DE3540887A1 - Verfahren zur ausbildung einer feuerfestmasse auf einer oberflaeche und zusammensetzung zur bildung einer solchen feuerfestmasse auf einer oberflaeche - Google Patents

Verfahren zur ausbildung einer feuerfestmasse auf einer oberflaeche und zusammensetzung zur bildung einer solchen feuerfestmasse auf einer oberflaeche

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Description

Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausbildung einer feuerfesten Masse auf einer Oberfläche, wobei zunächst gegen diese Fläche ein Gemisch aus feuerfesten Partikeln und oxidierbaren Materialien versprüht wird, welche exotherm mit Sauerstoff reagieren, um ausreichend Wärme zu erzeugen, damit wenigstens die Oberflächen der Feuerfestpartikel erweicht oder geschmolzen werden und so die Bildung dieser feuerfesten Masse herbeigeführt wird.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine Materialzusammen-Setzung zum Versprühen gegen eine Oberfläche zur Bildung einer Feuerfestmasse, wobei diese Masse aus einem Gemisch besteht, die Feuerfestpartikel zusammen mit Partikeln exotherm oxidierbaren Materials enthält.
Verfahren der vorgenannten Art sind besonders geeignet für die Warmreparatur von Öfen und anderen feuerfesten Einrichtungen. Sie sind auch brauchbar bei der Bildung feuerfester Bauteile, beispielsweise für die Ausbildung der Oberfläche feuerfester Metalle oder anderer feuerfester Substrate und insbesondere für die Bildung von Feuerfestauskleidungen auf Teilen, die insbesondere der Erosion ausgesetzt sind. Im Falle der Ofenreparatur können solche Verfahren durchgeführt werden und werden vorzugsweise auch im wesentlichen bei der Arbeitstemperatur des Ofens durchgeführt.
Zusätzlich kann in gewissen Fällen, beispielsweise bei der Oberkonstruktion eines Glasschmelzofens die Reparatur durchgeführt werden, während der Ofen noch arbeitet. Es ist wichtig, daß die gebildete feuerfeste Masse von
hoher Qualität ist, um so eine lange Nutzlebensdauer zu gewährleisten. Es hat sich herausgestellt, daß die Fähigkeit einer solchen Masse, beständig gegen Erosion oder andere Spannungen, insbesondere Thermospannungen, zu sein, denen sie leicht während ihrer Arbextslebensdauer ausgesetzt ist, abhängt nicht nur von ihrer Zusammensetzung sondern auch von ihrer Struktur und daß die Struktur der feuerfesten Masse stark von der Art und Weise beeinflußt wird, wie die Masse aus dem versprühten Material geformt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zum Bilden einer feuerfesten Masse auf einer Oberfläche anzugeben, wobei dieses Verfahren noch weitere günstige Eigenschaften zeitigen soll.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bildung einer Feuerfestmasse auf einer Oberfläche, wobei gegen die Fläche ein Gemisch aus Feuerfestpartikeln und oxidierbaren Partikeln versprüht wird, die exotherm mit dem Sauerstoff reagieren und ausreichend Wärme erzeugen, um wenigstens die Oberflächen der Feuerfestpartikel zu erweichen oder zu schmelzen und so die Bildung dieser Feuerfestmasse herbeizuführen.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Granulometrie der Partikel, die im Gemisch verspritzt werden, derart ist, daß der Mittelwert der 80 % und 20 % Korngrößen der Feuerfestpartikel größer als der Mittelwert der 80 % und 20 % Korngrößen der oxidierbaren Partikel ist und daß der Großenbereichverteilungsfaktor (wie unten definiert) der Feuerfestpartikel bei wenigstens 1,2 liegt.
Der Ausdruck "% Korngröße", wie er hier mit Bezug auf Materialpartikel eingesetzt wird, bedeutet den prozentualen Gewichtsanteil der Partikel, der durch ein Sieb mit einer Maschenweite dieser Größe geht und Bezunahmen auf das Mittel der beiden Korngrößen sind Bezugnahmen auf die Hälfte der Summe dieser Korngrößen.
-ΙΟΙ Der Ausdruck "Größenbereichverteilungsfaktor" bzw. "Größenbereichausbreitungsfaktor" £f(G)jf wird hier benutzt mit Bezug auf eine gegebene Spezies von Partikeln, um den Faktor zu bezeichnen:
* (r\ - 2(G80 - G20)
f \^) - —ρ r—p·
G80 + G20
wo G0n die 80 % Korngröße der Partikel dieser Spezies be-
OU
deutet und G30 die 20 % Korngröße der Partikel dieser Spezies ist.
Allgemein haben Partikelproben eines gegebenen Materials eine Größenbereichsverteilung, die einer Glockenkurve folgt und, wird die kumulative Verteilung, d.h. der·Gewichtsanteil, der durch ein Sieb mit einer Maschenweite einer gegebenen Größe geht, auf einer linearen Skala über der Siebmaschengröße, aufgetragen (im logarithmischen Maßstab dargestellt), so ist das Ergebnis eine sigmoidförmige Kurve, die im allgemeinen gerade zwischen den Punkten ist, welche den 80 % und 20 % Korngrößen der untersuchten Partikel entspricht.
Es hat sich herausgestellt, daß die Beachtung der spezifischen Bedingungen hinsichtlich Granulometrie der versprühten Partikel zu der Zuverlässigkeit und Konsistenz führt, mit der hochfeste haltbare Feuerfestabscheidungen unter gegebenen Prozeßbedingungen gebildet werden können. Es ist äußerst überraschend, daß die Granulometrie der versprühten Partikel einen solchen Einfluß auf die Qualität des Feuerfestproduktes haben sollte, insbesondere da sich herausgestellt hat, daß dieser Vorteil zunimmt, wenn das Verfahren unter Bedingungen derart durchgeführt wird, daß die versprühten Feuerfestpartikel vollkommen geschmolzen werden. Die verläßliche und konsistente Bildung einer haltbaren Feuerfestmasse durch Realisierung eines Verfahrens gemäß der Erfindung ist auf die Tendenz dieses Feuerfestproduktes zurückzuführen, vergleichsweise weniger porös und vergleichsweise frei von Rissen bezogen auf ein Feuer-
festprodukt zu sein, welches nach einem Verfahren gebildet wird, bei dem die Partikelgranulometriebedingungen nicht eingehalten werden, welches aber sonst ähnlich ist. Der hohe Größenbereichsverteilungsfaktor trägt vermutlich zu diesem Ergebnis bei; es hat sich jedoch herausgestellt, daß der Verlaß auf diesen Faktor allein nicht ausreichend ist, um zu günstigen Ergebnissen zu führen. Trotz der breiten Größenbereichsverteilung der Feuerfestpartikel hat sich gezeigt, daß die oxidierbaren Partikel von einer geringeren mittleren Größe (obige Definition) sein müssen oder daß der erwähnte Vorteil, der sich auf die Qualität der nach dem Verfahren gebildeten Feuerfestmassen bezieht, nicht erreicht wird. Für jeden gegebenen Anteil oxidierbarer Partikel einer gegebenen Zusammensetzung im Gemisch variiert die Anzahl dieser vorhandenen Partikel umgekehrt mit der dritten Potenz ihrer mittleren Größe. Wichtig ist, daß eine große Anzahl solcher Partikel vorhanden ist, um direkte StrahlungservTärmung im wesentlichen sämtlicher Feuerfestpartikel während des Versprühens zu gewährleisten.
Nach bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt das Mittel der 80 % und 20 % Korngrößen der Feuerfestpartikel bei nicht mehr als 2,5 mm. Hält man diese Bedingung ein, so wird der glatte Übergang des Verfahrens hinsichtlich der Partikelzufuhr zu und durch die Lanze begünstigt.
Um weiter diesen glatten Vorgang zu begünstigen, bevorzugt man, daß 90 % Korngröße der Feuerfestpartikel nicht mehr als 4 mm ausmacht.
Vorteilhaft ist das Mittel von 80 % und 20 % Korngrößen der Feuerfestpartikel nicht größer als 1 mm; die 90 % Korngröße der Feuerfestpartikel ist nicht größer als 2 mm. Nichts begünstigt die Einhaltung dieses Merkmals einen glatten Betrieb noch weiter, es hat sich auch herausgestellt, daß dann, wenn größere Partikel Verwendung finden, sie ab und zu dazu neigen, von einer Oberfläche zurückzuprallen, gegen die sie versprüht werden, wodurch die Menge an abgeschiedenem Material zur Bildung einer Feuerfest-
masse vermindert wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Partikel gegen eine überkopfbefindliche Fläche versprüht werden. Hält man das Mittel der 80 % und 20 % Korngrößen der Feuerfestpartikel sowie deren 90 % Korngröße unten auf diesen Werten, so wird diese Tendenz stark vermindert.
Vorteilhaft beträgt das Mittel der 80 % und 20 % Korngrößen der Feuerfestpartikel wenigstens 50/um. Die Einhaltung dieses bevorzugten Merkmals trägt dazu bei, zu verhindern, daß Oxidationsreaktionen ersticken, die während des Versprühens des Gemisches stattfinden, und zwar durch Feuerfestpartikel, die zu klein sind.
Bevorzugt liegt der Großenbereichverteilungsfaktor (oben definiert) der Feuerfestpartikel bei wenigstens 1,3. Hierdurch wird weiterhin eine Verminderung in der Porosität eines Feuerfestproduktes begünstigt, das beim Versprühen des Gemisches gebildet wird.
Vorteilhaft liegt der Großenbereichverteilungsfaktor der Feuerfestpartikel bei nicht mehr als 1,9. Diese Bedingung ist günstig zur Verminderung der Segregation der verschiedenen Größen von Feuerfestpartikeln, in dem sie sich während Speicherung und Handhabung, beispielsweise während der Speisung der Lanze, absetzen.
Nach bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist der Großenbereichverteilungsfaktor (hier definiert) der oxidierbaren Partikel nicht größer als 1,4. Im Gegensatz zu dem Großenbereichverteilungsfaktor der Feuerfestkomponente des Gemisches muß nicht nach einem hohen Großenbereichverteilungsfaktor für die oxidierbaren Partikel gesucht werden, da dieser die Gleichförmigkeit der Oxidationsreaktionen ungünstig beeinflußt, welche für die Bildung einer Feuerfestmasse hoher Qualität wünschenswert ist. Der Großenbereichverteilungsfaktor (hier definiert) der oxidierbaren Partikel kann beispielsweise bei 1,3 oder
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weniger liegen.
Vorteilhaft ist das Mittel der 80 % und 20 % Korngrößen der oxidierbaren Partikel nicht größer als 50 ,um. Partikel solcher Korngrößen werden leicht oxidiert, was zur raschen Entwicklung von Wärme während des Versprühens des Gemisches führt.
Solch^ eine rasche Oxidation und Entwicklung von Wärme ' während des Versprühens wird weiter begünstigt, wenn in bevorzugter Weise die 90 % Korngröße der oxidierbaren Partikel nicht mehr als 50 ,um beträgt.
Um weiter die rasche Oxidation zu steigern, bevorzugt man, daß das Mittel aus 80 % und 20 % Korngrößen der oxidierbaren Partikel nicht mehr als 15 ,um beträgt. Durch Einhaltung dieses bevorzugten Merkmals können die Oxidationsreaktionen ausreichend schnell ablaufen, um eine im wesentlichen vollständige Verbrennung der oxidierbaren Partikel sicherzustellen, ohne daß unnötigerweise die Kosten der Ausgangsmaterialien erhöht werden.
Unbrennbare Partikel verschiedener Zusammensetzungen können erfindungsgemäß abhängig vom Verlauf der gewünschten Zusammensetzung der Feuerfestmasse, die beim Versprühen des Gemisches abzuscheiden ist, Verwendung finden. Im allgemeinen ist es wegen der Kompatibilität zwischen solch einer Feuerfestabscheidung und einer Oberfläche des Feuerfestsubstrats, auf welche sie ausgebildet ist und auf weleher sie haftend zu bleiben hat, wünschenswert, daß die Abscheidung Material enthält, welches eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie das im Substrat enthaltende Material hat. Probleme, die auftreten können, wenn diese allgemeine Richtlinie nicht eingehalten wird, können auf der chemischen Inkompatibilität zwischen der Abscheidung und dem Substrat oder einer breiten Differenz zwischen
ihren Koeffizienten der thermischen Expansion beruhen, die zu übermäßiger thermischer Beanspruchung an ihren Grenzen und Abblättern der abgeschiedenen Feuerfestmasse führen können.
Die brauchbarsten Materialien zur Bildung dieser Feuerfestpartikel umfassen einzeln oder in Kombiantion: SiIIimanit, Mullit, Zirconium, SiO~, ZrO„, Al„O-j und MgO.
Vorzugsweise wurde wenigstens ein Teil des Feuerfestmaterials vorher bei einer Temperatur gebrannt, die über dem 0,7fachen seines Schmelzpunktes, . ausgedrückt in Grad Kelvin,liegt. Solch eine Wärmebehandlung hat einen günstigen Einfluß auf verschiedene Feuerfestmaterialien, um die Bildung einer Abscheidung hoher Feuerfestqualität hervorzurufen. Im Falle gewisser Materialien wie Magnesiumoxid treibt eine solche Wärmebehandlung sämtliches molekulares in diesem Material gebundenes Wasser aus. Im Falle anderer Materialien, beispielsweise von Kieselsäure bzw. Siliziumoxid, veränderte solch eine Wärmebehandlung vorzugsweise die kristallographische Struktur für den beabsichtigten Zweck in günstiger Weise.
Umfaßt das Feuerfestmaterial Partikel aus Kieselsäure bzw. Siliziumdioxid, im Folgenden "Kieselsäure" genannt, so zeigt sich, daß die mineralogische Form der Kieselsäure einen wichtigen Einfluß auf die Form der Kieselsäure hat, die in eine Feuerfestmasse, die durch Versprühen des Gemisches gebildet wurde, eingebaut ist, unabhängig von der Tatsache, daß die Kieselsäure vollständig während dieses Sprühvorgangs geschmolzen sein kann. Vorzugsweise liegen wenigstens 90 Gew.-% irgend einer in dem Feuerfestmaterial vorhandenen Kieselsäure dieses Gemisches vor in der Form Tridymit und/oder Cristobalit, da dies zu den besten Ergebnissen führt.
Es hat sich nämlich im allgemeinen herausgestellt, daß die kristallographische Struktur des nach dem Verfahren der Erfindung gebildeten Feuerfestproduktes stark beeinflußt, wenn nicht sogar bestimmt wird durch Form und Abmessung des versprühten Materials. Es wird angenommen, daß selbst dann, wenn die versprühten Feuerfestpartikel vollkommen geschmolzen sind, einige Kristallite im fluiden Zustand verbleiben, um die Art und Weise zu beeinflussen, in der die Rekristallisation bei der nachfolgenden Verfestigung stattfindet.
Vorzugsweise umfassen diese oxidierbaren Partikel eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe: Silizium, Aluminium, Magnesium und Zirkonium. Partikel solcher Materialien lassen sich schnell oxidieren bei der hohen hiermit einhergehenden Entwicklung von Wärme und bilden selbst Feuerfestoxide; sie sind somit sehr geeignet zur Verwendung bei der Maßnahme nach der Erfindung.
Aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt man, daß diese oxidierbaren Partikel in einer Menge vorhanden sind, die 20 Gew.-% dieses Gemisches nicht überschreiten. Für diese Grenze besteht auch ein technischer Grund, da dann, wenn größere Anteile oxidierbaren Materials Verwendung finden, die Arbeitsfläche kaum überhitzt wird.
Die Erfindung stellt auch eine Materialzusammensetzung zum Versprühen gegen eine Oberfläche zur Verfügung, um eine Feuerfestmasse zu bilden, wobei diese Zusammensetzung aus einem Feuerfestpartikel enthaltenden Gemisch zusammen mit Partikeln exotherm oxidierbaren Materials besteht. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die exotherm oxidierbaren Partikel in einer Menge zwischen 5 und 30 Gew.-% dieses Gemisches vorhanden sind und daß die Granulometrie dieser Partikel derart ist, daß das Mittel aus 80 % und 20 % Korngrößen der Feuerfestpartikel größer als das Mittel der 80 % und 20 % Korngrößen der oxidierbaren Partikel ist und daß der Abmessungs- oder Größenbereich-
Verteilungsfaktor (wie hier definiert) der Feuerfestpartikel bei wenigstens lf2 liegt.
Solch eine Zusammensetzung trägt bei, damit leicht haltbare Feuerfestmassen ausgebildet werden können,indem man für die Verbrennung der oxidierbaren Partikel während des Sprühens sorgt, und die breite mögliche Erstreckung der Korngrößenbereichsverteilung der Feuerfestpartikel hat einen günstigen Einfluß auf die Herstellungsposten der Zusammen-Setzung. Dieses Gemisch kann gebildet werden, indem man Feuerfestpartikel verwendet, die leicht durch eine geeignete Wahl von Siebanalysenvorgängen erhältlich sind.
Vorteilhaft liegt das Mittel aus 80 % und 20 % Korngrößen der Feuerfestpartikel bei nicht mehr als 2,5 mm.
Das Einhalten dieser Bedingung ist günstig für ein glattes Einspeisen der Partikel in und durch eine Lanze, die zum Versprühen der Partikel bestimmt ist. Um weiter diese glatte Speisung zu begünstigen, bevorzugt man insbesondere, daß die 90 % Korngröße der Feuerfestpartikel nicht größer als 4 mm ist.
Vorzugsweise liegt das Mittel aus 80 % und 20 % Korngrößen der Feuerfestmaterialien bei nicht mehr als 1 mm und die 90 % Korngröße der Feuerfestpartikel ist nicht größer als 2 mm. Das Einhalten dieses Merkmals begünstigt nicht nur das glatte Einspeisen der Partikel weiter; es hat sich auch herausgestellt, daß dann, wenn größere Partikel Anwendung finden, sie gelegentlich dazu neigen, zurück-
QQ zuspringen, wenn sie gegen eine Fläche versprüht werden, wodurch die Materialgröße vermindert wird, welche zur Bildung einer Feuerfestmasse abgeschieden würde. Dies ist insbesondere, wenn die Partikel gegen eine Überkopffläche versprüht werden sollen. Indem das Mittel aus 80 % und 20 % Korngrößen der Feuerfestpartikel und deren 90 % Korngröße unten auf diesen Werten gehalten wird, wird diese Tendenz erheblich vermindert.
Vorteilhaft liegt das Mittel aus 80 % und 20 % Korngrößen der Feuerfestmaterialien bei wenigstens 50/um. Das Einhalten dieses bevorzugten Merkmals trägt dazu bei, ein Ersticken der Oxidationsreaktionen zu vermeiden, was beim Versprühen des Gemisches durch Feuerfestpartikel, die zu klein sind, stattfindet.
Vorzugsweise liegt der Größenbereichverteilungsfaktor (Definition) der Feuerfestpartikel bei wenigstens 1,3. -^q Dies vergrößert weiterhin eine Verminderung in der Porosität eines Feuerfestmaterials, welches geformt wird, wenn das Gemisch versprüht wird.
Vorzugsweise ist der Größenbereichverteilungsfaktor der ^g Feuerfestpaterikel nicht größer als 1,9. Dies begrenzt die Größenbereichsverteilung jener Partikel, so daß eine gegebene Probe einen relativ niedrigen Anteil an Partikeln aufweist, welche entweder vergleichsweise klein oder sehr groß sind. Das Einhalten dieses Merkmals führt zu einer 2Q verminderten Tendenz der Partikel zur Segregation, indem sie sich während des Transports von Ort zu Ort setzen oder während sie in einem Behälter oder Trichter einer Sprühmaschine enthalten sind.
oc Nach bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist der Abmessungsbereichverteilungsfaktor (siehe Definition) der oxidierbaren Partikel nicht größer als 1,4. Im Gegensatz zum Größen- oder Atmessungsbereichverteilungsfaktor der Feuerfestkomponente des Gemisches wird ein hoher Größen-
3q bereichverteilungsfaktor für die oxidierbaren Partikel nicht nachgesucht, da dieser die Gleichförmigkeit der Oxidationsreaktion ungünstig beeinflußt, die wünschenswert für die Bildung einer Feuerfestmasse hoher Qualität ist,
i
wenn das Gemisch versprüht wird. Der Größenbereichvertei-
g.g lungsfaktor (Definition) der oxidierbaren Partikel kann beispielsweise bei 1,3 oder weniger liegen.
Vorteilhaft ist das Mittel der 80 % und 20 % Korngrößen der oxidierbaren Partikel nicht größer als 50 ,um. Partikel dieser Korngrößen werden leicht oxidiert, wodurch eine rasche Erzeugung von Wärme, wenn das Gemisch versprüht wird, hervorgerufen wird.
Solch eine rasche Oxidation und Wärmeentwicklung, wenn das Gemisch versprüht wird, wird weiter begünstigt, wenn bevorzugt die 90 % Korngröße der oxidierbaren Partikel nicht größer als 50 ,um ist.
Um eine schnelle Oxidation hervorzurufen, bevorzugt man, daß das Mittel aus 80 % und 20 % Korngrößen der oxidierbaren Partikel nicht größer als 15 /um ist. Die Einhaltung dieses bevorzugten Bereiches ermöglicht Oxidationsreaktionen, die stattfinden, wenn das Gemisch versprüht wird, um ausreichend schnell vorzugehen, um im wesentlichen eine vollständige Verbrennung der oxidierbaren Partikel sicherzustellen, ohne daß unnötigerweise bei den Ausgangsmaterialien zusätzliche Kosten entstehen.
Unbrennbare Partikel verschiedenartiger Zusammensetzung können erfindungsgemäß benutzt werden, natürlich abhängig von der gewünschten Zusammensetzung der Feuerfestmasse, die beim Versprühen des Gemisches niedergeschlagen werden soll. Im allgemeinen ist es wegen der Kompatibilität zwischen solch einer Feuerfestabscheidung und einer Oberfläche eines feuerfesten Substrates, auf der dieser Niederschlag vorgenommen werden soll und an dem er haften soll, wünschenswert, daß die Abscheidung Material umfassen soll, das eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie das im Substrat enthaltene Material hat. Probleme, die auftreten können,, wenn dieser allgemeinen Linie nicht gefolgt wird, können zurückzuführen sein auf die chemische Inkompatibilität zwischen Abscheidung und Substrat oder aufgrund einer breiten Differenz zwischen deren Waremexpansionskoeffizienten, die zu einer übermäßigen thermischen Beanspruchung an ihrer Grenzfläche und zum Abblättern der niedergeschlagenen Feuer-
festmasse führen könnten. Die brauchbarsten Materialien zur Bildung dieser Feuerfestpartikel umfassen eines oder mehrere von Sillimanit, Mullit, Zirkonium, SiO2, Zr02' Al2O, und MgO.
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Vorzugsweise ist wenigstens ein Teil des Feuerfestmaterials vorher bei einer Temperatur gebrannt worden, die oberhalb des 0,7fachen seines Schmelzpunktes, ausgedrückt in Kelvin, liegt. Solch eine Wärmebehandlung hat einen günstigen Einfluß auf verschiedenartige Feuerfestmaterialien, um die Bildung einer Feuerfestabscheidung hoher Qualität, wenn das Gemisch versprüht wird, herbeizuführen. Im Falle solcher Materialien wie Magnesiumoxid (Magnesia) treibt eine solche Wärmebehandlung jegliches in diesem Material gebundene molekulare Wasser aus. Im Falle der anderen Materialien, beispielsweise von Siliziumoxid (Silica) verändert solch eine Wärmebehandlung in günstiger Weise die Kristallstruktur für den ins Auge gefaßten Zweck. Die Feuerfestmaterialien lassen sich ohne weiteres durch eine geeignete Auswahl der Siebanalysen erreichen.
Umfaßt das Feuerfestmaterial Siliziumoxid- bzw. Silicapartikel, so hat sich herausgestellt, daß die mineralogische Form des Siliziumoxids einen wichtigen Einfluß auf die Form des in eine Feuerfestmasse eingebauten Siliziumoxids hat, wobei diese Masse durch Versprühen des Gemisches gebildet Wurde, unabhängig davon, daß das Siliziumoxid während dieses Versprühens völlig geschmolzen sein kann. Für die besten Ergebnisse hat sich herausgestellt, daß wenigstens 90 Gew.-% irgend eines in dem Feuerfestmaterial dieses Gemisches vorhandenes Siliziumoxid in Form des Tridymit und/oder Cristobalit, je nachdem, was bevorzugt ist, sein sollte.
Es hat sich nämlich im allgemeinen herausgestellt, daß die Kristallstruktur des nach dem Verfahren der Erfindung gebildeten Feuerfestproduktes stark beeinflußt, wenn nicht bestimmt wird, durch Form und Größe des versprühten
Materials. Es wird angenommen, daß selbst dann, wenn die versprühten Feuerfestpartikel, vollkommen schmelzen, einige Kristallite im fluiden Zustand verbleiben, um die Art und Weise zu beeinflussen, in welcher Rekristallisation bei nachfolgender Verfestigung stattfindet.
Vorzugsweise umfassen diese oxidierbaren Partikel einen oder mehrere der Bestandteile Silizium, Aluminium, Magnesium und Zirkonium. Partikel solcher Materialien lassen sich schnell oxidieren bei hoher hiermit zusammenhängender Entwicklung von Wärme und bilden selbst feuerfeste Oxide und sind somit stark geeignet, erfindungsgemäß verwendet zu werden.
Aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt man, daß diese oxidierbaren Partikel in einer Menge vorhanden sind, die 20 Gew.-% dieses Gemisches nicht überschreitet.
Die folgenden Beispiele hinsichtlich Verfahren und Zusammen-Setzungen erläutern die Erfindung ohne sie zu begrenzen.
In Beispiel 1 und 2 wird Bezug genommen auf die beiliegende Zeichnung, die ein Schaubild der kumulativen Verteilung verschiedener Arten verwendeter Partikel zeigt, das ist der Gewichtsanteil, der durch ein Sieb mit einer Maschenweite einer gegebenen Größe geht, bei der der kumulative Anteil auf einer linearen Skala über der Siebmaschengröße, die logarithmisch aufgetragen ist, zu sehen ist.
Beispiel 1
Ein Gemisch aus Partikeln wurde hergestellt, das 20 Gew.-% Silizirm und 80 % Siliziumoxid enthielt. Das Siliziumoxid (Silica) wurde erhalten, indem man "Ziegelsteine" aus Quarzsand zerquetschte oder zermahlte, die vorher bei einer Temperatur von wenigstens 1400 C gebrannt wurden. Aufgrund des Brennens lagen 2 Gewichtsteile Siliziumoxid vor in Tridymitform, drei Gewichtsteile in Cristobalitform.
Die Diagramme der kumulativen Abmessungsgrößenbereichsverteilung von Silizium und Siliziumoxid sind in der bei liegenden Zeichnung gezeigt.
Die Granulometrie der verschiedenen Partikel ist auch in der folgenden Tabelle gegeben, bei der G20, GgQ und GgQ jeweils die 20 %, 80 % und 90 % Korngrößen der Partikel und f(G) ihr Großenbereichverteilungsfaktor der oben definierten Art sind.
10
Material G20 /um Gg0 ,um Ggo,um f(G)
Si 3 14 19,5 1,29
SiO2 170 1020 1450 1,43
Das Gemisch aus Partikeln wurde bei einem Durchsatz von 1 kg/min, in einem Sauerstoffstrom aufgeschleudert, der bei 200 l/min, geliefert wurde, wobei eine Vorrichtung Verwendung fand, wie sie in der GB-PS 1,330,895 beschrieben ist, um einen gleichförmigen haftenden Feuerfestüberzug auf eine Silicaofenwand aufzubringen, der sich auf einer Temperatur von 1200 bis 12500C befand. Die Verwendung des Gemisches führte zur Bildung im wesentlichen rißfreier feuerfester Überzüge, die sehr gut an der Arbeitsfläche hafteten. Zusätzlich stellte sich heraus, daß die Grenzfläche zwischen dem abgeschiedenen Überzug und der ursprünglichen Wandung im wesentlichen rißfrei war, selbst dann, wenn der Überzug bis zu einer Dicke von 5 cm oder mehr abgeschieden wurde. Das Vorhandensein von Grenzflächenrissen ist ein besonderes Problem, wenn Silicaüberzüge auf Silicawände abgeschieden werden. Durch Vergleich wurde festgestellt, daß dann, wenn ein Gemisch nicht eine Granulometrie ,der erfindungsgemäßen Art hatte und nach einem ähnlichen Verfahren aufgesprüht wurde, selbst wenn die Überzugsdicke so niedrig wie 1 cm lag, Risse sowohl in der Überzugsschicht selbst wie in der Grenzschicht zur Arbeitsfläche der Wandung vorhanden waren.
Das partikelförmige Feuerfestmaterial, das in dem Ausgangsgemisch für Vergleichszwecke ersetzt wurde, war natürlicher Quarzsand mit der folgenden Granulometrie
Material G30 ,um Gg0/um G90,um f(G)
Quarzsand 55 190 250 1,1
Beispiel 2
Ein Gemisch aus Partikeln wurde hergestellt, das 8 Gew.-% Silizium, 4 Gew.-% Aluminium und 88 Gew.-% Magnesiumoxid enthielt. Das verwendete Magnesiumoxid war natürliches Magnesiumoxid, das zur Dehydratisierung bei 19000C gebrannt war.
Das verwendete Silizium hatte die in Beispiel 1 gegebene Granulometrie. Diagramme mit der kumulativen Größenbereichsverteilung von Aluminium und Magnesiumoxid sind auch in der beiliegenden Zeichnung zu sehen.
Die Granulometrie der verschiedenen Partikel ist auch in der folgenden Tabelle gegeben
Material G20/um G80/um G90/um f (G)
Si 3 14 19,5 1,29
Al 4,6 15 19,5 1,06
Si+Al 3,5 14,4 19,5 1,22
MgO 90 1110 1500 1,7
Das Gemisch aus Partikeln wurde unter Verwendung der gleichen Vorrichtung wie in Beispiel 1 aufgeschleudert, wodurch ein gleichförmiger feuerfester Überzug auf einer Ofenwandung gebildeJ wurde, der wie feuerfeste Grundblocks aufgebaut war, die im wesentlichen aus Magnesiumoxid bestanden und ο
die bei einer Temperatur von über 1000 C lag. Die Verwendung des Gemisches führte zur Bildung feuerfester Überzüge geringer Porosität, die sehr gut an der Arbeitsfläche hafteten.
*3f540
-23-Beispiel 3
Ein Gemisch aus Partikeln wurde hergestellt, das 6 Gew.-% Silizium, 6 Gew.-% Aluminium und 88 Gew.-% Zirkonium/Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid enthielt. Die Feuerfestpartikel wurden erhalten, indem schon benutzte oder gebrochene Elektroguß-Feuerfestblöcke gebrochen und/oder vermählen wurden, wie sie unter dem Warennamen "Corhart Zac" zur Verfügung stehen. Die ungefähre Zusammensetzung dieser Blöcke lag bei: Al3O3: 65-75 Gew.-%; ZrO-: 15-20 Gew.-%; SiO2: 8-12 Gew.-%.
Die Silizium, Aluminium und Feuerfestpartikel hatten die folgende Granulometrie
Material G2QyUm G30 /um GgQyUm f(G)
1,29 1,06 1,21
1,3
Si Al Si+Al
Feuerfestmaterial
4,6
3,6
52,5
14
15
14,8
248
19,5
19,5
19,5
330
Das Ausgangsgemisch wurde unter Verwendung der gleichen Vorrichtung wie nach den vorgenannten Beispielen aufgeschleudert oder aufgeblasen auf eine tonerdehaltige Feuerfestwandung, wodurch im wesentlichen rißfreie Überzüge niedriger Porosität abgeschieden wurden.
- Leerseite -

Claims (33)

European Patent Attorneys Dr. Müller-Bote und Partner > POB 260247 > D-8000 München 26 Deutsche Patentanwälte Dr. W. MüHer-ΒοΓέ f Dr. Paul Deufel Dipl.-Chem., Dipl.-Wirtsch.-Ing. Dr. Alfred Schön Dipl.-Chem. Werner Hertel Dipl.-Phys. Dietrich Lewald Dipl.-Ing. Dr. Ing. Dieter Otto Dipl.-Ing. Brit. Chartered Patent Agent B. David P. Wetters M.A. (Oxon) Ch. Chem. M. R. S. C. G 3427 Lw/Wd DRD/ST/B-467-85/VP/V1 Case 4012 GLAVERBEL chaussee de La Hulpe 166 B- 1170 Bruxelles /Belgien Verfahren zur Ausbildung einer Feuerfestmasse auf einer Oberfläche und Zusammensetzungen zur Bildung einer solchen Feuerfestmasse auf einer Oberfläche Patentansprüche
1. Verfahren zum Ausbilden einer Feuerfestmasse auf einer Oberfläche, wobei gegen die Fläche ein Gemisch aus Feuerfestpartikeln und oxidierbaren Partikeln geblasen wird, die exotherm mit Sauerstoff und unter Erzeugung ausreichender Wärme reagieren, um wenigstens die Oberfläche der Feuerfestpartikel zu erweichen oder zu schmelzen
D-8000 München 2 POB 26 02 47
Kabel: Telefon Telecopier Infotec 6400 B
ORIGINAL INSPECTED
Telex
* und so die Bildung der Feuerfestmasse herbeizuführen, dadurch gekennzeichnet, daß die Granulometrie der Partikel, die im Gemisch versprüht werden, derart ist, daß das Mittel der 80 % und 20 % Korngrößen
° der feuerfesten Partikel größer ist als das Mittel der 80 % und 20 % Korngrößen der oxidierbaren Partikel und daß der Abmessungsbereichsverteilungsfaktor der definierten Art der feuerfesten Partikel
bei
10
f(G) = 2(G80-G20) =, 1/2
G80 + G20
ist, wobei Gg0 die 80 % Korngröße der Partikel dieser Spezies und G20 die 20 % Korngröße der Partikel dieser Spezies ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel der 80 % und 20 % Korngrößen der feuerfesten Partikel nicht größer als 2,5 mm ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die 90 % Korngröße der feuerfesten Partikel nicht größer als 4 mm ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel der 80 % und 20 % Korngrößen der feuerfesten Parikel nicht größer als 1 mm ist und daß die 90 % Korngröße der feuerfesten Partikel nicht größer als 2 mm ist.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel der 80 % und 20 % Korngrößen der feuerfesten Partikel bei wenigstens 50μπι liegt.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der GröBenbereichsverteilungsfaktor der hier definierten Art der feuerfesten Partikel bei wenigstens 1,3 liegt.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Größenbereichsverteilungsfaktor der hier definierten Art der feuerfesten Partikel nicht größer als 1,9 ist.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Größenbereichsverteilungsfaktor der oxidierbaren Partikel nicht größer als 1,4 ist.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel der 80 % und 20 % Korngrößen der oxidierbaren Partikel nicht größer als 50 μπι ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die 90 % Korngröße der oxidierbaren Partikel nicht größer als 50 μΐη ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel der 80 % und 20 % Korngrößen der oxidierbaren Partikel nicht größer als 15 μια ist.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfesten Partikel ein oder mehrere aus Sillimanit, Mullit, Zircon, SiO2f ZrO2, Al2O3, MgO umfaßen.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der feuerfesten Partikel vorher : bei einer Temperatur gebrannt wurden, die mehr als das 0,7-fache ihres
-4-Schmelzpunkts, ausgedrückt in Kelvin, ausmacht.
14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 90 Gew.-% irgendeines Siliciumoxids bzw. irgendeiner Silida in dem Feuerfestmaterial der Mischung in Form von Tridymit und/oder Cristobalit vorhanden sind.
15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese oxidierbaren Partikel, Partikel eines oder mehrerer aus Silicium, Aluminium, Magnesium und Zirkonium umfassen.
16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese oxidierbaren Partikel in einer Menge vorhanden sind, die 20 Gew.-% dieses Gemisches nicht überschreitet.
17. Materialzusammensetzung zum Versprühen gegen eine Oberfläche zur Bildung einer Feuerfestmasse, wobei die Zusammensetzung ein Gemisch aus feuerfesten Partikeln zusammen mit Partikeln von exotherm oxidierbarem Material umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die exotherm oxidierbaren Partikel in einer Menge zwischen 5 und 30 Gew.-% dieses Gemisches vorhanden sind und daß die Granulometrie dieser Partikel derart ist, daß das Mittel aus 80 % und 20 % Korngrößen der feuerfesten Partikel größer als das Mittel aus 80 % und 20 % Korngrößen der oxidierbaren Partikel ist und daß der Größenbereichsverteilungsfaktor der hier definierten Art der feuerfesten Partikel bei wenigstens 1,2 liegt.
18. Materialzusammensetzung nach Anspruch 17, dadurch
gekennzeichnet, daß das Mittel aus 80 % und 20 % Korngrößen der feuerfesten Partikel nicht größer als 2,5 mm ist.
19. Materialzusammensetzung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die 90 % Korngröße der feuerfesten Partikel nicht größer als 4 mm ist.
20. Materialzusammensetzung nach Anspruch 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel aus 80 % und 20 % Korngrößen der feuerfesten Partikel nicht größer als 1 mm ist-und daß die 90 % Korngröße der feuerfesten Partikel nicht größer als 2 mm ist. 10
21. Materialzusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel der 80 % und 20 % Korngrößen der feuerfesten Partikel wenigstens 50μΐη beträgt.
22. Materialzusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Korngrößenbereichsverteilungsfaktor der hier definierten Art der feuerfesten Partikel bei wenigstens 1,3 liegt.
23. Materialzusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Korngrößen— bereichsverteilungsfaktor der hier definierten Art der feuerfesten Partikel nicht größer als 1,9 ist.
24. Materialzusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Korngrößenbereichsverteilungsfaktor der hier definierten Art der feuerfesten Partikel nicht größer als 1, 4 ist.
25. Materialzusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel aus 80 j!; und 20 % Korngrößen der oxidierbaren Partikel nicht größer als 50 μΐη ist.
26. Materialzusammensetzung nach Anspruch 25, dadurch
gekennzeichnet daß die 90 % Korngröße der oxidierbaren Partikel nicht größer als 50 um ist.
-6-
27. Materialzusammensetzung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel aus 80 % und 20 % Korngrößen der oxidierbaren Partikel nicht größer als 15 μΐη ist.
28. Materialzusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfesten Partikel eines oder mehrerer aus Sillimanit, Mullit, Zircon, SiO«, Z^O-f A"^2^3' M^° UMfasse11·
29. Materialzusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des feuerfesten Materials vorher bei einer Temperatur gebrannt wurde, die über dem 0,7-fachen seines Schmelzpunkts,ausgedrückt in Grad Kelvin, liegt.
30. Materialzusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 90 Gew.-% irgendeines im Feuerfestmaterial dieses Gemisches vorhandenen Siliciumoxids in der Form von Tridymit und/oder Cristobalit vorliegt.
31. Materialzusammensetzung nach einem der/Ansprüche 17
bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß diese oxidierbaren Partikel, Partikel eines oder mehrerer von Silicium, Aluminium, Magnesium und Zirconium umfassen.
32. Materialzusammensetzung nach einem der Ansprüche 17
bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß diese oxidierbaren Partikel in einer Menge vorhanden sind, die 20 Gew.-% dieses Gemisches nicht überschreitet.
1
33. Ofen, der mit einer feuerfesten Masse innen ausgekleidet ist, die nach dem Verfahren eines der Ansprüche bis 16 und/oder einer Materialzusammensetzung eines der Ansprüche 17 bis 32 hergestellt wurde.
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