DE2446820C3

DE2446820C3 - Keramische Masse

Info

Publication number: DE2446820C3
Application number: DE2446820A
Authority: DE
Inventors: Edward Lining Cincinnati Ohio Manigault (V.St.A.)
Original assignee: Chas Taylor's Sons Co Cincinnati Ohio (vsta)
Current assignee: Chas Taylor's Sons Co Cincinnati Ohio (vsta)
Priority date: 1973-10-01
Filing date: 1974-10-01
Publication date: 1980-01-10
Also published as: DE2446820A1; JPS5427007B2; GB1480849A; FR2246514A1; US3888687A; FR2246514B1; CA1016963A; DE2446820B2; JPS5062216A

Description

Die Erfindung betrifft eine keramische Masse, die Aluminiumoxid und ein Phosphatbindemittel enthält.

Es ist bereits bekannt, zur Herstellung von feuerfesten Steinen ein Gemisch aus 65 bis 99% tafelförmigem Aluminiumoxid, 0 bis 10% calciniertem Aluminiumoxid und 1 bis 25% Chromoxid zu verwenden.

In der Literaturstelle »Journal of the American Ceramic Society« 33, Nr. 8 (1950), Seiten 239 bis 241, ist eine allgemein gehaltene Zusammenstellung von Untersuchungen veröffentlicht, die sich auf die Bindung von feuerfesten Massen mit Hilfe von verschiedenartigen Phosphaten beziehen. Die Entgegenhaltung gibt jedoch keinerlei Angaben hinsichtlich der Zusammensetzung, der prozentualen Gehalte und der Teilchengröße der feuerfesten Masse.

Aus dem »Ceramic Bulletin«, Vol. 35, Nr. 6 (1956), Seiten 217 bis 223, ist eine keramische Masse auf der Grundlage von ausschließlich Aluminiumoxid und einer to Phosphorverbindung bekannt. Das Aluminiumoxid kann tafelförmig oder kann ein Bayer-Aluminiumoxid sein, während als Phosphorverbindung Phosphorsäure enthalten sein kann.

Die FR-PS 12 92 938 betrifft gebrannte, feuerfeste Massen auf der Grundlage von Aluminiumoxid und einem Bindemittel, bei dem es sich im wesentlichen um das Reaktionsprodukt aus Chromoxid und Phosphorsäure handelt. Die Druckschrift lehrt jedoch nicht die Anwendung von tafelförmigem Aluminiumoxid. Aus den Beispielen dieser Druckschrift ist zu entnehmen, daß eine Brenntemperatur von 1850° C anzuwenden ist

Die FR-PS 13 63 485 betrifft feuerfeste Steine, die unter anderem tafelförmiges Aluminiumoxid, calciniertes Aluminiumoxid, feinverteiltes Siliciumdioxid und Chromoxid, jedoch keine Phosphorverbindung, enthalten. Die erhaltenen Produkte sind hinsichtlich ihrer Eigenschaften nicht zufriedenstellend.

Die GB-PS 6 21 480 betrifft eine glasige Masse, die aus mindestens 92 Gew.-% Aluminiumoxid, mindestens 1 Gew.-% Chromoxid und mindestens 3,5 Gew.-% Ton und zum Rest aus Verbindungen von Metallen der Gruppen Il bis VIII des Periodensystems besteht. Die Druckschrift gibt jedoch keinerlei Anhaltspunkt bezüglich der physikalischen Form bzw. der Teilchengröße der zu verwendenden Bestandteile.

Gegenstand der US-PS 33 29 516 sind gebrannte, feuerfeste Steine, die ein Phosphat von Aluminium, Eisen, Zink oder Magnesium und dreiwertiges Chromoxid enthalten. Die Literalursleile spricht tafelförmiges Aluminiumoxid in keiner Weise an, wobei das Aluminiumoxid kein zwingender Bestandteil des Materials ist Auch die feuerfesten Steine nach diesem Stand der Technik sind hinsichtlich ihrer Eigenschaften als verbesserungsfähig einzustufen.

Die US-PS 33 77 178 beschreibt einen keramisch gebundenen Stein, der aus einem feuerfesten AI₂Oi-Cr^Oj-System aufgebaut ist und eine wirksame Menge von feinverteiltem Chromsesquioxid enthält

Aus der US-PS 33 78 385 sind feuerfeste Steine mit hohem Aluminiumgehalt bekannt, die im wesentlichen aus 40 bis 80Gew.-% geschmolzenen Aluminiumoxidkörnchen, 59 bis 5 Gew.-% eines nichtgeschmolzenen feuerfesten Materials mit hohem Aluminiumoxidgehalt und 1 bis 15Gew.-% unlöslichem, feinverteiltem, hochreinem Chromsesquioxid bestehen. Das eingesetzte geschmolzene Aluminiumoxid enthält 0,5 bis 5 Gew.-% Titandioxid, und die feuerfesten Steine enthalten insgesamt mindestens etwa 80Gew.-% Aluminiumoxid.

In der US-PS 36 40 739 ist eine Stampfmasse zur Herstellung von feuerfesten Steinen bekannt, die im wesentlichen aus 85 bis 96 Gew.-% Aluminiumoxid, etwa 0,01 bis 0,5 Gew.-% mindestens einer Lithiumverbindung und etwa 1 bis 5 Gew.-% Bentonit besteht, wobei die Lithiumverbindung dazu in der Lage sein muß, während des Brennens der Stampfmasse Lithiumoxid zu bilden.

Keine der drei zuletzt erwähnten US-Patentschriften empfiehlt die Verwendung einer Phosphatverbindung in Verbindung mit dem Aluminiumoxid und dem Chromoxid oder den anderen Bestandteilen des Keramikmaterials.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine keramische Masse zu schaffen, die nach dem Brennen im Vergleich zu vorbekannten Massen eine verbesserte Fülldichte, einen gesteigerten Bruchmodul und eine geringere Porosität aufweist und die gleichzeitig die übrigen Eigenschaften der bekannten feuerfesten Steine beibehält. Die erfindungsgemäße keramische Masse soll ferner als Stampfmasse und als plastische Masse verwendbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine keramische Masse aus tafelförmigem Aluminiumoxid als Hauptbestandteil, 0 bis 10 Gew.-% calcinierlem Aluminiumoxid und 1 bis 25 Gew.-% Chromoxid, die

dadurch gekennzeichnet ist, daß sie 59 bis 98 Gew,-% ■ tafelförmiges Aluminiumoxid mit einer Teilchengröße, die einer lichten Maschenweite zwischen 0 und 6,35 mm entspricht, und I bis 18 Gew.-% einer Phosphatverbindung, die aus der aus Phosphorsäure, Monoaluminiumphosphat, Monoammoniumphosphat, Aluminiurndihydrogenorthophosphat und Mischungen davon umfassenden Gruppe ausgewählt worden ist, enthält und das calcinierte Aluminiumoxid eine Teilchengröße hat, die einer lichten Maschenweite von weniger als 0,043 mm entspricht, wobei 65 bis 94% des Aluminiumoxids eine Teilchengröße haben, die einer lichten Maschenweite von 6,35 mm bis 0,043 mm entspricht und der Rest eine Teilchengröße aufweist, die einer lichten Maschenweite von weniger als 0,043 mm entspricht, und das Chromoxid eine Teilchengröße aufweist, die einer lichten Maschenweite von weniger als 0,043 mm entspricht.

Vorteilhafterweise liegen 25 bis 100% des Aluminiumoxids mit einer Teilchengröße von weniger als 0,043 mm als tafelförmiges Aluminiumoxid vor, während der Reit calciniertes Aluminiumoxid ist.

Die keramische Masse ist als Stampfmasse verwendbar. Aus der Masse lassen sich feuerfeste gebrannte Steine herstellen, wobei die Mischung 2 bis 8 Stunden bei 500°C bis 1650⁰C gebrannt wird. Die keramische Masse läßt sich außerdem günstig ak plastische Masse in der Gießereitechnik verwenden, wobei 1 bis 4Gew.% Bentonit und 0 bis 12 Gew. % Wasser zugegeben werden.

Die erfindungsgemäße keramische Masse hat den Vorteil, daß sie gejjenüber den bekannten Massen als Stampfmasse oder gebrannter feuerfester Stein einen verbesserten Bruchmodul und überraschenderweise eine erhöhte Fülldichte und eine verringerte Porosität aufweist und sich außerdem auch als plastische Masse einsetzen läßt.

Die Anwesenheit von Bentonit erhöht die Plastizität in der Mischung. Das plastische Gemisch enthält gemäß dieser Ausführungsform folgende Bestandteile: 59 br.s 97% tafelförmiges Aluminiumoxid, 0 bis 10% calciniertes Aluminiumoxid, 1 bis 25% Chromoxid, 1 bis 18% Phosphatverbindung, 1 bis 4% Bentonit und 0 bis 12% Wasser. Die Anwesenheit von Bentonit in der Mischung ist nicht erforderlich, wenn die Mischung als Stampfmasse verwendet oder zur Erzeugung der feuerfesten Masse gebrannt wird.

Bei der Herstellung der feuerfesten Masse ist ei;

wichtig, daß die Bestandteile in einer Vielzahl von Größen verwendet werden, Es kann Aluminiumoxid allein verwendet werden, bevorzugt wird jedoch ein Gemisch aus tafelförmigem und calciniertem Aluminiumoxid,

Das tafelförmige Aluminiumoxid sollte in verschiedenen Teilchengrößen verwendet werden. Das gesamte Aluminiumoxid mit einer Teilchengröße, die einer lichten Maschenweite von 0,043 mm bis 6,35 mm entspricht, sollte in der tafelförmigen Modifikation verwendet werden. Zusätzlich sollte ein Viertel bis zur Gesamtmenge des Aluminiumoxids mit einer Teilchengröße von weniger als 0,043 mm in der tafelförmigen Modifikation vorliegen. Wenn calciniertes Aluminiumoxid verwendet wird, sollte es eine Teilchengröße aut weisen, die einer lichten Maschenweite von weniger als 0,043 mm entspricht. 65 bis 94% des Aluminiumoxids sollten eine Teilchengröße von 0,043 mm bis 635 mm aufweisen, während der Rest des Aluminiumoxids auf eine Teilchengröße von weniger als 0,043 mm vermählen sein sollte. Das Chromoxid sollte eine Teilchengröße von weniger als 0,043 mm haben. Wenn Bentonit eingesetzt wird, sollte das Material eine Teilchengröße von weniger als 0,043 mm besitzen.

Bei der Herstellung der feuerfesten Formprodukte werden das Aluminiumoxid, das Chromoxid und die Phosphatverbindung gemischt und in die gewünschten Formen gebracht, die dann 2 bis 8 Stunden bei Temperaturen von 500°C bis 1650⁰C gebrannt werden.' Nach dem Brennen haben die feuerfesten Produkte eine erhöhte Schüttdichte und einen erhöhten Bruchmodul bei verringerter Porosität, verglichen mit Aluminium-Chromoxyd-Ziegelmassen, welche keine Phosphatverbindungen enthalten. Weiterhin wurde gefunden, daß die gleiche Mischung von Aluminiumoxyd, Chromoxyd und Phosphatverbindung sich für den Einsatz als Stampfmischung eignet. Zusätzlich kann aus der gleichen Mischung auch eine plastische Mischung hergestellt werden, wobei es erwünscht sein kann, daß 1 bis 4% Bentonit und erforderlick.'Tifalls Wasser zugegeben werden.

Anhand der nachstehenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert.

Beispiel 1

Zur Herstellung eines feuerfesten Gemisches werden folgende Bestandteile zugegeben:

Tafelförmiges Aluminiumoxyd	51,4 kg	— 4,7 mm	+ 0,246 mm
Tafelförmiges Aluminiumoxyd	14,8 kg	-0,246 mm	+ 0,043 mm
Tafelförmiges Aluminiumoxyd	19.1 kg	-0,043 mm
Calciniertes Aluminiumoxyd	4,7 kg	-0,043 mm
Chromoxyd	10,0 kg	-0,043 mm
80%ige Phosphorsäure	5,0 kg

Das Gemisch wird dann zu Steinen von 228,6 mm χ 114,3 mm χ 76,2 mm geformt. Die Steine werden dann bei 1560⁰C 5 h lang gebrannt. Nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur werden die Steine analysiert, um ihre Eigenschaften festzustlelen, die wie folgt lauten:

Bruchmodul
Porosität
Absorption
Fülldichte

Beispiel 2

Das Verfahren von Beispiel I wird wiederholt mit der Ausnahme, daß anstelle von Phosphorsäure gemäß Beispiel 1 4,7 kg Monoaluminiumphosphui zugesetzt werden. Die Steine haben Eigenschaften, die denen nach Beispiel I hergestellten ähnlich sind.

Die Zusammensetzungen und Ergebnisse sind in der

493,06 kp/cm² h$ nachstehenden Tabelle zusammen mit denen von

10,2% Beispiel I zusammengestellt.

3,0% Zu Vergleichszwecken wird ein Vergleichsversuch

3,37 g/cm^J durchgeführt, bei welchem keine Phosphatverbindung

verwendet wird. Die Ergebnisse dieses Vergleichsversuchs sind ebenfalls in der Tabelle gezeigt. Die Mischungen gemäß Beispiel 1 und 2 können auch als Stampfmischungen verwendet werden.

Tafelförmiges Aluminiumoxyd

Calciniertes Aluminiumoxyd

Monoaluminiumphosphat

Bentonit

Chromoxyd

Dieses Gemisch wird als ein plastisches Gemisch im Hals eines Induktionsofens verwendet, in welchem Temperguß geschmolzen wird. Es hat sich gezeigt, daß diese Mischung nach vier Tagen unverändert ist, während das bekannte Material, welches aus 90% plastischem Aluminiumoxyd besteht, ersetzt werden muß.

Die Mischung kann auch für die Türschwelle und den Umgebungsbereich eines indirekten Lichtbogenofen zum Schmelzen von Grauguß verwendet werden. Dieses Gemisch hält wenigstens viermal so lang wie die

Beispiel 3

Es wird ein weiteres Gemisch hergestellt, welches die folgenden Bestandteile enthält:

51,4 kg	—4,7 mm	+0,246 mm
14,8 kg	-0,246 mm	+0,043 mm
19,1 kg	-0,043 mm
4,7 kg	-0,043 mm
14 kg	-0,043 mm
2 kg	-0,043 mm
10 kg	- 0,043 mm

bekannte plastische Aluminiumoxydmasse.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß feuerfeste Produkte, welche Aluminiumoxyd und Chromoxyd enthalten, hergestellt werden können, welche einen überlegenen Bruchmodul, niedrigere Porositäten und höhere Fülldichten haben, wenn Phosphatverbindungen in diesen Gemischen verwendet werden.

Zusätzlich bilden die feuerfesten Mischungen vordem Brennen überlegene Stampfmassen und plastische Massen.

Tabelle

	— 4,7 mm	+ 0,246 mm	Beispiele	2	Vergleichs-
	-0,246 mm	+ 0,043 mm	1		Versuch
Material	- 0,043 mm			51.4 kg
Tafelförmiges Aluminiumoxyd	- 0,043 mm		51.4 kg	14,8	51,4 kg
Tafelförmiges Aluminiumoxyd	-0,043 mm		14,8	19,1	14,8
Tafelförmiges Aluminiumoxyd			19,1	4,7	19,1
Calciniertes Aluminiumoxyd			4,7	10,0	4,7
Chromoxyd			10,0	0	10,0
Ligninflüssigkeit			0	0	2.0
Wasser			0	0	1,9
80%ige Phosphorsäure			5.0	4,7	0
Monoa'-iminiumphosphat			0		0
Eigenschaften				516,55
Bruchmodul in kp/cm²			493,06	10,9	387,74
Porosität in %		10,2	3,2	14,2
Absorption in %		3.0	339	4,3
Fülldichte in g/cm³		3.37	3,29

Claims

Patentansprüche:

1. Keramische Masse aus tafelförmigem Aluminiumoxid als Hauptbestandteil, 0 bis 10 Gew.-°/o calciniertem Aluminiumoxid und I bis 25 Gew.-% Chromoxid, dadurch gekennzeichnet, daß sie 59 bis 98 Gew.-°/o tafelförmiges Aluminiumoxid mit einer Teilchengröße, die einer lichten Maschenweite zwischen 0 und 6,35 mm entspricht, und 1 bis 18 Gew.-% einer Phosphatverbindung, die aus der aus Phosphorsäure, Monoaluminiumphosphat, Monoammoniumphosphat, Aluminiumdihydrogenorthophosphat und Mischungen davon umfassenden Gruppe ausgewählt worden ist, enthält und das calcinierte Aluminiumoxid eine Teilchengröße hat, die einer lichten Maschenweite von weniger als 0,043 mm entspricht, wobei 65 bis 94% des Aluminiumoxids eine Teilchengröße haben, die einer lichten Maschenweite von 6,35 mm bis 0,043 mm entspricht und der Rest eine Teilchengröße aufweist, die einer lichten Maschenweite von weniger als 0,043 mm entspricht, und das Chromoxid eine Teilchengröße aufweist, die einer Jichten Maschenweite von weniger aJs 0,043 mm entspricht

2. Keramische Masse nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß ein Viertel bis zur gesamten Menge des Aluminiumoxids mit einer Teilchengröße von weniger als 0,043 mm als tafelförmiges Aluminiumoxid vorliegt, während der Rest calciniertes Aluminiumoxid ist

3. Verwendung der keramischen Masse nach den Ansprüchen 1 und 2 als Stampfmasse.

4. Verwendung der keramischen Masse nach den Ansprüchen 1 und 2 zur Herstellung von gebrannten, feuerfesten Steinen, wobei die Mischung 2 bis 8 Stunden bei500°Cbis 1650°Cgebrannt wird.

5. Verwendung der keramischen Masse nach Anspruch 1 und 2 als plastische Masse mit einem Gehalt von 1 bis 4 Gew.-% Bentonit und 0 bis 12 Gew.-o/o Wasser.