Mikrosilika für Al-SiC-C-Feuerfestmassen

I. Überblick über die Lösung

Al-SiC-C-Gussmassen werden hauptsächlich an kritischen Stellen eingesetzt, die hohen Temperaturen, der Erosion durch flüssiges Eisen und Schlacke, mechanischer Abtragung sowie häufigen Temperaturwechselzyklen ausgesetzt sind. Ihre endgültigen Eigenschaften hängen nicht nur von Aluminiumoxid, Siliziumkarbid und kohlenstoffhaltigen Materialien ab, sondern stehen auch in engem Zusammenhang mit den ultrafeinen Pulvern in der Matrix, dem Bindemittelsystem, den Dispergiermitteln und der Partikelgrößenverteilung.

Mikrosilika ist einer der entscheidenden ultrafeinen Bestandteile in der Matrix von Al-SiC-C-Gießmassen. Seine Reinheit, sein Verunreinigungsgrad, seine Partikeleigenschaften, sein Dispersionszustand und seine Chargenstabilität beeinflussen maßgeblich den Wasserbedarf, die Fließfähigkeit, die Formdichte, die Zusammensetzung der Hochtemperaturphasen sowie die Erosionsbeständigkeit der Gießmasse.

MSILI bietet je nach Einsatzbedingungen, Bindemittelsystem und Verarbeitungsmethode feuerfestes Mikrosiliziumpulver für Al-SiC-C-Gießmassen sowie Unterstützung bei der Auswahl an und hilft Kunden dabei, die Rezepturstabilität und die Zuverlässigkeit im Einsatz zu verbessern.

II. Typische Anwendungen

Diese Lösung eignet sich vor allem für:

• Haupt- und Nebenkanäle, Schlackenkanäle sowie Schlackenschaufeln in Hochöfen;
• Stoß- und Verschleißzonen sowie Bereiche für lokale Ausbesserungen im Gießbereich;
• unformierte Feuerfestmaterialien in Gießpfannen, Eisentransportanlagen und Schmelzmetallrinnen;
• andere Bereiche, die mit flüssigem Metall bei hohen Temperaturen in Kontakt kommen und hinsichtlich Rezeptur und Betriebsbedingungen geprüft wurden.

Da sich die Zusammensetzung von Schlacke und Eisen, die Betriebstemperatur, die Erosionsintensität und die thermischen Zyklen an den verschiedenen Stellen deutlich unterscheiden, sollten die Art des Mikrosiliziumpulvers und die Zugabemethode unter Berücksichtigung der jeweiligen Rezeptur überprüft werden.

III. Häufige technische Probleme

1. Schwankungen zwischen den Chargen führen zu einer instabilen Rezeptur

Schwankungen beim Mikrosilika-Pulver hinsichtlich SiO₂-Gehalt, Verunreinigungen, Agglomerationsgrad und Korngrößenverteilung können zu Schwankungen bei Fließwert, Erstarrungszeit und Festigkeit führen und die Anpassung der Rezeptur sowie die Produktionskontrolle erschweren.

2. Unzureichende Dispersion führt zu erhöhtem Wasserbedarf

Stark agglomeriertes oder in seiner Verdichtung ungeeignetes Mikrosilikatpulver führt leicht zu einer klebrigen Konsistenz der Masse und einer verminderten Fließfähigkeit. Die zusätzliche Zugabe von Wasser vor Ort kann zwar vorübergehend die Verarbeitbarkeit verbessern, führt jedoch möglicherweise zu einer erhöhten Porosität und einer lockeren Matrix.

3. Verunreinigungen beeinflussen die Zusammensetzung der Hochtemperaturphase

Zu hohe Gehalte an CaO, Alkalimetallen und anderen Verunreinigungen können den Reaktionsverlauf des Matrixmaterials bei hohen Temperaturen verändern, das Risiko der Bildung von Flüssigphasen, Oxidation oder Schlackeangriff erhöhen und die strukturelle Stabilität des Materials bei hohen Temperaturen beeinträchtigen.

4. Unzureichende Kompatibilität mit Bindemitteln und Zusatzstoffen

Verschiedene Mikrosilikatpulver reagieren unterschiedlich auf Zement, Aluminiumoxid-Mikropulver, Dispergiermittel, Antioxidationsmittel und kohlenstoffhaltige Materialien. Die Beurteilung der Produktqualität allein anhand des SiO₂-Gehalts kann die tatsächliche Wirksamkeit der Rezeptur oft nicht gewährleisten.

IV. Lösungsansätze

MSILI kontrolliert vier Aspekte: chemische Zusammensetzung, Partikeleigenschaften, Pulverzustand und Systemkompatibilität.

Stabilisierung der chemischen Zusammensetzung

Durch die Kontrolle des SiO₂-Gehalts sowie des Gehalts an Verunreinigungen wie CaO, Fe₂O₃ und Alkalimetallen werden die Auswirkungen von Schwankungen bei den Rohstoffen auf die Zusammensetzung der Hochtemperaturphasen und die Stabilität der Rezeptur verringert.

Optimierung von Dispersion und Rheologie

Je nach Mischanlage und Verarbeitungsverfahren des Kunden werden nicht verdichtete, halbverdichtete oder verdichtete Produkte ausgewählt. Bei angemessener Zugabemenge und unter Einsatz eines geeigneten Dispergierungssystems werden die Fließfähigkeit und die Fließbeständigkeit der Paste verbessert.

Verbesserung der Matrixverdichtung

Durch das Verfüllen der Mikroporen zwischen den Zuschlagstoffen und dem Feinpulver mit ultrafeinen Partikeln wird die Partikelanordnung optimiert und potenzielle Durchgangswege für Schlacke und Eisenmetall reduziert.

Anpassung an verschiedene Bindemittelsysteme

Für zementarme, extrem zementarme und zementfreie Systeme wird jeweils die Kompatibilität von Mikrosilika mit Zement, Aluminiumoxid-Mikropulver, Dispergiermitteln und gelbildenden Additiven geprüft, anstatt alle Rezepturen mit einem einzigen Typ abzudecken.

V. Typenauswahl und Validierung

Bei Mikrosilikatpulver für Al-SiC-C-Gussmassen sollte nicht nur die Reinheit verglichen werden, sondern es sollten insbesondere folgende Aspekte bewertet werden:

• Wasserzugabe und anfängliche Fließfähigkeit;
• die Fließhaltbarkeit;
• die Abbinde- und Entformungseigenschaften;
• Volumendichte und offene Porosität nach dem Trocknen;
• Festigkeit bei Raumtemperatur und im erhitzten Zustand;
• Längenänderung nach dem Brennen und Thermoschockbeständigkeit;
• Oxidationsbeständigkeit;
• Erosionstiefe, Durchdringungsfläche und Struktur nach der Erosion.

Bei herkömmlichen Systemen mit niedrigem Zementanteil liegt der Schwerpunkt in der Regel auf der Dispersionsfähigkeit, der Verarbeitungsstabilität und der Kostenbilanz; bei Systemen mit extrem niedrigem Zementanteil stehen ein geringer Verunreinigungsgehalt, ein geringer Wasserbedarf und eine hohe Verdichtung im Vordergrund; bei zementfreien Systemen sollte der Schwerpunkt auf der Überprüfung der Aktivität von Mikrosilika, des Gelverhaltens sowie der Kompatibilität mit speziellen Zusatzstoffen liegen.

Die endgültige Produktvariante sollte gemeinsam durch Laborversuche zur Rezeptur und industrielle Validierung vor Ort festgelegt werden.

VI. Technischer Nutzen

Geeignetes Mikrosilikatpulver kann Feuerfestunternehmen dabei unterstützen:

• wiederholte Rezepturanpassungen aufgrund von Schwankungen bei den Rohstoffen zu reduzieren;
• die Konsistenz der Fließ- und Abbindeeigenschaften verschiedener Chargen von Gussmassen zu verbessern;
• den Wasserbedarf bei der Verarbeitung unter angemessenen Dispergierungsbedingungen zu senken;
• die Dichte der Matrix sowie die strukturelle Stabilität bei hohen Temperaturen zu verbessern;
• eine materielle Grundlage für die Verbesserung der Beständigkeit gegen Abrieb, Durchlässigkeit und Erosion zu schaffen;
• Verringerung der Projektrisiken, die durch unkontrollierte Verarbeitungseigenschaften entstehen.

MSILI bietet nicht nur einzelne Mikrosilika-Produkte an, sondern maßgeschneiderte Rohstofflösungen, die auf den Einsatzort, das Bindemittelsystem, die Verarbeitungsausrüstung und die angestrebten Eigenschaften der Al-SiC-C-Gießmassen abgestimmt sind.