SE430783B

SE430783B - Oformat, obrent eldfast material, forfarande for dess framstellning samt anvendning av detsamma for framstellning av monolitiska eldfasta konstruktioner eller foremal

Info

Publication number: SE430783B
Application number: SE7711791A
Authority: SE
Inventors: C J Cherry
Original assignee: Combustion Eng
Priority date: 1976-10-20
Filing date: 1977-10-19
Publication date: 1983-12-12
Also published as: JPS5351216A; GB1537449A; IT1087080B; BE859884A; BR7706985A; CA1076614A; US4093470A; AU2986077A; AU507303B2; SE7711791L; DE2739767C3; DE2739767A1; DE2739767B2; JPS5855107B2

Description

7711791-9 2 siktning och blandning av det önskade aluminiumoxidmaterialet så att man erhåller den önskade aluminiumoxidhalten, varvid återstoden utgöres huvudsakligen av de övriga naturliga beståndsdelarna av den använda aluminiumoxidmalmen. Den exakta siktstorlek som an- vändes beror på sådana faktorer som råmaterialen som användes och det ändamål till vilket det eldfasta materialet skall utnyttjas men detta är välkänt för fackmannen på detta område. Det är sålunda konventionellt tillämpat att blanda den pyrogena kiseldioxiden i utgångsbeskickningen i en mängd från minst ca 1 % upp till ca 10 % räknat på vikten av utgångsmaterialen. Denna pyrogena kiseldioxid tillsättes i torr form. Ett temporärt bindemedel, av vilket en mångfald typer är tidigare kända och använda vid tillverkning av eldfasta material, tillsättes därefter till beskickningen eller satsen och beskickningen tempereras med vatten till önskad konsistens.

En utförligare diskussion av användningen av pyrogen kiseldioxid i eldfasta aluminiumoxidmaterial anges i de amerikanska patent- skrifterna 3.067.050 och 3.652.307. Eldfasta material av denna typ kan användas för framställning av tegel eller kan användas såsom stampmassa eller sprutmaterial.

Uppfinningen avser ett oformat, obränt eldfast material baserat på aluminiumoxid och ur ångfas avsatt kiseldioxid avsett för användning i monolitiska eldfasta konstruktioner med den i patentkraven angivna definitionen och ett förfarande för framställ- ning därav.. Beskickningen kan även innehålla grafit, kiselkarbid och råstyrkebindemedel.

I det följande beskrives föredragna utföringsformer.

Föreliggande uppfinning avser sålunda eldfasta material inne- hållande aluminiumoxid och i synnerhet eldfasta aluminiumoxidmaterial som klassificeras såsom material med hög aluminiumoxidhalt. Uppfin- ningen innefattar eldfasta material innehållande från ca 50 till 99 % Al2O3. Även om uppfinningen beskrives under hänvisning till sådana eldfasta material med hög aluminiumoxidhalt, är det givet att upp- finningen icke är begränsad till detta utan innefattar alla eldfasta material som kan utnyttja förflyktigad kiseldioxid såsom bindemedel.

Pyrogen kiseldioxid utgöres, såsom angives i det före- gående, av amorf kiseldioxid som avsatts från ångfas. Partiklarna är i huvudsak samtliga mindre än 0,3,um och har ett typiskt partikel- storleksområde från 0,3 till 0,03 pm.

Den pyrogena kiseldioxiden beredes i form av en surgjord '?'7'?'¥79'?-9 3 uppslamning före blandningen med partiklarna av eldfast material och andra beståndsdelar. Uppslamningen beredes genom sammanbland- ning av den pyrogena kiseldioxiden med vatten, en syra och ett dispergeringsmedel. I följande tabell anges den föredragna samman- sättningen och området för användbara sammansättningar för upp- slamningen: Föredragen Viktprocent- viktgrocent område Vatten g 76,3 60,0 - 90,0 Koncentrerad HCl 0,5 O,l -~ 2,0 Dispergeringsmedel 0,2 0,05- 1,5 Pyrogen kiseldioxid 23,0 10,0 - 40,0 Denna uppslamning skiljer sig från en suspension av kolloidal kiseldioxid genom att kiseldioxidpartiklarna är-kanske tio gånger större. En kolloidal suspension är betydligt dyrbarare att fram- ställa, eftersom en sådan komposition utgår från en natriumsilikat- lösning och använder jonbytesmetoder. Den pyrogena kisel- dioxiden är en prisbillig källa för kiseldioxid) Användningen av den surgjorda vattenuppslamningen i stället för en torr blandning av kiseldioxid med det eldfasta materialet förbättrar eller gynnar upplösningen av åtminstone en del av kiseldioxiden i vattnet, vilket förbättrar bindningsegenskaperna. Användning av en vatten- uppslamning säkerställer dessutom en-likformigare dispergering eller fördelning av kiseldioxiden i de eldfasta partiklarna än som skulle kunna erhållas med torrblandning. Uppslamningen minskar även stoftförlusterna av kiseldioxiden under blandningen. Det förhållandet att uppslamningen är surgjord ger kvaliteter som är bättre än de som erhålles med icke surgjord uppslamning. Syran reagerar med den pyrogena kiseldioxiden och bildar adhesiv kiselsyra, så att denna fungerar bättre såsom bindemedel. Även om saltsyra är den föredragna syran, kan även fosforsyra användas, eftersom denna bildar en bindning med kiseldioxiden som är densamma som eller ekvivalent med den kiselsyrabindning, som bildas av salt- syra. Den koncentrerade saltsyra som nämnts i ovannämnda tabell utgöres av 20°Bë (32 % HCl) men ekvivalenta mängder av andra kon- centrationer kan användas.

Uppslamningen av pyrogen kiseldioxid innehåller även ett dispergeringsmedel som tillåter bemängning med stor mängd fast material i uppslamningen. Ett ämne som kan ge samma laddning på 7743? 794. '-9 4 det partikelformiga materialet i den surgjorda uppslamningen bringar partiklarna att repellera varandra så att de härigenom förblir rör- liga. Detta förhindrar att de fasta materialen aggregeras till en viskös massa. Ett sådant dispergeringsmedel som kan användas är ett vattenlösligt pulver, som föres i handeln under varumärket "Toranil É" och utgöres av ett avsockrat extrakt av barrträ bestående av 96 % kalciumsalt av lignosulfonsyra och 1,2 % glukos. Vissa andra dispergeringsmedel som kan användas är de högpolymeriserade naftalensulfonaterna och alkalisalter av polyakrylater. Andra dispergeringsmedel kan användas, förutsatt att de är kombinerbara med systemet. Starkt alkaliska dispergeringsmedel, exempelvis natriumsilikater, orsakar utfällning i det sura mediet och är icke kombinerbara. ' Uppslamningen av den pyrogena kiseldioxiden enligt upp- finningen blandas med ett eldfast ballastmaterial med förhållandevis sstor partikelstorlek, kalcinerad aluminiumoxid, företrädesvis med förhållandevis fin partikelstorlek, grafit och ett bindemedel som ger hâllfasthet vid rått tillstånd. Andra valfria beståndsdelar kan införlivas såsom diskuteras utförligare i det följande.

Ballastmaterialet eller det partikelformiga materialet kan utgöras av aluminiumoxid eller aluminiumoxidhaltiga material, exempelvis smält aluminiumoxid, tabulär aluminiumoxid och kalcinerad kaolin. Ballastmaterialet uppvisar en partikelstorleks- fördelning huvudsakligen inom området 3 mesh till 100 mesh eller vad som konventionellt betecknas minus 3 mesh, minus 4 mesh, minus 6 mesh eller minus 8 mesh ballastmaterial (aggregate). I det följande anges några exempel: Krossad smält aluminiumoxid, -4 mesh U.S. Standard Mesh Minimum % Maximum % +4 0,0 5,0 +6 7,5 I 12,5 +8 15,0 25,0 +1o 5,0 1o,o +14» 15,0 25,0 +20 8,5 14,5 -20 23,0 33,0 ?7^f?9f-9 5 Tabulär aluminiumoxid, -6 mesh U.S. Standard Mesh Minimum % Maximum % +6 0,0 l,0 +10 10,0 30,0 +20 ' 30,0 40,0 +30 6,0 - ll,0 +70 8,0 19,0 -70 ' 5,0 18,0 Kalcinerad kaolin, -8 mesh U.S. Standard Mesh .Minimum % Maximum % +s ' 0,0 1,0 +20 30,0 50,0 +40 17,0 33,0 +60 '_ 8,0 18,0 +1oo 6,0 g 16,0 -100 6,0 15,0 De fina partiklarna av kalcinerad aluminiumoxid har före- trädesvis en partikelstorlek av ca 325 mesh eller mindre och icke mer än ca 5 % bör kvarhållas på en sikt med maskvidden 325 mesh.

Partiklarna av kalcinerad aluminiumoxid bildar förmodligen en stark mullitbindning (ett aluminiumsilikat) med den ur ångfüs avsatta kiseldioxiden. Grafiten i blandningen motverkar erosion av det framställda eldfasta materialet. Godtycklig naturligt förekommande grafit är lämplig om den innehåller minst 75 till 80 % kol. Grafit av lägre kvalitet medför alltför mycket skadlig aska. Grafiten har företrädesvis en partikelstorlek som vanligen benämnes minus 40 mesh. Typisk mexikansk grafit med storleken 40 mesh har följande partikelstorleksfördelning: U.S. Standard Mesh Maximum % +10 0,0 +20 1,5 +30 4,0 -200 36,9 Bindemedlet som ger hållfasthet i rått tillstånd väljes bland konventionella material som användes för detta ändamål, exempelvis bentonit av typen “western bentonite" och olika bindemedels- och krukmakarleror. Dessa material har 7744794 '-9 6 samtliga förhållandevis fin partikelstorlek och har typiskt icke mer än ca 7'% kvarhållna partiklar vid tvättning genom en sikt med maskvidden 270 mesh. Andra bindemedelsmaterial kan användas, exem- pelvis "Toranil B", som nämnts i det föregående, och asfaltit- bindemedel. Ett asfaltitbindemedel som kan användas föres i handeln såsom “Corez Resin" och utgöres av en komposition av naturligt före- kommande asfaltit med komplex molekylär struktur och tillsats av organiska bindemedel och inert fyllmedel.

Valfria beståndsdelar i blandningen enligt uppfinningen ut- göres av kyanit och kiselkarbid. Kyaniten expanderar vid upphettning genom en process som benämnes mullitisering för att kompensera för den normala krympningen av eldfasta lermaterial och fog- eller förslutningssprickor på grund av krympning. Kisel- karbiden har hög värmeledningsförmåga och god eldfasthet. Detta ämne bidrager till utvecklingen av en keramisk bindning på större 'avstånd från den heta ytan av det eldfasta materialet genom att förbättra värmeflödet mot de kallare områdena. Den föredragna partikelstorleksfördelningen är -30 +50 mesh enligt följande: U.S. Standard Mesh Minimum % Maximum % +20 0,0 0,0 ' +30 0,0 5,0 +40 70,0 - 90,0 +50 2,0 10,0 -50 0,0 5,0 Vissa exempel på eldfasta aluminiumoxidmaterial enligt upp- finningen är följande: Exempel l.

Föredragen Intervall viktprocent viktprocent Krossad smält aluminiumoxid, -4M (U.S. mesh) 24,0 15 - 50 Kiselkarbid, -30 +50M 7,25 5 - 30 Grafit, -40M 7,25 5 - 20 Asfaltitbindemedel 6,08 ' 3 - 15 Kalcinerad aluminiumoxid, -325M 41,37 15 - 45 Lerbindemedel 2,55 l - 15 Uppslamning av pyrogen kiseldioxid 9,61 2 - 20 Vatten 1,87 0 - 5 7774791-9 7 Exemgel 2; Föredragen Intervall viktprocent viktnrocent Tabulär aluminiumoxid, -6M 52,5 .4O - 60 Kalcinerad aluminiumoxid, -325M 25,0 15 - 35 "Western Bentonite“ 4,0 l - 6 Grafit, -40M 7,5 5 - 20 Dispergeringsbindemedel 1,0 _ 0,5 - 2 Uppslamning av pyrogen kiseldioxid 10,0 2 - 20 Vatten O O - 5 Exemgel 3.

Föredragen Intervall viktprocent Viktprccent Kalcinerad kaolin, 8-40M 50,0 40 - 60 Kalcinerad aluminiumoxid, -325M 8,0 6 - 20 Rå kyanit, -ssm ' 8,7 4 - 15 Bindemedelslera '16,4 6 - 35 Grafit 5,9 5 - 20 Dispergeringsbindemedel 1,0 0,5 - 2 Uppslamning av pyrogen kiseldioxid 10,0 2 - 20 Vatten 0 O - 5 Exempel 4.

Föredragen Intervall viktprocent viktprocent Aluminiumoxidballast, -4M 50,0 15 - 60 Kalcinerad aluminiumoxid, -325M 22,5 6 - 45 Grafit 7,5 5 - 20 Bindemedel 10,0 l - 35 Uppslamning av Pyr0qGn kiseldioxid 10,0 2 - 20 Vatten O O ~ 5 De i det föregående angivna kompositionerna enligt uppfin- ningen har angivits såsom exempel men det är uppenbart att uppfin- ningen icke är begränsad till dessa.

Claims

vvﬁﬂvaﬁ-9 8 PATENTKRAV

1. Oformat, obränt eldfast material baserat på aluminium- oxid och ur ångfas avsatt kiseldioxid avsett för användning i monolitiska eldfasta konstruktioner, k ä n n e t e c k n a t därav, att materialet innefattar en blandning av (l) en uppslamning av ur ångfas avsatt kiseldioxid inne- fattande: . a) från 60,0 till 90,0 viktprocent vatten, b) från l0,0 till 40,0 viktprocent ur ångfas avsatt kisel- dioxid, _ c) från 0,1 till 2,0 viktprocent koncentrerad syra vald från saltsyra och fosforsyra, och d) från 0,05 till 1,5 viktprocent dispergeringsmedel, och ' 0 g ' (2) en sats av eldfast material innefattande: a) från 15 till 60 viktprocent av ett ballastmaterial av aluminiumoxidhaltigt eldfast material med förhållande- vis stor partikelstorlek, b) från 6 till 45 viktprocent kalcinerad aluminiumoxid med förhållandevis liten partikelstorlek, c) från 5 till 20 viktprocent grafit, d) från 1 till 35 viktprccent bindemedel som ger hâllfasthet i rått (obränt) tillstånd, e) från 2 till 20 viktprocent av uppslamningen av ur ângfas avsatt kiseldioxid och f) från 0 till 5 viktprocent vatten.

2. Oformat, obränt eldfast material enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t därav, att blandningen dessutom inne- håller från 5 till 30 viktprocent kiselkarbid.

3. Oformat, obränt eldfast material enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att bindemedlet inne- fattar bindemedelslera.

4. Oformat, obränt eldfast material enligt något av före- gående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att det 7 aluminiumoxidhaltiga eldfasta ballastmaterialet innefattar krossad smält aluminiumoxid.

5. Oformat, obränt eldfast material enligt något av före- gående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att ballast- materialet av aluminiumoxidhaltigt eldfast material inne- fattar plattformig aluminiumoxid.

6. Oformat, obränt eldfast material enligt något av före- gående patentkrav, k ä n n e t e c'k n a t därav, att det så- som ballast ingående aluminiumoxidhaltiga eldfasta materialet innefattar kalcinerad kaolin.

7. Oformat, obränt eldfast material enligt något av före- gående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att den koncentrerade syran utgöres av 20° Befsaltsyra.

8. Oformat, obränt eldfast material enligt något av före- gående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att binde- medlet som ger hâllfasthet i rått tillstånd innefattar ler- bindemedel.

9. Oformat, obränt eldfast material enligt något av före- gående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att det inne- håller från 3 till l5 viktprocent asfaltitbindemedel.

10. l0. Förfarande för framställning av det oformade, obrända eldfasta materialet enligt något av föregående patentkrav, innefattande en blandning av (l) en uppslamning av ur ångfas avsatt kiseldixoid inne- fattande: a) från 60,0 till 90,0 viktprocent vatten, b) från 10,0 till 40,0 viktprocent ur ångfas avsatt kisel- dioxid, ' c) från 0,1 till 2,0 viktprocent koncentrerad syra vald från saltsyra och fosforsyra, och d) från 0,05 till l,5 viktprocent dispergeringsmedel, och ?'?'š'ë79'f'9 /0 '(2) en sats av eldfast material innefattande: a) b) c) ä) e) f) från l5 till 60 viktprocent av ett ballastmaterial av aluminiumoxidhaltigt eldfast material med förhållandevis stor partikelstorlek, -från 6 till 45 viktprocent kalcinerad aluminiumoxid med förhållandevis liten partikelstorlek, från 5 till 20 viktprocent grafit, från l till 35 viktprocent bindemedel som ger hållfast- het i rått (obränt) tillstånd, i från 2 till 20 viktprocent av uppslamningen av ur ångfas avsatt kiseldioxid, och från 0 till 5 viktprocent vatten, k ä n n e t e c k n a t därav, att man bereder en första vatten- uppslamning innehållande den ur ångfas avsatta kiseldioxiden, syran och dispergeringsmedlet samt dispergerar satsen av eld- fast material i denna uppslamning.

11. ll. Användning av det oformade, baserat på aluminiumoxid och ur något av föregående patentkrav, av (l) en uppslamning av ur ângfas obrända eldfasta materialet ångfas avsatt kiseldioxid enligt som utgöres av en blandning avsatt kiseldioxid inne- fattande: a) b) .c)- ä) från 60,0 till 90,0 viktprocent vatten, från 10,0 till 40,0 viktprocent ur ângfas avsatt kisel- dioxid, från 0,l till 2,0 viktprocent koncentrerad_syra_vald från saltsyra och fosforsyra, och från 0,05 till 1,5 viktprocent dispergeringsmedel, och (2) en sats av eldfast material innefattande: a) b) C) d) från 15 till 60 viktprocent av ett ballastmaterial av aluminiumoxidhaltigt eldfast material med förhållandevis stor partikelstorlek, från a till 45 viktprocent kalcineraa aluminiumoxia med förhållandevis liten partikelstorlek, från 5 till 20 viktprocent grafit, från l till 35 viktprocent bindemedel som ger hållfasthet i rått (obränt) tillstånd, P1 {7fﬁﬁ§¿_9 H e) från 2 till 20 viktprocent av uppslamningen av ur ångfas avsatt kiscldioxid, och f) från O till 5 viktprocent vatten, för framställning av monolitiska eldfasta konstruktioner eller föremål.