¹:, daß man die Masse bei Drücken im der größte Teil des Mullits in dem Ziegel wird während Bereich von etwa 562 bis 703 kg/cm* verpreßt und 65 des Betriebs gebildet, was zu einer unerwünscht bei Temperaturen im Bereich von etwa 1300 bis hohen Expandierung beim Wiedererhitzen führt.
    1500⁰C brennt. Es ist schon gefunden worden, daß feuerfeste Stoffe

    _______ mit hohem Aluminiumoxidgehalt, die eine hohe Kalt-