DD256511A1

DD256511A1 - HYDRAULICALLY CONNECTED REFRIGERATING CONDITIONING FOR THE DELIVERY OF PLANT PLANTS IN THE ALUMINUM INDUSTRY

Info

Publication number: DD256511A1
Application number: DD29941687A
Authority: DD
Inventors: Franz Kanthak; Harald Seifert; Wolfgang Rudolph; Charlotte Haubert; Juergen Huth; Hans-Joachim Voigt
Original assignee: Brandis Silikatwerk
Priority date: 1987-01-23
Filing date: 1987-01-23
Publication date: 1988-05-11

Abstract

Hydraulisch gebundene Feuerbetongemenge zur Zustellung von Ofenanlagen der Aluminiumindustrie bestehend aus Porzellanbruch, Edelkorund, Rohschamotte und Hochtonerdezement. Hydraulisch gebundene Feuerbetongemenge zur Zustellung von Ofenanlagen der Aluminiumindustrie bestehend aus 25 bis 85 Gewichtsprozent Porzellanbruch der Koernung 0-3,15 mm, davon 75 Gewichtsprozent groesser 0,5 mm, 0 bis 15 Gewichtsprozent Rohschamotte der Koernung 0-1 mm, 5-35 Gewichtsprozent Edelkorund der Koernung maximal 0,1 mm und 5 bis 35 Gewichtsprozent Hochtonerdezement mit einem Al2O3-Gehalt mindestens 70%.Hydraulically bound quantity of firebaked clay for the delivery of kiln plants of the aluminum industry consisting of porcelain break, corundum, raw chamotte and high-grade earth cement. Hydraulically bound quantity of fire-bricks for the delivery of kiln installations of the aluminum industry consisting of 25 to 85% porcelain fracture 0-3.15 mm, of which 75% greater 0.5 mm, 0 to 15% by weight 0-1 mm raw chamotte, 5-35% by weight Noble corundum with a maximum of 0.1 mm and 5 to 35% by weight high-grade earth cement with an Al2O3 content of at least 70%.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung findet Anwendung zur Auskleidung wärmetechnischer Anlagen, die zum Schmelzen, Warmhalten, Vergießen und weiteren metallurgischen Verfahren von Aluminium und dessen Legierungen eingesetzt werden.The invention has application to the lining of thermal engineering equipment used for melting, keeping warm, potting and other metallurgical processes of aluminum and its alloys.

Characteristic of the known technical solutions

Ofenanlagen zum Schmelzen, Warmhalten, Vergießen und anderen metallurgischen Verfahrensschritten von Aluminium und dessen Legierungen werden mit handelsüblichen feuerfesten Baustoffen in Form von Steinen oder Gemengen beziehungsweise Feuerbetonen durch Mauerung, Stampfen oder Vibration zugestellt. Die Auswahl des geeigneten Materials stellt, wie auch in anderen Fällen, einen Kompromiß ökonomischer und technischer Gegebenheiten dar. Dabei ist festzustellen, daß die eigentliche Feuerfestigkeit der Baustoffe keine kritische Größe darstellt, weil die Temperaturen für die oben genannten metallurgischen Prozesse die Grenze von 135O⁰C kaum überschreiten. Die Lebensdauer und damit die Ökonomie der Zustellung wird neben einer ordnungsgemäßen Zustelltechnologie hinsichtlich eines dichten Mauerwerkes insbesondere durch die chemische Reaktion des schmelzflüssigen Aluminiums und seinen Legierungsbestandteilen mit den Oxiden des feuerfesten Baustoffes beeinflußt.Furnace plants for melting, keeping warm, casting and other metallurgical process steps of aluminum and its alloys are supplied with commercial refractory materials in the form of stones or mixtures or firebones by masonry, pounding or vibration. The selection of suitable material represents, as in other cases, a compromise of economic and technical conditions. It should be noted that the actual refractoriness of the building materials is not a critical size, because the temperatures for the above metallurgical processes, the limit of 135O ⁰ C barely exceed. The life and thus the economy of delivery is influenced in addition to a proper delivery technology in terms of a dense masonry in particular by the chemical reaction of molten aluminum and its alloy components with the oxides of the refractory material.

Aluminium reduziert die üblichen Oxide der Feuerfestmaterialien, außer den Erdalkalioxiden und der Tonerde.Aluminum reduces the usual oxides of the refractories except the alkaline earth oxides and the clay.

Neben den stofflichen Zusammensetzungen ist bei Verschleißvorgängen unbedingt die Porosität der Werkstoffe zu beachten, weil dadurch infiltrierende Materialien eine vergrößerte Reaktionsoberfläche vorfinden. Im Falle des Aluminiums bildet sich in den Poren sowie als Aufwachsung auf dem Mauerwerk Tonerde und durch die Reduktion entstandene Metalle, wie zum Beispiel Silicium, verunreinigen das Schmelzgut.In addition to the material compositions, the porosity of the materials must be taken into account during wear processes, because this infiltrating materials find an enlarged reaction surface. In the case of aluminum, alumina is formed in the pores and as growth on the masonry and metals resulting from the reduction, such as silicon, contaminate the melt.

Der Einsatz geeigneter, hochwertiger und gesinterter Feuerfestbaustoffe auf der Basis von Korund bedingt hohe Kosten durch entsprechende Preise und durch Wärmeverluste sowie hohe Konstruktionsgewichte. Dies gilt auch für artgleiche, ungesinterte Materialien, wie Stampfgemenge und Feuerbetone.The use of suitable, high quality and sintered refractory materials based on corundum requires high costs due to corresponding prices and heat losses as well as high design weights. This also applies to similar, unsintered materials, such as stamping and Feuerbetone.

Der Einsatz ungesinterter Baustoffe auf der Grundlage von Schamottekörnungen ist in der Anwenderindustrie aus Kostengründen üblich, obwohl man dann eine materialbedingt höhere Porosität beachten muß.The use of unsintered building materials based on fireclay granules is customary in the user industry for cost reasons, although then one must consider a material-related higher porosity.

Diese Darlegungen stellen in verallgemeinerter Form den derzeitigen Stand der Zustelltechnikfür wärmetechnische Anlagen der Aluminiumindustrie dar. Es hat nicht an zahlreichen Überlegungen gefehlt, Verbesserungen zu schaffen, wie anschließend anhand einiger Beispiele aufgeführt werden soll:These statements represent in generalized form the current state of delivery technology for thermal equipment of the aluminum industry. There has been plenty of reasoning to make improvements, as will be outlined below with reference to some examples:

— Hochtonerde-Feuerbeton mit einer Hochtonerdezement-Bindung und einer Armierung durch Mullitfasern soll sich bei Transporteinrichtungen für flüssiges Aluminium bewährt haben (Daviot, J. und andere: Feuerfeste Stoffe für elektromagnetische Pumpen für flüssiges Aluminium — Entwicklung — Versuche—Kontrolle. Interceram 30(1981), Special Issue, Seite 326-332).- High-grade earth-refractory concrete with a high-tonnage cementation bond and mullite-fiber reinforcement is said to have been found in liquid aluminum transport equipment (Daviot, J. and others: Refractories for electromagnetic aluminum pumps for liquid aluminum - Development - Experimental Control Interceram 30 (1981 ), Special Issue, pages 326-332).

— Den Vorteil von entsprechenden Schutzschichten, zum Beispiel auf Bauxitstampfgemengen mit Phosphatbindung, sowie die gezielte Zugabe spezieller Oxide zur Bindephase von Schamottegemengen und die Feststellung, daß hochtonerdehaltige Steine und Feuerbetone sehr geeignet für das Schmelzen von Aluminium sind, erläutert die Arbeit von Clavaud und Jost (Clavaud, B. und Jost, J.: Feuerfeste Materialien für Schmelzanlagen von Aluminium. Interceram 30 [1981], Special Issue, Seite 306-314).The advantage of corresponding protective layers, for example on phosphate-bonded bauxite mash, as well as the specific addition of special oxides to the binder phase of fireclay mixtures and the finding that high-alumina stones and Feuerbetone are very suitable for the melting of aluminum, explains the work of Clavaud and Jost ( Clavaud, B. and Jost, J .: Refractory Materials for Aluminum Smelting Plants, Interceram 30 [1981], Special Issue, pages 306-314).

— Einen Zusatz von Bariumsulfat oder frühsinternder Stoffe, welche die Kontaktoberfläche gegenüber dem flüssigen Aluminium abdichten sollen, zu ungeformten Erzeugnissen mit verschiedenen Bindern wird erläutert (Gelsdorf, G. und Kreuels, K.: Infiltration von Aluminium in ungeformte feuerfeste Erzeugnisse. Interceram 30 [1981], Special Issue, Seite 315-317).- An addition of barium sulphate or early sintering agents intended to seal the contact surface against the liquid aluminum to non-formed products with various binders is described (Gelsdorf, G. and Kreuels, K .: Infiltration of aluminum into unshaped refractory products Interceram 30 [1981 ], Special Issue, page 315-317).

— Im Rahmen eines Berichtes über die Verschleißuntersuchungen kommt zum Ausdruck, daß für das Aluminiumschmelzen unterschiedliche Baustoffe, wie Feuerbeton mit Hochtonerdezement und Zuschlagen auf der Basis von Tabulartonerde, Mullit, Bauxit oder Chromerz, Stampfgemenge mit Phosphatbindung und Hochtonerdekörnungen sowie Sinterprodukte üblicher und sehr spezieller Qualität verwendet werden (De Liso, E. M. und Hammersmith, V. L: Untersuchung von Feuerfestmaterialien für den Kontakt mit schmelzflüssigem Aluminium. American Ceramic Society Bulletin 62 (1983) 7, Seite 804-808.- A report on the wear tests indicates that different building materials are used for aluminum smelting, such as high-grade cementitious firing and tabular aggregate, mullite, bauxite or chromium ore aggregates, phosphate-mash and high-tonnage aggregates and sintered products of common and very specific quality (De Liso, EM and Hammersmith, V. L: Examination of refractory materials for contact with molten aluminum, American Ceramic Society Bulletin 62 (1983) 7, pp. 804-808.

Diese Darlegungen werden durch verschiedene Patentschriften bestätigt. Einen Zusatz von Bariumsulfat zu verschiedenen Werkstoffen beschreiben die DAS 2842176 sowie das US-Patent 4126474, während in der OS 3419199 eine Chromoxidzugabe erläutert wird. Die französische Patentschrift 1222 951 beansprucht die Zumischung eines Glases mit hohem Boroxidgehalt zum Feuerfestmaterial.These statements are confirmed by various patents. An addition of barium sulfate to various materials is described by DAS 2842176 and US Pat. No. 4,126,474, while OS 3419199 describes a chromium oxide addition. French Patent 1222951 claims the admixture of a high boron oxide glass to the refractory.

Die DDR-Patentschrift 142801 schützt ein Verfahren zur Herstellung gießfähiger Feuerbetone für die Industrieofenzustellung, indem ansich dem Feuerfesttechnologen bekannte versatztechnische Details, wie beispielsweise das Korngrößenspektrum, die Feuchte der Magerungsmittel, die Zugabenmenge, die Zusammensetzung sowie die Dichte des Wasserglases und der Anteil des Erhärtungsbeschleunigers sowie die Zugabereihenfolge und das Mischungsverhältnis der einzelnen Komponenten, als Neuheit beansprucht werden. Es handelt sich um einen Schamottefeuerbetort mit Wasserglasbindung, welcher sich im Niederfrequenzinduktionsofen zum Schmelzen von Aluminium nur unzureichend bewährt hat.GDR Patent 142801 protects a method of producing pourable refractory bricks for industrial furnace delivery by providing details known to the refractory technologist, such as grain size spectrum, moisture of the leaning agents, amount of addition, composition and density of the waterglass, and proportion of hardening accelerator, as well as the order of addition and the mixing ratio of the individual components are claimed as novelty. It is a fireclay fire brigade with waterglass bonding, which has proven insufficient in the low-frequency induction furnace for melting aluminum.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es/durch ein kostengünstiges Feuerbetongemenge die Standzeit der Zustellung der metallurgischen Anlagen der Aluminiumindustrie zu erhöhen sowie den Reinigungsaufwand in den Ofenanlagen während des Betriebes zu senken.The aim of the invention is / to increase the service life of the delivery of metallurgical equipment of the aluminum industry and to reduce the cleaning effort in the furnace systems during operation by a low-cost Feuerbetongemenge.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein aluminiumresistentes eisenarmes Feuerbetongemenge zu entwickeln, daß die Herstellung genügend dichter, volumenbeständiger und durch Vibration formbarer Ofenzustellungen gestattet. Diese Ofenzustellungen sollen temperaturwechselbeständig und im Betrieb rißfrei sein sowie insbesondere im Temperaturbereich von 1200 bis 1350°C vorteilhaft betrieben werden könnenThe invention has for its object to develop an aluminum-resistant low-iron Feuerbetongemenge that allows the production of sufficiently dense, volume-resistant and moldable by vibration oven deliveries. These oven deliveries should be temperature-resistant and crack-free during operation, and in particular be operated advantageously in the temperature range from 1200 to 1350 ° C

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Feuerbetongemenge folgender Zusammensetzung gelöst: According to the invention the object is achieved by a fireback amount of the following composition:

— 25,0 bis 85,0Gew.-% dichtgesintertes, eisenoxidarmes Aluminiumsilikat, vorzugsweise Porzellanbruch, bis zu einer Korngröße von 3,15mm, wovon 75,0Gew.-% größer 0,5mm sein sollen;25.0 to 85.0% by weight of dense-sintered, low-iron aluminum silicate, preferably porcelain fracture, up to a particle size of 3.15 mm, of which 75.0% by weight should be greater than 0.5 mm;

— 0,0 bis 15,0Gew.-% eines Aluminiumsilikates, vorzugsweise Rohschamotte mit einem Tonerdegehalt von mindestens 15,0%, mit einer Korngröße bis maximal 1,0mm;0.0 to 15.0% by weight of an aluminum silicate, preferably raw chamotte with an alumina content of at least 15.0%, with a particle size of up to 1.0 mm;

— 5,0 bis 35,0Gew.-% Edelkorund mit einer Korngröße bis maximal 0,1 mm;5.0 to 35.0% by weight of noble corundum having a particle size of not more than 0.1 mm;

— 5,0 bis 35,0 Gew.-% Zement, vorzugsweise Tonerdezemente.5.0 to 35.0% by weight of cement, preferably alumina cement.

Durch den Einsatz eines dichtgesinterten, nichttypischen feuerfesten Zuschlagstoffes auf der Basis eines kostengünstigen Aluminiumsilikates, wie es beispielsweise in Form von eisenoxidarmen, dichten, feinkeramischen Bruch- beziehungsweise Anfallmaterial aus der Haushaltsporzellanproduktion, bei der Herstellung technischer Porzellane oder „Vitreous China"-Erzeugnisse zur Verfugung steht, in Kombination mit einer feinen Edelkorundkörnung als Mikrofüller und erforderlichenfalls mit einer feuerfesten Rohschamottekörnung zum Ausgleich eines fehlenden Feinkornes kann unter Verwendung eines hydraulischen Bindemittels, insbesondere von aluminiumbeständigem Hochtonerdezement, ein Feuerbeton hergestellt werden. Dieses Feuerbetongemenge ermöglicht bei niedrigsten Wasserzusätzen eine für die Vibrationsverdichtung notwendige Konsistenz, wodurch vorteilhafte Feuerbetoneigenschaften und energetisch günstigere Einsatzbedingungen erzielt werden. Weiterhin zeichnet sich dieses Material durch eine geringe Infiltrationsneigung aus, was die bekannten Reaktionen der Schmelzen von Aluminium und arteigener Legierungen mit dem Feuerfestmaterial auf ein vertretbares Minimum beschränkt. Die gefürchtete Ansatzbildung nach einer mehr oder weniger langen Betriebsdauer ist in wesentlich geringerem Umfange zu beobachten.Through the use of a dense, non-typical refractory aggregate based on a low-cost aluminum silicate, as is available, for example in the form of iron oxide poor, dense, fine ceramic fracture or accumulation material from household porcelain production, in the production of technical porcelains or "Vitreous China" products available , in combination with a fine corundum grain as a microfiller and, if necessary, with a refractory Rohschamottekörnung to compensate for a lack of fine grain can be produced using a hydraulic binder, in particular aluminum-resistant high-grade cement, a fire-hardening concrete. This material is characterized by which advantageous Feuerbetoneigenschaften and energetically favorable conditions of use are achieved a low infiltration tendency, which limits the known reactions of the melts of aluminum and its own alloys with the refractory material to a reasonable minimum. The dreaded formation of deposits after a more or less long period of operation can be observed to a much lesser extent.

Neben der Hauptanwendung als Gemenge zur direkten Ausmauerung in den betreffenden Ofenanlagen besteht auch die Möglichkeit der Anfertigung vorgeformter Fertigbauteile für die vorhandenen wärmetechnischen Anlagen. Diese Fertigteile können ohne oder nach einer thermischen Vorbehandlung bei erhöhten Temperaturen bis maximal 1350⁰C zur Verfügung gestellt werden.In addition to the main application as a mixture for direct lining in the relevant furnace systems, there is also the possibility of producing preformed prefabricated components for the existing thermal engineering systems. These finished parts can be made available at elevated temperatures up to 1350 ^° C. without or after a thermal pretreatment.

Zur Verringerung des Infiltrierens flüssiger Metalle kann die dem Schmelzraum zugewandte Ofeninnenwand mit einer artgleichen Schutzschicht, welche durch ein feinstaufgemahlenes Gemenge gebildet wird, versehen werden.To reduce the infiltration of liquid metals, the furnace inner wall facing the melting chamber can be provided with a similar protective layer, which is formed by a finely ground mixture.

embodiments

Die Erfindung soll an nachfolgenden Beispielen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail in the following examples.

example 1

Ein Feuerbetongemenge, bestehend aus 70,0Gew.-% Porzellanbruch der Körnung 0,0 bis 3,15mm, 20,0Gew.-% Edelkorund unter 0,1 mm und 10,0Gew.-% Hochtonerdezement, wurde mit 9,0% Wasser, bezogen auf die Trockenanteile, gemischt und durch Vibration zu Probekörpern verarbeitet und bei Raumtemperatur nach einer Lagerung von sieben Tagen sowie nach Vorbränden bei 800,1000 und 1200⁰C auf deren Rohdichte und Druckfestigkeit bei Raumtemperatur überprüft. Es konnten folgende Werte ermittelt werden:A fireback amount consisting of 70.0 wt% porcelain fracture grade 0.0 to 3.15 mm, 20.0 wt% high grade corundum below 0.1 mm, and 10.0 wt% high clay cement was mixed with 9.0% water , based on the dry matter, mixed and processed by vibration to test specimens and checked at room temperature after storage for seven days and after pre-firing at 800.1000 and 1200 ⁰ C on their bulk density and compressive strength at room temperature. The following values could be determined:

Rohdichte (g/cm )Bulk density (g / cm) — Raumtemperatur 1,99- room temperature 1.99 — 800X1,89- 800X1.89 — 1000 ⁰C 1,90- 1000 ⁰ C 1.90 — 1200 ⁰C 1,91- 1200 ⁰ C 1.91 DruckfestigkeitCompressive strength —Raumtemperatur 17,5-Room temperature 17,5 (MPa)(MPa) — 800X12,9- 800X12,9 — 1000X12,4- 1000X12.4 — 1200X13,3- 1200X13.3

Example 2

Ein Feuerbetongemenge, bestehend aus 60,0% Porzellanbruch der Körnung 0,0 bis 3,15mm, 20,0% Edelkorund unter 0,1 mm und 20,0% Hochtonerdezement, wurde mit 9,5% Wasser, bezogen auf die Trockenanteile, gemischt und durch Vibration zu Probekörpern verarbeitet und auf die gleichen Eigenschaften_fwie im Beispiel 1 aufgeführt untersucht. Es konnten folgende Werte ermittelt werden: Rohdichte (g/cm³) —Raumtemperatur 2,02A quantity of firebetongue consisting of 60.0% porcelain fracture of grain size 0.0 to 3.15 mm, 20.0% of corundum below 0.1 mm and 20.0% of high-grade earth cement was mixed with 9.5% of water, based on the dry fractions, mixed and processed by vibration to test specimens and examined for the same properties _f as listed in Example 1. The following values could be determined: bulk density (g / cm ³ ) room temperature 2.02

— 800X1,93- 800X1,93

— 1000X1,83- 1000X1,83

— 1200X1,96- 1200X1.96

Druckfestigkeit —Raumtemperatur 21,1 (MPa) — 800X22,4Compressive strength -Room temperature 21.1 (MPa) - 800X22.4

— 1000X15,4- 1000X15.4

— 1200X24,1- 1200X24,1

Example 3

Ein Feuerbetongemenge, bestehend aus 50,0% Porzellanbruch der Körnung 0,0 bis 3,15mm, 10,0% Rohschamotte unter 1,0 mm Korngröße, 20,0% Edelkorund unter 0,1 mm und 20,0% Hochtonerdezement, wurde mit 9,5% Wasser, bezogen auf die Trockenanteile, gemischt und durch Vibration zu Probekörpern verarbeitet und auf gleiche Eigenschaften wie im Beispiel aufgeführt_funtersucht. Es konnten folgende Werte ermittelt werden: Rohdichte (g/cm³) —Raumtemperatur 2,06A Feuerbetongemenge, consisting of 50.0% porcelain fracture the grain size 0.0 to 3.15 mm, 10.0% raw chamotte under 1.0 mm grain size, 20.0% alumina under 0.1 mm and 20.0% high-grade earth cement was with 9.5% water, based on the dry fractions, mixed and processed by vibration to test specimens and investigated for the same properties as in the example _f . The following values were determined: bulk density (g / cm ³ ) room temperature 2.06

— 800X1,97- 800X1.97

— 1000X1,92- 1000X1,92

— 1200X2,02- 1200X2.02

Druckfestigkeit —Raumtemperatur 18,7 (MPa) — 800X14,3Pressure resistance -Room temperature 18.7 (MPa) - 800X14.3

— 1000X13,9- 1000X13,9

— 1200X20,5- 1200X20.5

Mit Prüfkörpern der drei oben genannten Versuchsmaterialien wurde ein Stabtauchtest in flüssiges Aluminium durchgeführt und es zeigte sich, daß keine beziehungsweise nur eine geringfügige Benetzung und Ansatzbildung zu verzeichnen ist.With test specimens of the three experimental materials mentioned above, a dip dip test was carried out in liquid aluminum and it was found that no or only a slight wetting and deposit formation can be observed.

Claims

1 · - YYA ^rough '' h ^sc bonded refractory concrete mixture to the delivery of the furnaces

Tlmlium alloy based on viral aluminum silicates, corundum and cement binders, characterized in that the mixture consists of

- 25.0 to 85.0 wt .-% densely sintered, low iron oxide aluminum silicate, preferably porcelain fracture, up to a grain size of 3.15 mm, of which 75.0% should be greater than 0.5 mm;

0.0 to 15.0% by weight of an aluminum silicate, preferably raw chamotte with an alumina content of at least 15.0%, with a particle size of up to 1.0 mm;

5.0 to 35.0% by weight of noble corundum having a particle size of not more than 0.1 mm;

- 5.0 to 35.0 wt .-% of alumina-containing, refractory cement, preferably high-grade earth cement.

2. Feuerbetongemenge according to claim 1, characterized in that the densely sintered, low-iron aluminum silicate used breakage or accumulation material of household porcelain, technical porcelain and / or "Vitreous China" is.

3. Feuerbetongemenge according to claim 1, characterized in that the aluminosilicate used is a raw chamotte with an alumina content of at least 15.0%.

4. Firebetongmenge according to claim 1, characterized in that the cement is a high-grade earth cement with at least 70.0% alumina and an iron oxide content less than 0.5%.

5. Firebetongmenge according to claim 1, characterized in that the cement is an alumina cement with at least 50.0% alumina.