DE3621021A1 - ABRASION RESISTANT FIREPROOF MIXTURE - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine feuerfeste Mischung, die sich durch eine hohe Abriebbeständigkeit auszeichnet und insbesondere eine Mischung, die als Gießmasse benutzt werden kann.The invention relates to a refractory mixture, the is characterized by high abrasion resistance and especially a mixture that is used as a casting compound can be used.
Feuerfeste Gießmassen sind hydraulisch abbindende Mischungen. Sie enthalten granulare feuerfeste Bestandteile und chemische Binder.Refractory casting compounds are hydraulically setting Mixtures. They contain granular refractories Ingredients and chemical binders.
Die feuerfesten Gießmassen werden in trockener Form versandt und nachdem sie mit Wasser auf die richtige Konsistenz gebracht worden sind, können sie wie Beton vergossen, gestampft oder gerammt werden bzw. mit der Kelle oder mit einer Luftdruckkanone eingebracht werden.The refractory casting compounds are in dry form shipped and after being correct with water Consistency can be brought in like concrete be shed, stamped or rammed or with the Trowel or inserted with an air pressure cannon will.
Feuerfeste Gießmassen nehmen eine starke hydraulische Bindung bei Raumtemperatur an und behalten die gute Festigkeit bis die keramische Bindung sich bei steigenden Temperaturen einstellt.Refractory casting compounds take a strong hydraulic Binding at room temperature and keep the good one Strength until the ceramic bond increasing temperatures.
Gießmassen sind besonders geeignet für Ofenauskleidungen mit unregelmäßiger Kontur, für Flickarbeiten und zum Gießen spezieller Formkörper, die schnell benötigt werden.Casting compounds are particularly suitable for furnace linings with an irregular contour, for patchwork and for casting special moldings that are needed quickly will.
Eine Vielzahl von Gießmassenmischungen sind bekannt, wobei jeder der bekannten Mischungen unterschiedliche Eigenschaften besitzt und jeweils für unterschiedliche Anwendungen geeignet ist.A large number of casting compound mixtures are known each of the known mixtures being different Has properties and each for different Applications.
Eine dieser Anwendungen von derartigen feuerfesten Gießmassen ist die Auskleidung von Überführungselementen in katalytischen Flüssigkeits-Spaltanlagen in der Petrochemie. One of these uses of such refractories Casting compound is the lining of Transfer elements in catalytic Liquid splitting systems in the petrochemical industry.
In diesen Anlagen werden hoch abrasive Katalysatoren mit hohen Geschwindigkeiten gefördert, die in der katalytischen Spaltanlage extrem hohen Erosionspotentiale schaffen. In diesen Anlagen werden abriebfeste Auskleidungen benutzt aus phosphatgebundenen Feuerfeststoffen, die eine sehr intensive Verankerung und eine manuelle Einbringung erfordern.In these plants, highly abrasive catalysts are used conveyed at high speeds in the catalytic cracking plant extremely high erosion potentials create. In these systems, they are resistant to abrasion Linings used from phosphate-bonded refractories, which is a very intense anchorage and one require manual insertion.
Um die Kosten derartiger phosphatgebundener Feuerfeststoffe zu senken, wurden in der Industrie Gießmassen benutzt, die Zusätze von rostfreien Stahlfasern enthalten, die eine geringere Verankerung an dem Metallmantel benötigen und die relativ schnell vergossen werden können. Obwohl hierdurch die Zeit- und Kostenaufwendungen verringert werden konnten, ist eine verbesserte Abriebfestigkeit gewünscht.At the cost of such phosphate-bound refractories in the industry have been casting compounds used, which contain additives of stainless steel fibers, which is less anchored to the Need metal sheath and that relatively quickly can be shed. Although this means the time and Costs could be reduced is one improved abrasion resistance desired.
Abriebbeständige Auskleidungen in petrochemischen Kesseln sind chemisch gebundene oder Zement gebundene feuerfeste Mischungen. Die Abriebfestigkeit wird grundsätzlich durch Verwendung eines festen, dichten feuerfesten Kornes, wie bspw. gebranntem Schamotte und durch eine starke Bindung von Aluminiumorthophosphat oder Kalziumaluminatzement erreicht.Abrasion resistant linings in petrochemical Boilers are chemically bound or cement bound refractory mixtures. The abrasion resistance becomes fundamental by using a solid, dense refractory grain, such as fired chamotte and through a strong bond of aluminum orthophosphate or calcium aluminate cement.
Im Fall von Zement wird die abriebfeste Bindung durch eine große Zementmenge oder eine Kombination von Siliziumdioxid, Zement in einer Menge von weniger als 10 Prozent und einem oberflächenaktiven Zusatz, der einen Fluß von niedrigen Wassergehalten erreicht. Eine verbesserte Dichte, die durch Gießen mit niedrigen Wassergehalten erreicht wird, erübrigt sich eine hoch abriebfeste Bindung mit niedrigem Zementgehalt. In the case of cement, the wear-resistant bond is through a large amount of cement or a combination of Silicon dioxide, cement in an amount less than 10 percent and a surfactant additive achieved a flow of low water content. A improved density by casting with low Water content is reached, a high is unnecessary abrasion-resistant bond with low cement content.
Um eine weiter verbesserte Wirtschaftlichkeit bei der Einbringung zu versuchen, wurden von den Anlagenbetreibern größere Transportleistungen angewandt, die den Zusammenbau von vielen kleinen Einbauten eliminierten. Die verwendeten feuerfesten Gießmassen für Überführungsleitungen wurden mit relativ schnell abbindenden Zementen hergestellt und blieben damit nicht für eine ausreichende Zeit für diese Anwendungen fließfähig. Daher wurden klassierte Zemente zur Verlängerung der Verarbeitungszeit zugesetzt. Diese Produkte bewirkten die gewünschte Fließfähigkeit und Verarbeitungszeit, aber die Festigkeit und die Abriebfestigkeit wurden oft niedriger als vergleichbare Mischungen, die regulären Kalziumaluminatzement enthielten.To further improve profitability at Have been tried by the Plant operators greater transport services applied to the assembly of many small ones Built-in components eliminated. The refractory used Casting compounds for transfer lines have been relative quickly setting cements were made and remained not for a sufficient time for this Flowable applications. Therefore classified cements added to extend the processing time. These Products brought about the desired fluidity and Processing time, but the strength and the Abrasion resistance often became lower than comparable ones Mixtures that are regular calcium aluminate cement contained.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer feuerfesten Mischung, die sich durch eine gute Fließfähigkeit und eine relativ lange Verarbeitbarkeitszeit auszeichnet mit verbesserter Dichte, Festigkeit und Abriebbeständigkeit.The object of the invention is to create a fireproof mixture, characterized by a good Flowability and a relatively long time Processability time distinguished with improved Density, strength and abrasion resistance.
Erreicht wird dies durch eine feuerfeste Mischung, die 0,5-5 Gew.-% verdampfte Kieselsäure, 3,0-15,0 Gew.-% Tonerde mit einer Korngröße kleiner als 0,2 mm, 10-40 Gew.-% Kalziumaluminatzement und als Rest feuerfeste Bestandteile wie Kieselsäure, Tonerde oder Schamotte enthält.This is achieved through a refractory mixture that 0.5-5% by weight of evaporated silica, 3.0-15.0% by weight Alumina with a grain size smaller than 0.2 mm, 10-40 wt .-% Calcium aluminum cement and the rest refractory Components such as silica, clay or chamotte contains.
Die Verwendung von feuerfesten Gießmischungen in hoch abrasiven Einrichtungen erfordern Gießmassen mit ausgezeichneten abriebbeständigen Eigenschaften. The use of refractory casting mixes in high abrasive devices require casting compounds with excellent abrasion resistant properties.
Wenn sie darüber hinaus in Leitungen mit relativ großen Abschnitten verwendet werden, wie in Überführungsleitungen in katalytischen Flüssigkeits-Spaltanlagen, dann sollten diese Gießmassen eine gute Fließfähigkeit und eine relativ große Verarbeitbarkeit aufweisen, so daß diese Massen eingebracht werden können.If they are also in lines with relatively large Sections are used as in Transfer lines in catalytic Liquid splitting systems, then these should be Casting compounds have a good fluidity and a relative have great processability so that these masses can be introduced.
Eine erste Serie von Mischungen wurde entsprechend Tabelle I vorbereitet. Bei der Beschreibung der verschiedenen Mischungen sind alle Prozentangaben auf Gewichtsbasis erwähnt, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben worden.A first series of mixes was made accordingly Table I prepared. When describing the different mixtures are all percentages Weight basis mentioned unless it's something otherwise has been specified.
Diese Mischungen zeigen die Wirkung des Anstieges an gemäß Tonderdeplatten von 0-15% in einer Schamotte-Gießmasse.These blends indicate the effect of the increase according to Tonddeplatten from 0-15% in one Chamotte casting compound.
Es kann beobachtet werden, daß die Dichte, die Festigkeit und die Abriebbeständigkeit mit steigendem Tonerdegehalt verbessert werden. Die Abriebfestigkeit verbesserte sich von 8,4 cm3 Verlust in der Mischung mit 0% Tonerde auf 7,0 cm3 Verlust in einer Mischung, die 15% Tonerde enthielt. Diese Verbesserung ist beachtlich für ein Feuerfestprodukt, daß vor dem Tonerdezusatz bereits gute Abriebbeständigkeit besaß.It can be observed that the density, strength and abrasion resistance improve with increasing alumina content. Abrasion resistance improved from 8.4 cm 3 loss in the 0% alumina mixture to 7.0 cm 3 loss in a mixture containing 15% alumina. This improvement is remarkable for a refractory product that already had good abrasion resistance before the alumina addition.
Feine synthetische Tonerde wird in der Feuerfestindustrie üblicherweise dazu benutzt, die Hitzebeständigkeit der Bindung im Feuerfestprodukt zu verbessern und dann als feines Material für eine richtige Korngrößenverteilung in Feuerfestprodukten zu sorgen. Fine synthetic clay is used in the Refractory industry commonly used to do that Heat resistance of the bond in the refractory product too improve and then as a fine material for a correct grain size distribution in refractory products to care.
Es wurde eine zweite Mischungsreihe hergestellt, um die Wirkung des Zusatzes von 0-5% verdampfter Kieselsäure auf dieselbe abriebbeständige gießfähige Schamotte zu bestimmen.A second batch of mixes was made to make the Effect of the addition of 0-5% evaporated silica towards the same abrasion-resistant, pourable chamotte determine.
Zusätze von verdampfter Kieselsäure in der Größenordnung von 0,5 bis 2% führen zu einer verbesserten Dichte, Festigkeit und Abriebbeständigkeit.Vaporized silica additions of the order of magnitude from 0.5 to 2% lead to an improved density, Strength and abrasion resistance.
Bei 3 bis 5% wird die Mischung klebrig und fließt nicht so gut wie vorher.At 3 to 5%, the mixture becomes sticky and does not flow as good as before.
Die Dichte und die Festigkeit werden erhöht, aber die Verbesserung der Abriebbeständigkeit bleibt.The density and strength are increased, but the Improvement in abrasion resistance remains.
Verdampfte Kieselsäure ist ein submikrones, amorphes bi-Produkt der Ferrosilikon Produktion und es ist bekannt als feuerfestes Rohmaterial.Vaporized silica is a submicron, amorphous bi-product of ferro-silicone production and it is known as refractory raw material.
Es wird hauptsächlich als ultrafeines Teilchen benutzt, sowie als reaktive Kieselsäure und Zusatz zur Verbesserung der Fließeigenschaften.It’s mainly used as an ultrafine particle, as well as reactive silica and additive to Improvement in flow properties.
Wie die Tabelle II zeigt, können nur geringe Mengen in Zement enthaltenden Mischungen verwendet werden, oder aber die Fließeigenschaften werden gegenteilig beeinflußt. As Table II shows, only small amounts in Mixtures containing cement are used, or but the flow properties become opposite influenced.
Es wurde eine dritte Mischungsreihe hergestellt, um die Wirkung des Zusatzes von verdampfter Kieselsäure zu gießbarer Schamotte, die feine Tonerde enthielt, zu untersuchen.A third batch of mixes was made to include the Effect of adding evaporated silica to pourable chamotte, which contained fine alumina examine.
Wenn die Tonerde durch bis zu 2% Kieselsäure ersetzt wird, dann wird die Dichte, Festigkeit und die Abriebbeständigkeit verbessert.When the alumina is replaced by up to 2% silica then density, firmness and the Abrasion resistance improved.
Bei Kieselsäuregehalten von 3% wird die Mischung klebrig und die Fließfähigkeit vermindert. Die Abriebbeständigkeit bleibt jedoch.At 3% silica, the mixture sticky and reduced fluidity. The However, abrasion resistance remains.
Die Mischung P hat hervorragende Abriebbeständigkeit, aber die Mischung N ist vorzuziehen, weil sie überragende Fließeigenschaften hat; eine notwendige Eigenschaft, wenn die Mischung als gießbares Feuerfestprodukt für relativ große Anwendungen benutzt wird. Der synergistische Effekt bei Verwendung von verdampfter Kieselsäure und feiner Tonerde zusammen sollte aber berücksichtigt werden.The mixture P has excellent abrasion resistance, but the mixture N is preferable because it has excellent flow properties; a necessary Property when the mixture is pourable refractory is used for relatively large applications. The synergistic effect when using evaporated Silica and fine alumina should be considered together will.
Die Abriebbeständigkeit der Mischungen N und P ist hervorragend bezogen auf die Mischungen in den Tabellen I und II, wobei jes Material getrennt benutzt wurde. The abrasion resistance of the mixtures N and P is excellent based on the mixtures in the tables I and II, each material used separately.
Es wurde eine vierte Mischungsreihe hergestellt, wobei jede der Mischungen entsprechend der Lehre der Erfindung zusammengesetzt war. Jede Mischung enthielt 2% verdampfte Kieselsäure und 8% feine Tonerde dreier verschiedener Typen. Alle vier Mischungen besaßen hohe Kaltdruckfestigkeit und Abriebfestigkeit. Die reaktive A-17 und A-17 Tonerde bestand im wesentlichen aus feinem, gesinterten Korundkristall (α-Tonerde). Die große Oberfläche und die kleine Kristallgröße machen sie thermisch reaktiv, d.h. sie reagieren oder sintern mit anderen Verbindungen bei relativ niedrigen Temperaturen.A fourth batch of mixtures was made, with each of the mixtures according to the teaching of the invention was composed. Each mixture contained 2% evaporated silica and 8% fine alumina three different types. All four had mixes high resistance to cold pressure and abrasion. The reactive A-17 and A-17 alumina consisted of essentially made of fine, sintered corundum crystal (α-alumina). The big surface and the small one Crystal size make them thermally reactive, i.e. they react or sinter with other compounds relatively low temperatures.
T-61, eine taflige Tonerde, besteht im wesentlichen aus 100% Korundkristallen, aber dieses Material wurde bei hoher Temperatur gebrannt, so daß tafelähnliche, nicht reaktive Kristalle entstanden. A-2 gebrannter Tonerde enthält um 90% Korundkristalle und 10% Tonerde- Kristalle (Na2O·llAl2O3). Die thermische Reaktivität der A-2 gebrannten Tonerde liegt zwischen der tafelartigen Tonerde und reaktiver Tonerde. Die Tabelle VIII zeigt die verschiedenen Eigenschaften dieser Tonerden. T-61, a tabular alumina, consists essentially of 100% corundum crystals, but this material was fired at a high temperature, so that tabular, non-reactive crystals were formed. A-2 fired alumina contains 90% corundum crystals and 10% alumina crystals (Na 2 O · llAl 2 O 3 ). The thermal reactivity of the A-2 fired alumina lies between the tabular alumina and reactive alumina. Table VIII shows the various properties of these clays.
Drei weitere Mischungen wurden entsprechend der Lehre der Erfindung mit 1% verdampfter Kieselsäure und 9% feiner Tonerde hergestellt. Die Mischung T basiert auf einem gebrannten Schamotte Korn.Three more blends were made according to the teaching of the invention with 1% evaporated silica and 9% fine alumina. The mixture T is based on a fired chamotte grain.
Diese Art Mischung wurde benötigt, dort wo gute Abriebfestigkeiten erreicht werden sollen. Die Mischung U basiert auf einem glasigen Kieselsäure Korn, und diese Mischung würde benutzt werden, wenn eine Kombination von guter Abriebfestigkeit und niedriger Wärmeleitfähigkeit gewünscht ist.This type of mixture was needed wherever good abrasion resistance should be achieved. The mixture U is based on a glassy silica grain, and this Mixture would be used if a combination of good abrasion resistance and lower Thermal conductivity is desired.
Die Mischung V basiert auf grober, tafelförmiger Tonerde und stelle eine absolute Festigkeit und Abriebbeständigkeit dar.Mixture V is based on coarse, tabular Alumina and provide absolute strength and abrasion resistance represents.
Da tafelförmige Tonerde mehr als zehnmal so teuer ist wie gebrannte Schamotte, sind die angestiegenen Kosten nicht gerechtfertigt durch die bescheidenen Eigenschaftsverbesserungen.Because tabular alumina is more than ten times more expensive the costs have risen like fired chamotte not justified by the modest property improvements.
Die drei Mischungen sollen den Typ vom Basiskorn darstellen, der benutzt werden kann von 100% Kieselsäure zu einer Schamotte mit ca. 50% Kieselsäure und 45% Tonerde zu 100% Tonerde. Es gibt eine Variation von Tonerdekorn mit einem Tonerdegehalt zwischen Schamotte und tafelförmiger Tonerde, wie gebranntem bauxidischem Kaolin, gebranntem Bauxid, Kyanit und Andalusit, der erfindungsgemäß ebenfalls gut arbeitet. Zusätzlich sind nicht aluminiumhaltige Silikate, wie Siliziumkarbid, Siliziumnitrid oder saure Aggregate befriedigend. The three mixtures are supposed to represent the type of base grain, which can be used from 100% silica to a chamotte with approx. 50% silica and 45% 100% alumina. There is a variation of Alumina grain with an alumina content between the chamotte and tabular alumina, such as baked bauxid Kaolin, baked bauxite, kyanite and andalusite, the according to the invention also works well. In addition are silicates not containing aluminum, such as silicon carbide, Silicon nitride or acidic aggregates satisfactory.
Die nächste Serie sollte die Wirkung von Veränderungen des Zementgehaltes zeigen.The next series should be the effect of change of the cement content.
Wie ersichtlich verbessert ein Anstieg des Zementes von 10 auf 40% generell die Kaltdruckfestigkeit und Abriebbeständigkeit (Tabelle VI). As can be seen, an increase in the cement of 10 to 40% generally the cold compressive strength and Abrasion resistance (Table VI).
Die letzte Serie der Mischungen zeigt die oberen und unteren Grenzwerte für verdampfte Kieselsäure und feine Tonerde auf und gibt auch die vorzugsweise Mischung wieder, die gewählt wurde aufgrund der guten Kombination von Fließeigenschaften und physikalischen Eigenschaften. The last series of mixes shows the top and lower limits for evaporated silica and fine Alumina and also gives the preferred mixture again, which was chosen because of the good Combination of flow properties and physical Properties.
Die Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt ein gießfähiges Feuerfestprodukt, das bei Anwendungen benutzt werden kann, die hohe Abriebfestigkeit oder -beständigkeit erfordern, gute Fließeigenschaften und eine lange Verarbeitbarkeit. Diese Eigenschaften werden für die Auskleidung von Überführungsleitungen in katalytischen Flüssigkeitsspaltanlagen benötigt.The composition according to the present invention results in a pourable refractory product that at Applications can be used, the high abrasion resistance or resistance require good flow properties and a long processability. These properties are used for the lining of transfer lines in catalytic liquid splitting plants needed.
Während nur gebrannter Ton zur Bildung des feuerfesten Aggregates bei jeder Mischung verwendet wurde, lassen sich auch andere feuerfeste Stoffe, wie Kieselsäure und Tonerde sowie andere saure Aggregate benutzen.While only fired clay to form the refractory Let aggregates be used with each mix other refractories such as silica and Use alumina and other acidic aggregates.
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