AT403577B - FIRE RESISTANT PERIKLAS FORSTERITE SPINELLITIC BUILDING MATERIAL - Google Patents

FIRE RESISTANT PERIKLAS FORSTERITE SPINELLITIC BUILDING MATERIAL Download PDF

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Description

AT 403 577 BAT 403 577 B

Erfindungsgebiet: Die Erfindung betrifft ein hitzebeständiges Baumaterial aus Periklas, Forsterit und Spinell und Stoffen, die zur Ausmauerung von Sinter- und Übergangsteilen von Drehöfen für die Zementproduktion, von Öfen für die Kalkproduktion und von Öfen für die Stahlherstellung dienen, in denen es zum Kontakt der Metalle und der Schlacke mit der Ausmauerung kommt.Field of the invention: The invention relates to a heat-resistant building material made of periclase, forsterite and spinel and materials that are used for the lining of sintered and transition parts of rotary kilns for cement production, of ovens for lime production and of ovens for steel production, in which it is used for the contact of the Metals and the slag comes with the lining.

Stand der Technik: In der bisherigen Praxis werden die genannten hitzebeständigen Baumaterialien und Stoffe unter Beigabe von Chromerz und Spinell (MgO + AI2O3) zur eisenfreien oder eisenhaltigen Magnesia hergestellt. Die vorstehenden Stoffe werden in einem solchen Verhältnis gemischt, daß die gewünschte Zusammensetzung des Baumaterials gewährleistet ist, und dann werden aus dieser Mischung Preßstücke hergestellt, die in Tunnel-, Wagenkammeröfen oder in anderen Öfen bei Temperaturen von 1500-1750 "C gebrannt werden.State of the art: In previous practice, the heat-resistant building materials and materials mentioned are manufactured with the addition of chrome ore and spinel (MgO + AI2O3) for iron-free or iron-containing magnesia. The above substances are mixed in such a ratio that the desired composition of the building material is ensured, and then pressed pieces are produced from this mixture, which are fired in tunnel, car chamber or other furnaces at temperatures of 1500-1750 ° C.

Der Spinell (MgO + AI2O3) für Baumaterialien wird entweder durch Sintern oder Schmelzen von Aluminiumoxiden und eisenfreiem Magnesiumsinter hergestellt.The spinel (MgO + AI2O3) for building materials is made either by sintering or melting aluminum oxides and iron-free magnesium sinter.

Die Nachteile der bekannten Baumaterialien bestehen darin, daß es bei Magnesiumchrom- und Chrommagnesium-Baustoffen zur Reduktion des dreiwertigen Chroms zu sechswertigem Chrom kommt, der krebserregend ist. Aus diesem Grund wird der Einsatz dieser Baustoffe beschränkt oder untersagt.The disadvantages of the known building materials are that magnesium chromium and chromium magnesium building materials reduce trivalent chromium to hexavalent chromium, which is carcinogenic. For this reason, the use of these building materials is restricted or prohibited.

Bei aluminium-spinellitischem Baumaterial erweist sich eine hohe Wärmeleitfähigkeit als Nachteil, die zu einem Überhitzen von Wärmeaggregaten, aber auch zu einem hohen Aufwand und zu hohen Kosten führt.In the case of aluminum-spinelite building material, a high thermal conductivity proves to be a disadvantage, which leads to overheating of heating units, but also to high expenditure and high costs.

Technische Lösung gemäß der Erfindung: Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein hitzebeständiges Baumaterial der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die erwähnten Nachteile vermieden und die Nutzungseigenschaften vermehrt werden.Technical solution according to the invention: The object of the invention is to provide a heat-resistant building material of the type mentioned, in which the disadvantages mentioned are avoided and the properties of use are increased.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Baumaterial aus einer Grundmischung hergestellt ist, die aus 2-11 Gew.-% AI2O3, aus 2-13 Gew.-% S1O2 und aus einem Rest bis 100 Gew.-% aus MgO chemisch zusammengesetzt ist. Die Mischung ist von einem gemeinsamen Verhältnis zweier Grundmaterialien bestimmt, welche die geforderte Zusammensetzung sichern, und zwar des 5-40 Gew.-% Sintermaterials mit einer etwa eutektischen Zusammensetzung der Mineralien Forsterit, Periklas und Spinell nach dem ternären Zustandsdiagramm Al203-Si02-Mg0, d.h. 19-27 Gew.-% AI2O3, 22-32 Gew.-% S1O2 und 44-55 Gew.-% Mg02. Als zweites Grundmaterial ist 60-95 Gew.-% Sintermaterial aus hochreinem Magnesium mit mindestens 97 Gew.% Mg02 vorgesehen.This object is achieved in that the building material is made from a basic mixture which is chemically composed of 2-11% by weight Al2O3, 2-13% by weight S1O2 and a remainder up to 100% by weight MgO . The mixture is determined by a common ratio of two basic materials, which ensure the required composition, namely the 5-40 wt .-% sintered material with an approximately eutectic composition of the minerals forsterite, periclase and spinel according to the ternary state diagram Al203-Si02-Mg0, ie 19-27 wt% Al2O3, 22-32 wt% S1O2 and 44-55 wt% Mg02. 60-95% by weight of sintered material made of high-purity magnesium with at least 97% by weight of MgO2 is provided as the second base material.

Die Herstellung des Sintermaterials mit eutektischer Zusammensetzung, sogenannter Doppelsinter, erfolgt beispielsweise aus hochreinem Kaolinit mit einem Gehalt an Al203 von 38,2-42 Gew.-%, S1O2 von 43,0-47,0 Gew.-% und einem sehr niedrigen Alkaligehalt von bis zu 1,5 Gew.-%.The sintered material with a eutectic composition, so-called double sinter, is produced, for example, from high-purity kaolinite with an Al203 content of 38.2-42% by weight, S1O2 of 43.0-47.0% by weight and a very low alkali content of up to 1.5% by weight.

Kaolinit der erwähnten Zusammensetzung wird gemahlen, wobei seine Mahlfeinheit (Korngröße) bei mindestens 90 Gew.% unter 0,06 mm liegt, und wird gemischt entweder mit ätzendem, reinem Magnesit oder mit reinem Magnesitsinter, der einen Gehalt an MgO von mindestens 97 Gew.-% sowie mindestens 90 Gew.-% eine Korngröße unter 0,06 mm hat. Vorteilhaftes Mischungsverhältnis von Kaolinit und von Magnesiummaterial ist 1,2:1 und 1:1. Dieses Verhältnis sichert die etwa eutektische Zusammensetzung der Mischung bei der erwähnten, chemischen Zusammensetzung der vermischten Bestandteile. Das Mischen erfolgt in einem hochtourigen Gegenstrommischer mit Zusatz von wasserfreiem Stoff von 1-2 Gew.-%, und zwar im Fall der Benutzung von ätzendem Magnesit mit dem Zusatz von Sulfidlauge von 1-2 Gew.-% und einer Dichte von 28" Be. Im Fall der Mischung mit dem Magnesitsinter wird nur Sulfidiauge zugegeben. Der Mischungsvorgang dauert 15 bis 20 Minuten. Auf diese Weise vermischtes Material wird durch mehrmaliges Pressen mit einem Druck von 60-80 MPa in die für das Brennen vorgesehenen Preßstücke gepreßt, die dann in den Tunnel- und Wagenkammeröfen bei Temperaturen bis zu 1700’C drei Stunden lang gebrannt werden. Die Temperatursteigerung beträgt 70-90 *C pro Stunde und folgt einer kontinuierlichen Kurve. Die auf diese Weise gewonnenen, gebrannten Preßstücke werden dann bis zur Korngröße von unter 3 mm zerkleinert.Kaolinite of the abovementioned composition is ground, its fineness of grain (grain size) being at least 90% by weight below 0.06 mm, and is mixed either with corrosive, pure magnesite or with pure magnesite sinter, which has an MgO content of at least 97% by weight. -% and at least 90 wt .-% has a grain size below 0.06 mm. The advantageous mixing ratio of kaolinite and magnesium material is 1.2: 1 and 1: 1. This ratio ensures the approximately eutectic composition of the mixture given the chemical composition of the mixed components mentioned. The mixing takes place in a high-speed counter-current mixer with the addition of anhydrous material of 1-2% by weight, in the case of using caustic magnesite with the addition of sulfide lye of 1-2% by weight and a density of 28%. Be. In the case of mixing with the magnesite sinter, only sulfide lye is added. The mixing process takes 15 to 20 minutes. Material mixed in this way is pressed by repeated pressing with a pressure of 60-80 MPa into the pressing pieces intended for firing, which are then fired in the tunnel and wagon chamber furnaces at temperatures up to 1700'C for three hours. The temperature increase is 70-90 * C per hour and follows a continuous curve. The fired pressed pieces obtained in this way are then comminuted to a grain size of less than 3 mm.

Dieses Sintermaterial, sogenannter Doppelsinter, der einer von Grundwerkstoffen der gebildeten Mischung mit 5-40 Gew.-% ist, hat folgende Eigenschaften:This sintered material, so-called double sinter, which is one of the base materials of the mixture formed with 5-40% by weight, has the following properties:

MgO 44-55 Gew.-% AI2O3 19-27 Gew.-% Sl02 22-32 Gew.-% Volumengewicht min. 2,5 g/cm3 Saugfähigkeit max. 13% Scheinbare Porigkeit max. 25% 2MgO 44-55 wt% AI2O3 19-27 wt% Sl02 22-32 wt% volume weight min. 2.5 g / cm3 absorbency max. 13% Apparent porosity max. 25% 2

AT 403 577 BAT 403 577 B

Doppelsinter aus Spinell, Forsterit und einem kleinen Gehalt an Periklas kann in der Mischung mit dem reinen Magnesiumsinter zur Herstellung von besonders hitzebeständigen Baumaterialien oder Spritzmaterialien und Mörteln benutzt werden. In diesen Materialien wird der Doppelsinter als Verbindungsmaterial der neuen Mischung benutzt. Durch Verwendung dieses besonderen Doppelsinters werden Baustoffe gewonnen, deren Vorteile eine kleine Wärmeleitfähigkeit, eine große Beständigkeit gegen Temperaturänderungen und eine Beständigkeit gegen Zementsinter sind, weshalb sie in Zementdrehöfen verwendbar sind. Ferner sind diese Baustoffe durch eine hohe Dichte und eine kleine Porigkeit gekennzeichnet, so daß sie in Stahlaggregaten sowie in Laboröfen verwendet werden können.Double sintered from spinel, forsterite and a small content of periclase can be used in a mixture with the pure magnesium sinter to produce particularly heat-resistant building materials or spraying materials and mortars. In these materials, the double sinter is used as the connecting material for the new mixture. By using this special double sinter, building materials are obtained, the advantages of which are a low thermal conductivity, a large resistance to temperature changes and a resistance to cement sintering, which is why they can be used in cement rotary kilns. Furthermore, these building materials are characterized by a high density and a small porosity, so that they can be used in steel units and in laboratory ovens.

Ausführungsbeispiel: Es wurden Modellbaustoffe aus den Grundmaterialien nach Tabelle 1 hergestellt. Chemische Zusammensetzung und Eigenschaften der benutzten Grundmaterialien:Exemplary embodiment: Model building materials were produced from the basic materials according to Table 1. Chemical composition and properties of the basic materials used:

Tabelle 1Table 1

Einheit N K KM SFDS Si02 % 0,04 44,3 0,02 21,2 AI203 % - 39,15 0,01 19,45 Fe2C>3 % 0,12 0,15 0,03 - CaO % 0,15 0,35 0,09 - MgO % 99,5 0,08 98,6 54,6 Verlust durch Glühen % - 14,8 0,63 - Volumengewicht g.cm'3 3,45 - 2,50 N = eisenarme Magnesia K = Kaolinit KM = eisenarmer, ätzender Magnesit SFDS = Spinellitisch-forsteritischer Doppelsinter aus Kaolinit und ätzendem MagnesitUnit NK KM SFDS Si02% 0.04 44.3 0.02 21.2 AI203% - 39.15 0.01 19.45 Fe2C > 3% 0.12 0.15 0.03 - CaO% 0.15 0 , 35 0.09 - MgO% 99.5 0.08 98.6 54.6 Loss from annealing% - 14.8 0.63 - volume weight g.cm'3 3.45 - 2.50 N = low-iron magnesia K = Kaolinite KM = low-iron, caustic magnesite SFDS = spinellitic-forsteritic double sinter made of kaolinite and caustic magnesite

Die Grundmischungen wurden in den Zusammensetzungen nach Tabelle 2 vorgenommen. Als Zusatz wurde flüssige Sulfidlauge von 1,0-2,0 Gew.-% und der Dichte von 28* Be zugegeben. Die Feuchtigkeit der Grundmischung betrug 1,8-2,0 Gew.-%. Die Mischung wurde im Gegenstrommischer 15 Minuten lang gemischt.The basic mixtures were carried out in the compositions according to Table 2. Liquid sulfide liquor of 1.0-2.0% by weight and the density of 28 * Be was added as an additive. The moisture content of the basic mixture was 1.8-2.0% by weight. The mixture was mixed in the countercurrent mixer for 15 minutes.

Tabelle 2Table 2

Korngröße SFDS Modellbaustoff I Modellbaustoff II K 50 - - KM 50 - - N 1 - 3 mm - 35 45 N 0 - 1 mm - 10 10 N - 0,9 mm - 30 30 SFDS 0-3 mm - 25 15 N = eisenarme Magnesia K = Kaolinit KM = eisenarmer, ätzender Magnesit SFDS = Spinellitisch-forsteritischer Doppelsinter aus Kaolinit und ätzendem MagnesitGrain size SFDS model building material I model building material II K 50 - - KM 50 - - N 1 - 3 mm - 35 45 N 0 - 1 mm - 10 10 N - 0.9 mm - 30 30 SFDS 0-3 mm - 25 15 N = low iron Magnesia K = kaolinite KM = low-iron, caustic magnesite SFDS = spinellitic-forsteritic double sinter made of kaolinite and caustic magnesite

Das Baumaterial wurde mit einem Druck von 100 MPa in die Preßstücke mit den Maßen 250 x 125 x 65 mm gepreßt. Sie wurden in einem Kammerofen bei einer Temperatur von 1700*C drei Stunden lang gebrannt. Die Eigenschaften von Modellbaustoffen sind in Tabelle 3 angeführt.The building material was pressed at a pressure of 100 MPa into the press pieces with the dimensions 250 x 125 x 65 mm. They were fired in a chamber furnace at a temperature of 1700 ° C for three hours. The properties of model building materials are listed in Table 3.

Physikalische und mechanische Eigenschaften von periklasforsteritischspinellitischen Baustoffen: 3Physical and mechanical properties of periklasforsteritic-spinellitic building materials: 3

Claims (1)

5 io 15 20 AT 403 577 B Tabelle 3 Einheit SFDS Modellbaustoff I Modellbaustoff II Volumengewicht g.cm“3 2,50 2,87 2,84 Scheinbare Porigkeit % 22,9 11,97 15,44 Druckfestigkeit MPa - min. 45 min. 38 Wärmeleitfähigkeit bei 1100* C W/m/kJ - 1,2536 1,5300 Saugfähigkeit % 9,1 4,15 5,45 Spalling Zyklen - 100 100 MgO Gew.-% 51,03 85,36 86,67 AI2O3 Gew.-% 21,6 6,49 5,82 S1O2 Gew.-% 24,45 6,87 6,24 CaO Gew.-% - 0,21 0,22 Fe203 Gew.-% - 0,27 0,25 Gewerbliche Anwendbarkeit: Hltzebeständiges Baumaterial aus Periklas, Forsterit und Spinell gemäß der Erfindung ist für die Verwendung in Zementdrehöfen, in Stahlaggregaten und Laboröfen geeignet. Bei der Verwendung der entsprechenden, die Korngröße betreffenden Zusammensetzung und der bekannten Zusätze ist die Voraussetzung für die Anwendung als Grundmischung für die Herstellung von druckbeaufschlagten Stoffen, Spritzstoffen, Gußstoffen und Mörteln gegeben. Patentansprüche 1. Hitzebeständiges Baumaterial aus Periklas, Forsterit und Spinell, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 2-11 Gew.-% AI203, aus 2-13 Gew.-% S1O2 und aus einem Rest bis 100 Gew.-% aus MgO besteht, wobei die Mischung durch ein Verhältnis zweier Grundmaterialien bestimmt ist, welche die erforderliche Zusammensetzung der Mischung gewährleisten, nämlich 5-40 Gew.-% Sintermaterial mit 19-27 Gew.-% AfeOa, 22-32 Gew.-% Si02, 44-55 Gew.-% MgO und 60-95 Gew.-% Sintermaterials aus hoch reinem Magnesium mit mindestens 97 Gew.-% MgO. 40 45 50 4 555 io 15 20 AT 403 577 B Table 3 Unit SFDS modeling material I modeling material II volume weight g.cm “3 2.50 2.87 2.84 Apparent porosity% 22.9 11.97 15.44 Compressive strength MPa - min. 45 min. 38 Thermal conductivity at 1100 * CW / m / kJ - 1.2536 1.5300 Absorbency% 9.1 4.15 5.45 Spalling cycles - 100 100 MgO wt.% 51.03 85.36 86.67 AI2O3 wt. -% 21.6 6.49 5.82 S1O2% by weight 24.45 6.87 6.24 CaO% by weight - 0.21 0.22 Fe203% by weight - 0.27 0.25 Commercial Applicability: Heat-resistant building material made of periclase, forsterite and spinel according to the invention is suitable for use in cement turning centers, in steel aggregates and laboratory furnaces. When using the corresponding composition, which relates to the grain size, and the known additives, the prerequisite for use as a basic mixture for the production of pressurized substances, spraying materials, casting materials and mortars is given. 1. Heat-resistant building material made of periclase, forsterite and spinel, characterized in that it consists of 2-11% by weight of AI203, 2-13% by weight of S1O2 and a remainder up to 100% by weight of MgO, the mixture being determined by a ratio of two base materials which ensure the required composition of the mixture, namely 5-40% by weight of sintered material with 19-27% by weight of AfeOa, 22-32% by weight of SiO 2, 44-55 % By weight of MgO and 60-95% by weight of sintered material made of high-purity magnesium with at least 97% by weight of MgO. 40 45 50 4 55
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