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Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Tonerdezementen mit hohem Tonerdegehalt
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Tonerdezementen mit hohem, oberhalb von 60% liegendem Tonerdegehalt, verhältnismässig geringem, unterhalb von 20% liegendem Kalkgehalt sowie geringen, bis zu 5% betragenden Mengen von Kieselsäure und Eisenoxyd.
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<tb>
<tb> SiO <SEP> 5 <SEP> -15 <SEP> % <SEP>
<tb> A10 <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 50 <SEP> %
<tb> Fe <SEP> 5-15 <SEP> % <SEP>
<tb> TiO <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 2. <SEP> 50/0 <SEP>
<tb> CaO <SEP> 35-45 <SEP> li <SEP>
<tb> MgO <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 1,5%
<tb>
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Korundschlacke in Verbindung mit geringwertigeren Bauxiten zu verwenden.
Nach Kühl ist dabei die Verwendung dieser Schlacke zur Herstellung der handelsüblichen Tonerdezemente mit einem Kalkgehalt von 35 bis 45% bekannt.
Wegen ihrer hohen. Erweichungstemperatur werden Tonerdezemente besonders als Bindemittel für feuerfeste Materialien verwendet. 11m das Anwendungsgebiet von Tonerdezementen auf höhere Temperaturbereiche zu erweitern, sind weiter Zemente folgender Zusammensetzung entwickelt worden, die gegenüber den Angaben von Kühl höhere AI O-und niedrigere CaO-Gehalte aufweisen :
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<tb>
<tb> SiO <SEP> bis <SEP> 4%
<tb> Alz03 <SEP> 68 <SEP> - <SEP> 70%
<tb> Fe <SEP> 1%
<tb> CaO <SEP> 24 <SEP> - <SEP> 29%
<tb> MgO <SEP> 10/0
<tb>
Diese kalkarmen Zemente wurden aus dem System CaO-Al2O3 abgeleitet, da die Feuerfestigkeit mit sinkendem CaO-Gehalt steigt. Ferner sind aus drei Komponenten bestehende Zemente mit dem System SiO2 - Al2O3 - CaO bekannt, die bei geringerem Kalkgehalt grössere Mengen Si02 enthalten.
Der CaO-Gehalt dieser Spezialzemente konnte jedoch bei Aufrechterhaltung ausreichender hydrau-
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lischer Eigenschaften Grenzen gesetzt.
Durch einen früheren Vorschlag der Erfinderin (DAS 1083740) sind schliesslich kalkarme feuerfeste Tonerdezemente der folgenden Zusammensetzung bekannt, in denen die hydraulischen Eigenschaften der
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<tb>
<tb> durch1 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 4%
<tb> Al2O3 <SEP> 80 <SEP> - <SEP> 55%
<tb> Mn2O3 <SEP> und/oder <SEP> Cr2O3, <SEP> Ti2O3 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 25%
<tb> Fe2O3 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 0%
<tb> CaO <SEP> 23 <SEP> - <SEP> 8%
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Die guten hydraulischen Eigenschaften dieses neuen hochfeuerfesten Zementes sind auf den Zusatz von Magnesiumoxyd zurückzuführen. Dies ist völlig überraschend, da man bisher der Ansicht war, dass MgO als Spinellbildner die hydraulischen Eigenschaften von Tonerdezementen verringert und somit unerwünscht ist. Es wurde demgegenüber gefunden, dass der Zusatz von MgO die Hydratation der kalkarmen Aluminate verstärkt.
Erst bei höherem MgO-Zusatz tritt in dem erfindungsgemässen Zement etwas Spinell
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Eigenschaften zweier Tonerdezemente gegenübergestellt :
Beispiel l : Chemische Analyse :
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<tb>
<tb> AlzOs <SEP> 670/0 <SEP>
<tb> Fez <SEP> 30/0 <SEP>
<tb> Ca2O3 <SEP> 15%
<tb> MgO <SEP> 15%
<tb>
Feuerfestigkeit : SK 34 Kaltdruckfestigkeit einer Mischung aus 25% Zement und 75% korundkörnung: 494 kg/cm Beispiel 2 : Chemische Analyse :
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<tb>
<tb> AlO <SEP> 82% <SEP>
<tb> FeO <SEP> 3%
<tb> CaO <SEP> 15%
<tb> MgO
<tb>
Feuerfestigkeit :
SK 34
Kaltdruckfestigkeit einer Mischung aus 25% Zement und 75% Korundkörnung: 175 kg/cm2
Diese Gegenüberstellung zeigt, dass durch den Zusatz der 15% MgO (gemäss Beispiel 1) bei gleichem CaO-Genalt die hydraulischen Eigenschaften wesentlich verbessert werden, ohne dass die Feuerfestigkeit beeinträchtigt wird.
Der Rohstoffmischung können weiter 0-4% Eisenoxyd und/oder bis 5% Kieselsäure zugesetzt werden.
Die neuen Zemente können durch Schmelzen im Elektroofen oder durch Sintern z. B. im Drehofen hergestellt werden. Der Sintervorgang kann durch Zusatz geringer Flussmittelmengen gefördert werden. Als Flussmittel kommt bevorzugt Fe03 in Betracht. Der so erhaltene Sinter wird so weit zerkleinert, dass auf dem Sieb 0,09 (4900 Maschen/cm2) weniger als 20% Rückstand verbleiben.
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kannten Tonerdezementen wesentlich erhöht, was auf den Verlauf der binären Schmelzkurven von CaO - Al20S und MgO -Al20S zurückzuführen sein dürfte.
Gemäss einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung wird zur Herstellung der neuen feuerfesten Tonerdezemente eine der bei der aluminothermischen oder elektrothermischen Gewinnung von FerroVanadin oder sonstigen Ferro-Legierungen anfallenden Schlacken mit der angegebenen Zusammensetzung und einem zusätzlichen Gehalt von bis 5% Vanadiumoxyd (V 205) oder sonstigen Schwermetalloxyden als Rohstoffverwendet.Dabei wird der CaO-und MgO-Gehalt der Schlacken durch Zusatz von Kalk-und/oder
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Magnesiumverbindungen zum Ausgangsgemisch oder nach dem Abbrand so eingestellt, dass die Schlacke die oben angegebene Zusammensetzung, jedoch zusätzlich bis 5% voos oder sonstige Schwermetalloxyde, erhält.
So hat beispielsweise eine Ferro-Vanadin-Schlacke mit folgender chemischer Zusammensetzung her-
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<tb>
<tb> :SiO2 <SEP> 0, <SEP> 15%
<tb> Al2O3 <SEP> 77, <SEP> 77% <SEP>
<tb> Fe <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 120/0 <SEP>
<tb> V2O5 <SEP> 3 <SEP> 1, <SEP> 070/0 <SEP>
<tb> CaO <SEP> 15, <SEP> 060/0
<tb> MgO <SEP> 5, <SEP> 91%
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Dieser Schlackenzement hat eine Feuerfestigkeit von SK 34, eine Kaltdruckfestigkeit von 500 kg/cm, während die Druckfeuerbeständigkeit des reinen Zementes ta 16400C bzw. ta 17000C beträgt.
Die Prüfung der Raumbeständigkeit durch Koch- und Kaltwasserversuch nach DIN 1164 wurde bestanden.
Zur Veranschaulichung der erfindungsgemäss erzielten hohen Kaltdruckfestigkeiten werden im folgenden die Kaltdruckfestigkeiten angegeben, die nach DIN 1064 an Formlingen bestimmt wurden, die aus einem Gemisch von 25% des erfindungsgemässen Zementes und 75% einer Korundmasse aus 80% Al2O3,
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<tb>
<tb> Fe <SEP> 0200 C <SEP> 490 <SEP> kg/cm2
<tb> 5000C <SEP> 750 <SEP> kg/cm2
<tb> 6000C <SEP> 660 <SEP> kg/cmz
<tb> 7000C <SEP> 770 <SEP> kg/cm
<tb> 8000C <SEP> 650 <SEP> kg/cm2
<tb> 9000C <SEP> 610 <SEP> kg <SEP> cm <SEP>
<tb> 10000C <SEP> 515 <SEP> kg/cm2
<tb> 1100 C <SEP> 460 <SEP> kg/cm2
<tb> 12000C <SEP> 325 <SEP> kg/cm2
<tb> 13000C <SEP> 290 <SEP> kg <SEP> cm <SEP>
<tb>
Diese Tabelle zeigt,
dass die mit dem Zement gemäss der Erfindung hergestellten Formkörper über den gesamten Temperaturbereich ausserordentlich gute Festigkeiten aufweisen. Wichtig ist dabei, dass bei steigenden Temperaturen (1200 - 1300 C) nicht ein starker Festigkeitsanstieg erfolgt, was ein Zeichen dafür wäre, dass bei diesen Temperaturen bereits grosse Schmelzmengen auftreten, so dass die aus derartigen Zementen hergestellten Formkörper für hohe Temperaturbereiche nur beschränkt einsatzfähig wären.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Tonerdezementen mit hohem oberhalb von 60% liegendem Tonerdegehalt, verhältnismässig geringem unterhalb von 20% liegendem Kalkgehalt sowie gerin-
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dass eine Rohstoffmischung solcher Zusammensetzung verwendet wird, dass der Kalkgehalt des Tonerdezementes bei 6 - 200/0, vorzugsweise bei 12-18%, der Tonerdegehalt bei 60-85%, vorzugsweise bei 65-75%, liegt und zum Erreichen der erforderlichen hydraulischen Eigenschaften 2-25%, vorzugsweise 4-12%, Magnesiumoxyd zugesetzt werden.