DE2943926A1 - Feuerfestes, gegen korrosion und temperaturwechsel bestaendiges material - Google Patents
Feuerfestes, gegen korrosion und temperaturwechsel bestaendiges materialInfo
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Description
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Feuerfestes, gegen Korrosion und Temperaturwechsel beständiges Material
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein feuerfestes, gegen Korrosion und Temperaturwechsel beständiges Material.
Insbesondere bezieht sie sich auf ein feuerfestes Material, das einen organischen Binder sowie Metallpulver mit niedrigem
Schmelzpunkt zusätzlich zu herkömmlichen anorganischen feuerfesten Materialien enthält, und das durch das Brennen der
feuerfesten Zusammensetzung in einem Temperaturbereich zwischen 100 °C bis unter 800 0C hergestellt wird, wodurch in der Pro*·
duktion derartiger feuerfester Materialien eine Energieersparung erzielt wird.
Bislang werden im wesentlichen feuerfeste Ziegel
verwendet, die durch ein Brennen der Zusammensetzung im Temperaturbereich
zwischen 13OG °C und 18OO 0C erzeugt werden»
Jedoch wurden im Hinblick auf die Energieeinsparung und die Reduzierung der Produktionskosten derartiger feuerfester Ziegel
teilweise ungebrannte Ziegel als Auskleidung in einem begrenzten Bereich der Innenfläche eines Stahl-Raffinier-Ofens verwandt,
wobei die Ziegel in ihrer Zusammensetzung einen anorganischen
oder organischen Binder so—wie die anderen Ziegel-
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bestandteile enthalten. Jedoch bringt die Verwendung derartiger
ungebrannter Ziegel mit anorganischen oder organischen Bindern
in Stahl-Raffinier-Öfen verschiedene Probleme mit sich, die
im folgenden beschrieben werden.
Venn der anorganische Binder in der Zusammensetzung ungebrannter Ziegel, die in einem Stahl-Raffinier-Ofon verwendet
werden sollen,benutzt wird, kann der Binder unter Umständen eine Quelle von Verunreinigungen bilden, die die Qualität des
zu erzeugenden Stahls in dem Ofen nachteilig beeinflussen, und weiterhin kann das Bindemittel in der Ziegelzusammensetzung
die Feuerfestigkeit des Ziegels herabsetzen und dementsprechend kann der Ziegel leicht durch die geschmolzene Stahlcharge
und die in dem Raffinierbetrieb in dem Ofen erzeugte Schlacke beschädigt werden.
Wenn organisches Bindemittel in der Zusammensetzung der nicht gebrannten Ziegel verwendet wird, die in einem Stahl-Raffinier-Ofen benutzt werden sollen, zersetzt sich der Binder durch
Oxidation unter den hohen Temperaturen, die in dem Ofen während des Betriebs vorhanden sind, und verliert somit seine Bindereigenschaft, wodurch eine wesentliche Verringerung der Festigkeit eintritt und der Ziegel zerstört werden kann. Demzufolge
erfährt der Ziegel auf der der Ofencharge zugewandten Seite eine Abnutzung, und durch Oxidation verringert sich die Festigkeit auf der gegenüberliegenden Seite.
Deshalb wurden bislang ungebrannte Ziegel nur in einem kleinen Bereich des durch die Ziegel erstellten Aufbaus verwendet, bei
dem sie nicht sehr harten Bedingungen ausgesetzt waren und spezielle Stahle unter jeweils speziellen Ofen-Betriebsbedingungen raffiniert wurden.
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Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein feuerfestes Material zu schaffen, das wirkungsvoll die
Nachteile vermeidet, die bislang gebrannten und ungebrannten feuerfesten Materialien, die organische oder anorganische
Binder verwenden, innewohnten.
Erfindungsgemäß soll ein feuerfestes Material geschaffen werden, das einen organischen Binder enthält und eine verbesserte
Festigkeit besitzt, wenn der organische Binder zwischen den Ziegelbestandteilen eine Verbindung schafft.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung deutlich.
Die einzige Figur der Zeichnung ist eine graphische Darstellung,
<Jie den Einfluß eines flittrigen Aluminiumpulveradditivs auf
den Bruchmodul des feuerfesten Materials hat.
Der Ausdruck "organische' Binder", wie er hier verwendet vird,
soll alle aushärtbaren organischen Binder umfassen, Jedoch werden allgemein Phenolharze verwendet, da sie geringe Kosten
und eine hohe Karbonisationsausbeute besitzen.
Da organische Binder sich allgemein durch Oxidation bei einer Temperatur in der Gegend von 300° G zu zersetzen beginnen und
bei Temperaturen in dem Bereich zwischen 500° C bis 700° C
verschwinden, weisen ungebrannte Ziegel nach dem Stand der Technik* bei denen die Verbindung der Bestandteile in der
Ziegelzusammensetzung nur auf dem Binder beruhen, eine wesentliche
Verschlechterung oder Zerstörung der erforderlichen
Ziegeleigenschaften bei einer Temperatur in der Gegend von
700° C auf· Um dementsprechend die Festigkeit ungebrannter Ziegel entsprechend der vorliegenden Erfindung zu verbessern,
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wird der Zusammensetzungen des ungebrannten Ziegels ein
Material zugegeben, das in der Zusammensetzung in der Form einer einzigen Substanz oder Verbindung selbst bei Temperaturen
von über 1.000 C vorliegt und dessen Bindereigenschaft der zugegebenen Materialpartikel wirkungsvoll ausgenutzt
wird, um die Festigkeit des Ziegels zu erhöhen»
Als Zuschlagmaterialien, die den oben erwähnten Anfordernissen
genügen, werden vorzugsweise Metalle mit niedrigen Schmelzpunkten verwendet. Obwohl verschiedene Metalle mit
Schmelzpunkten unter 1000 C empfehlenswert sind, ist Aluminium mit dem Schmelzpunkt von 660 C am geeignetsten,
da dieses Metall sicher in der Herstellung und in der Verwendung ist und selbst wenn das Metall oxidiert besitzt
das Aluminiumoxid noch eine hohe Feuerfestigkeit.
Im Handel erhältliche Aluminiumpulver sind entweder flitt-
verdüste rige Pulver oder fein zerstäubte Pulver. Das erstere stellt
eine flittrige Form dar, das letztere eine sphärische Form. Da der Zweck des Metallpulvers darin besteht, die Partikel-Bindefunktion in der Matrix des feuerfesten Ziegels zu erstellen, wenn das zugegebene Metall weich wird oder schmilzt,
und in Berührung mit den feuerfesten Bestandteilen zu kommen, ist das flittrige Metallpulver vorteilhafter als das fein
verdüste
verteilteyPulver, und zwar aus dem Grunde, da das flittrige
Pulver ein im wesentlichen kontinuierliches Netzwerk in der feuerfesten Matrix bildet, wohingegen das verdüste Pulver
in die feuerfeste Matrix dotiert wird. Und da es außerdem notwendig ist, daß das hinzugefügte Metall gleichmäßig in
der feuerfesten Zusammensetzung dispergiert ist, wird das Zugabemetall vorzugsweise in der Form eines feinen Pulvers
verwendet.
Das Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Materialien entsprechend der vorliegenden Erfindung wird im folgenden
beschrieben.
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Zuerst werden feuerfestes Material, Metallpulver und aushärtbare Harzbinder in den erforderlichen Mengen in einem Mixer
vermischt. Dabei ist es wünschenswert, daß das feuerfeste Materialpulver und das Metallpulver vor der Zugabe des aushärtbaren Harzbinders vermischt werden, so daß das Metallpulver gleichmäßig in dem feuerfesten Material dispergiert
ist. Nach Zugabe des aushärtbaren Harzbinders wird das Gemisch in einer Formpresse geformt oder genossen, falls das
zu erstellende feuerfeste Material eine komplizierte Form besitzt. Das geformte oder gegossene Gemisch wird dann einer
Wärmebehandlung bei Temperaturen über 100 C unterworfen, um dadurch das feuerfeste Material entsprechend der vorliegenden
Erfindung zu erhalten.
Die Teilchengröße der feuerfesten Ausgangsstoffe wird geeigneterweise in Abhängigkeit von den speziellen Anwendungen
und Bedingungen des zu gewinnenden feuerfesten Stoffes ausgewählt.
Das zuzufügende Metallpulver wird vorzugsweise in einer Menge
zwischen 1 - JO Gew.^, ausgehend von dem gesamten Gewicht der
feuerfesten Ausgangsstoffe, verwendet. Wenn das Metallpulver
unter 1 Gew.$ beträgt, kann kein deutlicher Vorteil erzielt
werden und, wenn andererseits das Metallpulver über 30 Gew.^
beträgt, wird bei Verwendung des erfindungsgemäßen feuerfesten Materials in einer Vorrichtung, bei der Metall unter hohen
Temperaturen verarbeitet wird, das zugegebene Metall weich
werden oder wegschmelzen durch die Wärme dee geschmolzenen, verarbeiteten Metallflusses, wodurch das erfindungsgemäße
feuerfeste Material beschädigt wurde«Wie oben erwähnt, iet
dae Zuschlagmaterial vorzugsweise Aluminium in der Form
eines flittrigen Pulvers und der geeignete Bereich des
Metallanteils liegt in dem Bereich zwischen 5 - 1O Gew,$,
bezogen auf das Gesamtgewicht der feuerfesten Ausgangestoffe.
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Obwohl die Menge des durch Wärme aushärtbaren orcanischen
Binders in dem erfindungsgemäßen feuerfesten Material von dem speziellen Schüttgut und der Gewichte des feuerfesten
Materials abhängt, wird der Binder vorzugsweise in dem Bereich zwischen 2 und 15 Gew.^, bezogen auf das Gesamtgewicht der feuerfesten Ausgangsstoffe, verwendet. Wenn
weniger als 2 Gew.$ Binder verwendet werden, kann das feuerfeste Material nicht als Ziegel ausgebildet werden
und wenn andererseits der Anteil des Binders 15 Gew.$ überschreitet, bringt das Formen des feuerfesten Materials
in einen Ziegel Schwierigkeiten mit sich und das erhaltene, erfindungsgemäße feuerfeste Material besitzt eine Grobkornstruktur aufgrund des höheren Anteils an flüchtigem Material,
was eine unzureichende Säurebeständigkeit und Festigkeit mit eich bringt.
Die Auswirkung des zugegebenen Metalls auf den Bruchmodul des erfindungsgemäßen feuerfesten Materials ist in der zugehörigen Zeichnung dargestellt.
Testproben dee erfindungsgemäßen Materials wurden durch ein
Vermischen dee feuerfesten Ausgangsmaterials, bestehend aus
Ίθ Gew.% synthetischem Mullit und 6θ $ gesintertem Aluminiumoxid, bezogen auf das Gesamtgewicht des feuerfesten Ausgangsmaterials, 5 - 7 Gew.^ Phenolharz und 5-10 Gew.^ eines
flittrigen Aluminiumpulvere. Das erhaltene Gemisch wurde in einer Formpresse geformt und das geformte Produkt wurde bei
200° C 2k Stunden wärmebehandelt·
Vie aus der Zeichnung deutlich wird, weist das erhaltene feuerfeste Material, dem kein Aluminium hinzugegeben wurde,
einen unzureichenden Bruchmodul bei erhöhter Temperatur auf,'1
wohingegen die feuerfesten Materialien mit Aluminium einen ansteigenden Bruchmodulwert in der Gegend des Schmelzpunktes
von Aluminium aufweisen, wenn die Temperatur erhöht wird. Mit anderen Worten wird der Abriebwideretand des feuerfesten
Materials durch die Zugabe von Aluminium verbessert.
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— ο —
In dem Temperaturbereich zwischen dem Schmelzpunkt von Aluminium
und einem höheren Wert wird das zugefügte Metall weich oder schmilzt, um die Luftzwischenräume in dem feuerfesten Ziegel
zu verstopfen, wodurch die Oxidation des Ziegels verhindert wird. Ungebrannte Ziegel nach dem Stand der Technik, die organischen
Binder verwendeten, hatten den Nachteil^ daß die
Seite des feuerfesten Ziegels gegen der der Ofonchnrfje zugewandten
Seite in ihrer Festigkeit abnahm aufgrund ιλνν Zerstörung
durch Oxidation, da der Bruchmodul sich verschlechterte, Das erfindungsgemäße feuerfeste Material jedoch vermeidet diesen
Nachteil. Weiterhin ist die Bindungsart des Binders in dem erfindungsgemäßen
feuerfesten Material unterschiedlich zu der nach dem Stand der Technik in gebranntem feuerfestem Material
und hängt von der Reibung zwischen dem feuerfesten Material mit hohen Beanepruchungsfestigkeitseigenschaften und dem erweichten
oder geschmolzenen Zugabemetall zusammen, wodurch es möglich wird, ein feuerfestes Material mit ausgezeichneten
Temperaturwechseleigensehaften zu erhalten»
Wie oben beschrieben wurde, besitzt das erfindungsgemäße feuerfeste
Material wesentlich verbesserte Eigenschaften gegenüber den ungebrannten feuerfesten Ziegeln nach dem Stand der Technik,
die organische Binder verwendeten, und das erfindungsgemäß©
Material übt keinen nachteiligen Einfluß auf die StahlChargen-Qualität,
die in einem Raffinier-Ofen verarbeitet wird, aus.
Und da das erfindungsgemüße feuerfeste Material ein Brennen
bei verholtnismMßig niedriger Temperatur verlangt, führt die
vorliegende Erfindung zu einer Energieeinsparung« Nachdem das
erfindungsgemäße feuerfeste Material über seine angegebene
Lebensdauer hinaus verwendet wurde, wird das Material in Stücke gebrochen und zur Ersparung von Rohstoffen durch eine konventionelle
Behandlung als feuerfestes Material wiederverwendet»
In der bisherigen Beschreibung wurde ein erfindungsgemäßes
Material angegeben, bei dem Aluminium als Zugabemetall ver-
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wendet wurde. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf
Stoffe anwendbar, bei denen Aluminium in Kombination mit einem oder mehreren anderen Metallen mit niedrigen Schmelzpunkten
als Additiv-Metallkomponenten verwendet wird.
Andere, im nahmen der vorliegenden Erfindung als Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt verwendbare,sind beispielsweise Zinn,
Zink, Zinnlegierungen, Zinklegierungen, Alutnin Lurn] egierungen
und Magnesiumlegierungen.
Die erfindungsgemäßen feuerfesten Materialien werden in
feuerfesten Auskleidungen von Konvertern, Lichtbogenofen,
Torpedowagen, Schmelz- oder Raffinier-Öfen, Platten oder
Öffnungen für GloitdUsen oder Tauchdüsen für kontinuierliches
Gießen verwendet.
Im folgenden werden einige Beispiele der Verwendung angegeben.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele verdeutlicht, die die Erfindung veranschaulichen sollen, jedoch den Rahmen
der Erfindung in keiner Weise einschränken.
Um als Düse des unteren Abschnitts eines Gleitdüsensystems verwendet
zu werden, wurde das feuerfeste Material durch ein Mischen der feuerfesten Ausgangsstoffe aus synthetischem
Mullit und gesintertem Aluminiumoxid im Mischverhältnis, das
in der folgenden Tabelle angegeben worden ist, mit 7 Gew.% flittrigen Aluminiumpulvers und 6 Gew.$ eines Phenolharzbinders
gemischt, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der feuerfesten Ausgangsstoffe.
Das erhaltene feuerfeste Material weist die gleiche Lebensdauer und Korrosionsbeständigkeit wie das nach dem Stand der Technik
gebrannte feuerfeste Material auf und zeigt keine Schwierigkeiten bei Temperaturwechseln.
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Zur Verwendung als Deckenzicgel in einem 100 Tonnen Lichtbogenofen
wird ein feuerfestes Material hergestellt, in dem feuerfestes Ausgangsmaterial, das aus Magnesiumoxid und flittrigem
Graphit besteht, im in der folgenden Tabelle angegebenen Verhältnis mit 8 Gcw,^ Aluminium und 5 Gew«$ Phenolharzbinder gemischt
wird. Zu Vergleichszwecken wurde ein ungebrannter Ziegel zur Kontrolle, der die gleiche Zusammensetzung wie das
feuerfeste Material nach Beispiel 2 aufweist, erstellt, jedoch bietet die Kontrolle noch das Problem, daß der Ziegel in
seiner Festigkeit aufgrund der Dekarbonation auf der der Ofenchargenseite gegenüberliegenden Seite abnimmt.
In dem feuerfesten Material nach Beispiel 2 wurde eine Dekarbonisationsschicht
von etwa 5 mm Stärke auf der der Ofenchargenseite gegenüberliegenden Seite des Ziegels ausgebildet,
jedoch bildete sich keine brüchige oder spröde Schicht aus.
Zur Verwendung als feuerfeste Auskleidung in einem Torpedowagen wurde ein feuerfestes Material durch ein Vermischen der feuerfesten
Ausgangsstoffe aus Synthetikmullit, gesintertem Aruminiiamoxid,
flittrigem Graphit im in der folgenden Tabelle angegebenen Miechverhältnls, mit 7 Gew.$ Aluminium und Phenolharzbinder
erstellt.
Die feuerfeste Auskleidung wies eine Korrosionsbeständigkeit
auf, die dem gebrannten Material nach dem Stand der Technik gleichwertig war oder sie sogar übertraf, selbst ±n dem Bereich,
in dem das feuerfeste Material leicht durch die Schiackenliuie
und dem geschmolzenen RoheisenfluQ beschädigt wird,
Zur Verwendung als Auskleidungssja terial in einer 15G Tonnen
Pfanne wurde ein feuerfestes Material dureh ein Mischen von
-11-
030020/0736
COPY
feuerfesten Ausgangsstoffen aus Pyrophilit und Feuerton in
dem in der folgenden Tabelle angegebenen Mischver)iä1.tnis
mit 6 $Wflittrigom Pulver und 6 Gew.$ Phenolharzbindor gemischt.
Uns foucrfcsto Ausk.1 o.i dungsmnterinl wurde auf die
Wand eines Ofens aufgebracht.
Die feuerfeste Auskleidung wies eine hervorragende Korrosions·
bestäjidigkeit auf und zeigte keine Schlackendurchdrj.iigung
auf der Chargeneeite und keine Schwächung auf der entgegengesetzton
Seite.
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Tab eile
(alle Angaben in Gew.
Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel 1 2 3 k
(grobkörnig) (mittelkörnig)
gesintertes Aluminiumoxid (mittelkörnig) (feinkörnig)
Magnesiumoxid (grobkörnig) (mittelkörnig) (feinkörnig)
Pyrophilit (grobkörnig)
(mittelkörnig) (feinkörnig)
flittriges Graphit Feuerton Aluminium Phenolharz
| 20 | - | 20 |
| 20 | - | 20 |
| 30 | 10 | |
| 30 | - | 30 |
| ho | ||
| - | 20 | - |
| 20 |
| - | - | - | 3Ό |
| - | - | - | 30 |
| - | - | 30 | |
| - | 20 | 10 | - |
| - | - | 10 | 10 |
| + 7 | +8 | +7 | +6 |
| +6 | +5 | +6 | +6 |
spezifisches Gewicht (g/cm3) 3.13 2.90 2.88 2.51
spezifisches Gewicht des Schüttgutes (g/cm3)
Porosität
Kompressionsstärke (kg/cm ) Bruchmodul bei Raumtemperatur
(kg/cm2) bei i400 °C
| 2.78 | 2.70 | 2.60 | 2. | 23 |
| 11.3 | 6.8 | 9,6 | 11. | O |
| 70*» | 385 | 708 | um | |
| 188 | 15<* | 146 | 81 | |
| 210 | 151 | 124 |
Bemerkung; Die Qualitätseigenschaften wurden nach einer
Wärmebehandlung bei 200 C bestimmt.
030020/0736 - 13 -
Während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung im
einzelnen beschrieben wurden, ist festzuhalten, daß diese nur zu Illustrationszwecken angegeben wurden und nicht als
Einengung oder Beschränkung der Erfindung zu verstehen sind.
030020/0736 ORIGINAL INSPECTED
L e e r s e i t e
COPY
Claims (3)
- Ansprüchej 1, Feuerfestes, gegen Korrosion und Temperaturwechsel beständiges Material, dadurch gekennzeichnet, daß es eine oder irohrere anorganische, feuerfeste Substanzen, 1 - JO Ge»/.'fo jr* <*drigschmelzendes Metallpulver mit einer PartikeJ gröiii.-vo j weniger als 0,5 nun und 2-15 Gew.^, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des feuerfesten Materials, eines in Wärme aushärtbaren organischen Binders enthält, und es gemischt, geknetet, geformt und bei einer Temperatur von unter 800 C gebrannt wird.
- 2. Material nach Anspruch 1, dadurch ^kennzeichnet, daß das niedrigschraelzende Metallpulver Aluminiumpulver ist.
- 3. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der auehärtbare organische Binder ein Phenolharz ist.k. Material nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumpulver flittriges Aluminiumpulver ist.030020/0736ORIGINAL INSPECTED
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Publications (2)
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|---|---|---|---|
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