DE2441494C3

DE2441494C3 - Feuerfeste keramische Masse

Info

Publication number: DE2441494C3
Application number: DE19742441494
Authority: DE
Inventors: Oskar Dr.-Ing. 4300 Essen Paul
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1974-08-29
Filing date: 1974-08-29
Publication date: 1978-04-20
Also published as: DE2441494B2; DE2441494A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine feuerfeste, keramische Masse auf der Basis von Siliciumdioxyd und einem Anteil an Kohlenstoff, aus welcher Gegenstände hergestellt werden, die sich durch hohe Temperaturschockbeständigkeit, hohe Kalt- und Heißdruckfestigkeit und durch hohe Verschleißbeständigkeit gegenüber Metallschmelzen und den entsprechenden Schlacken auszeichnen. Aus der DT-AS 1646576 sind bereits feuerfeste Stampf massen auf der Basis von Sand und Kohlenstoff für metallurgische öfen bekanntgeworden.

Die Verwendung von geschmolzenem Siliciumdioxyd als feuerfester Rohstoff ist ebenfalb bekannt. Es ist bis jetzt jedoch angenommen worden, daß das geschmolzene Siliciumdioxyd und die daraus hergestellten Gegenstände möglichst rein sein müssen. Es werden Gehalte von 98% und mehr Siliciumdioxyd verlangt.

Das für die Herstellung solcher Gegenstände Übliche Verfahren ist der Schlickerguß: Ein feinkörniges geschmolzenes Siliciumdioxyd wird mit einer äußerst fein gemahlenen, wäßrigen Aufschlämmung von glci · ehern Material zu einem gießbaren Schlicker angemacht, der in Gipsformen vergossen wird. Nach dem Entformen werden die Formlinge vorsichtig getrocknet und nach einer exakt einzuhaltenden Brennkurve je nach Haltezeit zwischen UOO und 1220° C gebrannt. Ziel des Brennens ist, daß ein bestimmter, jedoch geringer Anteil von etwa 3% des geschmolzenen Siliciumdioxyds rekristallisiert, wodurch der Formling seine Kaltdruckfestigkeit erhält.

Während des gesamten Verfahrensablaufs ist insbesondere darauf zu achten, daß das Material nicht verunreinigt wird. Zahlreiche Stoffe, insbesondere Alkali- und Erdalkalioxyde bewirken, daß das ge-

»0 schmolzene Siliciumdioxyd während des Brennens vollständig rekriEtallisiert und der keramische Gegenstand seine Temperaturschockbeständigkeit verliert. Die Aufbereitung des Schlickers und das Brennverfahren sind aufwendig und stellen hohe Anforderun-

•5 gen an die Genauigkeit des Betriebsablaufs.

Das Verpressen von Massen nur aus geschmolzenem Siliciumdioxyd ist, wie es sich bei Versuchen gezeigt hat, sehr schwierig. Es ist deshalb in der Keramik bisher noch nicht eingeführt worden. Hierfür sind zwei

«ο Gründe bestimmend: Einmal ist ein großer Teil der üblichen Preßhilfsmittel schädlich, zum anderen ist bei dem notwendigerweise geringen Anteil des Preßhilfsmittels in der Masse die Verschiebbarkeit der Siliciumdioxyd-Körner zu gering, um zu einem Preßling mit niedriger Porösität zu führen. Nachteilig ist ferner, daß beim Einsatz von aus solchen Massen hergestellten Tauchausgüssen, Kanalsteinen oder dergleichen Gegenständen für das Gießen von Stahlschmelzen das reine, geschmolzene Siliciumdioxyd sowohl von der Gießschlacke als auch von dem Stahl selbst korrodiert wird. Die Einsatzzeit ist durch das Verschleißmaß stark beschränkt.

Diese Nachteile werden mit der Erfindung vermieden. Sie besteht darin, daß das Siliciumdioxid in geschmolzener feinkörniger Form vorliegt und daß die Masse 5 bis 30 Gewichtsprozent Kohlenstoff und bis zu 20 Gewichtsprozent Silicium in feinkörniger Form enthält.

Die der Masse, die nur noch teilweise aus geschmolzenem Siliciumdioxyd besteht, zugegebenen Stoffe bewirken, daß bei technisch gleicher Temperaturbeständigkeit und Heiß- und Kaltdruckfestigkeit, wie diese bei Massen aus reinem Siliciumdioxyd vorliegen,

a) der Versatz verpreßbar ist,

b) der Preßling bei niedrigerer Temperatur gebrannt werden kann,

c) die hohe Exaktheit im Verfahrensablauf nichl eingehalten zu werden braucht und

d) der Verschleiß durch Stahlschmelzen geringei wird.

Die erfindungsgemäße Masse kann einfach aus der üblichen, auf dem Markt befindlichen körnigen/feinkörnigen Rohstoffen gemischt werden. Bei entsprechender Formgebung ist sie nach den üblichen Trokkenpreßverfahren zu verarbeiten, bei komplizierter Formen insbesondere nach dem Isostatpressen. Hier für empfiehlt sich eine Korngröße der Bestandteile von unter 1 mm.

Der Kohlenstoffanteil der Masse besteht zweckmä Big nach dem weiteren Merkmal der Erfindung gan; oder zum Teil aus Graphit, Ruß oder Pech. Für da; Verpressen der Masse zu Steinen od. dgl. nach derr isostatischen Vorfahren empfiehlt sich der Zusatz ei nes organischen Prcßhilfsmittcls, wie Teer, Teerde stillate, Bitumen, Dextrin, höherwertige Alkohole Sulfitablauge oder Stearate in Mengen von 1 bis 10% Ein Trocknen der grünen Formlinge ist nicht erfor

derlich. Das Brennen kann entweder nach gleicher Art geschehen wie bei reinem geschmolzenem Siliciumdioxyd, insbesondere wenn der Siliciumantei! niedrig ist. Die Rekristallisation ist im wesentlichen Träger der Festigkeit. Es ist jedoch auch möglich, bei niedrigerer Temperatur so zu brennen, daß ein Teil des Siliciums sich mit dem Kohlenstoff zu Siliciumkarbid verbindet und so die Bindung bewirkt.

Beim Gießen von Stahl durch keramische Gegenstände aus der erfindungsgemäßen Masse zeigt sich, daß das Vorhandensein von kohlenstoffhaltigen Phasen die Korrosion durch die Stahlschmelze verringert, da die Benetzbarkeit gegenüber Stahl erniedrigt wird, die Bildung von niedrigschmelzenden eutektischen Phasen erschwert und die Reduktion des Siliciumdioxyds durch Legierungselemente wie Mangan behindert wird.

Die Wärmeleitfähigkeit des Materials kann durch die Höhe des Graphitanteils in der Masse verändert werden. Bei nur niedrigem Graphitgehalt liegen die Graphitkörner vereinzelt in dem Korngemisch von geschmolzenem Siliciumdioxyd, das Material hat praktisch dieselbe niedrige Wärmeleitfähigkeit wie reines, geschmolzenes Siliciumdioxyd. Bei hohem Graphitgehalt stoßen die Graphitkörner praktisch aneinander, insbesondere wenn sie orientiert einge-

bracht sind, die Wärmeleitfähigkeit erreicht jetzt fast die hohen Werte von Graphitgegenständen.

In praktischen Versuchen hat sich gezeigt, daß eine Masse von folgender Zusammensetzung sich leicht zu feuerfesten, keramischen Gegenständen verarbeiten läßt, die beim Gießen von Stahl mit gutem Erfolg eingesetzt werden:

80 GWT geschmolzenes Siliciumdioxyd
12 GWT Kohlenstoff
10 GWT Silicium
5 GWT organisches Preßhilfsmittel.

Mit der Erfindung ergibt sich der besondere Vorteil, daß sich die Masse in isostatischen Pressen verarbeiten läßt. Durch Tränken des gebrannten Gegen^ao Standes, insbesondere in Kieselsol, kann man die Porosität und damit die Gasdurchlässigkeit weiter verringern.

Claims

Patentansprüche:

1. Feuerfeste, keramische Masse auf der Basis von Siliciumdioxid und einem Anteil an Kohlenstoff zur Herstellung von Tauchausgüssen, Kanalsteinen oder dergleichen Gegenständen, durch Pressen in einer Form, für das Gießen von Stahlschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumdioxid in geschmolzener feinkörniger Form vorliegt und daß die Masse 5 bis 30 Gewichtsprozent Kohlenstoff und bis zu 20 Gewichtsprozent Silizium in feinkörniger Form enthält.

2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Bestandteile unter 1 mm beträgt.

3. Masse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffanteil ganz oder zum Teil aus Graphit, Ruß oder Pech besteht.

4. Masse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitanteil bei gewünschter niedriger Wärmeleitfähigkeit niedrig, bei hoher Wärmeleitfähigkeit hoch ist.

5. Masse nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit 1 bis 10% eines organischen Preßhilfsmittels, wie Teer, Teerdestillate, Bitumen, Dextrin, höherwertige Alkohole, Sulfitablauge oder Stearate, vermischt ist.

6. Masse nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:

80 GWT geschmolzenes Siliciumdioxyd
12 GWT Kohlenstoff
10 GWT Silizium
5 GWT organisches Preßhilfsmittel.