DE2119668A1

DE2119668A1 - Feuerfeste Massen mit einer nicht wässrigen Bindung

Info

Publication number: DE2119668A1
Application number: DE19712119668
Authority: DE
Inventors: George H. Bethel Park; Williams George H. Cheswick; Pa. Criss (V.StA.)
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1970-06-10
Filing date: 1971-04-19
Publication date: 1971-12-16
Also published as: CA949986A; AT299788B; GB1300714A; JPS5116445B1; ZA711448B; FR2096105A5; BR7102631D0

Description

Es wird ein feuerfestes Produkt mit einem Bindemittel bestellend aus einem gekörnten P-O₈-enthaltenden Material und einem Fettsäure enthaltenden Pech geschaffen.

In Abhängigkeit von dem metallurgischen Verfahren bei dem ein feuerfestes Produkt Anwendung finden soll, kann dasselbe gebrannt oder ungebrannt sein, und dasselbe kann ein nicht verdichtetes Material sein, das sich während des Vermauerns verformt, es kann sich um ein Einstampfgemisch oder um eine gießfähige, feuerfeste Masse handeln, es kann sich um einen vorgeformten Formkörper, Stein usw. handeln. Der Erfindungsgegenstand betrifft nun insbesondere nicht verdichtete, nicht gebrannte, feuerfeste Massen, die sich erheblich von gebrannten Gegenstücken unterscheiden.

Der einschlägige Fachmann ist seit langem mit der Tatsache vertraut, daß, unter der Annahme, daß die anderen Eigenschaften zufriedenstellend sind, das wirksamste, feuerfeste Auskleidungsmaterial ein derartiges sein wlirde, das sowohl der Benetzung durch das geschmolzene Metall als auch der Schlacke widersteht, mit dem dasselbe während des Arbeitsvorganges in Verbindung kommt. Die Erfahrung hat weiterhin gezeigt, daß das Einarbeiten eines Kohlenstoff enthaltenden Bindematerials in feuerfeste, monolithische Produkte eine gewisse ausgeprägte Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Eindringen und Benetzen

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durch bestimmte geschmolzene Metalle und Schlacken unter den Bedingungen vermittelt, daß der Kohlenstoff bleibend ohne größere Oxidationsverluste erhalten bleibt.

Zu weiteren auf dem Gebiet der feuerfesten Produkte angewandten Bindemitteln gehören z.B. hydraulische Zemente, Lignosulfonatablaugen und Pulver, Magnesiumsulfate, Natriumsilikate, Phosphorsäure, Natriumphosphate und viele weitere. Phosphatbindemittel sind von besonderem Interesse, weil dieselben in einigen Produkten hervorragende mechanische Festigkeit bei Raumtemperaturen und mittleren Temperaturen nach dem Trocknen vermitteln und ein Produkt ergeben, das weniger leicht durch geschmolzene Metalle und Schlacken, mit denen dieselben in Berührung kommen, benetzt und durchdrungen wird.

Viele der im Zusammenhang mit feuerfesten Produkten angewandten Bindemittel sind wässrig dahingehend, daß dieselben einen relativ hohen Anteil an Wasser enthalten oder unter Zusatz von Wasser angewandt oder hierdurch aktiviert werden. Wenn derartige Bindemittel in nicht verdichteten Gemischen zur Anwendung kommen, muß das feuerfeste Material nach Vermauern als eine monolithische Auskleidung an dessen Anwendungsstelle im allgemeinen im Anschluß hieran getrocknet werden, um so das Wasser abzutreiben, und im Anschluß hieran muß ein Brennen bei höherer Temperatur erfolgen, oder es muß sowohl ein Trocknen als auch ein Brennen innerhalb eines einzigen Arbeits— ganges während des Aufheizens des Ofens auf dessen Arbeitstemperatur ausgeführt werden. In diesem Fall bedingt die Trocknungsstufe Gefahren ) aufgrund des Wassergehaltes, das Entfernen desselben und die Zerstörung bestimmter feuerfester Aggregate, z.B. durch Hydratisation.

Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, ein feuerfestes Produkt zu schaffen, das keine wässrigen Bindemittel aufweist, Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein feuerfestes Produkt zu schaffen, das eine hohe mechanische Festigkeit bei mittleren Temperaturen besitzt.

Erfindungsgemäß wird ein feuerfestes Produkt geschaffen, das aus einem feuerfesten Aggregat und einem Bindemittel besteht. Das Bindemittel besteht aus einem gekörnten P₈O₈-enthaltenden Material und einem Fettsäure enthaltendem Pech. Das Bindemittel liegt vorzugsweise

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in Mengen von 1 bis 20$ bezogen auf das Gesamtgewicht des feuerfesten Materials vor.

Unter dem hier in Anwendung kommenden Ausdruck "gekörntes P₂O₅-enthaltendes Material" ist eines von vielen allgemein zugänglichen, trockenen, Phosphat enthaltenden Materialien zu verstehen, die wenigstens 50 # P₈O₈ enthalten.

Zu den bei feuerfesten Produkten benutzten Phosphatbindemitteln gehören Phosphorsäure, Ammoniumphosphat, Aluminiumphosphat, Natriumphosphate, insbesondere Phosphatgläser und weitere umsetzungsfähige Salze.

Phosphorsäure als Bindemittel führt beinahe ohne Ausnahme zu, besseren mechanischen Festigkeitswerten als andere Phosphate. Phosphatsalze sind selten, wenn überhaupt in dieser Hinsicht zufriedenstellend* Phosphorsäure als ein Bindemittel ist ebenfalls zweckmäßig, da hierdurch kein Alkali oder Erdalkali in das feuerfeste Produkt eingeführt wird, was in dem Fall saurer feuerfester Produkte zu der Bildung relativ niedrig schmelzender Verbindungen führt. Unglücklicherweise ist das Arbeiten mit Phosphorsäure gefährlich, und zwar insbesondere unter den Bedingungen, wie sie häufig an Ofenbaustellen vorliegen. Es ist Ammoniumphosphat als ein Phosphatbindemittel, insbesondere bei dem Verspritzen in Vorschlag gebracht worden. Dieses Produkt entwickelt Ammoniakund ist vom gesundheitlichen Standpunkt aus unzweckmäßig. Die Arbeiter beanstanden den Ammoniakgeruch. Dasselbe ist löslich und führt nicht unzweckmäßige Verunreinigungen in das feuerfeste Produkt ein. Es sind latriumphosphatsalze, und zwar insbesondere Phosphatgläser angewandt worden.

Ein gutes Phosphatbindemittel für die Anwendung im Zusammenhang mit dem Erfindungsgegenstand ist ein derartiges, das Borphosphat und bis zu 50$ lösliches Natriumphosphat enthält. Die zweckmäßigen Natriumphosphate sind im allgemeinen Gläser. Natriumphosphatgläser stehen zur Verfügung mit entweder Na₈O : P₈O₈-Verhältnissen von weniger als 1 : 1 bis zu etwa 1>8:1 auf der Gewichtsgrundlage. Vorzugsweise sollte das

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als Bindemittel ausgewählte Produkt auf der wasserfreien Grundlage, etwa 60 bis 70$ P₂O₅, weniger als 15$ Na₂O und den Rest B₂O₃ enthalten. In optimaler Weise besteht das Phosphatbindemittel aus einem einheitlichen Borphosphat und Natriummetaphosphatglas in einem Verhältnis von 5 : 1 und enthält weniger als 6$ Na₂O. Pur die meisten Produkte, wie z.B. Formkörper oder monolithische Massen soll das Bindemittel in Mengen von etwa 2 bis 10 Gewichtsprozent vorliegen. In dem Fall eines feuerfesten Mörtels jedoch kann das Bindemittel in einer Menge bis zu 25 Gewichtsprozent bezüglich des Mörtels vorliegen.

Feuerfeste Produkte können aus feuerfesten Aggregaten bestehen, die aus der Gruppe aus Tonerde, rohem und kalziniertem Feuertnn, rohem und kalziniertem Bauxit, Kyanit, totgebranntem Magnesit, Chromerzen, Zirkonoxid, Zirkonsilikat und anderen allgemein auf dem Gebiet der feuerfesten Produkte bekannten Stoffe ausgewählt sind.

Der hier in Anwendung kommende Ausdruck "Fettsäure enthaltender Pech" wird allgemein angewandt zum Beschreiben des Restproduktes, das bei der fraktionierten Destillation oder anderer Verarbeitung von tierischen und pflanzlichen Produkten wie Schmalz, Talg, Palmöl und weiteren pflanzlichen Oelen, Knochenfett, Abfall und Abwasser, Wollefett, Leinsamenöl, Soyabohnenöl und Schlachthausabfällen erhalten wird. Das Restprodukt ist üblicherweise ein dunkelbraunes bis schwarzes, einheitliches bis klumpiges, oder körniges, dickes Produkt.Eine Pechart wird als gesättigter Pech bezeichnet und durch die Destillation von Fettsäuren erhalten von Tieren erhalten, kann jedoch Pech enthalten, das durch die Destillation von Fischöl und Fettsäuren auf pflanzlicher Grundlage abgeleitet worden ist. Ein typischer derartiger Pech enthält etwa 10 bis 20$ freie Fettsäuren, weiteren Säureanteil von 20 bis 40, eine Jodzahl von höchstens 10 und enthält 10 bis 30$ nicht verseifbares, organisches Produkt. Diese Peche sind bei Raumtemperatur (nominal 21°C) fest, erweichen bei einer Temperatur von etwa 5O⁰C und sollten unter etwa 230⁰C und vorzugsweise bei weniger als 120⁰C erweichen.

Eine weitere Pechart ist eine Pechart, die als ungesättigt bezeichnet wird. Hierbei liegt eine Jodzahl von 100 bis 125» eine

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eine Säurezahl von 30 bis 60 und eine Viskosität (Stornier Viskosität, Sekunden bei 20 bis 25⁰O) von 50 bis 350 vor. Diese Peche werden durch die Destillation ähnlicher Produkte wie oben angegeben erhalten.

Eine weitere Pechart wird als Soyariickstand bezeichnet. Dieser bevorzugte Pech für ein Anwenden in dem Bindemittel ist ein nicht neutralisierter Pech, der durch die Verarbeitung von Soyabohnenöl erhalten wird. Bei der Herstellung können diese Peche vermittels Vermischen entweder mit einer organischen oder anorganischen Base wie z.B. Natriumhydroxid oder Aethanolamin neutralisiert werden-.

Bei jeder Kombination an Bindemitteln, die hier in Anwendung kommen kann, wird bevorzugt, daß dieselbe praktisch frei von Wasser ist und einen Schmelzpunkt von nicht über 260⁰G aufweist.

Weitere höher schmelzende Fettsäure enthaltende Peche, die hier nicht genannt worden sind, können ebenfalls angewandt werden. Bei den Brenntemperaturen wird das Fettsäurepech zersetzt und die feuerfesten Teilchen werden miteinander verbunden. Das trockene Phosphatprodukt setzt sich mit dem feuerfesten Aggregat um unter Ausbilden einer Phosphatbindung, die innerhalb mittlerer Temperaturbereiche hohe mechanische Festigkeit vermittelt.

Ein besonders gutes Einstampfgemisch für das Ausbilden monolithischer Auskleidungen besteht aus mindestens etwa 90$ feuerfestem Material hohen Tonerdegehaltes, bis zu lOfo Feuerton und dem oben angegebenen Bindemittel.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden weiterhin anhand einer Reihe Ausführungsbeispielen erläutert, in denen sich die Teile und Prozente auf der Gewichtsgrundlage verstehen.

Es werden Ansätze aus Tonerde enthaltendem Material (Tonerde oder kalzinierter südamerikanischer Bauxit) rohem Kugel ton, einem Phosphatbindemittel bestehend aus 1 <fo Natriumphosphat und 5$ Borphosphat und Soyarückstand hergestellt. Die Anteile der Bestandteile sind in der folgenden TabeLle angegeben. Diö Teilchengröße dee feuerfesten Aggregates ist hierbei dergestalt, daß wenigstens etwa 30 Gewichtsprozent praktisch vollständig Ln »0,21mm und der Rest sich auf -3,36 K), 2"! mm belauft. Die Ansätze werden Ln einem

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Müller-Mischer auf eine verpreßbare Konsistenz vermischt. Die Ansätze werden in Formkörper vermittels einer Pulverpresse bei Drücken in der Größenordnung von etwa 210 kg/cm für die Prüfung verpreßt. Die erhaltenin Formkörper werden auf die in der Tabelle angegebenen Temperaturen erhitzt und auf die Schüttdichte, den Modul, die Kaltdruckfestigkeit, die dimensioneile Veränderung, Schlackenwiderstandsfähigkeit und Porösität untersucht. Die Prüfungsergebnisse sind der Tabelle I wiedergegeben.

1 ü 9 8 5 1 / 15 6

A	B	σ	D	E	91%	G
	OQaJ			90%	5	92%
^o*r7° 10	0370 5	10	5	5	4	5
6	6	6	6	5	100	3
100	100	100	100	100	+4%	WMMWB 100
+5%	+5%	+5%		'+4%	2,82	+5%
i- 2,66	2,71	2,87	2,85	2,80	2,66	2,80
i- 2,19	2,23	2,73	2,66	2,69	2,64

Tabellel

Gemische:

GtabföriPige Tonerde
Kalziniertes S.A.Beuxit
Kugelton (luftflottiert)
Trockenes Phosphat

Gesamt
Soya-Rückstand

-* Schüttdichte g/cm³ nach 18stündi- 2,66

° gern Trocknen bei

S 260⁰C _

_OT Schüttdichte g/cm⁵ nach 5stündi- 2,19

_λ gem Erhitzen bei 1400⁰C

~* Bruchmodul, kg/cm

σ> nach 18stündigem Trocknen bei 26O⁰G

co 20,3 _< 12 11,2 17,5 19,9 17,6 38,5

nach fünfstündigem Erhitzen

bei 1400⁰C 90 86 185 200 129 102 121

Kalte Druckfestigkeit, kg/cm

nach 18stündigem Trocknen bei

260⁰C 179 166 147 150 148 152 124

nach 5stündigem Erhitzen bei

1400⁰C 237 231 900 728 426 514 370

Dimensionelle Veränderung

nach 5stündigem Erhitzen bei 1400⁰C

Lineare; Veränderung, %: +4,3 +4,0 -0,1 +0,3+0,3

Volumenveränderung, %: +13,6 +12,9 -0,4 +0,5 -0,3

+0,	3	+0	,3	cc
+1,	3	+0	,3	CTi
				CD
				OO

Die Ergebnisse in der Tabelle I zeigen, daß der Fettsäure enthaltende Test und das gekörnte trockene Phosphat zu guten Bindeergebnissen führen. Alle Gemische der Tabelle I werden in zufi-iedenstellender Weise eingestampft.

Claims

Patentansprüche

n./) Feuerfestes Produkt bestehend aus einem feuerfesten Aggregat und Bindemittel dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel im wesentlichen aus gekörntem P₂O₆ enthaltendem Material und Fettsäure enthaltendem Pech besteht.
2. Produkt nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel in Mengen von etwa 1 bis 20$ bezogen auf das Gesamtgewicht des feuerfesten Materials vorliegt.
3. Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das P₂O₅ enthaltende Material ein Gemisch aus Borphosphat und löslichem Nateriumphosphat mit bis zu 50$ löslichem Natriumphosphat ist.
4. Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fettsäure enthaltende Pech ein nicht neutralisierter Pech ist, der durch die Verarbeitung von Soyabohnenöl erhalten worden ist.
5. Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel einen Schmelzpunkt von nicht über 26O⁰C aufweist.
6. Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe praktisch frei von Wasser ist.
7. Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe ein feuerfestes Aggregat enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Tonerde, kalziniertem und rohem Feuerton, kalziniertem und rohem Bauxit, toi^branntem Magnesit, Chromerz, Zirkonoxid, Zirkonsilikat und Gemischen derselben ausgewählt ist.
8. Nicht wässriges, feuerfestes Einstampfgemisch bestehend aus wenigstens etwa 90$ feuerfestem Material in Form von Tonerde, bis zu 10$ Feuerton und 1 bis 20$, bezogen auf das Gewicht der Tonerde und des Feuertons, eines Bindemittels, dadurch gekennzeichnet, daß' das Mittel aus einem gekörnten, P₂O₈-enthaltenden Material und Fettsäure enthaltendem Pech besteht.

1 0 9 8 5 1 / 1 S 6 8

- 10 -

- ίο -
9. Gemisch nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das P₂O₈ enthaltende Material bis zu 60 bis 70$ P₂O₅, bis zu 15$ Na₃O und den Rest B₂O₃ enthält, sowie der Fettsäure enthaltende Pech Soyarückstand ist.
10. Monolithische, feuerfeste Auskleidung, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe nach einem Einstampfgemisch nach Anspruch 8 ausgebildet ist. / /

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