Die meisten Rohstoffe für feuerfeste Werkstoffe sind nicht-plastische Wismutmaterialien und lassen sich nur schwer zu Halbfertigprodukten verarbeiten. Daher ist der Einsatz eines externen organischen, anorganischen oder gemischten Bindemittels erforderlich. Die verschiedenen speziellen feuerfesten Rohstoffe werden streng und präzise dosiert, um einen Schlamm mit gleichmäßiger Partikel- und Wasserverteilung, einer gewissen Plastizität und guten Formbarkeit sowie leicht zu verarbeitende Halbfertigprodukte herzustellen. Hierfür ist ein hocheffizienter Produktionsprozess mit guter Durchmischung und geeigneten Mischparametern notwendig.
(1) Partikelanpassung
Durch die Wahl einer geeigneten Partikelzusammensetzung lässt sich aus dem Rohmaterial (Schlamm) ein Produkt mit höchster Schüttdichte herstellen. Theoretisch wurden Kugeln unterschiedlicher Größe und aus verschiedenen Materialien getestet, wobei die Schüttdichte nahezu identisch war. Die Porosität betrug in jedem Fall 38 % ± 1 %. Demnach sind Schüttdichte und Porosität einer Kugel einheitlicher Größe unabhängig von ihrer Größe und den Materialeigenschaften und bilden stets eine hexagonale Anordnung mit der Koordinationszahl 8.
Die theoretische Anordnung eines einzelnen Partikels gleicher Größe umfasst einen Würfel, eine einzelne schräge Säule, eine zusammengesetzte schräge Säule, eine Pyramidenform und ein Tetraeder. Die verschiedenen Anordnungen einer Kugel gleicher Größe sind in Abb. 24 dargestellt. Der Zusammenhang zwischen der Ablagerungsmethode einzelner Partikel und der Porosität ist in Tabelle 2-26 dargestellt.
Um die Schüttdichte des Materials zu erhöhen und die Porosität zu verringern, werden Kugeln mit ungleicher Partikelgröße verwendet. Dazu wird einer großen Kugel eine bestimmte Anzahl kleiner Kugeln hinzugefügt, um deren Zusammensetzung zu erhöhen. Der Zusammenhang zwischen dem von der Kugel eingenommenen Volumen und der Porosität ist in Tabelle 2-27 dargestellt.
Bei den Klinkerbestandteilen beträgt die Größe der groben Partikel 4,5 mm, die der mittleren Partikel 0,7 mm und die der feinen Partikel 0,09 mm. Die Veränderung der Klinkerporosität ist in Abbildung 2-5 dargestellt.
Aus Abbildung 2-5 geht hervor, dass die groben Partikel 55 % bis 65 %, die mittleren Partikel 10 % bis 30 % und das feine Pulver 15 % bis 30 % ausmachen. Die scheinbare Porosität kann auf 15,5 % reduziert werden. Selbstverständlich lassen sich die Bestandteile spezieller Feuerfestmaterialien entsprechend den physikalischen Eigenschaften und der Partikelform des Materials anpassen.
(2) Bindemittel für spezielle feuerfeste Produkte
Je nach Art des feuerfesten Spezialmaterials und des Formgebungsverfahrens können folgende Bindemittel verwendet werden:
(1) Verpressverfahren, Gummi arabicum, Polyvinylbutyral, Hydrazinmethylcellulose, Natriumacrylat, Natriumalginat und dergleichen.
(2) Das Auspressverfahren einschließlich der Schmierstoffe, Glykole,
Polyvinylalkohol, Methylcellulose, Stärke, Dextrin, Maltose und Glycerin.
(3) Heißwachs-Injektionsverfahren, Bindemittel: Paraffinwachs, Bienenwachs, Gleitmittel: Ölsäure, Glycerin, Stearinsäure und dergleichen.
(4) Gießverfahren, Bindemittel: Methylcellulose, Ethylcellulose, Celluloseacetat, Polyvinylbutyral, Polyvinylalkohol, Acryl; Weichmacher: Polyethylenglykol, Dioctan, Phosphorsäure, Dibutylperoxid usw.; Dispergiermittel: Glycerin, Ölsäure; Lösungsmittel: Ethanol, Aceton, Toluol und dergleichen.
(5) Spritzgussverfahren, thermoplastisches Harz Polyethylen, Polystyrol, Polypropylen, Acetylcellulose, Propylenharz usw., kann auch durch Erhitzen gehärtetes Phenolharz sein; Schmiermittel: Stearinsäure.
(6) Isostatisches Pressverfahren, Polyvinylalkohol, Methylcellulose, unter Verwendung von Sulfitzellstoffabfallflüssigkeit, Phosphat und anderen anorganischen Salzen bei der Pelletierung.
(7) Pressverfahren, Methylcellulose, Dextrin, Polyvinylalkohol, Sulfitzellstoffabfallflüssigkeit, Sirup oder verschiedene anorganische Salze; Sulfitzellstoffabfallflüssigkeit, Methylcellulose, Gummi arabicum, Dextrin oder anorganische und anorganische Säuresalze, wie Phosphorsäure oder Phosphate.
(3) Zusatzmittel für spezielle feuerfeste Produkte
Um bestimmte Eigenschaften von Spezialfeuerfestprodukten zu verbessern, wird die Kristallformumwandlung gesteuert, die Brenntemperatur gesenkt und dem Rohmaterial geringe Mengen an Zusatzstoffen beigemischt. Diese Zusatzstoffe sind hauptsächlich Metalloxide, Nichtmetalloxide, Seltenerdmetalloxide, Fluoride, Boride und Phosphate. Beispielsweise kann die Zugabe von 1–3 % Borsäure (H₂BO₃) zu γ-Al₂O₃ die Umwandlung fördern. Die Zugabe von 1–2 % TiO₂ zu Al₂O₃ kann die Brenntemperatur deutlich senken (auf etwa 1600 °C). Die Zugabe von TiO₂, Al₂O₃, ZiO₂ und V₂O₅ zu MgO fördert das Wachstum der Cristobalitkörner und senkt die Brenntemperatur des Produkts. Durch die Zugabe von CaO, MgO, Y2O3 und anderen Additiven zum ZrO2-Rohmaterial kann eine kubische Zirkoniumdioxid-Mischkristallphase hergestellt werden, die nach einer Hochtemperaturbehandlung von Raumtemperatur bis 2000 °C stabil ist.
(4) Verfahren und Ausrüstung zum Mischen
Trockenmischverfahren
Der von Shandong Konyle hergestellte geneigte Starkgegenstrommischer hat ein Volumen von 0,05 ~ 30 m³, eignet sich zum Mischen verschiedener Pulver, Granulate, Flocken und niedrigviskoser Materialien und ist mit einer Flüssigkeitszugabe- und Sprühvorrichtung ausgestattet.
2. Nassmischverfahren
Beim herkömmlichen Nassmischverfahren werden die verschiedenen Rohstoffe in einen Planetenmischer mit Schutzauskleidung zur Feinvermahlung gegeben. Nach der Herstellung der Suspension werden ein Weichmacher und weitere Zusatzmittel zur Einstellung der Schlammdichte hinzugefügt. Anschließend wird die Mischung in einem Vertikalwellen-Planetenmischer gründlich vermischt und in einem Sprühgranulationstrockner granuliert und getrocknet.
Planetenrührwerk
3. Kunststoff-Compoundierungsverfahren
Ziel ist die Entwicklung eines vielseitigen Compoundierverfahrens für einen speziellen feuerfesten Rohling, der sich für die plastische Formgebung oder die Schlammbildung eignet. Bei diesem Verfahren werden verschiedene Rohstoffe, Zusatzmittel, Weichmacher, Gleitmittel und Wasser zunächst in einem Planetenmischer gründlich vermischt und anschließend in einem Hochleistungsmischer intensiv weiterverarbeitet, um Lufteinschlüsse im Schlamm zu entfernen. Zur Verbesserung der Plastizität wird der Schlamm mit Restmaterial vermischt und vor dem Formen einem zweiten Mischvorgang in der Tonmaschine unterzogen. Koneile produziert hocheffiziente und leistungsstarke Mischer, wie unten dargestellt:
Effizienter und leistungsstarker Mixer
Gegenstrommischer
4. Halbtrockenes Mischverfahren
Geeignet für Mischverfahren mit geringerer Feuchtigkeit. Das Halbtrockenmischverfahren ist für spezielle feuerfeste Produkte erforderlich, die maschinell aus körnigen Bestandteilen (grobe, mittlere und feine dreistufige Mischung) geformt werden. Die Bestandteile werden in einem Sandmischer, einer Nassmühle, einem Planetenmischer oder einem Zwangsmischer verarbeitet.
Das Mischverfahren sieht folgendermaßen aus: Zuerst werden die verschiedenen Granulatkörnungen trocken vermischt. Anschließend wird die wässrige Lösung mit dem Bindemittel (anorganisch oder organisch) hinzugegeben. Danach wird das fein gemischte Pulver (einschließlich Brennhilfsmittel, Treibmittel und weiterer Additive) hinzugefügt und gründlich vermischt. Die Mischzeit beträgt in der Regel 20 bis 30 Minuten. Der Mischschlamm muss eine Entmischung der Partikelgröße verhindern und das Wasser gleichmäßig verteilen. Gegebenenfalls muss das Schlammmaterial während des Formgebungsprozesses ordnungsgemäß eingeschlossen werden.
Der Feuchtigkeitsgehalt des pressgeformten Produktschlamms wird auf 2,5 % bis 4 % geregelt; der Feuchtigkeitsgehalt des schlammgeformten Produkts wird auf 4,5 % bis 6,5 % geregelt; und der Feuchtigkeitsgehalt des vibrationsgeformten Produkts wird auf 6 % bis 8 % geregelt.
(1) Technische Leistungsfähigkeit der energieeffizienten Planetenmischer der CMP-Serie von Kone.
(2) Technische Leistungsfähigkeit des Nasssandmischers
5. Schlammmischverfahren
Das Schlammmischverfahren dient der Herstellung spezieller feuerfester Keramikprodukte, insbesondere von Schlammsuspensionen für Gips-Spritzguss, Gießformen und Spritzguss. Dabei werden verschiedene Rohstoffe, Verstärkungsmittel, Suspendiermittel, Zusatzmittel und 30–40 % sauberes Wasser in einer Kugelmühle (Mischmühle) mit verschleißfester Auskleidung vermischt und nach einer bestimmten Zeit zu einer formbaren Schlammsuspension vermahlen. Während der Herstellung des Schlamms müssen Dichte und pH-Wert entsprechend den Materialeigenschaften und den Anforderungen des jeweiligen Gießverfahrens kontrolliert werden.
Gegenstrom-Leistungsmischer
Die wichtigsten Ausrüstungsgegenstände beim Schlammmischverfahren sind eine Kugelmühle, ein Luftkompressor, eine Nassenteisenabscheidung, eine Schlammpumpe, ein Vakuumentlüfter und dergleichen.
6. Erhitzungsmischverfahren
Paraffin- und harzbasierte Bindemittel sind bei normaler Temperatur feste (oder viskose) Substanzen und können bei Raumtemperatur nicht gemischt werden; sie müssen erhitzt und vermischt werden.
Paraffin dient beim Heißgussverfahren als Bindemittel. Da der Schmelzpunkt von Paraffinwachs bei 60–80 °C liegt, wird es beim Mischen auf über 100 °C erhitzt, um eine gute Fließfähigkeit zu erzielen. Anschließend wird das feine Pulverrohmaterial dem flüssigen Paraffin zugegeben und gründlich vermischt. Der Wachsblock wird dann im Heißgussverfahren geformt.
Das wichtigste Mischgerät zum Erhitzen der Mischung ist ein beheizter Rührer.
Veröffentlichungsdatum: 20. Oktober 2018
