Wässrige Druckschlickergussformgebung grobkörniger, kohlenstoffhaltiger Feuerfestmaterialien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In dem Projekt wurden die Möglichkeit der Formgebung grobkörniger, kohlenstoffhaltiger Feuerfestmaterialien über Druckschlickergießen und geeignete Bedingungen dafür, insbesondere im Hinblick auf die Zusammensetzung der Rohstoffmischung und Schlicker, untersucht. Die Arbeiten wurden am Beispiel von Al2O3-C-Materialien durchgeführt. Diese Materialien werden u.a. für Funktionalbauteile, wie Tauchausgüsse, Schieberplatten und Stopfen; in der Stahlindustrie verwendet. Nach dem Stand der Technik erfolgt die Formgebung über Pressen. Im Vergleich dazu würde die Anwendung des Druckschlickergießens eine endabmessungsnahe Formgebung auch von Bauteilen komplexerer Geometrie ermöglichen. Ein Bruch des Grobkorns würde vermieden. Die gewählten Rohstoffmischungen enthielten verschiedene Tabulartonerde-Fraktionen bis zu einer maximalen Korngröße von 3 mm, Korund-Submikron-Pulver als feinste Al2O3- Fraktion, Thermocarbon TC 75H oder Carbores P als kohlenstoffhaltigen Binder sowie Graphit und Ruß. Der Anteil an den genannten Kohlenstoffträgern wurde so eingestellt, dass nach der Verkokung Kohlenstoffgehalte im Al2O3-Werkstoff von bis zu 31 Ma.-% erzielt wurden. Gegenüber reinen Al2O3-Schlickern wird mit zunehmendem Kohlenstoffträgergehalt die Herstellung hochfeststoffhaltiger fließfähiger Schlicker erschwert. Durch die Wahl geeigneter Partikelgrößenverteilungen und organischer Additive gelang es jedoch, ein rheologisches Verhalten zu erzielen, das den Anforderungen des Druckschlickergießens gerecht wurde. Hinsichtlich der Teilchengrößenverteilung, welche auf der Grundlage des Partikelpackungsmodells von Dinger und Funk eingestellt wurde, zeigte sich, dass ein Verteilungsparameter n = 0,25 zu bevorzugen ist, wobei der Anteil der gröbsten Fraktion (1– 3 mm) jedoch gegenüber der errechneten optimalen Verteilung reduziert werden sollte, um einem Verstopfen der Rohre der Druckschlickerguss-Anlage vorzubeugen. Ein erhöhter Feinkornanteil, welcher sich mit n = 0,2 ergibt, sollte wegen des Eindringens der feinen Partikeln in die Poren der Form vermieden werden. Ein erhöhter Grobkornanteil, wie er mit n = 0,3 erhalten wird, führte dagegen zur Ausbildung größerer Poren während des Pyrolyse- Brandes der erzeugten Probekörper. Bei Zugabe einer Additivkombination aus sehr geringen Mengen an Polysacchariden (bevorzugt Konjakmehl + Welan Gum) und einem Netzmittel auf der Basis von Polyglycolether wurde ein für das Druckschlickergießen grobkörniger Materialien geeignetes strukturviskoses Verhalten erzielt. Ein solches Verhalten verhindert die Sedimentation des Grobkorns im unbelasteten Zustand des Schlickers und ermöglicht gleichzeitig eine ausreichende Fließfähigkeit in den Rohren der Anlage während des Druckschlickergießens. Nach zunächst durchgeführten Tests in einer Druckfiltrationsapparatur wurden in einer modifizierten kommerziellen Druckschlickerguss-Anlage bei einem Druck von 20 bar erfolgreich Platten mit Abmessungen von ca. 220 mm x 220 mm x 40 mm hergestellt und anschließend ohne Deformation oder andere Schädigungen entformt. Das endgültige Gefüge des kohlenstoffgebundenen Werkstoffes wurde durch die Pyrolyse des kohlenstoffhaltigen Binders (Carbores P oder Thermocarbon TC 75H) bei 1000 °C unter reduzierenden Bedingungen ausgebildet. Computertomographische Untersuchungen zeigten, dass mit Ausnahme des Angussbereiches eine homogene Verteilung des Al2O3-Grobkorns über die gesamte Platte erreicht werden konnte. Das Material besaß eine für den Einsatz als Feuerfestmaterial ausreichende Festigkeit und eine sehr gute Thermoschockbeständigkeit.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Electroacoustic investigation of aqueous suspensions of raw materials for Al2O3-C refractories. Ceramics International (2018)
K. Moritz, N. Gerlach, G. Schmidt, C.G. Aneziris
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Investigation on pressure slip casting of carbon bonded alumina. Interceram – International Ceramic Review 67 (2018) 4, 22–28
C. Jahn, N. Gerlach, A. Weber, K. Moritz, C.G. Aneziris
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Pressure slip casting of coarse-grained alumina–carbon materials. International Journal of Applied Ceramic Technology (2018)
K. Moritz, N. Gerlach, J. Hubálková, C.G. Aneziris
