Dichte feuerfeste Steine

Schamottesteine sind feuerfeste Steine mit einem Al₂O₃-Gehalt bis 50%.

Sie werden aus eisenarmen Tonen und entsprechend vorgebrannten Schamottekörnungen hergestellt und normalerweise bei Temperaturen bis 1.300 °C gebrannt. Aufgrund der relativ niedrigen Rohdichten weisen diese Qualitäten deutlich bessere thermische Isoliereigenschaften auf. Durch diese Eigenschaften eignen sie sich als Ausmauerung für Verbrennungsanlagen mit Prozesstemperaturen bis ca. 1.400 °C, als Dauerfutter für metallurgische Gefäße und als preiswerte Auskleidungsvariante für einfache thermische Anwendungen.

Der Zusatz von Phosphat in Schamottesteinen wirkt infiltrationshemmend gegen Alkaliverbindungen und erhöht die Infiltrationsbeständigkeit gegenüber Aluminium.

Dichte Schamottesteine, sogenannte Super Duties, werden aus ausgesuchten feuerfesten Tonen und Schamottekörnungen hergestellt, was einen Vorbrand bei erhöhten Brenntemperaturen möglich macht.

Dadurch wird die Temperaturbeständigkeit gegenüber Standardsorten erhöht und sie sind weitgehend beständig gegen CO-Atmosphäre. Das macht sie besonders geeignet für Anwendungen, bei denen CO-Angriff zu erwarten ist, z. B. als Hintermauerung von Roheisentransportgefäßen.

Hochtonerdehaltige Steine um 60% Al₂O₃ werden in der Regel aus dem Hauptrohstoff Andalusit hergestellt, gegebenenfalls in Abmischung mit anderen feuerfesten Rohstoffen der Reihe Al₂O₃- SiO₂, um die gewünschten Eigenschaften einzustellen.

Andalusit zeigt durch die Umwandlung in Mullit unter hohen Prozesstemperaturen eine einstellbare Volumendehnung, was einer thermischen Schwindung des Steingefüges entgegenwirkt und die Sorten für einen Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet macht. Phosphatzusätze wirken einerseits infiltrationshemmend, verbessern aber auch andere Eigenschaften wie die Abriebbeständigkeit und allgemein die Festigkeit.

Hochtonerdehaltige Steine um 80% Al₂O₃ können aus einer Vielzahl verschiedener hochwertiger Rohstoffe hergestellt werden und weisen deshalb ein entsprechend breites Eigenschafts- und Anwendungsspektrum auf.

Grundsätzlich liegt die durchschnittliche Zusammensetzung in der Nähe des Minerals Mullit (ca. 72% Al₂O₃, ca. 28% SiO₂), um dessen feuerfeste Eigenschaften (Schmelzpunkt 1.800 °C) ausnutzen zu können. Die individuellen Eigenschaften der Produkte werden deshalb vorwiegend durch die verwendeten Rohstoffe und ihre Nebenbestandteile bestimmt.

Die Rohstoffe können sein: Mit Tonerde angereicherter Andalusit, Bauxit, vorgebrannter Mullit, Tabulartonerde oder Korunde und geeignete Mischungen hieraus. Verwendet werden diese Werkstoffe beispielsweise für Auskleidungen von Verbrennungsanlagen, von Gefäßen in der Metallurgie oder korrosionsbeständige Untergussgespanne für den Stahlblockguss, aber auch als hochwertige Brennhilfsmittel.

Hochtonerdehaltige Steine über 85 bis 99,5% Al₂O₃ sind für spezielle Beanspruchungen konzipiert und werden deshalb aus besonders hoch Al₂O₃-haltigen Rohstoffen hergestellt.

Dies können sowohl mit Tonerde angereicherte Bauxite, Sinter- oder Schmelzmullite, Tabulartonerden oder Schmelzkorunde sein. Der hohe Tonerdegehalt macht sie beständig gegen hohe Temperaturen, meist in Kombination mit besonderen thermophysikalischen und thermochemischen Bedingungen wie stark reduzierende Atmosphären, Kontaktreaktionen mit Metallen oder Schmelzen sowie fluorhaltige Medien.

Entsprechend vielfältig sind die Anwendungen in Rußreaktoren, in der Petrochemischen Industrie, als Höchstwert-Untergussgespann, bei Einwirkung flusssäurehaltiger Medien oder als hochwertige Brennhilfsmittel. Sorten mit hohen Phosphatgehalten sind beständig gegen Aluminiumschmelzen und behindern die so genannte Korundbildung.

Steine der Produktgruppe chromoxidhaltige Steine sind aus den Komponenten Korund bzw. Andalusit und Chromoxidpigment zusammengesetzt.

Die hohe Korrosionsbeständigkeit von Cr₂O₃ gegenüber aggressiven Medien ist Grundlage für den Einsatz dieser Produkte überwiegend in Sondermüll-Verbrennungsanlagen. Durch gezielte Zusätze werden spezifische Eigenschaften, wie beispielsweise eine erhöhte Temperaturwechselbeständigkeit, eingestellt.

Hochgebrannte Steine auf Basis von teilstabilisiertem ZrO₂ zeigen High-End-Eigenschaften bezüglich der Temperaturbeständigkeit (> 2.200 °C) auf und werden für extreme Hochtemperaturanwendungen, wie z.B. Ruß-Reaktoren, eingesetzt.

Mit steigendem ZrO₂-Gehalt bis hin zum ZrO₂-basierten Stein weisen diese Werkstoffe eine erhöhte Beständigkeit gegen aggressive Glasschmelzen auf. Der Zusatz von Zirkon führt bei Steinen auf Alumo-Silikat-Basis zu einer erhöhten Alkalibeständigkeit.

Hochtonerdehaltige Steine mit Kohlenstoff kommen in der Regel in metallurgischen Gefäßen für den Roheisentransport oder dessen Behandlung zur Anwendung, also beispielsweise in Torpedo-, Rohr- oder Konvertereinfüllpfannen.

Die Basisrohstoffe sind Andalusit, Bauxit oder hochwertige Schmelzkorunde. Der Kohlenstoffträger ist hauptsächlich Graphit, die Bindung erfolgt durch Kunstharz.

Die Steine werden ohne weitere Zusätze oder für hoch belastete Zonen mit SiC-Zusatz als ASC-Steine produziert. Eine spezielle Variante mit Zusatz von Magnesia (AMC) ist z. B. für den Aufprallbereich von Stahlpfannen geeignet.

SiC-Steine sind aufgrund ihrer hohen mechanischen Festigkeit, der Abriebfestigkeit, der hohen Wärmeleitfähigkeit und der guten Temperaturwechselbeständigkeit sehr vielseitig einsetzbar.

SiC-Produkte sind beständig gegen Nichteisenmetallschmelzen wie Zink, Aluminium, Kupfer und Blei und werden in entsprechenden Anlagen eingesetzt. Durch den Aufbau einer Schutzschicht wird bei SiC-Sorten eine gute Oxidationsbeständigkeit erreicht.

Die Besonderheit der Produktgruppe der reaktionsgebundenen Steine ist, dass die Bindephase während des Reaktionsbrandes gebildet wird. So können Steine mit verschiedener Rohstoffbasis und unterschiedlichen Nitridbindungen angeboten werden.

Sowohl die herausragenden mechanischen und thermomechanischen Eigenschaften, als auch die sehr gute chemische Beständigkeit geben dieser Produktgruppe ihren besonderen Status. Anwendungsbeispiele für SiC-basierte Produkte sind die NE-Metallindustrie, der Säurebau und im Allgemeinen die Verwendung bei durch hohen Abrieb beanspruchten Anwendungen.

Auf Korund basierende Materialien werden in der Rast des Hochofens, in Kupolöfen und je nach Auslegung in bestimmten Bereichen bei der Eisen- und Stahlherstellung eingesetzt.