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Einfluss von Aluminium- und Bororthophosphat auf die chemische Härtung von Natron-Wasserglas-gebundenen feuerfesten Rieselmassen

Influence of aluminum and boron orthophosphate on the chemical hardening of sodium waterglass-bounded refractory dry-vibratable mixes

  • Rieselmassen aus einem mineralischen Füllstoff und einem organischen oder anorganischen Bindersystem kommen als hochtemperaturbeständige Auskleidung in thermisch sehr stark beanspruchten Aggregaten, beispielsweise in der Stahlindustrie, zum Einsatz. Die Komponenten der Rieselmassen werden erst während des Einbringens in das Aggregat vermischt und chemisch oder thermisch gehärtet. Die zur Aushärtung benötigte Zeit ist für die Anwendung der Rieselmassen von entscheidender Bedeutung, da sie ausreichend lang sein muss, um eine vollständige Verarbeitung der Massen zu gewährleisten, gleichzeitig jedoch zu lange Stillstandzeiten der Aggregate zu vermeiden sind. Eine Vorhersage oder Steuerung der Abbindezeiten von Rieselmassen, die für einen optimalen Ablauf des Zustellungsprozesses nötig ist, ist aktuell nur sehr eingeschränkt möglich. Dies liegt zum einen daran, dass bisher geeignete Verfahren zur Prüfung der Härtungsdauer fehlen. Zum anderen ist der sehr komplexe Ablauf der Härtung noch nicht im Detail bekannt und die Wirkung von Einflussfaktoren, wie der Rezeptur der Rieselmassen oder den vorherrschenden Temperaturen, nur unzureichend dokumentiert. Um einen Beitrag zum Verständnis des Abbindeverhaltens zu leisten, war es das Ziel der vorliegenden Arbeit, zunächst ein geeignetes Verfahren zur zeitabhängigen Prüfung des Härtungsverlaufs von Rieselmassen zu entwickeln. Dies wurde mithilfe der Dynamisch-Mechanischen Analyse realisiert. Darüber hinaus wurde der Härtungsmechanismus in Abhängigkeit von der Temperatur und der Rezeptur anhand einer feuerfesten Rieselmasse mit einem Bindesystem aus Wasserglas und Phosphathärter (AlPO4 und BPO4) durch ergänzende gravimetrische Messungen und der Untersuchung des Lösungsverhalten der Phosphate im Wasserglas-Binder beschrieben. Darauf aufbauend wurde mittels Röntgenbeugungsanalyse, Magnetresonanzspektroskopie und Rasterelektronenmikroskopie untersucht, wie sich die festgestellten Unterschiede im Härtungsverlauf auf die kristalline und amorphe Struktur auswirken. Es konnte gezeigt werden, dass die Härtung mittels der beiden Phosphate zu ver-schiedenartigen Netzwerkstrukturen hinsichtlich der Verknüpfungsdichte führt, die mit unterschiedlichen Abbindegeschwindigkeiten korrelieren. Zusätzlich konnten hieraus Auswirkungen auf ausgewählte Eigenschaften (thermische Längenänderung, temperaturabhängige Phasenentwicklung und -umwandlungen) abgeleitet werden.
  • Refractory dry-vibratable mixes, which consist of a mineral filling material and an organic or anorganic binder system, are widely used for linings in industrial aggregates, where a very high temperature resistance is required (e.g. steel industry). During lining, all compounds are mixed and hardening is chemically or thermally initiated. The time span required for hardening is of special relevance for the application of refractory dry-vibratable mixes. It should be long enough for adequate processability, but simultaneously avoid too long downtimes. Prediction or regulation of the hardening time, necessary for an ideal processing, is currently limited. One the one hand, this is a result of the lack of an appropriate method for time-dependent determination of the harding process. On the other hand, the mechanisms responsible for this very complex process have not yet been investigated in detail and the effect of influencing factors, like the temperature or the composition of the refractory dry-vibratable mixes, are poorly documented. To make a contribution to the understanding of the hardening mechanism of refractory dry-vibratable mixes, it was the aim of the present work, to develop an appropriate test method for the time-dependent investigation of this process. This was realized by means of the dynamic-mechanical analysis. In addition, the hardening mechanism was described for a refractory dry-vibratable mix with a binder system, which consists of a waterglass and a phosphate hardener (AlPO4 und BPO4), using supplement gravimetric investigations and determining solubility behavior of the phosphates. By means of X-ray diffraction analysis, nuclear magnetic resonance spectroscopy and scanning electron microscopy, the impact of the hardening mechanism on the crystal and amorphous structure was studied. It could be shown, that according to the two phosphates, the hardening leads to different network structures in respect of their link denseness. These structure characteristics correlate with the speed of the hardening reactions. In addition, the impact on selected properties (thermal linear deformation, temperature-dependent phase development and phase transition) could be deducted.

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Metadaten
Author:Vanessa Hopp
URN:urn:nbn:de:kola-19347
Referee:Peter Quirmbach, Joachim Scholz
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of completion:2019/09/17
Date of publication:2019/09/19
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz, Fachbereich 3
Date of final exam:2019/09/12
Release Date:2019/09/19
Tag:Bororthophosphat; Rieselmassen; Tundish
GND Keyword:Aluminiumorthophosphat; Natronwasserglas
Number of pages:208
Institutes:Fachbereich 3 / Institut für Integrierte Naturwissenschaften / Institut für Integrierte Naturwissenschaften, Abt. Chemie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 54 Chemie / 546 Anorganische Chemie
BKL-Classification:35 Chemie / 35.40 Anorganische Chemie: Allgemeines
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