DE3881816T2 - Temperaturwechselbeständiger feuerfester Chromoxid-Aluminiumoxid Ziegel. - Google Patents
Temperaturwechselbeständiger feuerfester Chromoxid-Aluminiumoxid Ziegel.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf temperaturwechselbeständige feuerfeste Chromoxid-Aluminiumoxid-Ziegel, die besonders geeignet sind für die Anwendung in Kohlevergasern, Gasrußreaktoren, Glasschmelzöfen und ähnlichen Systemen, wobei dort Bedingungen vorherrschen, die eine Widerstandsfähigkeit gegen Schlacke und eine Temperaturwechselbeständigkeit erfordern und gleichzeitig die Ziegelformulierung eine hohe Feuerfestigkeit aufweisen muß.
- Es wurden diverse Anstrengungen unternommen solche Produkte herzustellen; bis zu einem gewissen Grade sind diese Bemühungen auch erfolgreich gewesen.
- Das U.S. Patent Nr. 4.544.643 bezieht sich auf einen Chrom-Aluminiumoxid-Ziegel, der für Hochtemperaturanwendungen benutzt wird, jedoch nicht die notwendige Temperaturwechselbeständigkeit aufweist. In gleicher Weise bezieht sich das U.S. Patent Nr. 4.290.814 ebenfalls auf einen feuerfesten Ziegel mit hohem Tonerdegehalt, der jedoch einen derart geringen Chromoxyd-Anteil aufweist, daß eine hinreichende Beständigkeit gegen Schlacken, wie zum Beispiel Kohleasche-Schlacke, nicht gegeben ist. Andere feuerfeste Stoffe mit hohem Tonerdegehalt für die Anwendung bei hohen Temperaturen sind aufgeführt in den Patenten Nr. 3.948.670 und 4.039.344, jedoch erfüllen auch diese Stoffe nicht die Forderung nach Temperaturwechselbeständigkeit oder die hohe benötigte Festigkeit.
- Die vorliegende Erfindung überwindet die Mängel, die im Zusammenhang mit dem bisherigen Stand der Technik vorliegen und stellt feuerfeste Ziegel mit gutem Widerstand gegen thermische Schocks und Schlacke zur Verfügung, die aus einer Formulierung hergestellt sind, die eine hohe Feuerfestigkeit aufweist.
- Kurzgesagt umfaßt die vorliegende Erfindung einen feuerfesten Chromoxid-Aluminiumoxid-Ziegel, der hergestellt wird durch Pressen und Brennen einer Mischung, die im wesentlichen aus 15 bis 90 Gewichtsprozent eines verschmolzenen Chromoxid-Aluminiumoxid-Korns, zu 5 bis 25 Gewichtsprozent aus Chromgrün, in einer Menge bis zu 30 Gewichtsprozent Zirkonoxid-enthaltendes Korn und dem Rest Aluminiumoxid besteht.
- Die vorliegende Erfindung erfordert ein geeignetes Gleichgewicht zwischen dem verschmolzenen Chromoxid- Aluminiumoxid-Korn und dem Zirkonoxid-enthaltenden Korn, damit die übrigen erforderlichen Eigenschaften gewonnen werden können, nämlich der Temperaturwechselbeständigkeit, der Schlackefestigkeit und der hohen Festigkeit bei Hochtemperaturanwendungen, für die diese Ziegel gedacht sind.
- Für die Komponenten dieser Mischung besteht das Chromgrün vorzugsweise aus einem sehr feinen Korn mit einer mittleren Partikelgröße von etwa 1 Mikrometer.
- Das verschmolzene Chromoxid-Aluminiumoxid-Korn ist vorzugsweise eine Mischung aus einem bis zu 4,75 mm (bis zu Siebfeinheit 4) groben Teil und einer erheblichen Menge, die aus einem bis zu 45 Mikronen (bis zu Siebfeinheit 325) feinen Teil besteht, wobei der Anteil an bis zu 4,75 mm (bis zu Siebfeinheit 4) feinem Korn etwa 70 bis 75 Volumenprozent beträgt und der Rest aus dem bis zu 45 Mikronen (bis zu Siebfeinheit 325) feinen Korn. Das Korn kann zwischen 25 bis 90 Volumenprozent Chromgrün enthalten, wobei das geschmolzene Korn bevorzugt 75 Volumenprozent Cr&sub2;O&sub3; enthält.
- Der gesamte Chromoxidgehalt der Mischung ergibt sich durch die Kombination des feinen Chromgrüns und des verschmolzenen Chromoxid-Aluminiumoxid-Korns. Bei Ziegeln, die einen Feingehalt an Chromgrün von über 25 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts der Mischung haben, wird vorzugsweise die zusätzliche Menge an Chromoxid in Form von grobkörnig geschmolzenem Chromoxid-Aluminiumoxid hinzugegeben. Die Anwendung von Chromoxid-Gehalten über 25 Gewichtsprozent erschwert es, die Ziegel zu pressen und ist kommerziell nicht wünschenswert.
- Bei dem Zirkonoxid-enthaltenden Korn kann es sich um jede Zirkonoxid-Aluminiumoxid-enthaltende Zusammensetzung handeln, wie zum Beispiel verschmolzenes Zirkonoxid- Aluminiumoxid oder Zirkonoxid-Mullit-Korn, bevorzugt 20 bis 45 Gewichtsprozent Zirkonoxid-enthaltend und der Rest hauptsächlich bestehend aus Aluminiumoxid oder einer natürlich vorkommenden oder synthetischen Form von Zirkonoxid (ZrO&sub2;) Es muß dabei anerkannt werden, daß solches Korn für gewöhnlich kleine Anteile an anderen Materialien, wie zum Beispiel Titan, Natriumcarbonat und im Fall von Zirkonoxid-Mullit erhebliche Mengen, bis zu 18 Gewichtsprozent Silikat, enthält.
- Der Rest der Mischung besteht aus Aluminiumoxid, und in diesem Fall wird bevorzugt tafelförmiges Aluminiumoxid verwendet, obwohl auch eine feuerfeste Qualität von gebranntem Aluminiumoxid oder geschmolzenem Aluminiumoxid oder Bauxid benutzt werden kann. Vorzugsweise wird eine höhere Qualität von Aluminiumoxid benutzt, die etwa 99 Gewichtsprozent Al&sub2;O&sub3; enthält, obwohl auch andere, weniger reine Aluminiumoxide oder Mischungen aus weniger reinem Aluminiumoxid mit höheren Qualitäten benutzt werden können. Das benutzte Aluminiumoxid sollte 85 Gewichtsprozent Al&sub2;O&sub3; enthalten.
- Die Verhältnisse zwischen den Materialien sind wichtig, bis hin dazu, daß die Mischung, aus der der Ziegel hergestellt wird, bevorzugt mindestens etwa 16 Gewichtsprozent Chromgrün enthält.
- Bezüglich der Größenordnungen zeigt die unten aufgeführte Tabelle die anwendbaren bzw. die bevorzugten Bereiche in Gewichtsprozent auf. anwendbarer Bereich bevorzugter Bereich Chromoxid-Aluminiumoxid-Korn Chromgrün Zirkonoxid-enthaltendes Korn Aluminiumoxid
- Es wurden zwei bevorzugte Bereiche angegeben, um den breiten Bereich des Aluminiumoxidgehalts aufzuzeigen, der in der Mischung möglich ist, und in Ziegeln resultiert, die die notwendige Temperaturwechselbeständigkeit und Festigkeit gegen saure Schlacken haben.
- Die Voraussetzungen, um die Ziegel zu formen, sind die üblichen, die benutzt werden, um solche Hoch-Aluminiumoxidhaltigen Ziegel herzustellen.
- Die Bestandteile werden einfach zusammengemischt mit einem konventionellen Bindemittel, wie zum Beispiel Lignosulfonat, Dextrin, Zellulose oder ähnlichem; für gewöhnlich in Anteilen von 2 bis 4 Gewichtsprozent eingebracht, um eine formbare Mischung herzustellen, und dann werden die Ziegel durch konventionelle Brennformtechniken, wie zum Beispiel hydraulische, mechanische oder Friktions-Pressung und Brennen bei etwa 1538 ºC (2800 ºF) oder darüber, hergestellt.
- Die dadurch gewonnenen Ziegel sind hervorragend für den Einsatz bei Hochtemperaturanwendungen geeignet, denn sie haben sowohl eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit als auch eine hohe Festigkeit und eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen Schlackesäuren, wie zum Beispiel Kohlenascheschlacke, die in Kohlevergasern auftritt.
- Die Erfindung wird weiter beschrieben in Verbindung mit den folgenden Beispielen, die nur für Illustrationszwecke aufgeführt werden.
- Eine Reihe von fünf Ziegelstapeln wurde aus Mischungen, die in Tabelle I aufgeführt sind, unter identischen Formdrücken und Brenntemperaturen, hergestellt. Diese Ziegel wurden dann auf Festigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit getestet und die Ergebnisse ebenfalls in Tabelle I aufgeführt. TABELLE I BEISPIEL NR. Vergleichs-Beispiel Mischung verschmolzenes Chromoxid-Aluminiumoxid-Korn (75 % Cr&sub2;O&sub3;) bis 4,75 mm (bis Siebfeinheit 4) BMF (70 %) bis 45 Mikronen (bis Siebfeinheit 325) verschmolzenes Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Korn bis 2,36 mm + 600 Mikronen (bis Siebfeinheit 8+600) bis 2,36 mm + 212 Mikronen (bis Siebfeinheit 8+65) Baddeleyit bis 600 Mikronen (Siebfeinheit 28) Chromgrün gebrannte Schüttdichte g/cc: Bruchmodul MPa bei Raumtemperatur bei 1483 ºC (2700 ºF) Scheinporösität: scheinbares spezifisches Gewicht: Elastizitätsmodul kPa * 10&sup6;: Prismen Temeraturwelchseltest 1205 ºC (2200 ºF) mit Wasserlöschzyklen bis zum Bruch: Bereich: Test auf Festigkeitsverlust 5 Zyklen 1205 ºC (2200 ºF) zu Luft MOR vor den Zyklen MPa MOR nach den Zyklen MPa % Festigkeitsverlust: Schlackentropfentest bei 1594 ºC (2900 ºF) unter Benutzung von 4800 Gramm Kohleascheschlacke (reduzierend) Volumen erodiert cm³ nicht durchgeführt
- Eine Reihe von fünf Ziegelstapeln wurde aus Mischungen, die in Tabelle II aufgeführt sind, unter identischen Formdrücken und Brenntemperaturen, hergestellt. Diese Ziegel wurden dann auf Festigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit getestet und die Ergebnisse ebenfalls in Tabelle II aufgeführt. TABELLE II BEISPIEL NR. Vergleichs-Beispiel Mischung tafelförmiges Aluminiumoxid bis 3,35 mm (bis Siebfeinheit 6) verschmolzenes Chromoxid-Aluminiumoxid-Korn (75 % Cr&sub2;O&sub3;) bis 4,75 mm (bis Siebfeinheit 4) bis 600 Micronen (bis Siebfeinheit 28) BMF (70 %) bis 45 Mikronen (bis Siebfeinheit 325) verschmolzenes Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Korn bis 2,36 mm + 600 Mikronen (bis Siebfeinheit 8+600) bis 2,36 mm + 212 Mikronen (bis Siebfeinheit 8+65) Chromgrün gebrannte Schüttdichte g/cc: Bruchmodul MPa bei Raumtemperatur bei 1483 ºC (2700 ºF) Scheinporösität: scheinbares spezifisches Gewicht: Elastizitätsmodul kPa * 10&sup6;: Test auf Festigkeitsverlust 5 Zyklen 1205 ºC (2200 ºF) zu Luft MOR vor den Zyklen MPa MOR nach den Zyklen MPa % Festigkeitsverlust:
Claims (8)
1. Ein durch Pressen und Brennen einer Mischung
hergestellter Chromoxid-Aluminiumoxid-Ziegel, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mischung hauptsächlich aus etwa 15
bis 90 Gewichtsprozent eines verschmolzenen Chromoxid-
Aluminiumoxid-Korn, zu 5 bis 25 Gewichtsprozent aus
Chromgrün, bis zu 30 Gewichtsprozent aus Zirkonoxid-enthaltendem
Korn und dem Rest Aluminiumoxid besteht.
2. Feuerfester Ziegel gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß er zu mindestens 65 Gewichtsprozent aus
verschmolzenem Chromoxid-Aluminiumoxid-Korn, zu 10 bis 20
Gewichtsprozent aus Chromgrün, in einer Menge von 10 bis 20
Gewichtsprozent aus Zirkonoxid-enthaltendem Korn und keinem
Aluminiumoxid besteht.
3. Feuerfester Ziegel gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß er zu 20 bis 35 Gewichtsprozent aus
verschmolzenem Chromoxid-Aluminiumoxid-Korn, zu 10 bis 20
Gewichtsprozent aus Chromgrün, zu 5 bis 20 Gewichtsprozent aus
Zirkonoxid-enthaltendem Korn und zu 30 bis 55
Gewichtsprozent aus Aluminiumoxid besteht.
4. Feuerfester Ziegel gemäß Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Zirkonoxid-enthaltende Korn
ausgewählt ist aus verschmolzenem Zirkonoxid-Aluminiumoxid,
Zirkonoxid-Mullit, einem natürlich vorkommenden Zirkonoxid
oder einem synthetischen Zirkonoxid und es sich bei dem
Aluminiumoxid um tafelförmiges Aluminiumoxid handelt.
5. Eine feuerfeste Mischung für die Formung eines
temperaturwechselbeständigen und schlackebeständigen
Ziegels, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen zu
etwa 15 bis 90 Gewichtsprozent aus verschmolzenem Chromoxid-
Aluminiumoxid-Korn, zu 5 bis 25 Gewichtsprozent aus
Chromgrün, bis zu 30 Gewichtsprozent aus Zirkonoxid-enthaltendem
Korn und der Rest aus Aluminiumoxid besteht.
6. Eine feuerfeste Mischung gemäß Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß sie zu mindestens 65 Gewichtsprozent aus
verschmolzenem Chromoxid-Aluminiumoxid-Korn, zu 10 bis 20
Gewichtsprozent aus Chromoxid, zu 10 bis 20 Gewichtsprozent
aus Zirkonoxid-enthaltendem Korn und keinem Aluminiumoxid
besteht.
7. Eine feuerfeste Mischung gemäß Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß sie zu etwa 20 bis 35 Gewichtsprozent
aus verschmolzenem Chromoxid-Aluminiumoxid-Korn, zu 10 bis
20 Gewichtsprozent aus Chromgrün, zu 5 bis 20
Gewichtsprozent aus Zirkonoxid-enthaltendem Korn und zu 30 bis 55
Gewichtsprozent aus Aluminiumoxid besteht.
8. Eine feuerfeste Mischung gemäß den Ansprüchen 5, 6
oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
Zirkonoxid-enthaltende Korn ausgewählt ist aus verschmolzenem Zirkonoxid-
Aluminiumoxid, Zirkonoxid-Mullit, einem natürlich
vorkommenden Zirkonoxid oder einem synthetischen Zirkonoxid und das
Aluminiumoxid tafelförmig ist.
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