AT390250B - Hydraulische feuerfest- zement-zusammensetzung - Google Patents

Description

Nr. 390 250

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Feuerfest-Zement-Zusammensetzung zum Herstellen von gegenüber Metallschmelzen beständigen gegossenen Feuerfest-Eizeugnissen.

Feuerfest-Komponenten von Ventilen sowie feuerfeste Ausflußdüsen für verschiedene Zwecke im Bereich der Metallurgie sind herkömmlicherweise durch Verpressen und Brennen bei hohen Temperaturen hergestellt worden. Kostspielige, hochreine Materialien, wie Zirkonerde sowie 85 bis 95 % AI2O3 enthaltende Feuerfest-Werkstoffe sind wegen der extrem schweren Einsatzbedingungen, welchen diese Komponenten unterworfen werden, als unverzichtbar angesehen worden. Der Energiebedarf zum Herstellen der Komponenten durch Pressen und Brennen ist beträchtlich, da die Brenntemperaturen üblicherweise oberhalb von 1500 °C liegen und diese hohen Temperaturen während des gesamten Brennvorganges aufrechterhalten werden müssen. Der Energiebedarf schlägt deutlich auf die Kosten der aus diesen gebrannten Feuerfest-Weikstoffen hergestellten Komponenten durch.

Trotz der Verwendung von stark gebrannten Feuerfest-Materialien in der Metallurgie erfordern Erzeugnisse, wie Ventilplatten, üblicherweise ein häufiges Erneuern unter großen Kosten.

In jüngerer Zeit sind chemisch gebundene Betonwerkstoffe vorgeschlagen worden, beispielsweise für Ventilschieber. Wie auch gebrannte Feuerfest-Platten, sind chemisch gebundene Betonplatten nicht imstande, wiederholten thermischen Schocks zu widerstehen. Folglich wird angenommen, daß ihre Verwendung in Absperreinrichtungen (Ventilen) für das Abgießen von Blöcken durch störende Arbeitsunterbrechungen zum Zwecke ihrer Auswechselung beeinträchtigt wird.

Es ist nun gefunden worden, daß gewisse hydraulisch gebundene basische zementartige Werkstoffe überraschenderweise über die Fähigkeit verfügen, gegenüber thermischen Schockbeanspruchungen äußerst gut beständig zu sein, weshalb die Herstellung von Komponenten aus diesen Werkstoffen von besonderem Interesse ist.

Erfindungsgemäß wird eine hydraulische Feuerfest-Zement-Zusammensetzung vorgeschlagen mit deren Hilfe gegenüber Metallschmelzen beständige gegossene Feuerfest-Erzeugnisse hergestellt werden können. Diese hydraulische Feuerfest-Zement-Zusammensetzung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie besteht aus: 60 bis 95 Gew.-% einer gebrannten oder gesinterten Magnesia als Magnesia-Komponente, enthaltend mindestens 94 Gew.-% MgO, 1 bis 36 Gew.-% einer Tonerde-Komponente, enthaltend mindestens 98 Gew.-% AljO^, und 4 bis 15 Gew.-% einer tonerdehaltigen Zement-Komponente, enthaltend mindestens 45 Gew.-% A^Og.

Die DE-OS 1646 878 offenbart eine Zusammensetzung enthaltend ein Kalziumaluminat und Zuschlagstoffe in einer Menge von 40 bis 200 Gew.-%, bezogen auf das Kalziumaluminat. Die Zuschlagstoffe sind hochreine Stoffe aus der Gruppe geschmolzenes Aluminiumoxyd, geschmolzenes Magnesiumoxyd, Spinell, geschmolzenes Kalziumoxyd, geschmolzener Dolomit und Mischungen davon.

In sämtlichen Ausführungsbeispielen scheint ein hoher Gehalt an Tonerde-Komponente auf, während erfindungsgemäß die Magnesia-Komponente von 60 bis 95 % den Hauptbestandteil der Mischung darstellt

Die DD-PS 85 303 betrifft feuerfeste Mischungen, die wenigstens 5 bis 8 Gewichtsteile eines tonerdehaltigen hydraulischen Zements, wenigstens 2,5 bis 4 Gewichtsteile eines pulverförmigen feuerfesten Materials mit sehr großer spezifischer Oberfläche und hoher Wasserabsorptionsfähigkeit, wenigstens 0,01 bis 0,30 Gewichtsteile eines verflüssigenden bzw. entflockenden Mittels, und wenigstens 86 bis 92 Gewichtsteile eines feuerfesten Zuschlagstoffes enthalten. Als feuerfeste Zuschlagstoffe sind genannt: kalzinierter feuerfester Ton, Bauxit, Zyanit, Sillimanit, Andalusit, Korund, Tafel-Tonerde, Siliziumkarbid, Magnesiumoxid, Chromerz und Zirkon.

Auch die Beispiele dieser Literaturstelle zeigen einen hohen Tonerdegehalt der Mischung. Schließlich offenbart die GB-PS 430 036 Zusammensetzungen wobei die 3 Komponenten - eine davon kann kalzinierter Magnesit sein - in im wesentlichen gleichen Gewichtsanteil vorhanden sind. Damit unterscheidet sich der Vorschlag gemäß der genannten GB-PS grundsätzlich vom «findungsgemäßen Vorschlag.

Zusammensetzungen nach der Erfindung enthalten, wie schon erwähnt, drei Komponenten, nämlich Magnesia (MgO), eine Tonerdekomponente (AI2O3) sowie eine tonerdehaltige Zement-Komponente. Gegebenenfalls können kleinere Anteile weiterer Komponenten zu bestimmten Zwecken zugefügt werden, wie Weichmacher, Benetzungsmittel (Oberflächenmittel) und kohlenstoffhaltige Materialien, wie Teer oder Pech. Die letzteren werden üblicherweise in Ventilplatten und -düsen verwendet, um das Ausbilden von Schlackenansätzen an diesen Bauteilen zu verhindern.

Die Zusammensetzung sollte aus fraktionierten Pulvermischungen hergestellt werden. So sollte die Zement-Komponente vorzugsweise eine Teilchengröße von maximal 75 μιη aufweisen. Dabei sind einige größere Zementteilchen tolerierbar, aber vorzugsweise sollten wenigstens 90 % des Zementes eine Teilchengröße von 75 Jim oder weniger besitzen. Die Zusammensetzungen werden vorzugsweise aus den in der folgenden Tafel zusammengestellten Daten ausgewählt werden. -2-

Nr. 390 250

Material Teilchengröße Prozentbereich

Magnesia (gesintert insgesamt bevorzugt insgesamt bevorzugt oder gebrannt) Magnesia (gesintert <5 mm > 1 mm < 3 mm > 1 mm 20-40 20-30 oder gebrannt) Magnesia (gesintert < 1 mm > 0,3 mm < 1 mm > 0,3 mm 15-35 20-30 oder gebrannt) Tonerde (gesintert < 0,3 mm < 0,3 mm 25-40 30-40 odercalciniert) Tonerde (calciniert, gebrannt oder gesintert, < 0,3 mm < 0,3 mm 0-20 0-5 jedoch vorzugsweise calciniert) Hydraulischer Zement mit mehr als <45pm wenigstens 90% <45pm wenigstens 90% 1-20 5-10 7,5%A1203 < 75 pm < 75 pm 4-15 9-12

Die Zusammensetzungen werden mit soviel Wasser versetzt, wie zum Erzielen einer gut verarbeitbaren Mischung erforderlich ist. Eine solche Mischung kann beispielsweise 7% Wasser, bezogen auf das Gewicht der Mischung, enthalten. Die Mischung bindet bei Raumtemperatur selbsttätig ab. Die Zufuhr von Wärme ist nicht erforderlich, wenngleich ein mäßiges Erwärmen zum Zwecke der Beschleunigung des Abbindens (Aushärtens) der gegossenen Erzeugnisse zulässig sein kann. Ohne Wärmezufuhr kann jedoch das Aushärten bis zu einem die Entnahme aus der Form gestattenden Zustand innerhalb von ca. 1 Stunde erreicht werden. Somit kann eine hohe Produktivität erreicht weiden.

Die erfindungsgemäßen hydraulischen Feuerfest-Zement-Zusammensetzungen weisen bedeutsame Vorteile gegenüber chemisch gebundenen Systemen auf. Ein stets mit chemisch gebundenen Systemen vergesellschaftetes Problem besteht darin, daß dann, wenn sie im Vorgang des Wärme-Abbindens und Trocknens sind, das Bindemittel dazu neigt, in freiliegende Oberflächen einzutreten. Eine solche Bindemittelwandeiung und die daraus folgende Ungleichförmigkeit bzw. Inhomogenität der gegossenen Erzeugnisse tritt bei den Zubereitungen nach der Erfindung nicht auf. Außerdem tritt eine Befestigung auf, so daß die Handhabe der gegossenen Erzeugnisse fiei ist von der Gefahr Schäden durch innere Spannungen herbeizuführen. Es ist bei chemisch gebundenen Gußerzeugnissen keinesfalls unmöglich, diese während der Handhabe nachteilig zu beeinträchtigen.

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zeigen überraschend ausgezeichnete Beständigkeiten gegenüber thermischen Wechselbeanspruchungen. Sie erscheinen deshalb als besonders geeignet zur Verwendung für Teile von Schiebeventilen bzw. Ventilschiebem und dazugehörige Ausflußdüsen, wie diese zum Unterbrechen des Gußstrahls schmelzflüssiger Metalle verwendet werden.

Eine üblicherweise durchgeführte Prüfung der Beständigkeit gegen Thermoschock ist der sogenannte Torch-Test, der von der Forschungsabteilung der United States Steel Corporation entwickelt wurde. Bei dieser Prüfung wird eine Sauerstoff-Propan-Brennerflamme langsam quer über einen Probekörper aus dem zu untersuchenden Feuerfest-Material geführt und zwar mit einer Geschwindigkeit von 1,7 mm/sek, wobei der Brenner von der Oberfläche des Prüfkörpers 6,4 mm entfernt gehalten wird.

Auf herkömmliche Weise gepreßte und gebrannte Ventilplatten aus Magnesia sind üblicherweise nicht imstande, lediglich einen Durchgang der Sauerstoff-Propan-Flamme ohne signifikante Schäden sowohl an der Oberfläche als auch im Inneren zu überstehen. Bekannte chemisch gebundene Magnesia-Ventilplatten überstehen diesen Versuch besser, aber die Versuchsergebnisse zeigten doch mäßige Beeinträchtigung nach einem Durchgang der Brennerflamme.

Demgegenüber erwiesen sich aus den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen hergestellte Ventilplatten als widerstandsfähig gegenüber wiederholten Durchgängen (der Brennerflamme) wie beispielsweise gegenüb« zwölf Durchgängen, ohne signifikante Oberflächenverschlechterung. Dieses unterstreicht die Fähigkeit der erfindungsgemässen Zusammensetzungen, mit den Temperaturänderungen fertig zu werden, welche während des wiederholten Schließens und Öffnens eines Ventils bei der Ventilbetätigung auftreten, wodurch eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu gebrannten oder chemisch gebundenen Platten unter Beweis gestellt ist

Wie vorstehend erwähnt, können die Zusammensetzungen nach der Erfindung zum Herstellen von gegossenen Ventilplatten für Schieberventile sowie ferner als Düsen, wie für Kollektoren und Gießrohrverlängerungen, verwendet werden.

Auch Gießpfannenrohie und Ausgabedüsen können aus diesen Zusammensetzungen hergestellt werden. Weitere geeignete Verwendungszwecke liegen auf der Hand.

Erzeugnisse, die aus den Zusammensetzungen nach der Erfindung gegossen sind, werden üblicherweise im hydraulisch abgebundenen Zustand gehandelt Nichtsdestotrotz kann es gegebenenfalls angestrebt sein, diese gegossenen Erzeugnisse in einem vorgebrannten Zustand zu handeln, um sie erst während ihrer Verwendung zu brennen. -3-

Claims (5)

1. Nr. 390 250 Ein Vorbrennen kann beispielsweise für Erzeugnisse sinnvoll sein, wie auswechselbare Hülsen oder Auskleidungen mit Beständigkeit gegen Verschleiß und Erosion für Austragsdüsen. Beispiel: Diese Zusammensetzung hat die folgenden Eigenschaften. Die angegebenen Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht, bezogen auf das Gesamtgewicht der Magnesia-, Tonerde- und Zement-Komponenten. Maynesia, Teilchengröße < 3 bis > 1 mm 26 %; Magnesia, Teilchengröße < 1 bis > 0,3 mm 25 %; Magnesia, Teilchengröße nicht mehr als 0,3 mm 34 %; Calcinierte Tonerde, Teilchengröße nicht mehr als 75 pm 6 %; Hochtonerdereicher Zement 9 %. Der Zement besaß einen A^O^-Gehalt von mehr als 75 Gew.-%, bezogen auf den Zement, wobei wenigstens 90 Gew.-% des Zementes eine Teilchengröße von weniger als 75 pm aufwiesen. Die Magnesia-Komponente besaß einen MgO-Gehalt von 94 Gew.-% und die Tonerde-Komponente besaß einen A^Og-Gehalt von 98 Gew.-%. Die Zusammensetzung ergab eine gut verarbeitbare und hinreichend fließfähige Masse zum Vergießen nach Zusatz von Wasser in einer Menge von bis zu 7 % des Gewichtes. Das Füllen der Formen kann durch Vibrationen unterstützt werden, wie beispielsweise mit Hilfe einer Vibrationsfrequenz von 3000 Hz. Die vibrations-vergossenen Zement-Probekörper, die wie vorstehend erläutert hergestellt worden waren, wiesen nach dem Härten und Trocknen die folgenden Eigenschaften bei den angegebenen Temperaturen auf. Eigenschaft 110 Raumdichte (g/cm^) 2,83 Scheinbare Porosität (%) Bleibende lineare Abmessungsänderung vom Trocknen zum Brennen (%) 16,0 Kaltbruchfestigkeit (MPa) Flammenprüfung 48,3 1 Durchgang Flammenprüfung bestanden 12 Durchgänge bestanden Brenntemperatur °C 1000 1500 1700 2,78 2,85 19,3 17,0 + 0,01 -1,24 -3,44 50,8 85,2 bestanden bestanden Die vorstehenden Eigenschaften sind äußerst günstig zum Herstellen von gegossenen Schieberventil· Bauelementen, die, gegebenenfalls in anschließend gebranntem Zustand geliefert werden können. PATENTANSPRÜCHE 1. Hydraulische Feuerfest-Zement-Zusammensetzung zum Herstellen von gegenüber Metallschmelzen beständigen gegossenen Feuerfest-Erzeugnissen, dadurch gekennzeichnet, daß sie besteht aus: 60 bis 95 Gew.-% einer gebrannten oder gesinterten Magnesia als Magnesia-Komponente, enthaltend mindestens 94 Gew.-% MgO, 1 bis 36 Gew.-% einer Tonerde-Komponente, enthaltend mindestens 98 Gew.-% A^Og, und 4 bis 15 Gew.-% einer tonerdehaltigen Zement-Komponente, enthaltend mindestens 45 Gew.-% AI2O3.
2. 2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 20 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der drei Komponenten, aus Magnesia mit einer Teilchengröße im Bereich von < 5 mm bis > 1 mm bestehen, wobei 15 bis 35 Gew.-% aus Magnesia mit einer Teilchengröße im Bereich von < 1 mm bis > 0,3 mm und 25 bis 40 Gew.-% aus Magnesia mit einer Teilchengröße von maximal 0,3 mm bestehen.
3. 3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 0 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der drei Komponenten, aus Tonerde mit einer Teilchengröße von maximal 0,3 mm bestehen und daß 1 bis 20 Gew. % aus Tonerde mit einer Teilchengröße von maximal 45 pm besteht
4. 4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch, auf der Grundlage von Gewichtsprozenten, bezogen auf das Gesamtgewicht der drei Komponenten, einen Gehalt an 26 % Magnesia mit -4- 10 Nr. 390 250 einer Teilchengröße im Bereich von < 3 bis > 1 mm, 25 % Magnesia mit einer Teilchengröße im Bereich von < 1 bis > 0,3 mm und 34 % Magnesia mit einer Teilchengröße von nicht weniger als 0,3 mm; 6 % calcinierter Tonerde mit einer Teilchengröße von nicht weniger als 45 μηι und 9 % hydraulischem Tonerdezement, von welchem 90 % eine Teilchengröße von nicht weniger als 75 μπι aufweisen.
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