DE1213335B - Aus einer Masse auf Basis von Aluminiumoxyd enthaltendem Zirkoniumsilikat durch Brennen hergestellter Formkoerper - Google Patents

Description

• Aus einer Masse auf Basis von Aluminiumoxyd enthaltendem Zirkoniumsilikat durch Brennen hergestellter Formkörper Die Erfindung betrifft einen aus einer Masse auf Basis von Aluminiumoxyd enthaltendem Zirkoniumsilikat durch Brennen hergestellten Formkörper.
• Es ist bekannt, zur Herstellung von hochhitzebeständigen massiven Körpern dem Zirkoniumsilikat Kaolin oder sehr feuerfesten plastischen Ton als Bindemittel zuzunmisehen. Eine besondere, als Beispiel genannte Mischung enthält 92 Gewichtsteile Zirkoniumsilikat und 8 Gewichtsteile Kaolin oder eines sehr feuerfesten plastischen Tons. Die Mischung wird bei einer Temperatur von mindestens 1400°C gebrannt. Das nach dem Brennen erhaltene Produkt enthält etwa 3 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd. Es schmilzt bei etwa 2000°C.
• Es ist ebenfalls bekannt, zur Herstellung massiver Körper, die auf mehr als 1500°C erhitzt werden sollen, dem Zirkoniurnsilikat Zusätze wie Aluminiumoxyd beizumischen, wobei die Zusätze in solcher Menge beizufügen sind, daß das gesamte bei der Zersetzung des Zirkoniumsilikats entstehende Siliciumdioxyd sich mit diesen Zusätzen verbinden kann. Das Phänomen der Zersetzung des Zirkoniumsilikats in Zirkoniumoxyd und Siliciumoxyd ist erst oberhalb von 1.500°C zu beobachten, In der Tat stellt man es deutlich erst ab 1550° C fest. Im allgemeinen kann man damit rechnen, daß das gesamte Zirkoniumsilikat zersetzt werden kann, und die Menge der Zusätze muß zumindest so groß sein, wie sie nötig ist, um sich mit dem gesamten im Zirkoniumsilikat enthaltenen Siliciurndioxyd verbinden zu können. Eine besondere, als Beispiel angeführte Mischung enthält 40 bis 20 GewichtsprozentZirkoniumsilikat,und 60 bis 80 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd. Die Mischung wird bei etwa 1600°C gebrannt.
• Leichtmassen haben aber bestimmte Vorteile. Einer dieser Vorteile ist ihre hohe Wärmeisolierfähigkeit, die vielfach erwünscht ist, wenn ein Raum mit hoher Temperatur, z. B. ein Brennraum, nur wenig Wärme abgeben soll an einen benachbarten Raum mit niedrigerer Temperatur, in welchem sich beispielsweise wärmeempfindliche Teile aus Metall befinden. Sehr vorteilhaft ist auch das geringere spezifische Gewicht der Leichtmassen, das vor allem in baulicher Hinsicht günstig ist, insofern, als die tragenden Konstruktionselemente kleiner und leichter gemacht werden können. Dies ergibt nicht nur eine Materialersparnis, sondern ermöglicht unter Umständen gedrängte Konstruktionen, die mit schweren Massen, also mit Massivmassen, nicht möglich sind.
• Die Erfindung bezieht sich auf die genannten Leichtmassen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leichtmasse zu schaffen, die folgende Eigenschaften aufweist: a) eine Porosität von. über 50 °/o, b) eine hohe Wärmeisolierfähigkeit, c) eine hohe Hitzebeständigkeit von praktisch etwa 1500°C, die wesentlich über derjenigen der zur Zeit bekannten porösen Körper mit gleicher Porosität liegt, d) eine große Abriebfestigkeit bei hoher Temperatur, die besondere Vorteile für gewisse Formkörper, wie Brenner mit raschem Gasumlauf, Brenner mit Oberflächenverbrennung usw., bietet, e) eine sehr gute Formbeständigkeit bei der Handhabung.
• Der aus einer Masse auf Basis von Aluminiumoxyd enthaltendem Zirkoniumsilikat durch Brennen hergestellte Formkörper ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß er bei einer Porosität von mindestens 500/" zwischen 8 und 20 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd enthält.
• Der erfindungsgemäße Formkörper der vorgenannten Zusammensetzung hat die unter a) bis e) genannten Eigenschaften. Die Druckfeuerbeständigkeit bei 2kg/cm2 Belastung liegt bei etwa 1500°C und somit wesentlich höher als bei den bekannten feuerfesten Leichtmassen mit gleicher Porosität.
• Ein Zusatz zwischen 8 bis 20 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd hat die Druckfeuerbeständigkeit der auf der Basis von Zirkoniumsilikat hergestellten, eine Porosität von mehr als 500/0 aufweisenden Körper bei einer Belastung von 2 kg/cm2 um einige hundert Grad erhöht.
• Der erfindungsgemäße Formkörper weist auch eine sehr gute-Temperaturwechselbeständigkeit auf.
• Im einzelnen tritt bei einer Porosität des Formkörpers von mindestens 500/0 ganz allgemein die Verbesserung der Druckfeuerbeständigkeit schon bei einem Gehalt an Aluminiumoxyd von 8 0l0 ab merklich in Erscheinung. Es ist zweckmäßig, in der Nähe dieses Prozentsatzes und jedenfalls unter 20°/o zu bleiben, wenn die porösen Zirkoniumsilikaterzeugnisse die weiteroben, insbesondere unter a) bis e) angegebenen besonderen Eigenschaften in einem Höchstmaß aufweisen sollen. Selbstverständlich sind auch die Kosten der verwendeten Stoffe in Betracht zu ziehen, aber schließlich hängt die Wahl der in Frage kommenden Mengen an Aluminiumoxyd von der jeweiligen Fabrikation und den Erfordernissen ab Die feuerfesten Formkörper gemäß der Erfindung können- nach irgendeinem bekannten Verfahren hergestellt werden. Hierbei ist es ohne Bedeutung, in welcher Weise man die Porosität herbeiführt und welchen Ausgangszustand die feuerfeste Zirkoniumsilikatmasse hat (Schlicker oder teigige Masse irgendwelchen Feuchtigkeitsgehaltes).
• Das Aluminiumoxyd kann zugesetzt werden in Form von Korund, von kalzinierter Tonerde oder Tonerdehydrat, von Bauxit oder anderem wasserhaltigem Aluminiummineral, von rohem oder gebranntem, natürlichem oder künstlichem Tonerdesilikat.
• Der Zusatz des Aluminiumoxyds kann in Form einer beispielsweise im elektrischen Ofen erzeugten, einen gewissen Gehalt an Siliciumdioxyd aufweisenden Schmelze erfolgen. Eine solche hat normalerweise, was wesentlich ist, eine gewisse glasige Phase und verursacht keine Schrumpfung.
• Die zur Einführung des Aluminiumoxyds dienenden Stoffe können jeder für sich oder auch in Mischung miteinander verwendet werden. Die Anwesenheit von Aluminiumoxyd enthaltenden Rohstoffen verleiht der Masse eine gewisse Formbeständigkeit, die wenigstens bis in den ersten Teil der Brennbehandlung hinein währt.
• Zur Erlangung der besten Druckfeuerbeständigkeit für eine bestimmte Porosität ist es auf alle Fälle angebracht, Stoffe mit einem hohen Gehalt an Aluminiumoxyd zu verwenden.
• Wenn die der Einführung des Aluminiumoxyds dienenden Rohstoffe Siliciumdioxyd enthalten, ist es vorteilhaft, daß das Molekularverhältnis Aluminiumoxyd zu Siliciumdioxyd über 1 und vorzugsweise über 1,5 liegt.
• Die Zuschlagstoffe sollen zweckmäßig nur geringe Mengen an Flußmitteln, wie Eisenoxyde; Titanoxyde, Kalk, Natriumoxyd, Kaliumoxyd usw., enthalten, Diese Zuschlagstoffe sollen zweckmäßig in einem Zustand genügender Feinheit verwendet werden.
• Es ist in der Regel von Vorteil, daß die Zuschlagstoffe eine Korngröße von höchstens 0,15 mm aufweisen; hierdurch werden die gute Verteilung des Zuschlagstoffes und seine Wirkung auf das Zirkoniumsilikat erleichtert. -.Nachstehend sind.einige ,Beispiele von Versuchsergebnissen angegeben, die bei Verwendung verschiedener Zusammensetzungen erzielt wurden.
• Für die Erzeugnisse wurde als Ausgangsstoff australischer Zirkonsand (natürliches Zirkoniumsilikat) folgender Zusammensetzung verwendet: . _ - . _. Si02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32,90/0 Zr02 ........................... 66,5°/o Fe203 .......................... 0,4°/o Ti02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,20/0 Es wurde roher und pulverisierter Zirkonsand verwendet.
• Der verwendete Rohzirkonsand hatte folgende Korngrößenverteilung: Siebrückstand. auf Sieb 80 (Maschengröße 0,18 mm) ...... 00/0 Siebrückstand auf Sieb 150 (Maschengröße 0,105 nun) ..... 3,50/0 Siebrückstand. auf Sieb 200 (Maschengröße 0,075 mm) ...... 1000/(, Der pulverisierte Zirkonsand hatte folgende Korngrößenverteilung: . Siebrückstand auf Sieb 150 . . . . . . . . . . 00/0 Siebrückstand auf Sieb 200 . . . . . . . . . . 20/() Bei der Dosierung des rohen und des pulverisierten Zirkonsandes wurde ein- Teil des pulverisierten Zirkonsandes durch die verschiedenen; der Einführung des Aluminiumoxyds dienenden Stoffe ersetzt. Zugefügt wurden Wasser; genügende Mengen eines ausbrennbaren Stoffes zur Erzeugung der gewünschten Porosität und als Bindemittel dienende sulfitische Rückstände der Papierindustrie. Die durch das Mischen sich ergebende Masse wurde in Metallformen von 40 - 60 - 120 mm eingeführt und zu Formkörper geformt, die dann 8 Tage im Freien stehengelassen, 24 Stunden bei 110°C getrocknet und schließlich 2 Stunden bei 1500°C gebrannt wurden.
• Nach dem Erkalten der Formkörper wurden aus diesen mittels einer Diamantschleifscheibe zylindrische Proben von 28 mm Durchmesser und 40 mm Höhe herausgeschnitten. Diese Proben wurden bei steigender Temperatur und einer konstanten Belastung von 2 kg/cm2 dem Druckfeuerbeständigkeitsversuch in folgender Weise unterworfen. Die Probe wurde in die heißeste Zone des Graphitwiderstandes eines mit Niederspannung beheizten Ofens gesetzt, und es wurden die Temperaturen bei beginnender Erweichung (t") und bei vollkommener Erweichung (t,) gemessen.
• In der Tafel r sind die Ergebnisse zusammengestellt, die mit Mischungen verschiedener Dichten erzielt wurden, wobei die Mischungen teils ohne" teils mit Zusatz von verschiedenen Aluminiumsilikatstoffen hergestellt waren.
• Die unter Zusatz von Korund erzielten Ergebnisse sind in der Tafel II -wiedergegeben. Es wurde beobachtet, daß besonders in diesem Fall das Brennen bei 1550°C- einen bemerkenwerten Vorteil gegenüber dem Brennen bei 1500°C brachte und Erzeugnisse lieferte, die eine ganz wesentlich erhöhte Hitzebeständigkeit unter Belastung-aufwiesen. Die Gesamtheit der in den Tafeln I und II aufgeführten Ergebnisse zeigt, daß man eine bedeutende Verbesserung der Druckfeuerbeständigkeit erhält, wenn man entsprechend der Erfindung in der Mischung aus rohem und pulverisiertem Zirkonsand 15 0% des letzteren durch etwa 15 0/0 Aluminiumoxyd oder die angeführten aluminiumoxydhaltigen Stoffe ersetzt.

  Tafel I

  Mischung Druckfeuerbeständigkeit bei

  Brenn- Spezifisches 2 kg/cma Belastung

  roher pulverisierter Zuschlagstoffe temperatur Gewicht Porosität

  beginnende vollkommene

  Zirkonsand Zirkonsand Erweichung (t.) I Erweichung (t.)

  59010 41% keinen 15000c 1,76 63% 10150c 10150C

  59010 410/0 keinen 1500 0 C 2,31 510/0 1060 0 C 11000c

  5001, 5001, keinen 15000C 1,84 610/0 1035"C 1065 ° C

  50010 50% keinen 1500' C 2,14 55% 10900 C 10900c

  5001, 350/, »A« 15 0/0 1500 0 C 1,55 640/, 14950C 15150C

  5001, 35% »A« 15 0/0 1500 0 C 1,63 62% 14850C 1525 0 C

  50% 350/0 »A« 150/0 1500°C 1,79 58% 14850C 1515°C

  50010 350/, gebrannter 150011c 1,66 61% 15150c 1545 0 C

  Cyanit 15 0/0 1500 ° C

  0A« = Schmelze, enthaltend 75 % Ala0a, 20 % Si0a und 5 % Beimengungen.

  Tafel II

  Mischung Druckfeuerbeständigkeit bei

  Brenn- Spezifisches Porosität 2 kg/cma Belastung

  roher pulverisierter Zuschlagstoffe temperatur Gewicht beginnende vollkommene

  Zirkonsand Zirkonsand [ Erweichung (t") ( Erweichung (te)

  Korund

  500/0 35% 15% 1500°C 1,72 600/0 13850C 14350C

  50010 350/0 15010 15000c 2,00 53010 14100C 1440 0 C

  50010 35% 15010 15500C 1,76 59% 15100C 15700 C

  500/ 0 350/0 150/ 0 1550 0 C 2,00 53% 15300C 15700C

  Die erfindungsgemäßen Formkörper können insbesondere als Brennersteine Verwendung finden. Vor allem infolge ihrer Porosität haben sie auch die Eigenschaft, daß ihre dem Brennraum zugekehrte Oberfläche die Flammen festhält, so daß der ganze Brennraum mit einem Flammenvorhang ausgekleidet ist. Dies führt zu einer sehr guten Vergleichmäßigung der Temperatur im Brennraum.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Aus einer Masse auf Basis von Aluminiumoxyd enthaltendem Zirkoniumsilikat durch Brennen hergestellter Formkörper, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß er bei einer Porosität von mindestens 50010 zwischen 8 und 20 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd enthält. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 866 024, 379 098; französische Patentschriften Nr. 800 779, 527 237.