DE3421529C2

DE3421529C2 -

Info

Publication number: DE3421529C2
Application number: DE3421529A
Authority: DE
Inventors: Cecil Moore Worcester Mass. Us Jones
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1983-06-13
Filing date: 1984-06-08
Publication date: 1987-08-06
Also published as: JPS605081A; US4507395A; CA1210785A; JPH0137352B2; ZA841866B; DE3421529A1

Description

Die Erfindung betrifft eine feuerfeste Stampfmasse auf der Basis von Chrommagnesia-Spinell, Ton und einem Phosphat als Bindemittel.

Aus der US-PS 25 43 959 ist eine magnesiahaltige Stampfmasse aus Seewassermagnesit bekannt, die geringere Dichte als Magnesia aus Erzen besitzt. Die Stampfmasse enthält Seewassermagnesit, Magnesiumchlorid und Füllstoffe sowie Natriumphosphat oder -polyphosphat (NaPO₃)_n zur Verringerung des Schrumpfens der mit Wasser angemachten Stampfmasse. Als Füllstoffe kommen nach diesem Stand der Technik Sand, pulverisierter Kalkstein, Asbest und Eisenoxid in Frage.

Die US-PS 32 78 320 betrifft einen feuerfesten Mörtel zur Heißauskleidung oder Reparatur von Stahlöfen in Form eines Gemisches von 50-95% Chromerz (Chromit), bis zu 45% Magnesia, gegebenenfalls 1-2% Ton und Eisenoxid und einem üblichen Phosphat-Bindemittel. Das Chromerz kann 5% bis 20% Magnesia zusammen mit 1% bis 20% Kieselsäure, 8% bis 25% Tonerde, 15% bis 29% Eisenoxid und 0,1% bis 3% Calciumoxid enthalten. Der Mörtel kann bis 3% Eisenoxid mit einer Körnung von 0,149 mm enthalten, wobei 90% eine Korngröße < 44 µm besitzen. Das trockene Gemisch wird angefeuchtet und in den heißen Ofen gespritzt. Diese Reparaturmassen werden üblicherweise in dünner Schicht auf die auszubessernden Teile der Ofenwand oder des Gewölbes aufgetragen wie 3,2 bis 12,7 mm, wo sich ein monolithischer Überzug bildet, der sich durch Widerstandsfähigkeit gegenüber Spalling, Abschälen und Rißbildung auszeichnet.

Aus der US-PS 33 92 037 ist eine Masse zur Herstellung feuerfester Formkörper mit überlegener Warmfestigkeit bekannt. Das feuerfeste Korn besteht aus Periklas und/oder Chromit, wobei als Bindemittel Natriumtripolyphosphat dient. Das Gemisch wird angefeuchtet und geformt und schließlich gebrannt, wobei die erhaltenen gebrannten Formkörper verbesserte Warmfestigkeit aufweisen. Die Anwendung einer derartig zusammengesetzten Masse als Stampfmasse wurde jedoch nicht in Erwägung gezogen. Bei der US-PS 38 68 261 geht es um einen feuerfesten Mörtel, wie er bei der Aufmauerung feuerfester Steine bei der Zustellung von Industrieöfen oder dergleichen zur Anwendung gelangt. Die für den Mörtel essentiellen Eigenschaften sind dessen Plastizität bei der Verarbeitung und dessen Schrumpfvermögen beim Anfahren des Ofens und damit Brennen des Mörtels. Zur Einstellung der Schrumpfung des Mörtels innerhalb Fugen zwischen den feuerfesten Steinen besteht dieser aus einem vorreagierten Korn, welches erhalten worden ist durch Sintern von Chromerz und Magnesia oder einer Magnesia liefernden Verbindung, wobei das vorreagierte Korn 40 bis 80, insbesondere etwa 60% MgO enthalten soll. Zusätzlich muß praktisch reines synthetisches Chromoxid mit einem Gehalt ≧ 95% Cr₂O₃ enthalten sein.

Die US-PS 34 70 004 betrifft einen feuerfesten Mörtel für die Vermauerung feuerfester Bauteile auf der Basis von Chrommagnesit. Dazu wird ein Gemisch von Chrommagnesia-Spinell mit einem Plastifiziermittel, welches Natriumsilicat, ein plastischer Kaolin und ein Netzmittel umfaßt, angemacht. Die trockenen Bestandteile gemischt mit Wasser werden auf die entsprechende Stelle aufgetragen, wobei das Wasser die Silicatteilchen und die Schmelzchrommagnesia in die Poren der Oberfläche der Formkörper transportieren soll, um eine erhöhte Bindefestigkeit zu ergeben.

Die US-PS 35 94 199 betrifft ein vorreagiertes Chromerz und Magnesia wie Periklas, die gebrochenen und mit Chromoxid-Pigment (Cr₂O₃) in einer Menge von 2 bis 10%, bezogen auf das Gewicht des Kornes, gemischt werden. Es wird ein wässriger Binder, wie Natriumligninsulfonat, zugesetzt und das Gemisch in die entsprechende Form gepreßt und bei einer Temperatur von 1540-2100°C gebrannt.

Die US-PS 36 35 740 betrifft gebrannte, feuerfeste Gegenstände zur Verbesserung der Warmfestigkeit der Chrommagnesia-Steine ist ein zweifaches Brennen erforderlich. Chromerz und Magnesit werden gebrochen und mit Ton gemischt. Nach Zugabe einer Flüssigkeit wird das feuchte Gemisch geformt und zuerst bei etwa 1600°C gebrannt und abgekühlt und dann nochmals bei 1690°C gebrannt. Dabei soll sich die Kieselsäure des Tons während der ersten Brennstufen durch Umsetzung mit den anderen Verbindungen des Gemischs so verteilen, daß bei der zweiten höheren Brennstufe die Silicate sich nicht verflüssigen, wie dies bisher der Fall war. Diese Produkte werden dann zu Steinen - nicht jedoch zu Massen - verarbeitet und das Wesentliche bei diesem Stand der Technik ist der zweistufige Brand zur Stabilisierung der Silicate.

Aufgabe der Erfindung ist nun eine feuerfeste Stampfmasse besonderer Schlackenbeständigkeit bei gleichzeitig leichtem Einbau und Spinellbildung in situ.

Ausgehend von einer Stampfmasse von der Basis von Chromoxid und Magnesia sowie Ton und Phosphat als Bindemittel wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Masse 80 bis 90 Gew.-% geschmolzenen Chrommagnesia-Spinell sowie feines Chromoxid und Magnesia in einem Verhältnis von 3 : 1 bis 5 : 1 enthält.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Stampfmasse werden die gemahlenen und gesiebten Ausgangsprodukte in üblicher Weise gemischt und dann für das Einstampfen angemacht, z. B. zur Einbettung von Kesselrohren, um diese vor dem Angriff von Schlackenteilchen und korrosiven Gasen in der Atmosphäre der Brennkammer von Dampfkesseln zu schützen.

Die eingebrannte, erfindungsgemäße Masse hat eine Porosität in der Größenordnung von 16% bis 21%. Die Poren sind unregelmäßig geformte Kanäle äquivalenten Durchmessers im Bereich von 15 bis 20 µm. Durch das Brennen der Masse in situ erfolgt eine Bindung durch rekristallisierenden Spinell. Die Rekristallisation ist mit einer Volumenvergrößerung verbunden, wodurch die Poren gegen das Eindringen von Schlacken und Gasen in die Masse abgedichtet werden.

Die bevorzugte erfindungsgemäße Stampfmasse enthält neben dem Spinell 2 bis 6 Gew.-% kaolinitischen Ton und/oder 1 bis 3 Gew.-% Montmorillonit sowie 6 bis 10 Gew.-% feines Chromoxid, 1 bis 3 Gew.-% feine gebrannte Magnesia und 1 bis 3 Gew.-% Natriumhexametaphosphat. Außer dem Natriumhexametaphosphat können auch andere an der Luft härtende Phosphate angewandt werden.

Der Chrommagnesia-Spinell hat vorzugsweise eine Korngröße von ≧ 2 mm. Der Montmorillonit kann ein gereinigter Bentonit sein. Als Chromoxid verwendet man Pigment-Qualität mit einer Korngröße bis etwa 1 µm und der gebrannte Magnesit muß mit Chromoxid in situ zu dem angestrebten Spinell MgO-Cr₂O₃ zu reagieren vermögen, wenn die Stampfmasse an Ort und Stelle eingebrannt wird.

Der angewandte, gebrochene, geschmolzene Chrommagnesia-Spinell ist vorzugsweise ein reiner Spinell, kann jedoch auch chromitreich sein. Hohe Reinheit des Spinells vermeidet unerwünschte Anteile an Tonerde, Silicat und Eisenoxid, die normalerweise mit der Anwendung von Chromerzen verbunden sind. Kaolinit und Montmorillonit sollen der Stampfmasse die nötige Plastizität verleihen.

Die endgültige Bindung des Spinells entwickelt sich beim Erhitzen der Masse, wenn der Dampfkessel in Betrieb genommen wird. Chromoxid-Pigment, gebrannter Magnesit und Ton sind innerhalb der Masse so verteilt, daß die Poren gefüllt und die Abdichtung des Produkts mit fortschreitendem Brand erreicht wird. Das Natriumhexametaphosphat dient sozusagen als temporäres Bindemittel zum Zusammenhalt der Masse beim Stampfen und Brennen und führt schließlich zu einer Verbesserung der keramischen Bindung bei hohen Temperaturen.

Die Erfindung wird an einem Beispiel weiter erläutert.

Beispiel:

Es wurde eingesetzt:

23 Gew.-%  Spinell 0,35-2 mm
23 Gew.-%  Spinell 0,177-0,35 mm
35 Gew.-%  Spinell < 0,177 mm
4 Gew.-%  Kaolinit
2 Gew.-%  gereinigter Montmorillonit
8 Gew.-%  Chromoxid-Pigment
2 Gew.-%  feiner Magnesit
3 Gew.-%  Natriumhexametaphosphat

Diese Ausgangsprodukte wurden trocken gemischt. Das Chromoxid- Pigment hatte eine mittlere Korngröße von 0,7 µm und einen Cr₂O₃-Gehalt von etwa 97%. Der gebrannte Magnesit enthielt zumindest 98% MgO und hatte eine mittlere Korngröße von etwa 30 µm. Es wurde technisches Natriumhexametaphosphat, gelöst in einer entsprechenden Wassermenge, angewandt.

Das feuchte Gemisch wurde um die zu schützenden Rohre des Dampfkessels eingestampft. Durch Wasserzusatz wurde die für das Einstampfen erforderliche Konsistenz erreicht. Nach Antrocknen der Stampfmasse an Ort und Stelle wurde zum Brennen der Masse die Ofentemperatur auf 600°C angebracht. Bei dieser Temperatur reagiert Chromoxid und Magnesit und mit den Tonen und Phosphat kommt es zu einer dauerhaften Bindung bei geringer Porengröße, so daß dem Eindringen korrosiver Schlacke hoher Widerstand entgegengesetzt wird.

Die gebrannte Masse hatte eine (Schütt)Dichte von 3,5 kg/m³, einen Elastizitätsmodul von 103,5 kN/cm² (90 GPa) und ein Bruchmodul bei 100°C von 1104 N/cm² und bei 600°C von 828 N/cm². An bei 1550°C gebrannten Prüfstäben wurde Porosität, Wärmedehnung und Schlackenbeständigkeit ermittelt:

Dichte3,5 kg/m³ Porosität19 Vol.-% mittlerer Porendurchmesser9,6 µm Wärmedehnungskoeffizient bis 1550°C9-10^-6/K

Prüfung auf Schlackenbeständigkeit bei 1580°C unter Verwendung einer Kohleschlacke folgender Zusammensetzung:

52,4%  SiO₂
22,5%  Al₂O₃
1,1%  TiO₂
6,0%  Fe₂O₃
10,6%  CaO
1,8%  MgO
0,5%  K₂O
1,9%  Na₂O

Die Schlackenprüfungen ergaben, daß ein Schlackenweg in einer Tiefe von 0,4 mm gebildet worden ist, was im Vergleich zu den besten Chrommagnesia-Spinell-Steinen, die gegenüber allem vergleichbaren Material überlegen sind, außerordentlich günstig ist.

Claims

1. Feuerfeste Stampfmasse auf der Basis von Chromoxid und Magnesiumoxid sowie Ton und Phosphat als Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß sie 80 bis 90 Gew.-% geschmolzenen Chrommagnesia-Spinell sowie feines Chromoxid und Magnesia in einem Verhältnis von 3 : 1 bis 5 : 1 enthält.

2. Stampfmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinell eine Korngröße von ≦ 2 mm hat und der Ton ein Gemisch von Kaolinit und Montmorillonit ist.

3. Stampfmasse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 2 bis 6 Gew.-% Kaolinit, 1 bis 3 Gew.-% gereinigten Montmorillonit, 6 bis 10 Gew.-% Chromoxid, 1 bis 3 Gew.-% Magnesia und 1 bis 3 Gew.-% Natriumhexametaphosphat enthält.

4. Stampfmasse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinellanteil etwa 85% beträgt.

5. Stampfmasse nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 90 bis 80 Gew.-% feuerfestem Korn und 10 bis 20 Gew.-% Binder-Gemisch besteht.

6. Stampfmasse nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Korn eine Siebanalyse von etwa 23% 0,35-2 mm, etwa 23% 0,177-0,35 mm und etwa 35% < 0,177 mm besitzt und sie etwa 4 Gew.-% plastischen Ton, etwa 2 Gew.-% gereinigten Montmorillonit, etwa 8 Gew.-% Chromoxidpigment, etwa 2 Gew.-% Magnesia und etwa 3 Gew.-% Natriumhexametaphosphat enthält.