DE2422384A1

DE2422384A1 - Hitzebestaendiges auskleidungsmaterial und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2422384A1
Application number: DE2422384A
Authority: DE
Inventors: Peter H Havranek; Paul L Ivarsson
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 1973-05-11
Filing date: 1974-05-09
Publication date: 1974-11-21
Also published as: IT1010149B; DE2422384B2; SE376601B; BE814618A; FR2228742B1; NO141715C; NL7405342A; JPS5019807A; FR2228742A1; NO741301L; NO141715B; GB1472114A

Description

Es ist bekannt, daß Kohlenstoff ein hitzebeständiges Material mit einem hohen Schmelzpunkt ist, das von geschmolzenen Metallen, Glas oder Schlacke nicht benetzt wird und daher ein ideales hitzebeständiges Material wäre, wenn es nicht einer Oxidation unterläge.

In dieser Beziehung zeigt Siliciumcarbid (SiC) ein ähnliches Verhalten wie Kohlenstoff, was durch die Tatsache erklärt werden kann, daß SiC sich allmählich bei den herrschenden Temperaturen unter anschliessender Ablagerung von Kohlenstoff zersetzt.

Wenn Kohlenstoff oder Kohlenstoff tragende Materialien, wie Gra-

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phit. Koks, Pech oder Siliciumcarbid, als ein schlackebeständiger Zusatz für hitzebeständige Auskleidungsmaterialien verwendet werden, kam es oftmals vor, daß diese Zusatzstoffe ihre Schlackenbeständigkeit mit einer nicht zufriedenstellenden Geschwindigkeit infolge einer Oxidation der Kohlenstoffteilchen oder infolge von Kohlenstoff, der sich bei der Zersetzung von Siliciumcarbid ablagert, verlieren. Dieses Phänomen ist besonders stark, wenn der Zusatzstoff wegen der höheren Wärmeleitfähigkeit dieser Materialien begrenzt ist und wenn die Materialien in feinteiliger Form zum Zwecke einer besseren Verteilung und Schlackenbeständigkeit zugesetzt werden.

Es wurde bereits vorgeschlagen, daß die Oxidation der schlackenbeständigen Kohlenstoffzusätze durch das Zumischen glasurbildender Zusatzstoffe verzögef-t werden kann, so daß sich beim Erhitzen eine schützende Glasurschicht bildet. Dieses Vorgehen hat jedoch Grenzen, da eine Oxidation bereits bei Temperaturen unterhalb 1OOO°C stattfindet.

Glasuren, die Schutz bei Temperaturen nahe 100O⁰C geben sollten, hätten einen negativen Effekt, da sie bei der normalen Betriebstemperatur für hitzebeständige Auskleidungen, die zwischen 1300 und 17OO C liegt, ähnlich wie eindringende Schlacken wirken. Wenn man andererseits Glasuren mit einem höheren Schmelzpunkt auswählt, kann man zwar einen Schutz erhalten, wenn diese Temperatur erreicht wird, doch nicht bei den niedrigeren Temperaturen, d. h. während des Brennens von Ziegelsteinen oder anderen Formungen oder von gestampften oder gegossenen Auskleidungen.

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Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, einen Weg zu finden, die Oxidation von Kohlenstoff oder Kohlenstoff enthaltenden Materialien in den erwähnten hitzebeständigen Materialien über den gesamten Temperaturbereich, in dem Oxidation stattfinden kann, zu verzögern.

Es wurde nun gemäß der Erfindung gefunden, daß das obige Problem durch Zugabe von kolloidaler Kieselsäure (SiO₂) gelöst werden kann.

Die Erfindung beruht auf der bekannten Methode, ein hitzebeständiges Material, welches aus hitzebeständigen Körnern oder Teilchen und gegebenenfalls Bindemittel besteht, mit Kohlenstoff oder Kohlenstoff tragenden bzw. erzeugenden Materialien, wie Siliciumcarbid, zu vermischen, um eine verbesserte Schlackenbeständigkeit zu erhalten, und der Erfindungsgedanke ist dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich kolloidale Kieselsäure zum Schutz des Kohlenstoffes gegen schnelle Oxidation zusetzt.

Kolloidale Kieselsäure ist im Handel erhältlich als Suspensionen mit verschiedenen Si0₂~Konzentrationen, etwa unter der Handelsbezeichnung "Ludox" (DuPont). Um eine geeignete Konsistenz zu erhalten, werden normalerweise Suspensionen mit einem Gehalt von 40% SiO₂ verwendet. Diese Suspension wird in normaler Weise mit hitzebeständigen Körnungen oder Teilchen, Bindemittel und schlackebeständigem Kohlens-toff, gewöhnlich in der Form von Koks, Graphit oder Siliciumcarbid, vermischt, um so hitzebeständige Stampf- oder Gießgemische herzustellen. Kolloidale Kieselsäure kann auch zu Gemischen zur Herstellung von gebrannten hitzebeständigen Form-

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lingen, wie Ziegelsteinen, Muffeln, Tiegeln usw. zugesetzt werden.

Es wurde gezeigt, daß es vorteilhaft ist, unter anderem um ein Optimum der Ausnutzung der Kieselsäure zu erreichen, die kolloidale Kieselsäure mit Kohlens-toff oder Kohlenstoff erzeugendem Material vorzumischen. Dieses Gemisch wird dann mit den anderen Komponenten des Gemenges vereinigt. Das Gemisch von Kohlenstoff oder Kohlenstoff enthaltenden Materialien und kolloidaler Kieselsäure, das so erhalten wird, kann sogar mit Vorteil für eine Imprägnierung oder ein Überziehen hitzebeständiger Auskleidungsmaterialien, wie von hitzebeständigen Bausteinen, verwendet werden. Eine Zusammensetzung, die für solche Imprägnierzwecke geeignet ist, besteht vorzugsweise aus einer wässrigen Suspension von Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltigem Material und kolloidaler Kieselsäure. Wenn erwünscht, können auch Netzmittel oder Viskositätskontrollmittel und Suspensionsstabilisatoren zugesetzt werden. Das Gewichtsverhältnis der Komponenten liegt vorzugsweise bei 10 bis 15 Teilen Kohlenstoff oder Kohlenstoff enthaltendem Material je 0,4 bis 4 Teile der kolloidalen Kieselsäure.

Anhand der folgenden Beispiele von hitzebeständigen Gemischen wird die Erfindung weiter erläutert.

Beispiel 1 - Hitzebeständiges Schamottematerial 5 Gew.-Teile einer Suspension von kolloidaler Kieselsäure mit einem 40%igen Feststoffgehalt werden zu 45 Gew.-Teilen calcinierter Schamotte, die unter 5,0 mm gesiebt ist, etwa 45 Gew.-Teilen Ton, der unter 1,0 mm gesiebt ist, und 10 Teilen Graphit zugesetzt.

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Die Wasserzugabe des Gemisches wird je nach der Anwendungsmethode des Gemisches eingestellt, d. h. ob es gestampft, gegossen oder für gebrannte hitzebeständige Formlinge gepreßt werden soll.

Beispiel 2 - Hitzebeständiges Corundmaterial 5 Gew.-Teile einer Suspension von kolloidaler Kieselsäure mit einem 40%igen Feststoffgehalt werden zu 80 Gew.-Teilen Corund (Al₂O₃), das unter 5,00 mm gesiebt ist, etwa 10 Teilen hitzebeständigem Ton, der unter 1,00 mm gesiebt ist, und 15 Gew.-Teilen Siliciumcarbid, das auf unter 1000 Maschen, d. h. unter 0,15mm gesiebt ist, zugesetzt. Der Ansatz wird mit der für die Anwendungsmethode erforderlichen Wassermenge vermischt, d. h. je nach dem, ob die Masse gestampft, gegossen oder für das Brennen hitzebeständiger Formlinge gepreßt werden soll.

Beispiel 3 - Hitzebeständiges Magnesit-Material 5 Gew.-Teile einer Suspension kolloidaler Kieselsäure mit einem 40%igen Feststoffgehalt werden zu 90 Gew.-Teilen Magnesit (MgO), unter 5,00 mm gesiebt, 10 Gew.-Teilen Pech, unter 1,0 mm gesiebt, und 2 Gew.-Teilen Magnesiumsulfat (MgSO.), gelöst in Wasser, zugesetzt. Der Ansatz wird mit der für die Anwendungsmethode erforderlichen Wassermenge vermischt, d. h. je nach dem, ob das Material zum Stampfen, Giessen oder Pressen von Formungen, wie Steinen, verwendet werden soll.

In allen drei Beispielen ist es bevorzugt, die kolloidale Kieselsäure mit dem kohlenstoffhaltigen Material, wie Graphit, Pech oder Siliciumcarbid, gegebenenfalls unter Zusatz eines Netzmittels, vorzumischen und anschliessendmit dem Rest die Komponenten des Ansatzes

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zu vermischen.

Eine Reihe von Versuchen wurde durchgeführt, in denen eine Suspension von kolloidaler Kieselsäure in einer von 1 bis 10% einer 40%igen Wassersuspension variierenden Menge zu einem hitzebeständigem Corund-Material gemäß dem obigen Beispiel 2 zugesetzt wurde, d. h.entsprechend etwa 0,4 bis 4% SiO₂ in der Trockenmasse. In aus diesen Massen hergestellten Tiegeln wurde eine Graueisenschlacke geschmolzen und 4 Stunden auf 153O°C gehalten.

Inspektion der Tiegel nach dem Kühlen zeigt, daß in diesem Fall einige Verbesserungen bereits bei einer Zugabe von 0,4% kolloidaler Kieselsäure, berechnet auf die Trockenmasse, beobachtet werden konnten, daß ein starker Effekt bei 1% SiO₂, berechnet auf die Trockenmasse, erhalten wurde, und besonders,wenn die kolloidale Kieselsäure mit dem Siliciumcarbid vor der Zugabe zu den anderen Bestandteilen vorgemischt wurde.Keine wesentliche weitere Verbesserung konnte beobachtet werden, wenn der Gehalt der kolloidalen Kieselsäure, berechnetauf die Trockenmasse, von 2 auf 3 oder 4% gesteigert wurde.

In den obigen Beispielen und Versuchen wurde der übliche durchschnittliche Gehalt von etwa 10 bis etwa 15 Gew.-% Kohlenstoffträger in den verschiedenen Massen verwendet. Es ist ersichtlich, daß nach der Erfindung Variationen des Gehaltes an Kohlenstoffträger durch eine entsprechende Variation der Menge der zugesetzten Kieselsäure kompensiert werden sollte.

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Claims

Patentansprüche

1. Hitzebeständiges Auskleidungsmaterial verbesserter Schlackenbeständigkeit mit einem Gehalt an Kohlenstoff oder Kohlenstoff enthaltender oder bildender Materialien, wie Graphit, Koks, Pech, Teer oder Siliciumcarbid, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich kolloidale Kieselsäure (SiO₀), vorzugsweise in der Form einer wässrigen Suspension, enthält.

2. Auskleidungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die kolloidale Kieselsäure, berechnet als SiO₀, in einer Menge zwischen 0,4 und¹ 4%, vorzugsweise in einer Menge

zwischen 1 und 2%, berechnet auf das Gewicht der Trockenmasse, enthält.

3. Auskleidungsmaterial nach Anspruch 1 und 2 zum Imprägnieren oder Beschichten von hitzebeständigen Auskleidungen, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Suspension des Kohlenstoffs oder Kohlenstoff enthaltenden oder bildenden Materials und der kolloidalen Kieselsäure, gegebenenfalls zusammen mit Netzmitteln, Viskositätseinstellmitteln und/oder Suspensionsstabilisatoren ist.

4. Auskleidungsmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es 10 bis 15 Gew.-Teile Kohlenstoff oder Kohlenstoff enthaltendes oder bildendes Material je 0,4 bis 4 Gew.-Teile kolloidaler Kieselsäure enthält.

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5. Verfahren zur Herstellung von Auskleidungsmaterialien nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man kolloidale Kieselsäure in der Form einer kolloidalen Suspension, vorzugsweise in einer Konzentration von etwa 40% SiO-, mit Kohlenstoff und/oder Kohlenstoff enthaltendem oder bildendem Material und gegebenenfalls einem Keramikmaterial, vermischt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst den Kohlenstoff oder das Kohlenstoff enthaltende oder bildende Material mit der Suspension kolloidaler Kieselsäure,. gegebenenfalls zusammen mit einem Netzmittel μηά/oder Viskositätseinstellmittel, vermischt und das so erhaltene Gemisch dann mit den anderen hitzebeständigen Bestandteilen vereinigt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die kolloidale Kieselsäure enthaltende Suspension mit an sich bekannten hitzebeständigen Materialien vermischt, die als hitzebeständige Mörtel, Stampf- oder Gießmassen oder zur Herstellung gebrannter Formlinge verwendet werden.

8. Verwendung eines hitzebeständigen Auskleidungsmaterials nach Anspruch 1 bis 4, zur Herstellung von hitzebeständigen Auskleidungen oder gebrannter Formlinge, zur Imprägnierung oder Beschichtung von hitzebeständigen Auskleidungen oder Formungen.

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