DE3435002A1 - Feuerfestmasse und verfahren zur herstellung eines gegen alkalimetalldaempfe bestaendigen feuerfestmaterials - Google Patents

Feuerfestmasse und verfahren zur herstellung eines gegen alkalimetalldaempfe bestaendigen feuerfestmaterials

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DE3435002A1
DE3435002A1 DE19843435002 DE3435002A DE3435002A1 DE 3435002 A1 DE3435002 A1 DE 3435002A1 DE 19843435002 DE19843435002 DE 19843435002 DE 3435002 A DE3435002 A DE 3435002A DE 3435002 A1 DE3435002 A1 DE 3435002A1
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A. Daniel Ormond Beach Fla. Fentzke
George Robert West Simsbury Conn. Rowland
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Emhart Industries Inc
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    • C03B5/42—Details of construction of furnace walls, e.g. to prevent corrosion; Use of materials for furnace walls
    • C03B5/43—Use of materials for furnace walls, e.g. fire-bricks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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Description

European Patent Attorneys Zugelassene Venreter vor dem Europäischen Patentamt
Dr phi! G. Henkel. München Dipl -Ing J Pfenning, Berlin Dr rer nat L. Feiler. München Dipl -Ing. W Hanze!, München Dipl -Phys K. H. Meinig. Berlin Dr. Ing. A. Butenschön, Berlin Dipl.-Ing. D. Kottnann, München
Möhlstraße 37 D-8000 München 80
Tel-089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramm: ellipsoid Telefax (Gr 2+3). 089/981426
EMHART INDUSTRIES, INC.
Farmington, Conn., USA
1661
Feuerfestmasse und Verfahren zur Herstellung eines gegen Alkalimetall- *
dämpfe beständigen Feuerfestmaterials
Feuerfestmasse und Verfahren zur Herstellung eines gegen Alkalimetalldämpfe beständigen Feuerfestmaterials
Die Erfindung betrifft die Herstellung von gegenüber Natriumdämpfen beständigen Feuerfestmaterialien, insbesondere die Herstellung von in Glasofen verwendbaren Feuerfestmaterialien. Da man erfindungsgemäß Feuerfestmaterialien in einer Form verminderten Gewichts herstellen kann, eignen sie sich in höchst vorteilhafter Weise in Vorkammern und Oberöfen von Glasofen.
In Glasofen verwendbare Feuerfestmaterialien, die in hohem Maße gegen plötzliche Temperaturveränderungen
und Korrosion durch erschmolzenes Glas beständig sind, sind aus der US-PS 3 437 499 bekannt. Gemäß den Lehren dieser Literaturstelle werden Gemische aus Zirkon, stabilisiertem Zirkonoxid, Aluminiumoxid, Mullit, Ton und calciniertem Kyanit in Wasser zum Einsatz gebracht. Das jeweilige Gemisch wird in eine Form gebracht und danach bei einer Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur von Zirkon gesintert. Es hat sich gezeigt, daß die aus der genannten Literaturstelle bekannten Feuerfestmassen bei Verwendung in Form von Feuerfestmaterialien in bestimmten öfen noch zu wünschen übrig lassen. Dies ist auf ihre Absplitterneigung infolge der Mullitkomponente zurückzuführen. In Glasöfen, bei-
spielsweise in solchen, in denen Alkalimetalldämpfe entstehen, ist Mullit in Gegenwart der Alkalimetalldämpfe instabil. Darüber hinaus sind auch übliche bekannte Mullitfeuerfestmaterialien in solchen öfen unbrauchbar.
Die Schwachstelle üblicher in Glasöfen verwendeter Mullitfeuerfestmaterialien hat sich als das Ergebnis
1. einer plötzlichen Temperaturänderung und 10
2. einer mineralogischen Änderung der Mullitstruktur
infolge Anwesenheit von Alkalimetallen bei erhöhten Temperaturen
herausgestellt. Alkalimetalldämpfe verursachen eine Zersetzung des Mullits unter Bildung von Verbindungen, die infolge der damit einhergehenden Volumenänderung für die Haltbarkeit von Nachteil sind. Dies ist vornehmlich das Ergebnis eines Abplatzens oder Abblätterns des Feuerfestmaterials. Es hat sich gezeigt, daß die Volumenänderung unter optimalen Bedingungen bis zu 4,5% beträgt. Ferner hat es sich gezeigt, daß die Volumenänderung je nach den Umgebungsbedingungen innerhalb des normalerweise in Containerglasöfen auftretenden Temperaturänderungsbereichs bei etwa 1204 1260 C stattfindet. Die Reaktionsgeschwindigkeit kann je nach den physikalischen Eigenschaften des Feuerfestmaterials, d.h. der Dichte, Porosität, Porenstruktur u.dgl., sehr verschieden sein.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein nach üblichen Maßnahmen herstellbares Feuerfestmaterial zu schaffen, das auch bei hoher Alkalimetalldampfkonzentration, wie sie bei industrieller Nutzung und/ oder Herstellung von Schlacken und Gläsern mit Verbindüngen von Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium und Bor,
auftritt, verwendet und zu komplexen Feuerfestmaterialformen, wie sie in Glasöfenvorkammern und/oder Oberöfen verminderten Gewichts benötigt werden, verarbeitet werden kann.
5
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Feuerfestmasse mit den wesentlichen Komponenten Siliziumdioxid (SiO_), Aluminiumoxid (Al2O3) und Zirkonoxid (ZrO^) mit Spuren sonstiger Komponenten, wie Titanoxid (TiO3) und Eisenoxid (Fe9O-).
Erfindungsgemäße Feuerfestmassen liefern Feuerfestmaterialien, die gegenüber einem Angriff durch Alkalimetalldämpfe, 'z.B. Natrium- und Kaliumdämpfe, die normalerweise bei der Glasherstellung in einem Glasofen auftreten, in hohem Maße beständig sind.
Theoretisch ist die hohe Beständigkeit gegenüber Alkalimetalldämpfen unter Bedingungen der industriellen Ausnutzung und/oder Herstellung von Schlacke und Gläsern das Ergebnis dessen, daß praktisch das gesamte in der Feuerfestmasse enthaltene Siliziumdioxid in das Zirkon eingebettet oder eingebunden ist. Dadurch wird die Verfügbarkeit des Siliziumdioxids zur Bildung von Natriumaluminosilikaten begrenzt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Bildung von Natriumaluminosilikaten bei Temperaturen bestimmter Ofenvorgänge von großen Volumenänderungen begleitet ist. Durch Verminderung der Reaktion von Siliziumdioxid zur Bildung von Natriumaluminosilikaten wurde es möglich, die Neigung der Reaktionsschicht des Feuerfestmaterials zur Ablösung bzw. zum Abblättern insbesondere dann, wenn der Ofen oder ein Teil desselben, z.B. eine Glasofenvorkammer, heruntergekühlt und dann wieder auf Betriebstemperaturen erwärmt wird, zu verringern.
Erfindungsgemäß wird vermieden, daß Mullit den Hauptanteil bildet. Ferner werden auch andere Komponenten, z.B. freies Siliziumdioxid, aus der Feuerfestmasse in Prozenten, die zur Aluminosilikatbildung beitragen, eliminiert. Auf diese Weise läßt sich die Reaktion des Feuerfestmaterials mit Alkalimetalldämpfen verhindern und folglich das mit der Reaktion mullitartiger Feuerfestmaterialien mit Alkalimetalldämpfen einhergehende Abschief erungs- oder Ablösungsproblem eliminieren. Die Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Siliziumdioxid-Bindung der erfindungsgemäß bereitgestellten Feuerfestmaterialien erreicht während des Ofenbetriebs ein Gleichgewicht und/oder eine Stabilisierung, wobei eine Weiterreaktion der Alkalien mit dem Feuerfestmaterial infolge Abwesenheit übergroßer Mengen an in mullitartigen oder mullitgebundenen Feuerfestmaterialien
gefundenen Aluminosilikaten gehemmt wird.
Die chemische Zusammensetzung und Analyse erfindungsgemäß bereitgestellter Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Siliziumdioxid-Feuerfestmassen sind folgende:
Substanzen Verwertbarer
Bereich
Kugeliger Ton oder Kaolin O bis 6%
Ultrox 2 μια naßgemahlen (Zirkon) ) 15 ,. 25„ Zirkopax A 2 μπι naßgemahlen (Zirkon))
calciniertes Aluminiumoxid
(0,044 mm Teilchengröße) 20 bis 30%
° calciniertes Kyanit
(0,417 mm Teilchengröße) O bis 23%
tafelförmiges Aluminiumoxid
(1,168 mm Teilchengröße) 0 bis 25%
aufgeschmolzenes blasiges Aluminiumoxid
(Teilchengröße 4,699 mm und kleiner) 30 bis 40% 35
-yl
Chemische Analyse verwertbarer
Bereich
Siliziumdioxid (SiO2) 10 bis 16%
Aluminiumoxid (Al2O3) 67 bis 75%
Zirkonoxid (ZrO3) 14 bis 20%
sonstige Oxide 1 bis 2%
Die erfindungsgemäßen Feuerfestmassen lassen sich in üblicher bekannter Weise zu Feuerfestmaterialien verarbeiten. Die Massen können als dichte Pulver oder in flockiger Form eingesetzt oder unter Verwendung eines blasigen anorganischen Feuerfestmaterials ausgeformt werden. Die Mitverwendung eines blasigen Materials gestattet die Bildung leichtgewichtiger Feuerfeststrukturen zur besonderen Anwendung in leichtgewichtigen Oberöfen von Containerglasvorkammern. Andererseits können diese Strukturen auch in vorteilhafter Weise dort eingesetzt werden, wo die Gefahr besteht, daß Feuerfestmaterialien mit Alkalimetalldämpfen in Berührung gelangen.
Das folgende Beispiel soll die Erfindung näher veranschaulichen.
Beispiel
Eine Feuerfestmasse der folgenden Zusammensetzung:
Substanzen
Kugeliger Ton oder Kaolin 4,0%
ültrox 2 μΐη naßgemahlen (Zirkon) 6,5%
Zirkopax A 2 ρ naßgemahlen (Zirkon) 13,3%
calciniertes Aluminiumoxid
(0,044 mm Teilchengröße) 21,5%
calciniertes Kyanit
(0,417 mm Teilchengröße) 22,7%
tafelförmiges Aluminiumoxid
(1,168 mm Teilchengröße) 0%
aufgeschmolzenes blasiges Aluminiumoxid (Teilchengröße 4,699 mm und kleiner) 32,0%
Chemische Analyse
Siliziumdioxid (SiO2) 15,9%
Aluminiumoxid (Al2O-) 68,3%
Zirkonoxid (ZrO2) 15,7%
sonstige Oxide 0,8%
wird in einen Paddelmischer eingefüllt und darin bei niedriger Mischergeschwindigkeit gemischt. Nach Zugäbe eines Polyelektrolyten und von Wasser zu dem trockenen Gemisch wird, bis zur Bildung einer halbfließfähigen Masse weitergemischt. Die nach gründlichem Durchmischen erhaltene halbfließfähige Masse wird in eine Gipsform gefüllt und nach dem Entformen 3lu <äer Luft getrocknet. Danach wird die ausgeformte Feuerfestmasse zur Entfernung von restlichem Wasser auf etwa 104,40C erwärmt. Schließlich wird die getrocknete Feuerfestmasse in einem gesteuerten Zyklus, beispielsweise fünfzehn (15) bis sechsundzwanzig (26) h zur Ausbildung einer keramischen Bindung bei etwa 14270C gebrannt. Das hierbei erhaltene Feuerfestmaterial läßt sich in üblicher bekannter Weise als Feuerfestmaterial in einem Glasofen einsetzen.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE
1. Feuerfestmasse, bestehend im wesentlichen aus
10 - 16% Siliziumdioxid (SiO2), 67 - 75% Aluminiumoxid (Al2O3), 14 - 20% Zirkonoxid (ZrO3) und 0-2% sonstigen Oxiden.
2. Feuerfestmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 15,9% Siliziumdioxid, 68,3% Aluminiumoxid und 15,7% Zirkonoxid enthält.
3. Feuerfestmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie teilweise in Form anorganischer Blasen vorliegt.
4. Verfahren zur Herstellung eines gegenüber Alkalimetalldämpfen beständigen Feuerfestmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß man eine im wesentlichen aus 10-16% Siliziumdioxid, 67 - 75% Aluminiumoxid und 14 - 20% Zirkonoxid bestehendes Feuerfestgemisch, bei dem das Siliziumdioxid im wesentlichen in Zirkon eingebunden ist, in eine formbare Masse überführt und die Masse zu einem feuerfesten Formling ausformt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die formbare Masse einen Elektrolyten und Wasser enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der wesentlichen Bestandteile
1 · in Form anorganischer Blasen vorliegt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxid mindestens teilweise in Form
5 von Blasen vorliegt.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Feuerfestmaterial derart ausgeformt wird, daß es mindestens einen Teil des Oberofens einer
10 Glasofenvorkammer bildet.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Feuerfestmaterial derart ausgeformt wird, daß es mindestens einen Teil des Oberofens einer
15 Glasofenvorkammer bildet.
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