DE2358268A1

DE2358268A1 - Feuerfeste aluminiumoxidmasse

Info

Publication number: DE2358268A1
Application number: DE19732358268
Authority: DE
Inventors: Alvin Thomas Everett; Edward Lining Manigault
Original assignee: TAYLORS SONS CO CHAS
Current assignee: TAYLORS SONS CO CHAS
Priority date: 1972-11-24
Filing date: 1973-11-22
Publication date: 1974-06-12
Also published as: GB1450089A; FR2207881B1; JPS501111A; CA979026A; FR2207881A1

Description

DIPL.-ING. HANS W. GROENING

DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN 2358268

PATENTANWÄLTE

T 16 - 4

The Chas. Taylor's Sons Company, Cincinnati, Ohio, USA

Feuerfeste Aluminiumoxidmasse

Feuerfeste Rohmaterialien, die 50 bis 99 % Aluminiumoxid enthalten, wurden bisher dazu verwendet, hoch feuerfeste Produkte zu erzeugen, die sich für eine Verwendung bei hohen Temperaturen infolge ihrer hohen Schmelzpunkte und Mineralstabilität eignen.

Aluminiumoxid besitzt ausgeprägte feuerfeste Eigenschaften. Es wurden bisher Produkte unter Verwendung von 1 bis 15 % Chrom(III)oxid in Kombination mit dem Aluminiumoxid hergestellt. Diese feuerfesten A^O^-Cr-O-j-Massen liefern feuerfeste Produkte, welche einen etwas erhöhten Bruchmodul und etwas geringere Porositäten aufweisen. Es besteht ein Bedarf

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an einem feuerfesten keramischen Material dieses Typs, das einen noch größeren Lruchmodul und eine höhere Schüttdichte sowie eine geringere Porosität aufweist, damit man längere Gebrauchsdauern erreichen kann.

Durch die Erfindung wird eine verbesserte feuerfeste Masse zur Verfügung gestellt, die aus 75 bis 97 % eines feuerfesten Aluminiumoxidrohmaterials und 3 bis 25 % eines Eisenchromiterzes besteht, wobei 65 bis 94 % des feuerfesten Aluminiumoxidrohmaterials in einer Größe von -6,4 mm bis +0,044 mm (-1/4 inch bis +325 mesh) vorliegen, während der Rest des feuerfesten Aluminiumoxidrohmaterials -0,044 mm (-325 mesh) beträgt. Die erfindüngsgemäße feuerfeste Masse, besitzt eine wesentlich höhere Festigkeit als die bisher bekannten feuerfesten Aluminiumoxidoder Aluminiumoxid/Chrom(III)oxid-Massen.. Ferner weist die erfindungsgemäße feuerfeste Masse eine größere Schüttdichte auf als die bekannten Produkte.

Es wurde gefunden, daß eine verbesserte Masse hergestellt werden kann, die aus Aluminiumoxid und einem Eisenchromiterz besteht.

Eisenchromiterz enthält gewöhnlich 35 bis 50 % Cr₉O , 15 bis 35 % FeO und 25 bis 4O % Oxidevon Silizium, Magnesium, Kalzium, Aluminium sowie andere Metalloxide.

Das feuerfeste Aluminiumoxidrohmaterial, das erfindungsgemäß verwendet wird, ist ein Aluminiumoxidrohmaterial, das aus 99+% Aluminiumoxid, Aluminiumoxiderzen, Aluminiumoxidmassen oder Mischungen davon, in denen der Aluminiumoxidgehalt wenigstens 50 % beträgt, besteht. Derartige Materialien enthalten 99+% Aluminiumoxid, Aluminiumoxiderze, wie Bauxit, Diaspor und Kyanit, sowie Aluminiummassen, wie beispielsweise Sillimanit, Mullit und dergleichen. All diese Materialien sind chemisch verträglich und können getrennt eingesetzt oder vermischt werden, um jeden gewünschten Prozentsatz an Aluminiumoxid zu erhalten.

ORIGINAL INSPECTED

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Wie zuvor erwähnt, macht das erfindungsgemäß eingesetzte Aluminiumoxidrohmaterial 75 bis 97 % der gesamten feuerfesten Masse aus.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen feuerfesten Masse sollten alle eingesetzten Bestandteile vorzugsweise in bestimmte Größenbereiche fallen.

Das Eisenchromiterz sollte auf -0,044 mm (-325 mesh) vermählen werden.

Wird ein hochgradiges Aluminiumoxid (d.h. wenigstens 99+%) als Aluminiumoxidrohmaterial verwendet, dann kann ausschließlich tafelförmiges Aluminiumoxid eingesetzt werden, es ist jedoch vorzuziehen, eine Mischung aus tafelförmigem und kalziniertem Aluminiumoxid zu verwenden.

Wird tafelförmiges Aluminiumoxid eingesetzt, dann sollte es in verschiedenen Größen verwendet werden. Die ganze Menge des Alu- , miniumoxids mit einer Größenverteilung zwischen -6,4 mm und ■to,044 mm (-1/4 inch bis +325 mesh) sollte in tafelförmiger Form eingesetzt werden. Ferner sollte bezüglich des -0,044 mm (-325 mesh) Aluminiumoxids ein Viertel bis. die ganze Menge dieses -0,044 mm (-325 mesh) Aluminiumoxids in der tafelförmigen Form vorliegen. Wird kalziniertes Aluminiumoxid verwendet, dann sollte es eine Größe von rO,O44 m (-325 mesh) aufweisen. Wird irgendein anderes Aluminiumoxidrohmaterial anstelle des tafelförmigen Aluminiumoxids (99 % rein) verwendet, dann sollten 65 bis 94 % des Aluminiumoxids in einen Größenbereich zwischen -6,4 mm und +0,044 mm (-1/4 inch bis +325 mesh) fallen, während der Rest des Aluminiumoxids auf -0,044 mm (-325mesh) vermählen werden sollte.

Zur Herstellung der Masse werden das Aluminiumrohmaterial sowie das Eisenchromiterz miteinander unter Zusatz einer ausreichenden Menge Wasser sowie eines organischen Bindemittels vermischt, um die Mischung zur Ausformung der gewünschten Formen zu ver-

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mischen und dann zur Erzeugung der gewünschten feuerfesten Masse gebrannt werden. Die Mischung wird bei einer Temperatur zwischen 1500 und 165O°C während einer Zeitspanne von 2 bis 8 Stunden unter Ausbildung der feuerfesten Masse gebrannt.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Zur Durchführung dieses Beispiels wird das eingesetzte Eisenchromiterz auf -0,044 mm (-325 mesh) vermählen. Dieses Material setzt sich chemisch wie folgt zusammen:

Cr₂O₃	45,66
Fe	19,98
Al₂O₃	15,26
SiO₂	1,47
°2	7,26
MgO	10,24
CaO	0,13

Zur Durchführung dieses Beispiels wird 99+% Aluminiumoxid als feuerfestes Aluminiumoxidrohmaterial verwendet.

Sowohl tafelförmiges als auch kalziniertes Aluminiumoxid werden verwendet. Das ganze tafelförmige Aluminiumoxid wird in zwei getrennten Portionen zugesetzt. Eine Portion besitzt eine Größenverteilung von -6,4 mm bis +0,044 mm (-1/4 inch bis +325 mesh), während die Größe der anderen Portionen bei -0,044 mm (-325 mesh) liegt.

Die Portion mit dem Größenbereich zwischen -6,4 mm und +0,044 mm (-1/4 inch bis +325 mesh) des tafelförmigen Aluminiumoxids besitzt folgende Größenverteilung:

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-6,4 nun +ί ,1 nun 41,7 %

-1,7 nun +0*25 nun 24,3 % -0,25 nun +0*044 nun 34*0 %

Zur Herstellung der erfihdungsgemäßen feuerfesten Masse werden die folgenden Bestandteile gründlich miteinander unter Ausbildung einer homogenen Mischung vermischt:

64,3 kg des tafelförmigen ÄlümirtiumOxids mit +0,044 mm

12.3 kg des tafelförmigen Äluminiumoxids mit -0,044 mm

10.4 kg des kalzinierten Aluminiumoxids mit -0,044 mm 13,0 kg des Eisenchromiterzes mit -0,044 mm.

Nachdem die trockenen Bestandteile gründlich miteinander vermischt worden sind, werden 4*4 kg einer 50 %igen Lösung eines Ligninflüssigkeitsbindemittels und Wasser der Mischung zugesetzt, worauf die befeuchtete Mischung während einer Zeitspanne von 10 Minuten vermischt wird.

Es werden Ziegel mit einer Größe von 230 χ 115 χ 76 mm gebildet und bei 156O°C während einer Zeitspanne von 5 Stunden gebrannt. Die gebrannten Ziegel werden untersucht, wobei man folgende Eigenschaften feststellt:

Bruchmodul, kg/cm , 536

Porosität, % 16,3

Absorption, % 5,1

Schüttdichte, g/ccm 3,21

Diese Eigenschaften sind wesentlich gegenüber den entsprechenden Eigenschaften von bekannten feuerfesten Aluminiumoxid/Chrom-(Ill)oxid-Produkten verbessert.

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Beispiele 2 bis S

Die im Beispiel 1 beschriebene Arbeitsweise wird unter Verwendung von 99+% A^O₃ wiederholt, mit der Ausnahme, daß verschiedene Mengen an tafelförmigem und kalziniertem Aluminiumoxid und Eisenchromiterz eingesetzt werden.

Bei der Durchführung all dieser Beispiele werden verbesserte Ergebnisse gegenüber den Ergebnissen erhalten, die im Falle der bekannten Materialien ermittelt werden. Die Ergebnisse dieser Beispiele sind zusammen mit denjenigen des Beispiels in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.

Material, kg

Beispiel Nr.
2 3 4

Tafelförmiaes

Aluminiumoxid +0,044 mm 64,3 71.3 68,6 69.O

Tafelförmiges

Aluminiumoxid -0,044 mm 12,3 6,3 6,1 13,1

Kalziniertes

Aluminiumoxid -0,044 mm 10,4 19,5 18,8 11,4 Eisenchromit -0,044 mm 13,0 2,9 6,5 6,5

Stand 5 der

Technik

69.9 * 6,0 90 %

24,1 0,0

Chrom(III)- oxid	O,O	O,O	O,O	O,O	O,O	10,0
Eigenschaften
2 Bruchmodul, kg/cm	536	540	459	615	512	316
Porosität, %	16,3	11,5	16,4	15,0	18,1	16_t5
Schüttdichte, g/ccm	3,21	3,23	3,19	3,2O	3,21	3,16

Beispiele 6 bis 7

Diese Beispiele dienen dazu, die Wirkung der Verwendung von Eisenchromiterz mit Aluminiumrohmaterialien, die Aluminiumoxidgehalte oberhalb 5O %_f jedoch unterhalb 99 % aufweisen.

ORJQiNAL INSPECTED 4098 24/0984

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zu zeigen.

Zur Durchführung des Beispiels 6 wird eine Mullitmasse verwendet, die 70 % Al₂O₃ enthält, während gemäß Beispiel 7 der Aluminiumoxidgehalt in dem eingesetzten Erz 60 % beträgt.

Aus diesen Aluminiumoxidrohmaterialien werden unter Einhaltung der. vorstehend beschriebenen Methode feuerfeste Ziegel hergestellt. Die Ziegel enthalten 10 % und 20 % Eisenchrpmiterz. Vergleichsziegel werden ebenfalls hergestellt, die kein Eisenchromiterz enthalten. Diese Ziegel werden zu Vergleichszwecken herangezogen.

Die Arbeitsbedingungen sowie die dabei erhaltenen Ergebnisse werden zusammen mit den Ergebnissen der Vergleichsversuche in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Beispiel 6

A B Vergleich

70 % Aluminiumoxidkörner

(-4,7 +0,99 mm), kg 60 60 60

7O % Aluminiumoxidkörner (-0,99 +0,35 mm), kg

70 % Aluminiumoxidkörner (-0,35 +0,147 mm), kg

70 % Aluminiumoxidkörner (-0,147 mm), kg

Ton, kg

Eisenchromiterz (-0,044 mm),kg Bruchmodul, kg/cm2 Scheinbare Porosität, % Wasserabsorption, % Schüttdichte, g/ccm

15	15	15
10	0	10
10	10	10
0	0	15
10	20	0
243	258	212
15,1	13,0	16,9
5,6	4,6	6,8
2,68	2,82	2,48

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Beispiel 7

A B Vergleich

60 % Aluminiumoxidkörner

(-4,7 +0,99 mm), kg 60 60 60

60 % Aluminiumoxidkörner

(O,99 +0,35 mm), kg 15 15 15

60 % Aluminiumoxidkörner

(-0,35 +0,147 mm), kg 10 0 10

6O % Aluminiumoxidkörner (-0,147 mm) , kg

Ton, kg

Eisenchromiterz (-0,044 mm),kg Bruchmodul, kg/cirr

Scheinbare Porosität, %

Wasserabsorption, %
Schüttdichte, g/ccm

Aus den erhaltenen Werten ist zu ersehen, daß die Eigenschaften der feuerfesten Aluminiumoxidmaterialien, in denen Eisenchromiterz verwendet wird, gegenüber den Eigenschaften der Vergleichsmaterialien, in denen kein Eisenchromiterz enthalten ist, verbessert sind.

10	10	1O
0	0	15
1O	20	O
266	204	148
18,8 7,7 2,45	19,1 7,6 2,52	19,8 8,5 2,32

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Claims

Patentansprüche

.Feuerfeste Masse, dadurch gekennzeichnet, daß sie 75 bis 97 % eines feuerfesten Aluminiuraoxidrohmaterials und 3 bis 25 % Eisenchromiterz enthält, wobei das feuerfeste Aluminiumoxidrohmaterial in der Masse aus 99+% Aluminiumoxid, Aluminiumoxiderzen, Aluminiumoxidmassen oder Mischungen davon, in denen der Aluminiumoxidgehalt des Aluminiumoxidrohmaterials wenigstens 50 % beträgt, besteht.
2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 65 bis

94 % des in der Masse enthaltenen 'feuerfesten Aluminiumoxidrohmaterials in einen Größenbereich von -6,4 mm bis +0,044 mm (-1/4 inch bis +325 mesh) fallen, während der Rest des feuerfesten Aluminiumoxidrohmaterials einem Größenbereich von -0,044 mm (-325 mesh) entspricht.
3. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Aluminiumoxidrohmaterial aus einem Aluminiumoxiderz besteht.
4. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Aluminiumoxidrohmaterial aus einer Aluminiumoxidmasse besteht.
5. Masse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Aluminiumoxidrohmaterial aus 99+% Aluminiumoxid besteht, wobei das in den Größenbereich von +0,044 mm (+325 mesh) fallende Aluminiumoxid tafelförmiges Aluminiumoxid ist, während das restliche -0,044 mm (-325 mesh) Aluminiumoxid 0 bis 25 % kalziniertes Aluminiumoxid enthaltend der Rest des -0,044 mm (r325 mesh) Aluminiumoxids in tafelförmiger Form vorliegt.
6. Verfahren zur Herstellung einer feuerfesten Masse, dadurch

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gekennzeichnet, daß 75 bis 97 % eines feuerfesten Aluminiumoxidrohmaterials mit 3 bis 25 % eines Eisenchromiterzes vermischt werden, wobei das feuerfeste Aluminiumoxidrohmaterial in der Masse aus 99+% Aluminiumoxid, Aluminiumoxiderzen, Aluminiumoxidmassen oder Mischungen davon, in denen der Aluminiumoxidgehalt des Aluminiumoxidrohmaterials wenigstens 5O % beträgt, besteht, die Mischung zu einem keramischen Körper verformt wird und der Körper bei einer Temperatur zwischen 1500 und 165O°C während einer Zeitspanne von 2 bis 8 Stunden unter Ausbildung der feuerfesten Masse gebrannt wird.
7. Verfahren zur Herstellung einer feuerfesten Masse gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß 75 bis 97 % eines feuerfesten Aluminiumoxidrohmaterials mit 3 bis 25 % eines Eisenchromiterzes vermischt werden, wobei das in der Masse eingesetzte feuerfeste Alurniniumoxidrohmaterial aus 99+% Aluminiumoxid, Aluminiumoxiderzen, Aluminiumoxidmassen oder Mischungen davon, in welchen der Aluminiumoxidgehalt des Aluminiumoxidrohmaterials wenigstens 50 % beträgt, besteht, wobei 65 bis 94 % des Aluminiumoxidrohmaterials in einen Größenbereich von -6,4 mm bis +0,044 mm (-1/4 inch bis +325 mesh) fallen und der Rest des Aluminiumoxids einem Größenordnungsbereich von -0,044 mm (-325 mesh) entspricht, die Mischung zu einem keramischen Körper verformt wird und der Körper bei einer Temperatur zwischen 15OO und 165O°C während einer Zeitspanne von 2 bis 8 Stunden unter Ausbildung der feuerfesten Masse gebrannt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Aluminiumoxidrohmaterial aus 99+% Aluminiumoxid besteht und das +0,044 mm Aluminiumoxid tafelförmiges Aluminiumoxid ist, während das restliche -0,044 mm (-325 mesh) Aluminiumoxid 0 bis 25 % kalziniertes Aluminiumoxid enthält und der Rest des -0,044 mm (-325 mesh) Aluminiumoxids in tafelförmiger Form vorliegt.

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