DE2322593A1

DE2322593A1 - Feuerfestes leichtmaterial

Info

Publication number: DE2322593A1
Application number: DE2322593A
Authority: DE
Inventors: Luis Manuel Castellauos Eslava; Antonio Lopez Peralta
Original assignee: HARBISON WALKER SA
Current assignee: HARBISON WALKER SA
Priority date: 1972-05-04
Filing date: 1973-05-04
Publication date: 1973-11-08
Also published as: AU5529373A; IT988157B; FR2183208A1; FR2183208B3; JPS4954414A; US4255197A; GB1399044A; CA1011189A; BR7302746D0; AU471719B2

Description

Harbison-Walker Plir de Mexico, S.A. Poniente 128 Kr_e672, Col.Industrial Vallejo, Mexico 16,D.P.,Mexico

betreffend

Feuerfestes Leichtmaterial

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feuerfestem Leichtnaterial mit wabenartiger- oder Zellstruktur durch Benetzen der Oberfläche von Kunststoffteilchen, Zumischen von feinem feuerfesten Material bis zur ununterbrochenen Bedeckung der benetzten Kunststoffteilehen und gegebenenfalls Ausbrennen der Kunststoffe für die Anwendung zur Herstellung von feuerfesten. Baumaterialien.

Durch die erfindungsgemäßen Leichtprodukte gelingt die Herstellung von feuerfesten Baustoffen eins bellbarer Zusammensetzung und Dichte, sowohl als auch der gewünschten Porosität.

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Die meisten feuerfesten Produkte lassen sich unterteilen in basische feuerfeste Stoffe, saure feuerfeste Stoffe, hoch-Tonerde haltige feuerfeste Stoffe und Schamotten. Zu den basischen feuerfesten Produkten gehören solche auf der Basis von natürlichem Magnesit, Brucit, synthetischer Magnesia, Chromerz, Olivin und Dolomit. Bei den Schamotten handelt es sich um Produkte hergestellt aus Tonen, die gegebenenfalls gebrannt sein könneru Die hoch-Tonerde haltigen feuerfesten Produkte enthalten TonercLe und Silikate und zwar mehr als 50fo Tonerde und werden im allgemeinen hergestellt aus synthetischer Tonerde und/oder Bauxit. Die sauren feuerfesten Stoffe werden im allgemeinen hergestellt aus hochreinen Silikaten oder Quartz.

Außer diesen erwähnten Produkten gibt es noch SpezialStoffe wie Kunstkohlengraphit, Zirkon, Zirkonerde, Siliciumcarbid und andere warmfeste Oxide, Carbide, Nitride und dergleichen* Die Erfindung läßt sich in gleicher Weise für alle diese Klassen von feuerfesten Materialien Materialien anv/enden.

Feuerfeste Produkte werden im allgemeinen erhalten aus feuerfesten Materialien, die auf die verschiedensten Weisen für die Endanwendungen hergestellt werden. So umfassen feuerfeste Produkte Steine und Formkörper, die man durch Pressen, Stampfen oder Gießen erhalten hat. Sie können chemisch gebunden sein oder sie sind gebrannt zur Entwicklung einer gesinterten keramischen Bindung. Andere feuerfeste Produkte können als Monolithe bezeichnet werden. Darunter fallen die gießbaren, stampf- oder rüttelbaren und spritzbaren Gemische. Die Erfindung kann auf alle diese Arten von Produkten angewandt werden.

Feuerfeste Leichtmaterialien können einen Teil des Versatzes ausmachen, welcher dann auf bekannte Weise in üblichen Anlagen verarbeitet wird. Im allgemeinen führt dies zu einem Produkt, welches seine Dimmensionen ändert bei den Temperaturen der Endanwendung* Folglich werden diese Produkte normalerweise herge-

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stellt bei einer Temperatur über der, wie sie letztlich zur Anwendung kommt, und werden dann auf die gewünschten Abmaße beschnitten.

Ausbrennmaterialien wie verschiedene Arten von Sägemehl, gegebenenfalls mit verschiedenen Substanzen behandelt, sind übliche Bestandteile zur Erhöhung der Porosität, sie bieten jedoch leider im Rahmen der feuerfesten Versätze gewisse Verarbeitungsprobleme. Die Anwendung von organischen Kunststoffen als Ausbrennmaterial ist bekannt (US-PS 3 176 054 und 3 416 935)«

Bei bekannten Verfahren wurden chemische Substanzen, die Gase oder Schäume zu bilden vermögen, wässrige Suspension und Kugeln für die Herstellung von feuerfesten Materialien und Produkten niederer Dichte angewandt. Dabei muß man aber von der üblichen Herstellungstechnik abgehen.

Da in der Natur leichte Aggregate bestimmter Zusammensetzung nicht verfügbar sind und einige der bekannten Verfahren zur Herstellung von Leichtfeuersteinen nicht geeignet sind, so gibt es praktisch keine geeignete Methode zur Verarbeitung und zur Einstellung der Dichte aller Klassen von feuerfesten Stoffen. So lassen sich grundsätzlich einige basische feuerfeste Werkstoffe, hoeh-Tonerde haltige Typen, Siliciumcarbid, Quarz und Zirkon, die auf Temperaturen in der Größenordnung von zumindest 1500 G erhitzt werden, nicht mit regelbarer Dichte herstellen. Die Erfindung bringt nun ein Verfahren zur Herstellung feuerfester Produkte geringer Dichte unter Anwendung von porösen, feuerfesten Materialien geeigneter Dichte und Porosität als Ausgangsprodukt. Diese Materialien können hergestellt v/erden aus jeder Art von feuerfestem Werkstoff, wodurch das Problem, welches durch die bekannten Verfahren nicht eleminiert werden konnte, behoben v/erden kann.

Die Erfindung betrifft somit ein feuerfestes, leichtes AU3- y,iiiir,r>mritoTiiil mit zellartiger Struktur und/oder in Form von

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hülßenartiger Struktur, aus welchen sich die verschiedensten feuerfesten Werkstoffe und Baumaterialien herstellen lassen.

Nach dem erfindungsgemäßeη Verfahren werden Teilchen organischer Substanzen mit hohem Molekulargewicht aus der Gruppe der Polymerisate oder ähnlicher Kunststoffe mit feinteiligein feuerfestem Rohmaterial überzogen, woraufhin das Kunststoffmaterial ausgebrannt wird» Auf diese Weise erhält man ein feuerfestes Material mit seilartiger oder grobporöser Struktur, Die Entfernung des Kunststoffs kann vor oder nach dem Einbringen in den Versatz, also die Masse, aus der die feuerfesten Gegenstände geformt werden, erfolgen. Die physikalischen Eigenschaften des feuerfesten Materials werden anhand des unten näher beschriebenen Verfahrens bestimmt. Die chemischen Eigenschaften der Struktur sind bestimmt durch das für das Überziehen der Kunststoffteile angewandte feuerfeste Rohmaterial.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, feuerfeste Teilchen als einzelne Körperchen oder Agglomerate mit zellartiger oder wabenartiger Struktur zu bilden· Die Teilchen sind im wesentlichen durch aneinanderstoßende feuerfeste Teilchen bedeckt. Die 3?orm der Leichtteilchen ergibt sich aus der Form der Kunststoffteilchen.

Der erste Schritt bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Auswahl und das Sieben der Kunststoffteilchen. Als Kunststoffteilchen kann man z.B. solche aus Polystyrol, Polyamiden, Polyäthylen, Polyurethanen, Polyvinylacrylaten und dergleichen anwenden. Bei den Kunststoffteilchen kann es sich um Hohlkugeln, massive Teilchen in kugeliger Form oder als Zylinder, Hohlzylinder, Prismen, Spähne und Schnitzein oder dergleichen handeln. Als bevorzugte Teilchen werden solche aus expandiertem Polystyrol angewandt. Für die meisten Zwecke ist es vorzuziehen, daß die Kunststoffteilchen Dim_ensionen zwischen 12,7 mm und 0,6 mm haben. Besonders bevorzugt für viele Anwendungsgebiete ist eine Teilchengröße zwischen 0,6 und 4,7 mm.

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Die Oberfläche der Kunststoffteilchen muß mit einer dünnen Flüssigkeitsschicht benetzt werden. Wasser ist geeignet, jedoch wird man meist Hetzmittel oder Lösungsmittel anwenden, da die Teilchen im allgemeinen hydrophob sind. Als besonders geeignet erwiesen sich Ligninablaugen, also lösungen von neutralisierten Ligninsulfonaten, aber auch verschiedene ITatriumsilikatlösungen sind geeignet. Einen besonderen Vorteil erreicht man bei der Anwendung von Ligninablaugen und Hatriumsilikaten, da sie als temporäre Bindemittel beim Trocknen erhärten. Es gibt eine große Anzahl von als oberflächenaktive Substanzen bekannte Stoffe, die man für das Benetzen der Kunststoffteilchen durch Aufsprühen auf die auf einem Sieb oder Netz befindlichen Teilchen oder Untermischen mit überschüssiger Flüssigkeit und Abtrennen des Flüssigkeitsüberschusses anwenden kann.

Als Mittel zum Überziehen der Kunststoffteilchen mit feuerfesten Materialien eignen sich flüssige Kohlenwasserstoffe, Polyole, organische Ester.Acetate in verdünnter Form oder in flüssigem Zustand, die ein Eindringen in die Oberfläche des Kunststoffs gestatten, um das feuerfeste Material an der Oberfläche zu fixieren, damit man auf diese V/eise eine Beschichtung der gewünschten Stärke erhält.

Die die Teibhen lösenden Substanzen kann man allein oder verdünnt mit anderer Flüssigkeit zur Benetzung anwenden. So z.B. für Polystyrole, Äthylacetat und Aceton.

Die die Kunststoffteilchen benetzende Flüssigkeit sollte nicht/viskos oder klebrig sein, so daß es zu einem Zusammenballen kommt, was das anschließende Überziehen mit feuerfesten Pulvern beeinträchtigen könnte. Weiters muß sich die Flüssigkeit leicht ersetzen lassen durch das Feuerfestpulver, so daß die Feuerfestpulverteilchen nach dem Trocknen aneinanderstoßen. Mit anderen V/orten, der Film ist nicht ein wesentliches Element des Überzugs, jedoch ein Mittel, um den feuerfesten Überzug zusanimen-

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zuhalten. Es ist aber andererseits wünschenswert, daß die Flüssigkeit ausreichend viskos ist, um einen entsprechend dicken Flüssigkeitsfilm auf dem Kunststoffteilchen zu bilden, daß darauf das Feuerfestpulver entsprechender Schichtstärke kleben bleibt.

Die physikalischen Eigenschaften der Agglomerate und/oder der einzelnen Teilchen hängen von den angewandten feuerfesten Materialien! der Struktur des Kunststoffs und dem Verarbeitungsverfahren ab. Größe, Anordnung und Verteilung der Zellen der agglomerierten Strukturen hängen ab von der Anzahl und Form der Kutiststoffteilchen je Volumeneinheit.

Die Festigkeit der Zellstrukturen und/oder der einzelnen Teilchen ist abhängig von dem feuerfesten Material, von der Stärke des Überzugs auf dem Kunststoffteilchen, der Größe und Form der Kunststoffteilchen und, wenn ausgebrannt, der Temperatur des Ausbrennens und damit des Sinterns der keramischen Bindung.

Feuerfeste Materialien für das Überziehen der angefeuchteten Kunststoffteilchen sind die üblichen und deren Kombinationen« Die einzelnen Teilchen und/oder Zellstrukturen können hergestellt werden z.B. auf der Basis von Magnesit und Chromerz, Forsterit, Magnesit, hoch-Tonerde haltigem Material mit 70$ Aluminiumoxid und dergleichen. *·

Es ist zweckmäßig, wenn die Körnung des Feuerfestpulvers unter 0,147 mm beträgt, jedoch kann auch ein gröberes Material mit bis zu 0,2 mm geeignet sein. Je nach Größe der Kunststoffteilchen und Dicke des benetzenden Films werden die gröberen Feuerfestpulverteilchen nicht haften. Das feuerfeste Material ist vorzugsweise trocken vor dem Mischen mit den angefeuchteten Kunststoffteilchen, jedoch kann ein geringer Anteil an Feuchtigkeit, abhängig von der Feinheit des Feuerfestpulvers und dessen Zusammensetzung, nicht nachteilig sein.

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Zur Herstellung von einzelnen Teilchen muß genügend Feuerfestpulver vorhanden sein, um alle Flächen in solcher Stärke zu bedecken, daß das Feuerfestpulver aneinanderstößt auf dem Kunststoffteilchen· So kann man beispielsweise annehmen, daß 28 1 expandierte Polystyrolperlen einer Größe unter 2,36 mm, benetzt mit Ligninablauge, verdünnt mit Wasser, vermischt werden sollen mit angenähert 11,3 kg hochreiner Tonerde-Eörnung 0,147 mm. Das genaue Verhältnis von Feuerfestpulver zu Kunststoffteilchen ergibt sich aus der spezifischen Oberfläche und läßt sich einfach ermitteln.

Man kann vorteilhafterweise einen geringen Anteil eines hydraulischen Bindemittels dem Feuerfestpulver zusetzen, wenn es damit chemisch verträglich ist, um die Bindefähigkeit zu erhöhen.

Werden zellartige Agglomerate angestrebt, so kann man zusätzliches Feuerfestpulver entweder zu Anfang oder nach dein Überziehen der Kunststoffteilchen einbringen. Mit anderen Worten, es kann mehr Feuerfestpulver vorliegen₍als zum Überziehen der Kunststoffteilchen benötigt wird. Eine zusätzliche Flüsaigkeitsmenge,z.B. 2 bis 10$ bezogen auf Wassergewicht im Hinblick auf Feuerfestpulver₄kann die Agglomerierung der einzelnen Teilchen bewirken.

Das Mischen der angefeuchteten Kunststoffteilchen mit Feuerfestpulver geschieht in einem Mischer, jedoch dürfen da die Kunststoffteilchen nicht zerquetscht werden. Ein Trommelmischer ist geeignet. Beim Mischen müssen die Kunststoffteilchen die Möglichkeit haben, sich voneinander zu trennen und mit dem Feuerfestpulver ausreichend in Berührung zu kommen. Gemischt wird vorzugsweise nur_}bis der Überzug gebildet und/oder die Agglomerate zusammengeballt sind. Nach dem Mischen wird überschüssiges Feuerfestpulver abgesiebt, ganz gleich ob agglomeriert wurde oder nicht.

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Anschließend wird bei Raumtemperatur oder bei einer Temperatur unterhalb der, wo die Kunststoffteilehen schmelzen könnten,getrocknet. Anschließend kann man auf eine solche Temperatur erhitzen, um die Kunststoffteilchen auszubrennen und die keramische Bindung zu sintern. Dabei braucht kein spezielles Brennprogramm eingehalten zu werden. Die höchste Temperatur beim Brennen hängt natürlich ab von dem angewandten Feuerfestpulver. Das Brennen der einzelnen Teilchen oder Agglomerate kann in Brennkapseln auf Wagen in Tunnelofen durchgeführt werden. Wenn die einzelnen Teilchen oder die Agglomerate nach dem Trocknen ausreichende Festigkeit besitzen und ein Bindemittel vorhanden ist, welches nicht bei zu niederer Temperatur ausbrennt, so kann in einem Drehrohrofen oder dergleichen gebrannt werden. Dies wird bei der Verarbeitung großer Volumina von Rohmaterial bevorzugt. Pur diesen Zweck ist Calciumaluminat als hydraulisches Bindemittel besonders geeignet·

Die erfindungsgemäß erhaltenen Feuerfestmaterialien können nun als Zusatz in Versätzen für die Herstellung von feuerfesten Baustoffen angewandt v/erden. Da die gebrannten einzelnen Teilchen oder Agglomerate sehr zerreiblich sein können, wird bevorzugt/diese in ungebranntem Zustand anzuwenden. Die Kunststoffteilchen unterstützen die Beibehaltung des Zusammenhalts der Pulverhülle beim Abformen. Die Kunststoff teilchen v/erden dann natürlich ausgebrannt, wenn der feuerfeste Baustoff seine Arbeitstemperatur erreicht. Andererseits ist es wünschenswert, so viel als möglich ungebranntes Material und/oder Ausbrennmaterial aus dem feuerfesten Baustoff zu entfernen und beim Formen keinen übermäßigen Druck anzuwenden. In solchen Fällen wird man dann gebrannte Teilchen oder Agglomerate anwenden.

In manchen Fällen kann es wünschenswert sein^die Agglomerate oder Teilchen zu zerkleinern, bevor sie dem feuerfesten Versatz z.B. für die Steinherstellung oder für Gießschlicker zugesetzt werden.

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Werden nicht-wasserlösliche Bindemittel angewandt, so kann man die Oberflächen nochmals anfeuchten und eine zusätzliche Schicht an feuerfestem Material aufbringen. Auf diese Weise läßt sich die gewünschte Schichtstärke erreichen. Es wurde festgestellt, daß man auf diese Weise Schichtstärken zwischen 20 und 150. /Um im Mittel von etwa 50 /um.erreichen kann.

Der feuerfeste Versatz muß bekanntlich eine bestimmte Kornverteilung aufweisen. So strebt man beispielsv/eise kontinuierliche Packungen an. Pur die Herstellung von Steinen werden jedoch Kornfaktionen mit Korngrößenlücken möglicherweise angewandt. So kann man z.B. eine Siebanalyse für einen Steinversatz wie folgt einhalten:

25 bis 35 % 1,65 bis 4,7 mm

25 bis 35 # 0,59 bis 1,65 mm und

30 bis 50 $> Feines d.h. unter 0,2 mm

Bei dieser Siebanalyse besteht ein Loch zwischen 0,2 und 0,59 mm. Bekanntlich erreicht man mit derartigen Siebanalysen optimale Dichte. Die erfindungsgemäß erhaltenen Einzelteilchen oder Agglomerate können einen Teil oder die gesamte Grobfraktion ersetzen, wenn ein Produkt mit dichter Grundmasse und hoher Porosität angestrebt wird. Man kann aber auch die' erfindungsgemäßen Produkte als Teil oder als gesamte Grobfraktion bei kontinuierlicher Siebanalyse anwenden, wo eine nicht ganz so dichte Grundmasse zulässig oder wünschenswert ist.

Wenn das feuerfeste Baumaterial aus einem einzigen Bestandteil,

/Soll chemisch gesprochen, bestehen soll, so/das Peuerfestpulver bei der Herstellung der erfindungsgemäßeη Körper das gleiche sein, als das restliche feuerfeste Rohmaterial des Versatzes. Unterschiedliche Zusammensetzung von Leichtteilchen und feuerfestem Rohmaterial kann jedoch wünschenswert sein.

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Wird Aluminiumoxid mit einer Reinheit von mehr als 99$ und einer Körnung von unter 0,14-9 mm angewandt, so erhält man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verschiedene Arten von sphärischen Agglomerated Eine Variation bestand darin, daß das Verhältnis der Kunststoffteilchen in Peuerfestpulver verändert wurde. Beim Brennen wurden die Kunststoffteilchen kleine einzelne Kugeln, Das erfindungsgemäße Verfahren kann so durchgeführt werden, daß man ein Granulat enthält in der Korngröße, wie man es benötigt.

Auch wurde eine Zellstruktur aus feuerfestem Material mit 79$ Magnesiumoxid, 94,7$ Magnesiumoxid bzw. 94,15$ Aluminiumoxid hergestellt. Bei· diesen Versuchen wurden Kunststoffteilchen aus expandiertem Polystyrol in Form von Hohlkugeln angewandt. Ähnliche Versuche wurden mit massivem Korn aus Polyamiden, Polystyrol und Polyäthylen durchgeführt.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von leichtem Feuerfestmaterial,

chen mit einer filmbildenden Flüssigkeit befeuchtet, die befeuchteten Kunststoffteilchen mit ausreichender Menge von Feuerfestpulver mischt, sodaß sich auf ihnen eine zusammenhängende
Schicht an Feuerfestpulver bildet, man die so überzogenen Teilchen von überschüssigem Feuerfestpulver befreit und trocknet und gegebenenfalls das Kunststoffmaterial ausbrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die filmbildende Flüssigkeit ein temporäres Bindemittel enthält.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch .gekennzeichnet, daß man Kunststoffteilchen mit einer Körnung
zwischen 0,59 und 4,7 mm und Feuerfestpulver mit einer Körnung
unter 0,149 mm anwendet.

4· Verwendung der nach Anspruch 1 bis 3 erhaltenen leichten
Feuerfestmaterialien zur Herstellung von feuerfesten Baustoffen.

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