
Gepresste versus gegossene feuerfeste Steine: Was ist der Unterschied?
Genauso wichtig wie das Verständnis des feuerfesten Materials selbst ist die Art und Weise, wie es geformt wird. Der moderne Gießer muss das richtige feuerfeste Material - sowohl Material als auch Form - für die richtige Aufgabe auswählen, um einen optimalen Prozess zu gewährleisten.
Einleitung
Feuerfeste Ziegel gehören heute zu den am häufigsten verwendeten Wärmedämmstoffen in der Industrie. Wertvoller Schutz von Werkzeugen, Gehäusen und Maschinen vor überschüssiger Hitze, die für einen Fertigungsprozess erforderlich ist. Ziegel sind die logische Form, da sie gestapelt und verbunden werden können, um praktisch jede Struktur zu bilden, sei es für die Auskleidung eines Ofens, Ofens oder eines Verteilers. Zu den häufig verwendeten feuerfesten Materialien, aus denen sich die Ziegel zusammensetzen, gehören Aluminiumoxid, Kieselsäure und Chromit. Die Leistung dieser Ziegel hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die chemische Zusammensetzung, Porosität und thermische Stabilität. Feuerfeste Steine sind Beispiele für "geformte" feuerfeste Materialien. (1,2,3) Feuerfeste Steine werden auch als Schamottsteine bezeichnet. Ob ein feuerfester Stein basisch, neutral oder sauer ist, ist unter anderem ein wichtiger Aspekt bei der Anpassung eines Ziegels an eine bestimmte Anwendung.
Bei der Auswahl eines Materials oder einer Ziegelart oder -form muss der moderne Gießer viele Faktoren berücksichtigen. Dazu gehören unter anderem die physikalische Festigkeit, die Wärmekapazität, die Beständigkeit gegen chemische Angriffe, die Gleichmäßigkeit, die Beständigkeit gegen Schrumpfung oder Ausdehnung, die Abplatzungseigenschaften und die Qualität des Isolators des feuerfesten Materials. Die chemische Beständigkeit und die Abplatzungseigenschaften hängen in der Regel eher von der Identität des feuerfesten Materials ab als davon, ob es durch Pressen oder Formen zu einem Ziegel geformt wurde, wobei der Umformprozess einen aussagekräftigeren Einfluss auf die anderen Faktoren hat.

Typische Produktionsmethoden
Gepresste feuerfeste Steine
Das Pressen von feuerfesten Steinen ist eine einfache Idee. Vereinfacht ausgedrückt wird das feuerfeste Material hergestellt, und bevor es die Möglichkeit hat, ausgehärtet zu werden (oder durch Wärmeanwendung ausgehärtet zu werden), wird es in einem Prozess, der der Extrusion ähnelt, durch eine Führung gedrückt oder in einem Prozess wie bei einer Ausstechform ausgeschnitten. Bei diesen Methoden kann Hochdruck oder hydraulisches Pressen eingesetzt werden, um das Endergebnis zu erzielen. Das Pressverfahren entstand, weil die Handformung der Dämmstoffe mühsam und teuer war(4).
Es gibt mehrere Eigenschaften, die erreicht werden müssen, um sicherzustellen, dass ein bestimmtes Ziegelmaterial gut für das Pressverfahren geeignet ist, wie in der folgenden Tabelle(5) dargestellt:
Qualität | Details |
Feuchtigkeit | Kann zwischen 6 und 12 Masseprozent Wasser liegen. Das zum Pressen benötigte Wasser wird von der Maschine zugegeben, so dass kein frischer, nasser Ton verwendet werden muss. |
Mahlgrad | Die Partikelgröße, die in die Trockenpressanlage gelangt, sollte so gleichmäßig wie möglich sein. Die Mahlgröße wird von der Ausrüstung genau angegeben, aber in der Vergangenheit wurden am häufigsten Tone mit einer Mahlgröße von 11 bis 35 Mesh verwendet. |
Im Großen und Ganzen gibt es zwei Hauptmethoden des Pressens: Trockenpressen und Heißpressen.
Vorteile des Pressverfahrens
Dem Pressverfahren wird weithin eine Verbesserung bei der Herstellung von feuerfesten Ziegeln zugeschrieben, insbesondere in Bezug auf(6):
- Geschwindigkeit und Automatisierung
- Gleichförmigkeit
- Kosten
- Lebensdauer des Materials
- Leichtigkeit
Modernere Anwendungen des Pressverfahrens behaupten, dass das Verfahren aufgrund von weniger Abfall und Systemen zur Rückgewinnung von überschüssigem Material, das in den Herstellungsprozess zurückgeführt wird, noch effizienter ist(7). Das Pressverfahren erfordert keine externe Erwärmung und der Prozess wird mit hydraulischem Druck durchgeführt, dessen Energie in der Regel aus Elektrizität gewonnen wird. Das Pressen ist daher eine umweltgerechte Wahl.
Im Vergleich zu herkömmlichen Umformmethoden für Ziegel wird die Abplatzung um 35 % reduziert, die Volumenänderung beim Brennen um 45 % reduziert und die Porosität um fast die Hälfte erhöht(8).
Trockenpressen
Das Trockenpressen erfolgt bei Raumtemperatur und verwendet Hydraulikzylinder, um feuerfeste Materialien in eine Form zu pressen, die auf einem Tisch zentriert ist und Hohlräume enthält. Die Form wird aus einer Ladebox beschickt, die sich oberhalb oder seitlich befindet, wodurch sichergestellt wird, dass das Material korrekt gemischt und zusammengesetzt wird.
Die Funktion der Ladebox ist für die Funktion von entscheidender Bedeutung, da ohne die Homogenität, die durch das genaue und effiziente Mischen der Box geboten wird, die Füllung der Formen ineffizient ist und somit der gesamte Gießprozess beeinträchtigt wird.
Wenn Druck ausgeübt wird, ist es entscheidend, dass er gleichmäßig ausgeübt wird. Häufig werden Drücke von mehr als 300 bis 450 bar verwendet. "Druckrisse" sind ein Phänomen beim Hochdruckpressen, bei dem eine hohe Plastizität des Materials dazu führt, dass es sich bei Druckausübung spaltet - obwohl die Zugabe kleiner Mengen kalziniertem Material und/oder Grog dies lindern kann, ebenso wie eine längere (wenn auch langsamere) Anwendung des Drucks. Der beste feuerfeste Stein, der mit dieser Methode hergestellt wird, ist derjenige, der mit dem höchsten Druck hergestellt wird.

Heißpressen
Das Heißpressen ist ein proprietäres Verfahren, das ursprünglich von Union Carbide (jetzt Dow Chemical Company) für feuerfeste Steine mit höherem Kohlenstoffgehalt unter Verwendung verschiedener organischer Bindemittel entwickelt wurde. Das Gemisch wird wie beim Kaltpressverfahren kombiniert, aber wenn es die Form erreicht, wird es unter Druck gesetzt (wie zuvor) und anschließend von elektrischem Strom durchströmt. Dieser Temperatur- und Druckanstieg führt schnell zur Verflüchtigung der Bindemittel. Die nun gasförmigen organischen Verbindungen werden von der hydraulischen Presse aufgefangen und die Poren, die sich um sie herum bilden, werden durch den Druck vollständig verschlossen. Dadurch entsteht ein undurchlässiges, kohlenstoffreiches Feuerfestmaterial, das etwa 100-mal weniger durchlässig ist, als wenn derselbe Ziegel mit herkömmlichen Form- und Backverfahren hergestellt worden wäre. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass heißgepresste kohlenstoffreiche Feuerfestmaterialien herkömmliche Feuerfeste leicht übertreffen, da sie eine um 200 °C höhere Betriebstemperatur aufweisen (9).
Geformte feuerfeste Steine
Das Formverfahren ist eine logische Weiterentwicklung von handgeformten Ziegeln, ähnlich der traditionellen Herstellung von Lehmziegeln. Das Formen ist die andere beliebte moderne Methode zur Umformung von feuerfesten Materialien. Diese Werkstoffe, die auch als "feuerfeste Gießmassen" bezeichnet werden, entstehen, wenn das vorgehärtete feuerfeste Material in eine Form gegossen wird, die die gewünschte Form und Größe des Endprodukts aufweist, wo das feuerfeste Material an Ort und Stelle aushärtet und zu einem späteren Zeitpunkt entfernt wird(10). Abhängig von der Identität des Schimmelpilzes kann er nach Gebrauch entweder wiederverwendet oder entsorgt werden. Selbstverständlich wird die Wiederverwendung sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus ökologischer Sicht bevorzugt. Das Spritzgussverfahren ist der Schlüssel zur Herstellung von monolithischen Feuerfestmaterialien, d. h. solchen, die aus einem einzigen Stück bestehen, was besonders für Anwendungen mit höchsten Leistungsanforderungen gewünscht ist.
Kurz gesagt, der Prozess läuft ab, indem das gleichmäßig gemischte feuerfeste Material in eine Form gegeben wird, die typischerweise aus Stahl besteht. Das Material wird über einen längeren Zeitraum in der Form ausgehärtet, wobei mindestens 24 Stunden üblich sind(11). Nach dem Lösen aus der Form wird das Material gebrannt, als wäre es jede andere Art von feuerfestem Material. Interessanterweise können die Temperatur und die Atmosphäre um die Form herum gesteuert werden, was bedeutet, dass Eigenschaften wie Feuchtigkeit moduliert werden können, um bestimmte Endergebnisse zu erzielen(12).
Vor- und Nachteile des geformten Verfahrens
Das Formverfahren ist weitestgehend tolerant gegenüber den unterschiedlichsten Materialien, Porositäten und Feuchtigkeitsgehalten. Aufgrund des fehlenden Druckbedarfs ist das Formverfahren einfacher in Konstruktion und Betrieb - und damit kostengünstiger. Darüber hinaus können Formen in praktisch jeder Form und Größe hergestellt und wiederverwendet werden(14). Aufgrund des Fehlens äußerer Kräfte dauert das geformte Verfahren jedoch länger als das gepresste Verfahren.

Was ist besser geeignet?
Sowohl gepresste als auch geformte feuerfeste Materialien haben ihre Vorteile, und so muss natürlich auch der spezifische Anwendungsfall berücksichtigt werden, ebenso wie die Anforderungen an die Produktion durch die verfügbaren Ressourcen, die Notwendigkeit der Automatisierung usw. Der gemeinsame Vorteil beider Verfahren ist die relative Geschwindigkeit im Vergleich zur Herstellung von Ziegeln von Hand und die gleichbleibende Form, Größe und Ausführung(13).
Es sollte beachtet werden, dass die Formbildung - durch Pressen oder durch Formen - nur ein Teil der Diskussion über die Auswahl und Gestaltung eines feuerfesten Materials ist. Ebenso wichtig ist, wie das Material ausgehärtet wird, d.h. bei welcher Temperatur und wie lange. Darüber hinaus befasst sich das Pressen und Formen in erster Linie mit der Herstellung von Ziegeln, einschließlich Monolithen - und nur ein Teil der Geschichte für feuerfeste Pasten und andere Verbundprodukte.
Beratung von Manganoxid
- Feuerfeste Steine sind Blöcke aus hochthermisch beständiger Keramik oder keramikähnlichem Material, die meist aus feuerfesten Materialien wie Kieselsäure oder Chromit bestehen
- Diese Ziegel finden breite Anwendung in der Industrie, von Verteilerauskleidungen im Strangguss bis hin zu Schamottsteinen für Öfen
- Die Ziegel werden in erster Linie entweder im Form- oder Pressverfahren hergestellt, je nach gewünschtem feuerfestem Steinergebnis
- Beide Produktionsmethoden haben erhebliche Vorteile gegenüber der Handformung, insbesondere in Bezug auf Geschwindigkeit und Konsistenz, wobei der Pressvorgang am schnellsten ist
- Beim Pressen wird das nicht ausgehärtete Ziegelmaterial mit hydraulischem Druck zu einer Form verdichtet, die anschließend gebrannt wird. Zu den Vorteilen gehören Geschwindigkeit, Gleichmäßigkeit und bessere Porositätseigenschaften. Das Heißpressen ist eine Teilmenge, die in ihrer Natur und Verwendung weitgehend proprietär ist
- Das Formgebungsverfahren ist effektiv und zuverlässig, wenn auch langsamer als das Pressverfahren. Es ist weitgehend tolerant gegenüber vielen Materialien

Verweise
1 W. E. Lee und W. M. Rainforth, Ceramic Microstructures - Property Control by Processing, Chapman und Hall, London, 1994
2 K. Matusmoto, Chem. Abst., 1963, 59, 3626
3 T. R. Lyman und W. J. Rees, Trans. Ceram. Soc. 1937, 36, 110
4 F. C. Steimke, Bachelorarbeit, University of Missouri School of Mines, 1941
5 US-Patent US1911152, 1929
6 E. Hagar, J. Am. Ceram. Soc., 1925, 8. 122
7 China Patent CN2312120Y, 1996
8 J. H. Kruson und C. A. Smith, J. Am. Ceram. Soc., 1925, 8, 829
9 C. Schacht (Hrsg.), Refractories Handbook, CRC Press, Boca Raton, Vereinigte Staaten, 2004
10 Uhr M. Garbers-Craig, J. S. Afr. Inst. Bergbau Metallurg., 2008, 108, 491
11 W. N. Dos Santos, J. Eur. Ceram. Soc., 2003, 23, 745
12 A. W. Gropjanow, Refract. und Indust. Ceram., 2009, 50, 198
14 J. McMeekan, J. Inst. Ingenieure, 1920, 1, 380
13 J. D. Gilchrist (Hrsg.), Fuels Furnaces and Refractories, Pergamon, Oxford, 1977
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