DE2422384B2

DE2422384B2 - Verwendung von kolloidaler kieselsaeure in hitzebestaendigen auskleidungsmaterialien

Info

Publication number: DE2422384B2
Application number: DE19742422384
Authority: DE
Inventors: Paul L.; Havranek Peter H.; Hönganäs Ivarsson (Schweden)
Original assignee: Höganäs AB, Höganäs (Schweden)
Priority date: 1973-05-11
Filing date: 1974-05-09
Publication date: 1977-03-03
Also published as: SE376601B; BE814618A; DE2422384A1; IT1010149B; FR2228742B1; JPS5019807A; NL7405342A; NO141715C; FR2228742A1; GB1472114A; NO741301L; NO141715B

Description

Wie in der US-PS 3083 111 beschrieben ist, ist es bekannt, siliciumhaltige Materialien, wie Silicium, Kieselsäure und Ferrosilicium, dazu zu verwenden, Auskleidungssteine aus Kohlenstoff gegen Alkaliangriff zu schützen. In diesem Fall dient das siliciumhaltige Material also dazu, sich mit dem Alkali umzusetzen und dieses unschädlich zu machen.

Die DL-PS 90 312 beschreibt feuerfeste Spritzgemenge, die weder Kohlenstoff noch kohlenstoffbildende Materialien enthalten, denen aber zur Verbesserung des Haftvermögens an heißen Steinflächen Kieselsäuregel zugesetzt wird.

Die GB-PS 7 32 551 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbidaggregaten, wie Schleifsteinen und Schleifscheiben, gemäß dem Siliciumcarbid als Schleifmittel in ein Grundmaterial eingelagert wird, das durch Umsetzung eines Keramikmaterials mit dem Bindemittel Kieselsäure entsteht. Weder würde die Kieselsäure hierbei zur Verzögerung der Oxidation von Kohlenstoff zur Verfugung stehen noch enthalten die Siliciumcarbidaggregate überhaupt Kohlenstoff, so daß diese GB-PS von der Aufgabenstellung und Aufgabenlösung gesehen nichts mit der Erfindung gemein hat

Schließlich wird in der älteren deutschen Patentanmeldung P 23 24 523.0 vorgeschlagen, ein Siliciumdioxidsol als chemisches Bindemittel feuerfesten Materialien zuzusetzen, die aus 35 bis 75 Gewichts-% eines Aluminiumoxidmaterials, 10 bis 30 Gewichts-% Siliciumcarbid, 5 bis 20 Gewichts-% Kohlenstoff und 5 bis 12 Gewichts-% dieses chemischen Bindemittels bestehen. In keinem dieser Fälle wird also kolloidale Kieselsäure zur Verzögerung der Oxidation von Kohlenstoff oder kohlenstoffbildenden Materialien verwendet

Bekanntermaßen ist Kohlenstoff ein hitzebeständiges Material mit hohem Schmelzpunkt, das von geschmolzenen Metallen, Glas oder Schlacke nicht benetzt wird und daher ein ideales hitzebeständiges Material wäre, wenn es nicht einer Oxidation unterläge. Ähnliches gilt für Siliciumcarbid, das sich bei hohen Temperaturen unter Bildung von Kohlenstoff zersetzt. Infolge der erwähnten Oxidierbarkeit von Kohlenstoff führt die Verwendung von Kohlenstoff oder kohlemstoffbildenden Materialien, wie Graphit, Koks, Pech oder Siliciumcarbid, als schlackebeständiger itusatz für hitzebeständige Auskleidungsmaterialien oftmals zu einer schnellen Abnahme der Schlackenbeständigkeit. Dies gilt insbesondere bei begrenzter Zugabe dieser Materialien wegen deren höherer Wärmeleitfähigkeit und bei Zugabe dieser Materialien in feinteiliger Form zum Zwecke einer besseren Verteilung in den Auskleiduagsmaterialien.

Zur Vermeidung der Oxidation des Kohlenstoffes in hitzebeständigen Auskleidungsmaterialien wurde bereits vorgeschlagen, letzterem glasurbildende Zusatzstoffe zuzumischen, die beim Erhitzen eine schützende Glasurschicht bilden. Da aber Glasurmaterialien, die einen Schutz gegen Oxidation auch bei Temperaturen oberhalb 1000⁰C ergeben, bei den normalen Betriebstemperaturen hitzebeständiger Auskleidungen zwischen 1300 und 1700⁰C ähnlich wie Schlacken wirken, bietet diese Methode einen Schutz gegen Oxidation des Kohlenstoffes nur bis zu einer Temperatur unterhalb 1000⁰C so daß diese Methode gewöhnlich nicht brauchbar ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand somit darin, die Oxidation von Kohlenstoff oder kohlenstoffbildenden Materialien in hitzebeständigen Auskleidungsmaterialien im gesamten Temperaturbereich, in welchem eine solche Oxidation stattfindet zu verzögern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem man zur Verzögerung der Oxidation von Kohlenstoff oder kohlenstoffbildenden Materialien in hitzebeständigen Auskleidungsmaterialien, die aus einem hitzebeständigen Material, einem Bindemittel und dem Kohlenstoff oder kohlenstoffbildenden Material bestehen, kolloidale Kieselsäure in einer Menge von 0,4 bis 4 Gewichts-%, bezogen auf das Trockengewicht der Auskleidungsmaterialien, verwendet.

Kolloidale Kieselsäure ist im Handel als Suspensionen verschiedener S1O2 verwendet. Diese kolloidale Kieselsäure wird mit den Teilchen des hitzebeständigen Materials, mit Bindemittel und dem schlackebeständigen Kohlenstoff oder kohlenstoffbildenden Material, gewöhnlich in der Form von Koks, Graphit oder Siliciumcarbid, zu Stampf- oder Gießmassen vermischt Aus diesen hitzebeständigen Auskleidungsmaterialien können auch Formlinge, wie Ziegelsteine, Muffeln, Tiegel usw. hergestellt und gebrannt werden.

Vorzugsweise verwendet man die kolloidale Kieselsäure in der Form einer Vormischung mit dem Kohlenstoff oder den kohlenstoffbildenden Materialien. Diese Vormischung wird dann mit den anderen Komponenten der Auskleidungsmaterialien vereinigt. Eine solche Vormischung besteht zweckmäßig aus einer wäßrigen Suspension des Kohlenstoffes und kohlenstoffhaltigen Materials und der kolloidalen Kieselsäure. Gegebenenfalls kann diese Vormischung auch Netzmittel oder Viskositätskontrollmittel oder Suspensionsstabilisatoren enthalten. Vorzugsweise entfallen auf je 0,4 bis 4 Gewichtsteile der kolloidalen Kieselsäure 10 bis 15 Gewichtsteile Kohlenstoff oder kohlenstoffbildendem Material.

Bevorzugt wird die kolloidale Kieselsäure in einer Menge von 1 bis 2 Gew.-%. bezogen auf das Trockengewicht der Auskleidungsmaterialien, verwendet.

Beispiel 1

5 Gew.-Teile einer Suspension von kolloidaler Kieselsäure mit einem 40%igen Feststoffgehalt wurden 45 Gew.-Teilen calcinierter Schamotte, die auf eine Teilchengröße unter 5,0 mm gesiebt war, etwa 45 Gew.-Teilen Ton, der auf eine Teilchengröße unter 1,0 mm gesiebt war, und lOTeilen Graphit zugesetzt.

Die Wassermenge des Gemisches wurde je nach dem Verwendungszweck des Gemisches eingestellt, d. h. ob

es gestampft, gegossen oder zu hitzebestäncfigen Formungen gepreßt und gebrannt werden sollte.

Beispiel 2

5 Gew.-Teile einer Suspension von kolloidaler Kieselsäure mit einem 40%igen Feststoffgebalt wurden 80 Gew.-Teilen Korund (Al₂O₃), der auf eine Teilchengröße unter 5,0 mm gesiebt war, etwa 10 Teilen hitzebeständigem Ton, der auf eine Teilchengröße unter 1,0 mm gesiebt war, und 15 Gew.-Teilen Siliciumcarbid, das auf eine Teilchengröße unter 0,15 mm gesiebt war, zugesetzt Der Ansatz wurde mit der für den Verwendungszweck erforderlichen Wassermenge vermischt, d.h. je nachdem, ob die Masse gestampft, gegossen oder für hitzebeständige Formlinge verwendet werden sollte.

Eine Reihe von Versuchen wurde durchgeführt, in denen die 40%ige Suspension von kolloidaler Kieselsäure in einer Menge von 1 bis 10% dem im übrigen gleichen Ansatz eines hitzebeständigen Auskleidungsmaterials zugesetzt wurde, d. h. entsprechend 0,4 bis 4% S1O2, bezogen auf das Trockengewicht der Masse. In aus diesen Massen hergestellten Tiegeln wurde eine Graueisenschlacke geschmolzen und 4 Stunden auf 1530° C gehalten. Die Untersuchung der Tiegel nach dem Abkühlen zeigte, daß einige Verbesserungen bereits bei einer Zugabe von 0,4% kolloidaler Kieselsäure beobachtet werden konnten und daß ein starker Effekt bei 1% kolloidaler Kieselsäure, beides bezogen auf das Trockengewicht der Masse, erhalten wurde, 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 von 2 auf 3 oder 4% gesteigert wurde.

Beispiel 3

5 Gew.-Teile einer Suspension kolloidaler Kieselsäure mit einem 40%igen Feststoffgehalt wurden 90 Gew.-Teilen Magnesit (MgO), der auf eine Teilchengröße unter 5,0 mm gesiebt war, 10 Gew.-Teilera Pech, das auf eine Teilchengröße unter 1,0 mm gesiebt war, und 2 Gew.-Teilen Magnesiumsulfat (MgSO*), gelöst in Wasser, zugesetzt Der Ansatz wurde mit der für den Verwendungszweck erforderlichen Wassermenge vermischt d. h. je nach dem, ob das Material zum Stampfen, Gießen oder Pressen von Formungen, wie Steinen, verwendet werden sollte.

In allen drei Beispielen war es zweckmäßig, die kolloidale Kieselsäure mit dem kohlenstoffhaltigen Material, wie Graphit Pech oder Siliciumcarbid, gegebenenfalls unter Zusatz eines Netzmittel vorzumischen und anschließend mit dem Rest der Komponenten zu vermischen.

Claims

Patentansprüche:

L Verwendung von kolloidaler Kieselsäure zur Verzögerung der Oxidation von Kohlenstoff oder kohlenstoffbildenden Materialien in hitzebeständigen Auskleidungsmaterialien, die aus einsin hitzebeständigen Material, einem Bindemittel und dem Kohlenstoff oder kohlenstoffbildenden Material bestehen, in einer Menge von 0,4 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Auskleidungsmaterialien.
2. Verwendung von kolloidaler Kieselsäure nach Anspruch 1 in der Form einer Vormischung mit dem Kohlenstoff oder den kohlenstoffbildenden Materia- ι s iien.