Siliciumcarbid (SiC) -Ein feuerfester Werkstoff mit Ecken ...-ei… · Einheit SiC Silikatbindung NSiC Nitridebindung SiSiC Reaktionsbindung Monolithische SIC-Masse SIC-Gehalt % 90

Siliciumcarbid (SiC)-Ein feuerfester Werkstoff

mit Ecken und Kanten-

Procermo GmbH

Feuerfeste Produkte

Dr. Uwe Morgenstern

VDI Wissensforum2. VDI FachkonferenzUlm 21.03 bis 22.03.2018

• Produktionsprozess von SiC• Aufbereitung• Rohstoffqualität / Kostenminimierung• Auswahlkriterien für Monolithische Produkte • Beispiele für SiC-Bauelemente• Spezielle Eigenschaften von SiC-Produkten• Einsatzbeispiele

Dr. Uwe Morgenstern 2


Feuerfeste Wände

Graphite Elektrode

Reaktionszone

Metallische OxideSiliciumcarbid

Reaktionsmischung

EntweichendesKohlenmonoxid

Abbrennendes Kohlenmonoxydca. 1,5 t CO Gas

je 1t SiC

Reaktionsmischung Reaktionsmischung

Produktionsprozess von Siliciumcarbid (SiC)Nach dem ESK-Prinzip

Reaktionsmasse:

Quartzsand (SiO2) 1.5 t +

Petrolkoks (C) 1.0 t

Reagiert zu 1.0 t SiC

Aufgeschüttete Reaktionsmasse aus

SiO2 und C ca. 4.000t

Reaktionstemperatur

>2.200°C


Abmessungen des

Meilers ohne Hülle:

Länge: 30 m

Höhe: 7 m

Breite: 20 m

Produktionsprozess von Siliciumcarbid (SiC)

Reaktionsmasse:

Quartzsand (SiO2) 1.5 t +

Petrolkoks (C) 1.0 t

Reagiert zu 1.0 t SiC

Aufgeschüttete Reaktionsmasse aus

SiO2 und C ca. 4.000t

Reaktionstemperatur

>2.200°C

Freigelegter Roh-SiC Meiler

Gewicht: ca. 400 t

Länge: 20 m

Höhe: 4-5 m


Ofengewicht: 4.000 t

Gewicht der Walze: 300 t

SiC-Anteil > 98%: 50 t

SiC-Anteil < 98%: 250 t

Rohware in der Sortierhalle „Gebackene“ SiC-Walze vor der Trennung in SiC-Qualitätsgruppen


SiC-Druse vor der Zerkleinerung

Kubische SiC-Körner Klasse 99%Minimale Porosität im Korn

Stengelige SiC-Körner Klasse 94-96%Hohes Porenvolumen und Risse im Korn

Klasse % SiC Porosität%

% SiO2 % Si % C % Fe2O3

I 98,0-99,0 <1 0,4 0,4 0,3 0,05

II 95,0-97,0 10-30 1,0 0,7 1,2 0,20

III 92,0-94,0 >30 2,5 0,5 3,0 0,20


100

71

58

98,0 - 99,0 95,0 - 97,0 92,0 - 94,0

Ko

ste

nfa

kto

r [%

]

SIC-Gehalt [%]

8

Klasse I

Klasse II

Klasse III

Kosten für FeinkornAufbereitung

SiC Masse mit zu hohem Eisenanteil


Produkte aus Siliciumcarbid für Biomasse- und Verbrennungsanlagen aller Art:Es liegen zwei Hauptgruppen vor

- Monolitische Produkte- Geformte Produkte

Zu jeder dieser Produktgruppen gibt es Unterscheidungen nach dem BindesystemMonolitische Produkte

- Säurebindung P2O5-Bindung- Cementbindungen (C; LC; ULC) (CA= CaO + Al2O3)

(hydraulisch Chemische Bindung)- Silikatische Bindung (Wasserglasbindung)

Geformte Produkte- Nitridgebundene Elemente (NSiC)- Oxinitridgebundene Elemente- Silikatisch gebundene Produkte aus SiC- Siliciuminfiltriertes Siliciumcarbid (SiSiC)


Betriebsparameter- Betriebstemperatur- Abrasionsbeständigkeit- Oxidierende oder Reduzierende Atmosphäre- Chloranteile im Rauchgas- Ascheabweisende Wirkung

Montagetechnik- Können die Produkte nur gespritzt werden, da der

Schalungsaufwand für ein Gießen zu aufwendig ist? - Muss eine schnelle Installationstechnik gewählt werden?- Ist der Trocknungsprozess zu minimieren?

(Möglichst geringen Wassereintrag in das Produkt).

Einbauort:- Aufgabetisch,- Seitenwände,- Zünddecke,- Randabweiser,- Überhitzer


Beengter Montageraum

Dr. Uwe Morgenstern13

Produktname

An

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°C

Ab

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Einsatzbereiche

Promo SIC-RK-85-PT 1500 XX XX XXX XX XX XX XXXKleber für kleine keramische Elemente, mit hohem SIC-Gehalt und hoher

Saugfähigkeit.

Promo SIC-PK-85-PT 1500 XX XX XXX XX XX XX XXX Kleber von SiC-Platten und Steinen.

Promo SIC-FK-85-PT 1500 XX XX XXX XX XX XX XXXKleber für SiC-Elemente jeder Art. Abdichtmaterial für

Aluminiumschmelztiegel, Abdichtung von Pfannendeckeln.

Promo SIC-RK-70-PT 1500 XX XX XXX XX XX XXKleber für kleine keramische Elemente, mit geringem SIC-Gehalt und hoher

Saugfähigkeit.

Promo Binder P Zweite Komponente für alle säuregebundenen Produkte von Procermo.

Promo SIC-M-90-P 1500 XX XXX XXX XXX XXX XX XXX

Schutz in Schmelzkammern mit hoher Wärmeleistung, Einsatz auf

bestifteten Rohrwänden mit 1.500 bis 3.000 Stiften je m^2.

Müllverbrennungsanlagen auf bestifteten Flächen und auf Röhrchen und

Hütchen.

Promo SIC-M-85-P 1550 XX XXX XXX XXX XXX XX XXX

Schutz in Schmelzkammern mit hoher Wärmeleistung, Einsatz auf

bestifteten Rohrwänden mit 1.500 bis 3.000 Stiften je m^2. Produkt mit

höchster Dichte und WLZ.

Promo SIC-M-70-P 1500 X XX XXX XX XXX XX XXXMüllverbrennungsanlagen, Biomasseanlagen zur Übertragung von geringen

Energiemengen.

Promo SIC-M-50-P 1500 X XX XXX XX XXX XX XXMüllverbrennungsanlagen, Biomasseanlagen zur Übertragung von geringen

Energiemengen.

Promo SIC M-90-PG 1500 XX XXX XXX XXX XXX XX XXX Spritzbare Variante von Promo SIC-M-90-P.

Promo SIC M-85-PG 1500 XX XXX XXX XXX XXX XX XXX Spritzbare Variante von Promo SIC-M-85-P.

Promo SIC M-70-PG 1500 X XX XXX XX XXX XX XXX Spritzbare Variante von Promo SIC-M-70-P.

Promo SIC M-50-PG 1500 X XX XXX XX XXX XX XX Spritzbare Variante von Promo SIC-M-50-P.

Promo KOR-M-90-PG 1500 XX XXX XXX XXX XXX XX XMüllverbrennung, Papierindustrie, Brennerspiegel, Zellstoffindustrie,

rasch aushärtend.

Promo KOR-M-90-P 1500 XX XXX XXX XXX XXX XX X Spritzvariante von Promo KOR-M-90-PG.

Promo 90-S-030-S 1500 XX XXX XXX XXX XXX XX XXXMüllverbrennungsanlagen, Zykloneinläufe, abrasive Bereiche, spritzen

oder stampfen.

P

ho

sph

at B

ind

un

g

Unterscheidungsmerkmale:

Phosphatbindung

Hydraulisch / chemische Bindung

- Verarbeitung:- Spritzen,- Gießen,- Vibrieren,- Selbstverdichtend

(Freifließend)


Geformte Produkte

Silikatische BindungMaximal 95% SiC-Gehalt möglich5% Ton als BindemittelBei Brand reagiert der Ton zur Bindephase aus Mullit und SiO2Mit abnehmendem SiC-Gehalt sinkt die Feuerfestbeständigkeit.

Nitrid BindungDer Rohmischung wird zusätzlich metallisches Si beigefügt.1. Brand unter N2-Atmosphäre

Siliciumnitrid (Si3N4) bzw. Siliciumoxinitrid (Si2ON3)

2. Brand unter oxidierender Atmosphäre. Oxidieren von metallischem Si in Oberflächennähe zu SiO2.Ziel: Aufbau einer Glasschicht auf der Oberfläche

Siliciuminfiltriertes SiC1. Formkörper wird im Schlickergußverfahren hergestellt2. Formkörper wird in eine Wanne mit metallischem Si

gestellt.3. Im Vakuum wird oberhalb von 2.000°C das Si

verdampft und in die freien Poren des Formkörpers gesaugt.

4. Es entsteht ein porenfreier Werkstoff (SiSiC)

Einheit SiC Silikatbindung NSiC Nitridebindung SiSiC Reaktionsbindung Monolithische SIC-Masse

SIC-Gehalt % 90 78 90 90

Rohdichte g/cm^3 2,6 2,65 3,05-3,10 2,5

Wasserabsorption -% 15 15 < 0,1 12-15

Phasenzusammensetzung Vol% SiC: 90

Oxyde 10

SiC: 78

Si3N4/SiN2O2: 20

SiC: 88-92

Simet: 12-8

SiC: 90

M.O.R. 4-Point, 20°C MPa 240-280

M.O.R. 3-Point, 1300°C MPa 26 52 250-300

Wärmeleitfähigkeit 200°C* W/(mK) 122 8

Wärmeleitfähigkeit 1200°C* W/(mK) 16 14 29 8,5

CTE 20-1000°C 10^-6K^-1 4,7 5,0 4,3

KDF GPa 90 153 370 85

Temp.-Schock Beständigkeit Sehr gut Sehr gut Sehr gut gut

Maximale Anwendungstemperatur

In neutraler Atmosphäre

°C ca. 1.500 ca. 1.500 ca. 1.350 ca. 1.750


Geformte Produkte


Geformte Produkte

Silikatisch gebundener Rohrschutz


Geformte ProdukteHochleistungskeramik aus SiSiC

Maximale mögliche Wanddicke 8mm

Luftaustrittsdüse für einen Wirbelbettreaktor

Kühlschlange für Säurereaktor Düse zum zerstäuben von Suspensionen

Bedingt durch die hohe Härte kein Nachbearbeiten der Flächen möglich


SiSiC -Schutzschalenach drei Jahren Betriebszeit

KonventionellgeschütztesRohr nach dreiBetriebsjahren.

Anströmrohre von Überhitzerpaketen werden mit SiSiC-Schutzschalen belegt.

NSiC-Platten: Montagezustand


NSiC Rohrschutzplatten nach 1. Betriebsjahr nach der Reinigung

(Fegen der Wände)Dr. Uwe Morgenstern 20


Siliciumcarbid (SiC)-Ein feuerfester Werkstoff mit Ecken und Kanten-

Umweltfreundliches Herstellungsverfahren von SiC wird von der Fa. Elektroschmelzwerk Kempen (ESK) angewendet. • Verstromung der Reaktionsgase zur Deckung des elektrischen Energiebedarfs der Öfen• Entschwefeln und entstauben der Reaktionsgase

Ursprungsnachweis der verwendeten SiC-Rohware aus umweltfreundlicher Herstellung

Qualitätsunterschiede im SIC-Gehalt von 5% bewirken eine Preisdifferenz bis zu 45%• Hohlräume, Risse, Verunreinigungen in den Einzelkörnern• Der Endverbraucher kann die Kornqualität selber nicht prüfen• Er stellt nur eine geringere Haltbarkeit fest als früher, eventuell halten Steine länger als

ungeformte Produkte

Geformte Produkte werden als Platten, Steine oder Schutzschalen am Markt angeboten.

SiSiC-Elemente eignen sich als hervorragender Verschleißschutz gegen abrasiven Angriff

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An uns lag der Schaden

nicht...

...denn wir sind neu am

Markt.

Aber mit lang bewährter

Technik.

Dr. Uwe Morgenstern

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