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Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Steinen,
Blöcken und Massen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Steinen, Blöcken und Massen aus gebrannter Magnesia, die vor allem für eine Auskleidung von LD- Konvertern oder andern Konvertern, in welchen mit Sauerstoff geblasen wird, geeignet sind.
Die Erfindung zielt darauf ab, feuerfeste Erzeugnisse der angeführten Art zu schaffen, die für eine Verwendung bei der Herstellung von Stahl mit Hilfe von Sauerstoff bzw. mit Sauerstoff angereicherter Luft besser geeignet sind als die bisher für diesen Zweck eingesetzten feuerfesten Materialien.
Als Ausgangsmaterial wird beim Verfahren gemäss der Erfindung ein natürlicher Magnesit verwendet, der in gebranntem Zustand über 4% Kalk und somit mehr Kalk enthält, als in einer für die direkte Herstellung von feuerfesten Erzeugnissen gewünschten gebrannten Magnesia mit einem MgO-Gehalt von über 88% vorhanden sein soll. Wenn ein solcher natürlicher Magnesit, der Dolomit bzw. Kalk in der angeführten Menge als Verunreinigungen enthält, vorzugsweise in einem vertikalen Schachtofen, gebrannt wird, dann wird in dem Brennprodukt zumindest ein Teil des Dolomits bzw. Kalkes in Form von einzelnen Teilchen vorliegen, die einen höheren Kalkgehalt haben als das gesamte Brennprodukt im Durchschnitt.
Diese Teilchen mit einem höheren Kalkgehalt werden nun gemäss der Erfindung auf übliche Weise auf physikalischem Weg, beispielsweise durch Magnetabscheidung oder mit Hilfe anderer Mittel, aus dem Brennprodukt entfernt. Das dann verbleibende aufbereitete Material enthält mehr als 88% MgO und kann, da die kalkhaltigen Teilchen, die im folgenden als Nebenprodukt bezeichnet werden, entfernt sind, für die Steinherstellung verwendet werden, indem man es z. B. mit Wasser befeuchtet und zu Steinen verpresst.
Eine typische Analyse dieses aufbereiteten Materials, das im vorliegenden Zusammenhang nicht von weiterem Interesse ist, ist wie folgt :
EMI1.1
<tb>
<tb> SiO2 <SEP> 0,7%
<tb> Fe2O3 <SEP> 6,8%
<tb> Al <SEP> 0, <SEP> 7%
<tb> CaO <SEP> 2, <SEP> 4%
<tb> MgO <SEP> (Differenz) <SEP> 89, <SEP> 4%
<tb>
EMI1.2
EMI1.3
<tb>
<tb> :SiO <SEP> 0, <SEP> 5- <SEP> 2, <SEP> 0% <SEP>
<tb> Fe <SEP> 5, <SEP> 0- <SEP> 8, <SEP> 0% <SEP>
<tb> AOg <SEP> 0, <SEP> 5- <SEP> 1, <SEP> 0% <SEP>
<tb> CaO <SEP> 5, <SEP> 0-10, <SEP> oxo <SEP>
<tb> MgO <SEP> (Differenz) <SEP> 80, <SEP> 0-88, <SEP> 0% <SEP>
<tb>
Diese Teilchen sind für eine direkte Herstellung von Steinen nicht geeignet, weil sie nicht gleich-
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förmig sind.
Einige der Teilchen haben eine weisse, andere Teilchen eine braune Färbung ; der Kalk ist nicht gleichmässig verteilt und die gemäss der Analyse vorliegenden Phasen befinden sich nicht im
Gleichgewicht. Wenn ein solches Produkt bzw. solche Teilchen gemahlen und nach dem Befeuchten mit
Wasser zu Steinen verformt wird bzw. werden, dann setzt sich der freie Kalk mit dem Wasser um und in den Steinen bilden sich Risse aus.
Dieses Nebenprodukt kann aber nun gemäss der Erfindung dadurch nutzbar gemacht werden, dass es nochmals, vorzugsweise in einem Drehofen und bei einer Temperatur von über 13500 C, gebrannt wird, um die darin vorliegenden Phasen dem Gleichgewichtszustand näherzubringen bzw. in diesen überzuführen. Unter solchen Bedingungen bzw. im Gleichgewichtszustand vereinigt sich der Kalk mit Kieselsäure unter Bildung von Dikalziumsilikat, wobei allenfalls auch geringe Mengen Trikalziumsilikat entstehen können, und das Eisenoxyd und der restliche Kalk bilden Dikalziumferrit in einer Menge von über 5% des beim nochmaligen Brand erhaltenen Produktes. Das auf diese Weise gewonnene Brennprodukt, d. h. also das gebrannte Nebenprodukt bzw. zweite Brennprodukt, enthält weniger als 88% MgO.
Für den Erhalt bester Ergebnisse soll das dem Brennofen zum Zwecke des zweiten Brandes zugeführte Material in einer Korngrösse von unter 4 mm vorliegen, da hiedurch mit grösserer Sicherheit bewirkt wird, dass beim Brennen der Kalk in dem Material so gleichmässig wie möglich verteilt wird. Gegebenenfalls kann das zerkleinerte, dem Ofen zuzuspeisende Material mit kaustischer Magnesia und Magnesiumsulfat oder mit Sulfitablauge oder ändern organischen Bindemitteln brikettiert werden und die Briketts können in einem Schachtofen gebrannt werden.
Das Brennen kann auf solche Weise eingeregelt werden, dass ein dichtes Produkt mit einem Raumgewicht von etwa 3, 20 erhalten wird ; wenn dies gewünscht wird, kann auch ein niedrigeres Raumgewicht von etwa 2, 90 erreicht werden, doch vorzugsweise soll das Raumgewicht im allgemeinen mindestens 3,0 betragen.
Das nach diesem Brand vorliegende Produkt kann gemäss der Erfindung für die Herstellung von feuerfesten Steinen und Blöcken verwendet werden, die in Gefässen bzw. Öfen aller Art verwendbar sind,. die für die Herstellung von Stahl unter Anwendung von gasförmigem Sauerstoff geeignet sind, wie LD-Konverter, Kaldo-Konverter u. a. Das Brennprodukt, also die erhaltene Magnesia, wird zu diesem Zweck gemahlen, dann mit Wasser, das ein Bindemittel, wie Schwefelsäure, enthält, befeuchtet und hierauf zu den Steinen verpresst bzw. zu Blöcken verformt. Die erhaltenen Steine oder Blöcke können ohne vorhergehendes Brennen verwendet oder aber vor ihrem Einsatz gegebenenfalls in einem Ofen gebrannt werden.
Falls gewünscht, können die gebrannten Steine durch Tauchen in Teer mit einer Imprägnierung bzw. einem Überzug versehen werden. Wenn man mit Teer gebundene Steine oder Blöcke erhalten will, dann wird das angeführte zweite Brennprodukt mit heissem Teer vermischt und die Mischung wird im Falle von Steinen unter einem Druck von über 300 kg/cm2 verpresst, im Falle von Blöcken zweckmässig gestampft.
Die Steine oder Blöcke sind dann nach dem Abkühlen sofort verwendungsbereit.
Zusammenfassend kann also gesagt werden, dass das Verfahren gemäss der Erfindung in seinem Wesen darin besteht, dass natürlicher Magnesit, der in gebranntem Zustand über 4% Kalk und über 88% MgO enthält, bis zum Erreichen eines Raumgewichtes von mindestens 2, 9, vorzugsweise 3, 0 oder darüber, gebrannt wird, worauf in dem Brennprodukt auf physikalischem Weg, z.
B. durch Magnetscheidung, Magnesia mit einem MgO-Gehalt von über 88% und Magnesia mit weniger als 88% MgO, die Kalk in einer Menge von mindestens 5% und bis zu etwa 2% Kieselsäure enthält, voneinander getrennt werden und dann die Magnesia mit unter 88% MgO neuerlich, vorzugsweise in einem Drehofen und bei einer Temperatur von über 13500 C, gebrannt wird, so dass ihr Gehalt an Dikalziumferrit auf über 5% ansteigt, und hierauf die Magnesia mit dem MgO-Gehalt von unter 88% im Falle der Herstellung von Steinen und Blöcken verformt wird.
Es kann in diesem Zusammenhang erwähnt werden, dass Verfahren zur Herstellung von Sintermagnesia unter Anwendung der magnetischen Scheidung an sich bereits bekannt sind. Bei einem dieser bekannten Verfahren wird eisenhaltiger Rohmagnesit bei einer Temperatur, die eine Verschmelzung des Magnesitanteiles mit der Gangart ausschliesst, jedoch ausreicht, das Produkt magnetisch scheidbar zu machen, geröstet und dann wird das Röstgut abkühlen gelassen und mit Hilfe von Magnetscheidern aufbereitet und das erhaltene Magnesitkonzentrat wird sintergebrannt (österr. Patentschrift Nr. 175204). Bei diesem Verfahren wird jedoch nicht eine gebrannte Magnesia aufbereitet, sondern z.
B. ein Magnesit mit einem Gehalt von etwa 74% MgO, bezogen auf den glühverlustfreien Zustand, und es wird dabei auch keine Magnesia mit einem Gehalt von unter 88% MgO und mindestens 5% Kalk erhalten und zur Herstellung von feuerfesten Erzeugnissen verwendet. Bei einem andern bekannten Verfahren zur magnetischen Aufbereitung wird beispielsweise eine Mischung von Dolomit und Olivin mit einem Gehalt von
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41, 6% MgO erhitzt und nach langsamem Abkühlen einer Magnetscheidung unterworfen, wobei jedoch als
Nebenprodukte Produkte mit einem sehr niedrigen MgO-Gehalt und Kieselsäuregehalten von über 8 bzw.
24% erhalten werden (USA-Patentschrift Nr. 2, 691, 443).
In den Steinen, Blöcken und Massen gemäss der Erfindung soll die verwendete gebrannte Magnesia über 5% Fe 0 und ferner etwa 80 - 88% MgO enthalten. Vorzugsweise wird in allen Fällen ein Bindemittel auf der Grundlage von Teer benutzt, doch können an sich auch andere Bindemittel, wie Schwefel- säure oder Sulfitablauge, gegebenenfalls unter Zusatz von Wasser, Verwendung finden. Die Erzeugnisse können in gebranntem oder ungebranntem Zustand eingesetzt werden, wobei die gebrannten Erzeugnisse gegebenenfalls mit Teer überzogen bzw. imprägniert sein können. Von wesentlicher Bedeutung ist jeden- falls der Umstand, dass der Kalk gleichmässig verteilt ist, denn dadurch ergibt sich vor allem der Vorteil, dass eine sehr gute Eignung der Erzeugnisse bei den beim Sauerstoffblasen z.
B. in Konvertern vorherr- schenden Bedingungen gewährleistet ist.
Bezüglich der in den Erzeugnissen gemäss der Erfindung vorliegenden Menge an Dikalziumferrit ist zu bemerken, dass diese dadurch bestimmt wird, dass zuerst die Menge an Kalk berechnet wird, die für eine Verbindung mit der vorliegenden Kieselsäure unter Bildung von Dikalziumsilikat erforderlich ist, und dann diese Menge von der Gesamtmenge an Kalk abgezogen wird, wodurch die überschüssige Menge an Kalk ermittelt wird. Es wird angenommen, dass sich diese überschüssige Menge an Kalk mit in den Erzeugnissen vorhandenem Eisenoxyd unter Bildung von Dikalziumferrit umsetzt. Vorhandene geringe Mengen von Tonerde bilden Tetrakalziumaluminiumferrit (Brownmillerit), doch wird unterstellt, dass diese Verbindung in der berechneten Menge Dikalziumferrit bereits eingeschlossen ist. Zur Erzielung bester Ergebnisse soll der Kieselsäuregehalt weniger als 2% betragen.
Die Erzeugnisse gemäss der Erfindung sind in erster Linie für eine Zustellung von Konvertern und andern metallurgischen Gefässen und Öfen, in welchen mit Sauerstoff bzw. mit Sauerstoff angereicherter Luft geblasen wird, bestimmt, doch können sie auch an solchen Stellen eingesetzt werden, an welchen bzw. für welche teergebundene Steine, Blöcke oder Massen aus Dolomit oder dolomitischem Magnesit Verwendung finden, wie beispielsweise an Stelle grosser Blöcke für die Zustellung von Wänden von elektrischen Lichtbogenöfen oder für die Herstellung solcher oder anderer Blöcke.
Wenn im vorliegenden Zusammenhang Analysen von gebrannter Magnesia angegeben werden, dann beziehen sich die Angaben auf gebrannte Basis, d. h. ohne Glühverlust. Der Prozentgehalt an Magnesia wird durch die Differenz bestimmt, d. h. durch Abziehen der Summe der Prozentgehalte an Kieselsäure, Ferrioxyd, Tonerde und Kalk, die durch unabhängige Analysen bestimmt worden sind, von 100%. Alle Prozentangaben betreffen Gewichtsprozente.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Steinen, Blöcken und Massen auf der Grundlage von gebrannter Magnesia mit einem Gehalt von unter 88% MgO aus natürlichem Magnesit, die insbesondere für die Herstellung von Stahl mit Hilfe von Sauerstoff bzw. mit Sauerstoff angereicherter Luft, vorzugsweise für die Zustellung von sauerstoffblasenden Konvertern, geeignet sind, dadurch gekennzeichnet, dass natürlicher Magnesit, der in gebranntem Zustand über 4% Kalk und über 88% MgO enthält, bis zum Erreichen eines Raumgewichtes von mindestens 2,9, vorzugsweise 3,0 oder darüber, gebrannt wird, worauf in dem Brennprodukt auf physikalischem Weg, z.
B. durch Magnetscheidung, Magnesia mit einem MgO- Gehalt von über 88% MgO und Magnesia mit weniger als 88% MgO, die Kalk in einer Menge von mindestens 5% und bis zu etwa 2% Kieselsäure enthält, voneinander getrennt werden und dann die Magnesia mit unter 88% MgO neuerlich, vorzugsweise in einem Drehofen und bei einer Temperatur von über 13500 C, gebrannt wird, so dass ihr Gehalt an Dikalziumferrit auf über 5% ansteigt, und hierauf die Magnesia mit dem MgO-Gehalt von unter 881o im Falle der Herstellung von Steinen und Blöcken verformt wird.