DE3401054A1

DE3401054A1 - Monolithische feuerfestmaterialien

Info

Publication number: DE3401054A1
Application number: DE19843401054
Authority: DE
Inventors: Thomas Russell Pittsburgh Pa. Kleeb
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1983-01-12
Filing date: 1984-01-11
Publication date: 1984-07-12
Also published as: AU2297183A; BR8400123A; US4430439A; JPS59169985A; DE3401054C2

Description

Feuerfestmaterialien sind nicht-metallische Stoffe, die gebraucht werden, um hohen Temperaturen standzuhalten. Im besonderen sind dieses Materialien, die für die Auskleidung von Hoch-Temperatur-Stahl-Öfen und Glasbrennöfen benutzt werden. Die meisten Feuerfestmaterialien werden als vorgeformte Formstücke, einschließlich Steine, die durch Gießen oder Pressen geformt wurden, geliefert. Jedoch werden nicht alle Feuerfestmaterialien als Formstücke geliefert. Einige Feuerfestmaterialien, die als feuerfeste Monolithe bezeichnet werden, werden in Form von einzelnen Partikeln geliefert. Diese Feuerfestmaterialien wurden gestampft, gegossen, gepreßt oder vorort dick aufgetragen, um eine verbundene Ausmauerung zu bilden, die als Ergebnis monolithisch ist. Monolithische Stampfmassen, die aus Partikeln von feuerfestem Material bestehen, werden gewöhnlich mit ungefähr 3 °ά Wasser gehärtet und besitzen Eigenschaften, die ein Stampfen oder Festtreten an Ort und Stelle erlauben. Monolithische Gießmassen (Formmassen) sind den Stampfmassen ähnlich, aber sie werden normalerweise mit mehr Wasser gehärtet und besitzen Eigenschaften, die es ermöglichen sie zu gießen, gewöhnlich durch Vibrationen. Gieß- und Stampfmassen enthalten typischerweise einen feuerfesten Kitt oder ein feuerfestes Bindemittel. Das Bindemittel muß Ausfüllungen in den Stampf- und Gießmassen mit genügender Festigkeit schaffen, damit diese den in einem speziellen Ofen auftretenden Konditionen

standhalten können. Oftmals wirkt ein Bindemittel nur temporär und seine Bindung wird bei erhöhten Temperaturen durch eine Keramikbindung, die durch das Sintern und die Zusammenballung der Partikel, einschließlich der monolithischen Ausfüllung, entsteht, ersetzt. Auf der anderen Seite kann das Bindemittel ein Teil der keramischen Bindung werden, die bei hohen Temperaturen gebildet wird. Monolithische Stampfmassen sind aus Partikeln bestehende Feuerfestmassen, die pneumatisch an der Stelle, die ausgekleidet oder ausgebessert werden soll, zusammengepreßt werden. Sie werden entweder mit Wasser gehärtet, bev/or sie in der pneumatischen Presse angeordnet werden, oder sie werden an der Düse der Presse gehärtet. Die gepreßten Massen enthalten gewöhn-

15 lieh ein schnell härtendes Bindemittel, welches die gepreßte Auskleidung oder den ausgebesserten Teil an der Stelle festhält, wo er angebracht wurde.

Die Erfindung betrifft feuerfeste Monolithe, wie zuvor erwähnt, die letztlich das Grundpräparat darstellen, welches plastisch werden und aufgetragen werden kann, wenn es mit Wasser gehärtet wurde und das zur Ausbesserung won Mauerwerken und zur Auslegung geeignet ist und zur Bindung feuerfester Steine oder Formstücke. .

Bindemittel, die für feuerfeste Monolithe und Mörtel benutzt werden, sind wielzählig und bestehen aus: Sulfitlauge, Natriumsilikat, Melasse, Dextrin, Stärke, Gelantine, Calciumaluminat, Kitt, Epsomer-Salzen und einer beliebigen Anzahl v/on Phosphaten. Mit Ausnahme der Phosphat-Bindemittel verlieren die meisten feuerfesten Bindemittel ihre Festigkeit mit der Erwärmung schon unterhalb der Temperatur, bei der keramische Verbindungen

ausgebildet werden. Phosphat-Bindemittel, auf der anderen Seite, entwickeln Bindungen beim Erwärmen, die bei erhöhten Temperaturen relativ fest bleiben und in geringem Ausmaß an der Bildung der keramischen Bindung teilhaben. Phosphat-Bindemittel bieten den zusätzlichen Vorteil, feuerfeste Auskleidungen zu schaffen, die einen bestimmten Widerstand gegenüber Benetzungen durch korrodierende Schlacken oder Metalle besitzen. Die Phosphate, die als Bindemittel für die feuerfesten Monolithe geeignet sind, umfassen die löslichen Phosphate, einschließlich der Natrium-Phosphatsalze, Natrium-Phosphat-Gläser, Ammoniumphosphate und Phosphorsäure.

Dichte feuerfeste Monolithe müssen nach ihrer Einbringung getrocknet werden. Die Erhöhung der Dichte und die Verringerung der Porosität ergeben, daß nur einige wenige Wege für den Austritt des Wasserdampfes aus dem Feuerfestmaterial oder für die Trocknung vorhanden sind.

Die US-PS 1,743,803 ist kennzeichnend für den Stand der Technik. Sie betrifft Zusätze, die plattenartig ausgebildet und parallel zueinander durch das Herstellungsverfahren, das später noch beschrieben werden soll, orientiert sind.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, monolithische Feuerfestmaterialien zu schaffen, die Kanäle für Wasserdampf besitzen, damit dieser entweichen kann, bevor er gebildet wird.

30 Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung

von monolithischen Feuerfestmaterialien, die ein Kanalvolumen besitzen, das hohen Dampfdruck freisetzen kann, und zwar bei Temperaturen, bei denen andere Zusätze noch unzersetzt sind.

U.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen erläutert
werden.

Die Figuren 1 und 2 stellen Mikrophotographien dar, die die Wirkung der Temperatur auf Zusätze gemäß der Erfindung , verglichen mit denen gemäß dem Stand der Technik, zeigen.

Die Figuren 3 bis 8 zeigen Raster-Elektronen-Mikrophotographien, die die Oberflächen von Gußstücken mit einem hohen Aluminiumoxyd-Gehalt zeigen, die verschiedene
organische Zusätze enthalten, nachdem die Materialien
wärmebehandelt wurden.

Nach der Erfindung werden feuer feste.Materialien geschaf fen, die im wesentlichen aus nicht-basischen Feuerfestkomponenten bestehen, einem Bindemittel und zugesetztem Vinylchlorid-Acetat.

20 Vorzugsweise überschreiten die Fasern nicht die Länge

von 12,7 mm und besitzen einen Durchmesser ungefähr zwischen 1 und 15 Mikron.

Weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden 25 für mit diesem Fachgebiet Vertraute aus den folgenden

Beispielen offensichtlich. In der Beschreibung und in. ■ den Ansprüchen beziehen sich alle Prozentangaben auf
das Gewicht. Alle Größenangaben beziehen sich auf die
Tyler-Sieb-Reihe.

Die verschiedenen monolithischen feuerfesten Stampfmassen wurden zuerst durch Korngrößensortierung der Komponenten vorbereitet, so daß maximal 45 % der Komponenten

"4.

größer als 4,699 mm sind, 45 bis 55 % eine Korngröße von 4,699 bis 1,651 mm, 1 bis 5 % won 1,651 bis 0,589 mm und 1 bis 5 % von 0,-589 bis 0,208 mm besitzen. Ungefähr 35 bis 45?ό sind kleiner als 0,208 mm im Durchmesser. Nach dem Mischen der Stampfmassenbestandteile wird Wasser in die Stampfmasse eingemischt.

Blöcke mit den Abmessungen won 45,72 χ 30,48 χ 22,86 cm werden gegossen, wobei gemäß der Erfindung 4 verschiedene Arten won Fasern eingelagert werden. Die optimale Faserzugabe wurde auf der Basis der Misch- und Gießeigenschaften und der Ergebnisse der Dampfabspaltungsprobe bestimmt. Die Mischungen und Eigenschaften sind unten in Tabelle I gezeigt.

Mischung:

tonerdereiches, feuerfestes Material

Zusätze:

Vinylchlorid-Acetat Keramik-Faser A Polypropylen Keramik-Faser B Wasser

Gießeigenschaften:

Dampfabspaltungsprobe :

Abscheidungstemperatur, C

% abgeblätterte Warmfläche

	Tabelle 1	2	3	4	5	6	7
1			ι nn ⁰K
	0,6 %	0,3 %	0,2 %	0,1 %	0	0
0	0	0	0	0	0,3 % _	0,2 %
0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0
0	8,4 %	-7 /■ O' / , Ο /o	7,75 %	7,4 %	7,75 %	8,5 %
8,25 %	Mischung war fett, gute Faser verteilung	gut, gute Faser verteilung	wie Mi schung 2	wie Mi schung 2	gut, Faser ballungen	wie Mi schung 6
gut

1037,78

100

1182,22 1148,89

100

GO CZ)

	8	T	9	abelle 1	11	12	13	14
Mischung:			10	ι nn ^Qi
tonerdereiches, feuer- f O C 4" O G M Q ^ O T^ Π O 1
I COLcS π α I. C ΓΙ α 1 Zusätze:	O	0		0	0	0	0
Vinylchlorid-Acetat	0,2 %	0	0	0	0	0	0
Keramik-Faser A	O	0,2 %	0	0,4 %	0,3 %	0,1 %'	0
Polypropylen	O	0	0,05 %	0	0	0	0,2 %
Keramik-Faser B	8,5 %	8,5 %	0	7,5 %	7,5 %	7,25 Si	-7,75 %
Wasser	wie Mi schung 6	schlecht, Mischung ist ange messen	Q, J /o	schwierig, Fasern sind verfilzt	wie Mi schung 11	wie Mi schung 11	wie Mi schung 11
Gießeigenschaften: Dampfabspaltungs probe :	1187,78	-	angemessen, Fasern sind gut verteilt	1176,67	1148,89	1160	1098,89
Abscheidungs- temperatur, C	60		1037,78	100	100	30	100
% abgeblätterte Warmfläche	100

/IO ,

Es wurde nicht beobachtet, daß eine der Fasern signifikante Wirkungen auf die physikalischen Eigenschaften ausübt, auch nicht b.eim Aluminium-Durchdringungsumkehr-Test (aluminium-penetration inversion test). Vinylchlorid-Acetat war die einzige Faser, die durchweg den Widerstand gegenüber der Dampfabspaltung verbesserte. Die Verwendung dieser Faser erwies sich als erfolgreich in einem Bereich zwischen G,2 und 0,6 %. Der optimale Fasergehalt betrug 0,3 %, um einen breiten Fehlerbereich oberhalb der 0,2 °Ό Ebene zu ermöglichen. Die Fasern brechen leicht auseinander und verteilen sich leicht während des Trocken-Mischens, entsprechend ihrer geringen Länge und ihres kleinen Durchmessers.

Die Verwendung der Keramik-Faser A hat nur eine geringe Verbesserung des Dampfabspaltungs-l/Jiderstandes zur Folge, aber nicht in dem Ausmaß, wie das durch Vinylchlorid-Acetat bewirkt wird. Die erhaltene Probe war ein Roving und ungefähr 38,10 mm lang. Die Faser ten-

20 ' dierte während ihrer Mischung zur Zusammenballung und es war schwierig, sie gleichmäßig zu verteilen.

Die Polypropylen-Fasern scheinen den Widerstand gegenüber der Dampfabspaltung in einem Bereich von bis zu 0|3 % nicht zu verbessern.

Die Keramik-Fasern B verbesserten in einem Bereich von 0,2 % nicht den Widerstand gegenüber der Abscheidung.

30 Vinylchlorid-Acetat-Fasern weisen bei 40,56 °C eine

Schrumpfung um 50 % auf. Da diese Temperatur niedriger ist als der Siedepunkt des Wassers, hinterlassen die geschrumpften Fasern Kanäle, durch welche Wasserdampf

entweichen kann. Da die Kanäle dem Durchmesser der Faser von ungefähr 15 Mikron entsprechen, durchdringen geschmolzene Metalle oder Schlacken nicht das Feuerfestmaterial. Die Verwendung von Stroh oder Papier oder von synthetischen organischen Polymer fasern hinterläßt größere Kanäle und erschwert den Fluß des Wasserdampfes.

Bezogen auf die Zeichnungen, so weisen in den Figuren 1 und 2 die Vinylchlorid-Acetat-Fasern gemäß der Erfindung bei 79,44 C eine Schrumpfung auf. Bei steigender Temperatur schrumpfen sie weiterhin bis sie bei 148,89 C geschmolzen werden. Die Polypropylen-Fasern gemäß dem Stand der Technik werden bei Temperaturen bis zu 148,89 C nicht angegriffen. Sie zeigen erst Schrumpfungserscheinungen bei 162,78 C und schmelzen schließlich bei 192,78 °C.

Die Figuren 3 bis 8 sind Raster-Elektronen-Mikrophotographien, die die brüchigen Oberflächen von Gießmassen mit verschiedenen organischen Zusätzen zeigen, nachdem die Gießmassen wärmebehandelt wurden.

Die Figur 3 zeigt eine geschrumpfte Vinylchlorid-Acetat-Faser (A) und den nach einer Erwärmung auf 121,1 C gebildeten Kanal. Die vom geschmolzenen Vinylchlorid-Acetat CA) nach der Erwärmung auf 148.1 Kanäle sind in der Figur 4 gezeigt.

tat CA) nach der Erwärmung auf 148.89 C (-unterlassenen

Die Figuren 5 bis 8 zeigen Proben, die all'e auf 148,89 ⁰C erwärmt wurden. Die Polypropylen-Fasern sind in Figur 5 mit A bezeichnet. Die Figur 6 zeigt einen Teil einer Schuppe A, die nach der Wärmebehandlung bestehen,bleibt. Der Rest der Schuppe brach ab, als die Probe gebrochen wurde. Der gezackte Abdruck der ursprünglichen Schuppe

3AQ1054

Al.

ist noch sichtbar und mit B bezeichnet. Bemerkenswert ist die Größe der Lücke, die durch die Schuppe entstanden ist, da diese Photographie nur 2Ox vergrößert wurde. Die Figur 7 zeigt Holzfasern (A)₅ die von zugegebenen Papier-Konfetti stammen. Diese Photographie zeigt nur ein Stück Konfetti. Nicht gezeigt ist, daß die Holzfasern nicht über die gesamte Probe verteilt sind, sondern nur an den Konfetti-Stellen konzentriert sind. Die Figur 8 zeigt eine lamellare gurkenkernartige Ausbildung A in

10 der Gießmasse. Die Vergrößerung beträgt wiederum nur

20mal, so daß die Lücke, die durch ein eventuelles Ausbrennen der Schuppe entsteht, groß ist. Proben, die dichte Roggengraskeime und Baummioll fasern enthalten, besitzen in ähnlicher Weise keine befriedigenden Eigen-

15 schäften.

Die Figuren 6, 7 und 8 zeigen die Zusätze, die in der US-PS 1,743,803 offenbart sind. Die Zusätze in dieser Schrift sind alle plattenartig und parallel zueinander

20· durch das Herstellungsverfahren orientiert. Bei Brennen resultieren daraus lange, flache Poren, die senkrecht zum Thermalgradienten in dem Material angeordnet sind. Dieses schafft eine gewisse Flexibilität in der Richtung des Thermalgradienten, die den Widerstand gegenüber thermischen Schocks verbessert. Da die Zusätze nicht senkrecht zu der Oberfläche orientiert sind, schaffen sie keine Bahnen für die Bewegung des Wassers zur Oberfläche beim Trocknen. Sogar wenn die Zusätze in der US-PS 1,743,803 zur Oberfläche oder zufällig orientiert sind, so wurden die Poren, die sie beim Ausbrennen hinterlassen, so groß sein, daß das Feuerfestmaterial der Durchdringung von Metall und Schlacke unterworfen wäre.

Zusammenfassend stellen die Vinylchlorid-Acetat-Fasern eine Verbesserung des Standes der Technik dar. Die Schrumpfung von Vinylchlorid-Acetat bei Temperaturen unterhalb dem Siedepunkt des Wassers schafft deutliche Kanäle, die die Abgabe von Wasserdampf erlauben, bevor der Dampf gebildet wird. Die relativ niedrige Schmelztemperatur vergrößert das Kanalvolumen, welches hohen Dampfdruck bei Temperaturen abgeben kann, bei denen andere Zusätze noch unangegriffen sind. Ein Unterscheidungsmerkmal des Vinylchlorid-Acetats besteht darin, daß der Durchmesser der Poren, der durch die Schrumpfung und Schmelzung desselben entstanden ist, nur 15 Mikron beträgt, zu gering, als daß geschmolzenes Metall und Schlacke eindringen kann.

Die vorhergehende Beschreibung und die Zeichnungen sind als Beispiele konstruiert, die die Erfindung nicht begrenzen sollen.

Claims

PATENTANWÄLTE DIPL-ING. W. MEISSNER (1980) DIPL-ING. P. E. MEISSNER DIPL-ING. H.-J. PRESTING Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Petantemt -ProfeMionel Representatives before the European Patent Office Kw Zeichen Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen Pe/Dö/453 HERBERTSTR. 22,1000 BERLIN 33 10. Januar 1984 Dresser Industries, Inc. Dresser Building Dallas, Texas 75201 Monolithische Feuerfestmaterialien Patentansprüche

1. Monolithische Feuerfestmaterialien, die einen verbesserten Widerstand gegenüber einer Abspaltung durch Dampf besitzen, gekennzeichnet durch im wesentlichen nicht-basische feuerfeste Komponenten,

ein Bindemittel und Vinylchlorid-Acetat-Zusatz.

2. Feuerfestmaterialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine Länge won 12,7 mm nicht überschreit-sn.

TEU=X: TELEQRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO: 1-WC44 INVENTION TELEFAX BERLINER BANK AQ. P. MBWNeR BLN-W kiMMd KRUN 030/89160 37 BERUH 31 404737-W3

3. Feuerfestmaterialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen Durchmesser zwischen ungefähr 1 und 15 Mikron besitzen.