AT200987B - Verfahren zur Herstellung von temperaturwechselbeständigen, hochfeuerfesten, basischen Steinen, insbesondere Magnesitsteinen - Google Patents

Description

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   Verfahren zur Herstellung von temperaturwechselbeständigen, hochfeuerfesten, basischen Steinen, insbesondere Magnesitsteinen 
Es ist allgemein bekannt, dass die Verwendbarkeit der hochfeuerfesten und hochbasischen handels- üblichen Magnesit-Steine dadurch beschränkt ist, dass sie infolge ihres hohen Ausdehnungskoeffizienten nur eine sehr geringe Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen. Es ist ferner bekannt, dass man durch entsprechende Körnungsmassnahmen beim Magnesit und durch Beimischung von Chromerz und/oder Ton- erde Spezialmagnesitsteine schaffen kann, welche hohe Temperaturwechselbeständigkeit haben. 



   Spezialmagnesitsteine mit Tonerdezusatz weisen jedoch nicht dieselbe hohe Feuerfestigkeit wie reine Magnesit-Steine auf und können deshalb nur in Öfen mit mässigen Betriebstemperaturen, von rund 15000 C angewendet werden, wie sie z. B. in der Metall-, Zement- und Kalk-Industrie in Verwendung stehen. Höheren Ansprüchen, insbesondere der Stahlindustrie, genügen diese Steine nicht. 



   Chrommagnesit-Steine, bei welchen Chromerz im Überschuss verwendet wird, zeigen eine Feuerfestigkeit, welche nahe an jene von reinen Magnesitsteinen heranreicht, so dass diese auch in den Öfen der Stahlindustrie Anwendung finden können. 



   Seit der Verwendung von Chrommagnesit-Steinen wird es jedoch beklagt, dass deren Lebensdauer in den Stahlöfen dadurch gemindert wird, dass sie durch die Einwirkung von Eisenoxyd, das in Form von Flugstaub und Eisendämpfen vorhanden ist, eine besondere, unter dem Namen" Bursting" bekannte, mehr oder weniger rasche A bnützung erleiden. 



   Da die meisten Magnesitstein-Fabriken in Ländern stehen, in welchen Chromerze nicht oder nicht in einer für feuerfeste Zwecke geeigneten Beschaffenheit vorhanden sind, bedeutet die Verwendung eines hohen Prozentsatzes von importierten Chromerzen für diese Fabriken ausserdem einen je nach der Marktlage mehr oder minder schwer empfundenen Nachteil. 



   Durch systematische Untersuchungen wurde nun gefunden, dass es gelingt, temperaturwechselbeständige Steine herzustellen, welche die vorerwähnten Nachteile nicht aufweisen, wenn man zu dem Sintermagnesit statt Tonerde und/oder Chromerz synthetisch in einem gesonderten Arbeitsgang erzeugten Ma-   gnesium-Aluminium-Spinell   in Mengen von 6 bis 40, vorzugsweise   10-30 Gew.-   zusetzt, welcher weitgehend der bekannten Formel dieses Spinells, MgO. AlP3 (28,     o   Mgo   + 71, 6 o Al ) entspricht. Von   ausschlaggebender Wichtigkeit ist es, dass es sich bei diesem Zusatz um bereits gebildeten kristallinen Mg-AI-Spinell handelt.

   Bei Zusatz von blosser Tonerde würde sich diese vorwiegend mit der vorhandenen Kieselsäure zu Aluminiumsilikaten verbinden, die besonders bei Anwesenheit von Eisen eine geringe Feu-   erfestigkeitbesitzen   und daher eine geringe Druckfeuerbeständigkeit bewirken. Demgegenüber sind'. vorgebildete Magnesium-Aluminium-Spinelle chemisch träge und neutral, verbinden sich nicht oder nur viel weniger mit   der-kieselsäure   und bleiben in der beigegebenen Menge vorhanden, womit eine gute Tempera-turwechselbeständigkeit bei guter Druckfeuerbeständigkeit gewährleistet ist. Magnesium-AluminiumSpinell der vorliegend verwendeten Art kommt in der Natur nicht oder nur in wirtschaftlich nicht in Betracht kommenden Mengen oder Mineralkombinationen vor, woraus die Notwendigkeit folgt, diesen Magnesium-Aluminium-Spinell künstlich herstellen. 



   Es ist bekannt, dass man solchen Spinell durch Zusammenschmelzen von Magnesia bzw. Magnesit und Tonerde im Elektro-Lichtbogenofen herstellen kann. Es ist ferner bekannt, dass   künstlichhergeste11-   ter Magnesium-Aluminium-Spinell die Eigenschaften eines hochwertigen feuerfesten Produktes besitzt und dass man aus diesem Spinell auch schon hohen Temperaturbeanspruchungen unterliegende keramische Erzeugnisse herstellt. Des hohen Preises dieses Produktes wegen kommt dieser Rohstoff indes im allgemeinen nur zur Anwerkung, wenn es sich um kleine, hochtemperaturbeständige Laboratoriumsgeräte u. dgl. handelt. 

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   Ferner ist es allgemein bekannt, dass die Qualität der Magnesit- oder Chrommagnesit-Steine, wie sie für die Auskleidung metallurgischer Öfen gebräuchlich sind, dadurch verbessert wird, wenn diese Pro-   dukte   einen Gehalt von   Mg-Al-Spinellen enthalten.   Dieser Gehalt wird aber regelmässig in der Weise erzielt, dass man beispielsweise das Magnesiumoxyd und das Aluminiumoxyd einer entsprechend zusammengesetzten Ausgangsmasse erst im Zuge des Brandes der Steine entstehen lässt. Demgegenüber beruht die vorliegende Erfindung auf der Kenntnis, dass es durch einen dem Ausgangsgemenge bereits in fertig gebildeter Form beigefügten Magnesium-Aluminium-Spinell möglich ist, Steine mit hervorragenden Qualitäten zu erzeugen, wobei sich allerdings der Gehalt an solchen Spinellen erheblich vom bisher bekanntgewordenen Gehalt unterscheidet. 



   So ist z. B. schon vorgeschlagen worden, Spinell in einer Menge von 3 bis   6%   als Bindemittel einer feuerfesten Masse zuzusetzen. Diese Menge reicht jedoch nicht aus, um erfindungsgemäss einen gegen Temperaturwechsel unempfindlichen Stein zu erhalten.'Eine Menge von über   4 (JJ/o   bringt hingegen keine zusätzlichen Vorteile mehr und ist bereits unwirtschaftlich. 



     Ausserdem ist bekannt   geworden, feuerfeste Massen durch Zusammenschmelzen von Oxyden des Magnesiums, Chroms, Aluminiums und Siliziums bei hohen Temperaturen herzustellen, wobei die Oxyde in einem solchen Verhältnis verwendet werden, dass sich Verbindungen der genannten Oxyde bilden können. 



  Diese Massen können nach dem Erkalten   gekörnt   und unter Zusatz von Chromerz oder Magnesit verformt und gebrannt werden. 



   Ein anderer Vorschlag beschreibt feuerfeste Steine, die so erzeugt werden, dass kieselsäurereiches, nicht feuerfestes Chromerz und Magnesia unter oxydierender Atmosphäre so gebrannt werden, dass sich Forsterit und Spinelle bilden können. Diese werden dann gebrochen, mit einem organischen Bindemittel oder schwach gebrannten Magnesit vermischt und verpresst. 



   Magnesium-Aluminium-Spinell, welcher für die vorliegenden Zwecke gut geeignet ist, kann ausser durch Zusammenschmelzen von Magnesia und Tonerde auch durch Brennen einer ungefähr stöchiometrischen Mischung von gemahlenem Magnesit und fein gemahlenem hochtonerdehaltigen Material in einem keramischen Ofen bei über 16000 C gewonnen werden. Als hochtonerdehaltiges Material kommt z.   B.   die handelsübliche, nach dem Bayer-Verfahren hergestellte kalzinierte Tonerde in Betracht. An Stelle von kalzinierter Tonerde kann auch Tonerdehydrat oder Korund oder   natürlicher Bauxit mithohem AI 0,-Ge-   halt verwendet werden. Besonders vorteilhaft erweist sich die Verwendung von kaustisch gebranntem Magnesit und von eisenarmem und kieselsäurearmem Bauxit. An Stelle von kaustisch gebranntem Magnesit kann auch Sintermagnesit verwendet werden.

   Der Zusatz von Mineralisatoren, wie z. B. Borsäure, begünstigt den Ablauf der Reaktion. 



   Der auf diese Weise gewonnene, stückige   MgAl-Spinell   wird zerkleinert und entweder in einer der für Magnesitsteine üblichen Körnungen von beispielsweise 0 bis 1, 7 mm oder in feinst gemahlener Form dem Sintermagnesit zugemischt. Als technisch günstig und wirtschaftlich zweckmässig haben sich dabei z. B. Mischungen von 60 bis   940/0   Sintermagnesit und 6 bis   4 (JJ/o MgAl-Spinell   erwiesen. Die besten Resul- 
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   Dort,   wo' ; geeignete   Chromerze zu wirtschaftlich günstigen Bedingungen zur Verfügung stehen, können auch Mischungen aus den drei Komponenten Magnesit, Chromerz und Magnesium-Aluminium-Spinell zur Anwendung kommen und damit hochwertige Spezialsteine erzielt werden. 



   A unsführungsbeispiele:(Angaben in Gewichtsprozenten)   I.   Herstellung des Magnesium-Aluminium-Spinells. 



   1. Zirka   801o   kalzinierte Tonerde + zirka   301o   eisenarmer kaustisch gebrannter Magnesit werden in einer geeigneten Mahlvorrichtung (z. B. Kugel- oder Rohrmühle) zusammen bis zu einer Feinheit unter 0,15 mm gemahlen. Die Mischung wird mit einem geringen Zusatz von Wasser und allenfalls einem organischen Bindemittel zu Batzen geformt, getrocknet und in einem keramischen Brennofen bei mindestens 16000 C gebrannt. Es ergibt sich ein harter, weisser Körper, dessen   röntgenographische : Untersuchung   zeigt, dass er bis zu   951o   aus dem kubisch kristallisierenden Magnesium-Aluminium-Spinell besteht. 



   2.   70% Bauxit ausBritisch-Guyana   mit    1 -3%Fe0. und 4-7% SiO   wird mit   30%   eisenarmem kaustisch gebrannten Magnesit gemischt und im übrigen wie unter 1. behandelt. 
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 tung mit oder ohne Bindemittel gemischt, befeuchtet und dann, wie bei Magnesitsteinen üblich, gepresst, getrocknet und bei einer Temperatur von 1500 bis 17500 C gebrannt. 

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   2.   701o   Sintermagnesit in der Körnung 0, 5 - 1, 7 mm,   301o   künstlicher Magnesium-Aluminium-Spi- nell in der Körnung 0 - 1, 7 mm werden wie unter 1. beschrieben behandelt. 



   3.   80%   Sintermagnesit in der Körnung 1,   7 - 4,   5 mm,   201o   künstlicher Magnesium-Aluminium-Spi- nell in der   Körnung     0 - 0,   15 mm werden wie unter 1. beschrieben behandelt. 



   III. Herstellung von temperaturwechselbeständigen hochfeuerfesten   3-Komponentensteinen.   



   1.   45%   Sintermagnesit in der   Körnung   0 - 1, 7 mm,   251o   Chromerz in der Körnung 0 - 1, 7 mm,   30elm   künstlicher Magnesium-Aluminium-Spinell in der Körnung 1,   7 - 4,   5 mm werden wie unter II. be- schrieben behandelt. 



   2.   45%   Sintermagnesit in der   Körnung   0-l, 7 mm,   301o   Chromerz in der   Körnung   1,   7 - 4,   5 mm,   251o   künstlicher Magnesium-Aluminium-Spinell in der   Körnung     0-1,   7 mm werden wie unter II. be- schrieben behandelt. 



   Alle gemäss den vorangeführten   Ausführungsbeispielen   hergestellten Steine weisen dieselben Eigen- schaften auf, wie hochwertige Chrommagnesitsteine,   nämlich :  
Sehr gute Druckfeuerbeständigkeit (ta 16000 C und darüber, tb 17000 und darüber)
Sehr gute Temperaturwechselbeständigkeit (30Luftabschreckungen nach dem   bekannten Prüf-   verfahren der österr. Magnesitindustrie)
Porigkeit zirka   17-20%   
Die vorstehend beschriebenen Ausgangsgemenge können sowohl in gebranntem, als auch chemisch gebundenem Zustand, letzteres also ungebrannt, verwendet werden.

   Obgleich die Gewichtseinheit eines synthetisch hergestellten Magnesium-Aluminium-Spinells gegenwärtig teuerer zu stehen kommt als die gleiche Menge eines Chromerzes, kommt der vorliegenden Erfindung nicht nur deshalb eine beträchtliche wirtschaftliche Bedeutung bei, weil man von den Chromerzzufuhren unabhängig wird, sondern auch deshalb, weil der Ersatz des Chromerzes durch den Magnesium-Aluminium-Spinell mit geringeren Mengen des letzteren möglich ist, wodurch man den Mehrpreis dieses synthetischen Produktes mehr als ausgleicht ; der vorliegende, hochfeuerfeste, unter Verwendung von Magnesium-Aluminium-Spinell erhaltene Stein ist dadurch insgesamt noch erheblich billiger als ein Chrommagnesitstein mit ungefähr gleichen technischen Eigenschaften. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Verfahren zur Herstellung von temperaturwechselbeständigen, hochfeuerfesten, basischen Steinen, insbesondere Magnesitsteinen, welche einen Gehalt von künstlich hergestelltem Spinell aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ausgangsgemenge des Steines gesondert gewonnener, vorzugsweise auf synthetischem Wege hergestellter Magnesium-Aluminium-Spinell in Mengen von 6 bis 40, vorzugsweise 10 bis 30   Gel.-%   zugesetzt wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als basisches Ausgangsgemenge Sintermagnesit in einer der für die Steinerzeugung üblichen Körnung verwendet wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der synthetische MagnesiumAluminium-Spinell in fein gemahlener Form mit einer Körnung von 0 bis 0,15 mm verwendet wird.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei synthetischer Magnesium-Aluminium-Spinell verwendet wird, der durch Brennen einer ungefähr mit stöchiometrischem Verhältnis des Magnesium-Aluminium-Spinells entsprechenden Mischung von Magnesit und Tonerde erhalten wurde, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnesit in Form eines kaustisch oder sintergebrannten eisenarmen Magnesits verwendet wird und der Brand bei einer Temperatur über 16000 C erfolgt.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein synthetischer Spinell verwendet wird, bei dessen Erzeugung von Bauxit, Korund, kalzinierter Tonerde od. dgl. ausgegangen wurde, deren Eisengehalt nicht mehr als 55o FeO und deren Si02-Gehalt nicht mehr als fi1/0 beträgt.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsgemenge des feuerfesten Steines ein bekanntem, zur Erzeugung von Chrommagnesit-Steinen geeignetes Gemenge benützt wird, dessen Chrommagnesit-Anteil mindestens teilweise durch synthetisch hergestellten Magnesium-Aluminium-Spinell ersetzt ist.