FRÖSE NATALIE (DE)
| DE4109916A1 | 1991-10-02 | |||
| DE102014019351A1 | 2016-06-23 | |||
| DE2739767A1 | 1978-04-27 | |||
| EP0842910A2 | 1998-05-20 | |||
| DE3002763A1 | 1981-07-30 |
| ANSPRÜCHE 1. Ungeformte Feuerfestmasse, insbesondere Gieß- Spritz- und/oder selbst fließende Masse, umfassend ein sich bei Wasserzugabe ausbildendes Bin dungssystem, gekennzeichnet durch ein trockenes mikroskaliges amorphes Si02-Bindemittel als alleiniges Bindemittel, das in einem Anteil < 1 Gew.-% der Gesamtmasse mit den zu bindenden festen Bestandteilen vermischt wird und nach Zusetzen von 1 -30 Gew.-% Wasser das Bindungssystem bildet. 2. Ungeformte Feuerfestmasse, insbesondere nach Anspruch 1 , umfassend ei ne oder mehrere der folgenden Hauptkomponenten oder deren Kombination - bis 99,5 Gew.-% (AI203 Träger unterschiedlicher Art und Körnung z.B. Schmelzkorund, Tabulartonerde, Andalusit, Schamotte, Bauxit, Mullit, diverse Sekundärrohrstoffe, SiC, MgO, Quarz, Si02, Olivin und - bis 5 Gew.- % eines Verflüssigers - bis 15 Gew.- % eines Abbindebeschleunigers - bis 15 Gew.- % eines Abbindeverzörgers - bis 1 Gew.- % eines mikroskaligen amorphen Si02. 3. Feuerfestmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mikroskalige Si02 als amorpher Niederschlag über eine Fällungsreaktion er halten wird, eine Reinheit von >90, >95, >98 oder >99 Gew.-% (in getrockne tem Zustand), eine mittlere Korngröße im Mikrometerbereich (10-50 pm) und/oder eine spezifische Oberfläche von ca. 100-300 m2/g besitzt. 4. Feuerfestmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Ausbilden eines Kieselsäuregels mit (H2Si05)x-Einheiten, die durch Van-der- Waals-Bindungen und Wasserstoffbrücken-Bindungen zusammengehalten werden und zwischen welche Teilchen anderer chemischer Zusammenset zung und unterschiedlicher Korngröße eingeschlossen werden können. 5. Bindemittel für eine Feuerfestmasse, insbesondere nach einem der Ansprü che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es Si02 enthält und das Si02 ein trockenes Pulver ist und/oder mit einer Reinheit von >90, >95, >98 oder >99 Gew.-% (in getrocknetem Zustand) und/oder mit einer mittleren Korngröße im Mikrometerbereich (1 -50 gm) und/oder mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 50-350 m2/g ausgebildet ist. 6. Verfahren zur Herstellung von Feuerfestmassen, gekennzeichnet durch Zu gabe eines Si02-Bindemittels, insbesondere nach Anspruch 5, als alleiniges Bindemittel zur Bindungsbildung in eine Zusammensetzung für eine Feuer festmasse. 7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Zugabe von Si02 als tro ckenes Pulver. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch Dispergieren von mikroskaligem amorphen Siliziumoxid in Wasser zur Ausbildung eines bin denden Systems für feuerfeste Materialien. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Bindungsbildung benutzte Si02 als amorpher Niederschlag über eine Fällungsreaktion erhalten wird, eine Reinheit von >90, >95, >98 oder >99 Gew.-% (in getrocknetem Zustand), eine mittlere Korngröße im Mikro meterbereich (1 -50 gm) und/oder eine spezifische Oberfläche von ca. 50-350 m2/g besitzt. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch Ausbil den eines Kieselsäuregels mit (H2Si05)x-Einheiten, die durch Van-der-Waals- Bindungen und Wasserstoffbrücken-Bindungen zusammengehalten werden und zwischen welche Teilchen anderer chemischer Zusammensetzung und unterschiedlicher Korngröße eingeschlossen werden können. 1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach Trocken des Gels ein SiCVGerüst zurück bleibt, das weiterhin die eingebrachten Körner umschließt. 12. Verfahren zur Herstellung eines Si02-Bindungssytems durch Verwenden ei nes trockenen Si02-Bindemittels, das in einem Anteil < 1 Gew.-% der Ge samtmasse mit den zu bindenden festen Bestandteilen vermischt und nach Zusetzen von ca. 1 -30 Gew.-% Wasser zur Bindungsbildung eingesetzt wird, als alleiniges Bindemittel. 13. Verwendung geringer Mengen, insbesondere < 1 Gew.-%, eines mikroskali- gen amorphen Siliziumdioxids bei der Herstellung einer Feuerfestmasse zur Bindungsbildung in feuerfesten ungeformten Materialien. |
Verfahren zu deren Fierstellung sowie Verwendung
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Feuerfestmasse, ein Bindemittel dafür, Verfahren zum Fierstellen einer Feuerfestmasse und eines Bindungssystems und eine Verwen- düng von mikroskaligen amorphem Siliziumdioxid nach dem Oberbegriff der unab hängigen Ansprüche. TECHNISCHER HINTERGRUND
Hochtonerdezemente gelten als die am häufigsten eingesetzten konventionellen Bindemittel in feuerfesten ungeformten Produkten. Die Bindung wird durch die in diesen Zementen enthaltenen Kalziumaluminaten durch Zugabe von Wasser akti viert.
In den letzten Jahren kommen jedoch vermehrt Kieselsollösungen als Bindemittel zum Einsatz. Kieselsollösungen sind wässrige, kolloide Dispersionen aus nanoska- ligen amorphen Siliziumdioxidpartikeln. Die damit gebundenen Feuerfestprodukte zeichnen sich durch gute Alkali- und Säurebeständigkeit im Vergleich zu zement gebundenen Massen aus.
Im Vergleich zu zementgebundenen Massen können die kieselsolgebundene Mate rialien aufgrund fehlender Hydratphasen schnell aufgeheizt werden, was einer deut lichen Energie- und damit Kostenersparnis führt.
Ein Nachteil dieser Bindemittel ist jedoch, dass diese in separaten Behältern, vor Frost und Licht geschützt gelagert werden müssen. Aufgrund der Frostempfindlich keit müssen spezielle Heizvorrichtungen eingebaut werden.
Alternativ lässt sich mikroskaliges amorphes Siliziumdioxid als trockenes Pulver mit den übrigen Bestandteilen der Masse vermischen, so dass sich bei Zugabe von Wasser zur Gesamtmasse ein Kieselsäuregel ausbildet.
Aus der DE 41 09 916 A1 ist ein feuerfester Mörtel bekannt, bei welchem als Bin demittel eine Phosphat, Ton und Ligninsulfonat umfassende Mischung verwendet wird. In der DE 10 2014 019 351 A1 werden Teer, Pech, und Harz als Hauptbindemittel komponente eingesetzt.
Die Bindesysteme der DE 27 39 767 A1 , EP 0 842 910 A2 und DE 30 02 763 A1 basieren auf Tonen unter Zugabe einer Phosphatsäure/Salzsäure, sowie auf Was serglas/flüssigem Kieselsol.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Feuerfestmasse mit verbessertem Bindungssystem, ein Verfahren zur jeweiligen Herstellung und eine Verwendung von mikroskaligen amorphem Siliziumdioxid nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche zu schaffen.
Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfindung schlägt erstmals die Verwendung geringer Mengen (insbesondere < 1 Gew.-% oder 0,1 -1 Gew.-%) eines mikroskaligen amorphen Siliziumdioxids als alleiniger Binder zur Bindungsbildung in ungeformten feuerfesten Materialien vor.
Bei Anwendung eines üblichen feuerfesten Betons, in denen ein Vorhandensein von Zementphasen (Kalziumaluminate) störend wirken kann (wie z.B. in SiC- basierten Brennhilfsmitteln), ist es vorteilhaft, anstelle von wasserhaltigen Zement phasen ein mikroskaliges Si0 2 -System zur Bindungsbildung einzusetzen. Dies kann z.B. über ein Verwenden von Kieselsol-Lösungen erfolgen. Dazu wird die zu bindende Masse mit der Kieselsol-Lösung vermischt, verarbeitet und aushärten gelassen. Alternativ lässt sich mikroskaliges amorphes Si0 2 als trockenes Pulver mit den übrigen Bestandteilen der Masse vermischen, so dass sich beim Versetzen der Gesamtmasse mit Wasser ein Kieselsäuregel in der Masse bildet. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass keine Kieselsol-Lösung, deren Reaktivität von Al- terungsprozessen sowie Lagerungsbedingungen beeinflusst wird, separat bereitge stellt werden muss.
Erfindungsgemäß wird durch Dispergieren von mikroskaligem amorphen Silizium oxid unter Einwirkung von Wasser ein bindendes System erzeugt, das zur Bin dungsbildung in feuerfesten ungeformten Erzeugnissen eingesetzt werden kann.
Das für die Bindungsbildung benutzte mikroskalige Si0 2 ist ein Produkt, das als amorpher Niederschlag über eine Fällungsreaktion erhalten werden kann und eine Reinheit von ca. 90-99,9 Gew.-% (in getrocknetem Zustand), eine mittlere Korngrö ße im Mikrometerbereich (1 -50 miti, insbesondere 1 -10 miti, 1 -20 miti, 1 -30 miti, oder 1 -40 miti) sowie eine spezifische Oberfläche von ca. 50-350 m 2 /g, insbesondere 100-350 m 2 /g, 200-350 m 2 /g, oder 250-300 m 2 /g, besitzt.
Die große spezifische Oberfläche des Materials bedingt eine rasche Hydratation bei Mischen des mikroskaligen amorphen Si0 2 mit Wasser unter Bildung eines Kiesel säuregels. Kieselsäuregele enthalten (H 2 Si0 5 ) x -Einheiten, die durch Van-der- Waals-Bindungen und Wasserstoffbrücken-Bindungen zusammengehalten werden und zwischen welche Teilchen anderer chemischer Zusammensetzung und unter schiedlicher Korngröße eingeschlossen werden können. Durch Trocken des Gels bleibt ein Si0 2 -Gerüst zurück, das weiterhin die eingebrachten Körner umschließt.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Herstellung eines Si0 2 - Bindungssytems durch Verwenden eines trockenen Si0 2 -Bindemittels, das in ei nem Anteil < 1 Gew.-%, insbesondere 0,1 -1 Gew.-% der Gesamtmasse mit den zu bindenden festen Bestandteilen vermischt und nach Zusetzen von ca. 1 -30 Gew.%, insbesondere 1 -10 Gew.-%, 10-30 Gew.-%, 15-30 Gew.-% oder 20-30 Gew.-% Wasser zur Bindungsbildung eingesetzt wird.
Die Geschwindigkeit der Hydratation des Si0 2 , der Koagulation zum Kieselsäuregel und der anschließenden Dehydratation des Gels ist abhängig von Temperatur, pH- Wert, Materialzusammensetzung und Materialdicke. Das mikroskalige Si0 2 -basierte Bindungssystem besitzt jedoch eine deutlich gerin gere Reaktionsabhängigkeit bezüglich der Temperatur und der chemischen Zu sammensetzung als zementgebundene Bindungssysteme. Die Bindungsbildung kann daher für die Fierstellung einer Vielzahl von feuerfesten Massen unterschiedli cher Rohstoffzusammensetzung als Spritz, Vibrations, Seif flow oder Gießmasse verwendet werden.
Die erfindungsgemäß hergestellten Feuerfestmaterialien weisen, nachdem sie zu Zylinder gegossen und bei 1 10°C, alternativ 100-150°C, 105-125°C, getrocknet wurden, üblicherweise eine Druckfestigkeit von > 15 MPa auf. Aufgrund geringerer Spallationsneigung von Kieselsäuregelen gegenüber Kalziumaluminat- Hydratphasen bieten die mit mikroskaligen Si0 2 -Bindern hergestellten Produkte den Vorzug, schneller schadensfrei aufgeheizt werden zu können.
Beispiel 1 für feuerfeste Massen (Angabe in Gew.-%):
Aluminiumoxid (0-6mm) 80-95 %
Spinei (0-3mm) 5-20 %
MgO feinst <1 %, insbesondere 0,1 % bis 1 %
Mikroskaliges amorphes Si0 2 <1 %, insbesondere 0,1 % bis 1 %
Synthetischer Polyelektrolyt <1 %, insbesondere 0,1 % bis 1 %
PE Fasern <1 %, insbesondere 0,1 % bis 1 %
Beispiel 2 für feuerfeste Massen (Angabe in Gew.-%):
Aluminiumoxid (0-6mm) 90-99 %
MgO feinst <1 %, insbesondere 0,1 % bis 1 %
Mikroskaliges amorphes Si0 2 <1 %, insbesondere 0,1 % bis 1 %
Synthetischer Polyelektrolyt <1 %, insbesondere 0,1 % bis 1 %
PE Fasern <1 %, insbesondere 0,1 % bis 1 %
Weitere Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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