Sie waren die unbesungenen Helden des Industriebooms. Feuerfeste Materialien halten auch dann stand, wenn die Temperaturen über die Grenzen von normalem Stahl oder Beton steigen. Diese Keramik mit hohem Schmelzpunkt hält nicht nur dem Feuer stand; Sie bewahren ihre strukturelle Integrität und fungieren gleichzeitig als Schutzschild für interne Maschinen, während sie gleichzeitig die strukturelle Integrität bewahren.
Ohne sie käme die Metallurgie-, Glas- und Keramikindustrie zum Erliegen. Ohne eine Auskleidung, die nicht von alleine schmilzt, kann man weder Stahl noch Glas schmelzen.
Diese Materialien bestehen hauptsächlich aus Keramik. Sie werden zur Herstellung von Ziegeln, Auskleidungen und monolithischen Formen zur Auskleidung des Innenraums von Öfen, Öfen und anderen Hochtemperaturverarbeitungsgeräten verwendet. Der Begriff selbst kommt vom französischen Wort réfractaire, was wörtlich „hoher Schmelzpunkt“ bedeutet. Dies ist eine einfache Erklärung einer komplexen Aufgabe.
Warum sie nicht schmelzen oder knacken
陶瓷具有很强的primäre chemische Bindungen ist brutal.
但热量并不是唯一的敌人. 磨损是恒定的. 而且热冲击是突然的.
当物体从高温快速冷却时就会发生热冲击. 裂纹形成. 裂纹扩展. Material schlägt fehl.
陶瓷很脆,是的. 他们通过在加工过程中操纵微观结构来做到这一点.
Betrachten Sie die Textur. Sie sind rau. 而且它们是多孔的. 材料中含有大量的空气空间.
Warum Luft in eine feste Struktur einladen?
大颗粒和孔隙会钝化裂纹. Es reist nicht. 这降低了对热冲击的敏感性. 当温度下降时,孔隙率可以防止砖碎裂
然而,孔隙率是一种权衡. 空气空间就会很危险. 腐蚀性材料会渗入并从内部破坏结构. 它们为了化学耐久性而牺牲了一些Thermoschockbeständigkeit.
哪个更好？ 这取决于工作.
Die Chemie der Hitzebeständigkeit
Nicht alle feuerfesten Materialien sind gleich. Ihre Zusammensetzung und Verarbeitung variieren je nach Anwendung stark. Wir unterteilen sie im Allgemeinen in zwei große Kategorien: auf Ton basierende und nicht auf Ton basierende.
Wir betrachten auch ihre chemische Natur. Sind sie sauer oder basisch?
Saure feuerfeste Materialien enthalten Siliziumdioxid ($SiO_2$) oder Zirkoniumoxid ($ZrO_2$). Zu den grundlegenden feuerfesten Materialien gehören Aluminiumoxid ($Al_2O_3$) und Erdalkalioxide wie Kalk ($CaO$) und Magnesiumoxid ($MgO$). Dieser Unterschied ist wichtig, da saure Stoffe schlecht mit basischen Schlacken reagieren und umgekehrt. Eine Fehlausrichtung kann hier zu einem schnellen Ausfall führen.
Zu den feuerfesten Materialien auf Tonbasis gehören Schamott, Keramik mit hohem Aluminiumoxidgehalt und Mullitkeramik. Die Verarbeitung dieser Produkte erfolgt auf die gleiche Weise wie herkömmliche Bautonprodukte. Die Produkte werden durch die Verarbeitung von steifem Schlamm wie Formpressen und Extrusionsformen hergestellt. Anschließend wird es getrocknet und in einem langen Tunnelofen gebrannt. Beim Brennen findet teilweise eine Verglasung statt. Hierbei handelt es sich um einen flüssigen Sinterprozess, der die Partikel miteinander verbindet. Es entsteht eine feste Masse.
Feuerfeste Materialien, die nicht auf Ton basieren, erfordern fortschrittliche Techniken. Ultrahochtonerde- und Zirkonoxidkeramiken werden im transienten flüssigen oder festen Zustand gesintert. Grundsteine verbinden sich durch chemische Reaktionen zwischen den Komponenten miteinander. Siliziumkarbid entsteht bei der Reaktion von Quarzsand und Koks. Das sind nicht die Bausteine deiner Oma. Es handelt sich um technische Materialien.
Das Arbeitstier: Schamotte
在粘土家族中，耐火粘土是主力。 它由含有铝硅酸盐矿物高岭石 ($Al_2[Si_2O_5][OH]_4$) 的粘土制成. 还存在碱金属和氧化铁等杂质.
Maximale Leistung 25 % bis 45 % 氧化铝含量越高,使用温度越高.
耐火粘土砖,通常称为耐火砖,在加热时表现出相对较低的膨胀. Sie halten gut.
从化学角度来说，它们在酸性环境中相当惰性. 因此, 您会发现它们衬在高炉, Hochofenöfen und Koksöfen上.
这些都是monolithics. 这些材料可以现场成型和固化. 此类别包括用于zementieren von Ziegeln的砂浆. 它包括用于ramming的混合物。 它包括用于喷射的混合物——从压力枪喷射到位.
您还可以制作轻质耐火绝缘材料. 真空铸造形状.
这个行业需要的不仅仅是砖头. 它需要灵活性。 它需要可以喷入窑中并就地硬化的解决方案.
但耐火粘土只是一个开始. Es gibt tiefere Einschnitte in die Chemie. 而且需求正在上升.
Der High-Alumina-Standard
Feuerfeste Materialien mit hohem Aluminiumoxidgehalt beginnen mit Bauxit. Sie kennen es als Erz für Aluminium, in diesem Zusammenhang handelt es sich jedoch um eine Mischung aus Aluminiumhydroxid und kaolinitischen Tonen. Wenn Sie dieses Rohmaterial rösten, erhalten Sie eine Mischung aus synthetischem Aluminiumoxid und Mullit. Das Ergebnis? Ein Material, das zwischen 50 und 87,5 Prozent Aluminiumoxid enthält.
Warum ist dieser Prozentsatz wichtig? Weil diese Steine härter sind als herkömmlicher Schamottestein. Sie halten in einfachen Umgebungen besser stand. Sie sind abriebfest. Ihre Lautstärke bleibt stabil, wenn die Hitze steigt. Sie sehen, wie sie Hochöfen, Ofenabschnitte und die Pfannen auskleiden, die flüssigen Stahl transportieren. Sie versagen nicht, wenn der Druck groß ist.
Mullit: Der stabile Kern
Mullit ist spezifisch. Seine Formel lautet 3Al2O3 · 2SiO2, was etwa 70 Prozent Aluminiumoxid entspricht. Es schmilzt bei 1.850 °C. Um dorthin zu gelangen, mischen Hersteller verschiedene Tone mit Bauxit und sintern die Mischung dann in Elektroöfen bei hoher Hitze.
Es ist das stabilste feuerfeste Material aus Aluminosilikat. Diese Stabilität ermöglicht es, Hochtemperaturbelastungen ohne Knicken zu bewältigen. Mullitsteine findet man in Hochofenöfen und unter den Dächern von Glasschmelzvorherden. Es bekämpft die Hitze nicht. Es hält dem stand.
Die Alternativen ohne Ton
Nicht jedes feuerfeste Material beginnt mit Ton. Diese Nicht-Ton-Produkte werden normalerweise zu Ziegeln gepresst, einige Magnesit-Chrom- und Aluminiumoxid-Sorten werden jedoch in Formen schmelzgegossen. Auch die Roheingaben sind unterschiedlich. Die Rede ist von Carbonaten oder Oxiden von Metallen wie Magnesium, Aluminium und Zirkonium.
Grundlegende Feuerfestmaterialien und Schlackenbeständigkeit
Zu den grundlegenden feuerfesten Materialien gehören Magnesia, Dolomit, Chrom und Mischungen davon. Magnesia-Steine werden aus Periklas, der mineralischen Form von Magnesiumoxid, hergestellt. Periklas wird aus Magnesit (Magnesiumcarbonat) oder aus Magnesiumhydroxid gewonnen, das aus Meerwasser und Sole gewonnen wird. Die Bindungsmethoden variieren: chemisch, pechgebunden, gebrannt oder eine Kombination, bei der das Pech nach dem Brennen imprägniert wird.
Feuerfeste Materialien aus Dolomit verwenden Dolomiterz, eine Mischung aus Kalzium- und Magnesiumcarbonaten. Hier ist der Nachbrennschritt von entscheidender Bedeutung. Sie müssen sie mit Teer oder Pech imprägnieren. Warum? Um die Rehydrierung des Kalks zu verhindern. Wenn es rehydriert, versagt der Ziegel.
Chromsteine basieren auf Chromerzen. Hierbei handelt es sich um komplexe feste Lösungen vom Spinelltyp – denken Sie an Chromit und Magnetit – gemischt mit Silikatverunreinigungen.
Alle basischen Feuerfestmaterialien haben eine Superkraft gemeinsam: Sie widerstehen Eisenoxiden und basischen Schlacken. Dies ist bei der Stahlherstellung von entscheidender Bedeutung. Fügen Sie Kohlenstoff hinzu, entweder als Flocken oder als Restkohlenstoff aus Pech/Teer, und der Widerstand steigt sprunghaft an. Aus diesem Grund rüsten sie einfache Sauerstofföfen, Elektroöfen und Herdöfen aus. Sie sind sogar mit Kupferkonvertern ausgestattet.
Extrahohe Aluminiumoxiddichte
Wenn Sie mehr als 87,5 Prozent Aluminiumoxid benötigen, steigen Sie in die Kategorie mit besonders hohem Aluminiumoxidgehalt ein. Bis zu 100 Prozent. Die Körner sind verschmolzen oder dicht gesintert. Das Ziel ist Dichte. Die hohe Dichte sorgt für Volumenstabilität, die auch über 1.800 °C stabil bleibt.
Kieselsäure und saure Umgebungen
Feuerfeste Materialien aus Quarzit stammen aus Quarziten und Quarzkiesvorkommen. Sie haben einen geringen Aluminiumoxid- und Alkaligehalt. Sie setzen auf eine chemische Bindung mit 3–3,5 Prozent Kalk.
Sie halten hohen Temperaturbelastungen stand. Sie bewältigen Abrieb. Vor allem enthalten sie saure Schlacken. Unter den Qualitäten – Koksofenqualität, konventionell und Super-Duty – gewinnt die Super-Duty-Version für Glasschmelzaufbauten. Sein geringer Gehalt an Verunreinigungen ist das Unterscheidungsmerkmal.
Zirkons Korrosionsschutz
Zirkon, ein Zirkoniumsilikat, spielt in Glastanks eine besondere Rolle. Geschmolzenes Glas ist ätzend. Zirkon widersteht dem. Es behält die Volumenstabilität über lange Zeiträume bei hoher Hitze bei. Außerdem weist es eine gute Kriechfestigkeit auf, was bedeutet, dass es sich bei Hitzebelastung weniger verformt.
Thermoschockfestigkeit von Siliziumkarbid
Siliziumkarbidkeramiken nutzen das Acheson-Verfahren. Edward G. Acheson hat es 1891 erfunden. Bei der Methode wird reiner Quarzsand mit fein verteiltem Kohlenstoff (Koks) in einem Elektroofen zur Reaktion gebracht. Der Temperaturbereich ist steil: 2.200° bis 2.480° C.
Das resultierende Material weist eine hervorragende Belastbarkeit bei hohen Temperaturen auf. Es ist formstabil. Aber der eigentliche Schlüssel ist die Temperaturwechselbeständigkeit. Siliziumkarbid leitet Wärme gut. Diese hohe Leitfähigkeit verhindert extreme Temperaturunterschiede zwischen den Schichten. Ohne diese Unterschiede treten keine thermischen Ausdehnungsspannungen auf. Dies macht SiC ideal für Brennhilfsmittel, da es andere Keramiken beim Brennen unterstützt.
Spezialisierte Nicht-Ton-Mischungen
Kleinere Mengen anderer feuerfester Materialien dienen speziellen Bedürfnissen. Graphit. Zirkonoxid. Forsterit. Mischungen wie Magnesia-Aluminiumoxid, Magnesit-Chrom, Chrom-Aluminiumoxid und Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Siliziumoxid.
Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Siliziumoxid oder AZS ist unterschiedlich. Es wird geschmolzen und in Formen oder direkt in Glasofentanks gegossen. Es widersteht Korrosion, ohne Verunreinigungen in die Glasschmelze abzugeben. Es wird auch zur Herstellung von Panzerblöcken, sogenannten Soldatenblöcken oder Seitenwandblöcken, gegossen. Diese sind für den Bau und die Reparatur von Glasöfen unerlässlich.
