DE1471363B2 - Feuerfester, basischer oder neutraler Stein - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen feuerfesten, basischen oder neutralen Stein, insbesondere Magnesitstein, der von Außenplatten frei und vorzugsweise für die Zustellung von Konvertern bestimmt ist.

Für die Zustellung von Konvertern wurden bis vor einigen Jahren im allgemeinen Steine aus Teerdolomit oder Teermagnesit verwendet. Die Lebensdauer dieser Steine in den in neuerer Zeit in beträchlichem Umfang eingesetzten Sauerstoffkonvertern, in welchen mit Sauerstoff oder Mischungen von Sauerstoff mit Luft geblasen wird, ist jedoch unbefriedigend, und man ist daher dazu übergegangen, Sauerstoffkonverter vor allem mit Sondermagnesitsteinen oder handelsüblichen gebrannten Magnesitsteinen, daneben aber auch mit teergetränkten bzw. teerimprägnierten basischen Steinen auszukleiden. Ein Verfahren zur Herstellung solcher teerimprägnierter basischer Steine besteht darin, daß man gebrannten Kalk, Magnesit oder Dolomit mit Steinkohlenteer oder einem anderen koksbildenden Material vermischt und verformt, die erhaltenen Formlinge auf eine Temperatur von maximal 800° C erhitzt und hierauf mit Steinkohlenteer oder einem anderen koksbildenden Material imprägniert (britische Patentschrift 752 364).

Es hat sich jedoch gezeigt, daß selbst im Falle von Sondermagnesitsteinen oder handelsüblichen

ίο gebrannten Magnesitsteinen noch ein beträchtlicher Verschleiß der Auskleidung erfolgt, der auf Temperaturwechsel und allfällige örtliche Überhitzungen, eine starke Infiltration von Schlacken und ferner zum Teil auch auf eine mechanische Abnutzung durch die Badbewegung zurückzuführen sein dürfte. Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Zustellung zu schaffen, die ganz allgemein für Industrieöfen und metallurgische Gefäße geeignet ist, jedoch insbesondere für eine Verwendung in Konvertern und vor allem in Sauerstoffkonvertern in Betracht kommt und sich dadurch auszeichnet, daß sie gegenüber den bisher verwendeten Steinen eine erhöhte Temperatur- Λ Wechselbeständigkeit aufweist und gegen den An- ¹J griff von Schlacken und Abrieb widerstandsfähiger ist, so daß sie im Vergleich zu den bekannten Zustellungen eine erhöhte Lebensdauer gewährleistet. Es wurde gefunden, daß dieses Ziel dann erreicht werden kann, wenn man für die Zustellung feuerfeste, basische oder neutrale Steine, insbesondere Magnesitsteine, verwendet, die von Außenplatten frei sind und durch die Kombination der an sich bekannten Merkmale gekennzeichnet sind, daß sie Teer ausschließlich als Bindemittel, d. h. also nicht auch in Form einer Imprägnierung, enthalten und mitverpreßte Innenplatten aufweisen.

Es ist in diesem Zusammenhang festzuhalten, daß bereits großformatige feuerfeste Blöcke für die Zustellung von elektrischen Lichtbogenofen bekannt sind, die z. B. aus Magnesia und/oder Dolomit mit Teer als Bindemittel aufgebaut sind und gegebenenfalls Verstärkungselemente, wie Stücke von Eisenstangen oder -stäben, enthalten (britische Patentschrift 665 551). Solche Blöcke haben jedoch auf ,-, Grund ihrer Herstellung durch Stampfen, Rütteln (J oder Vibrieren nur eine verhältnismäßig geringe mechanische Festigkeit und sind ihrer Größe entsprechend gegen Temperaturwechsel wesentlich empfindlicher als feuerfeste Steine; ihre Widerstandsfähigkeit gegen Absplitterungen wird durch die Verstärkungselemente praktisch nicht erhöht, da sich infolge der geringen Dimensionen dieser Elemente Sprünge bzw. Risse nahezu ungehindert durch das Blockinnere fortpflanzen können. Eine Verbesserung gegenüber diesen Blöcken stellen die bekannten, durch Stampfen oder Rütteln hergestellten geschichteten Blöcke aus basischem oder neutralem, feuerfestem Material dar, deren Schichtflächen rechtwinkelig zur feuerseitigen Oberfläche des Blockes verlaufen und die flächige Metalleinlagen haben, die parallel zur Verdichtungsrichtung der Blockmasse in Abständen von einigen Zentimetern voneinander angeordnet sind (österreichische Patentschrift 216 547). Ferner können an dieser Stelle gestampfte Blöcke zum Aufbau insbesondere des lotrechten Teiles der feuerfesten Auskleidung von metallurgischen Öfen, insbesondere Elektroöfen, erwähnt werden, die ihrer Höhe nach in zwei Zonen ausgebildet sind, von denen die obere Zone im Ofen oberhalb des geschmolzenen Metalls

zu liegen kommt, aus einem anderen Material als die untere Zone, z. B. Teermagnesit oder Teerdolomit, besteht und radial verlaufende Metalleinlagen in Form von Rundeisen oder anderen Normalprofilen, die auch zu Gittern vereinigt sein können, aufweist (österreichische Patentschriften 215 447 und 217072). Alle diese Blöcke sind jedoch sehr schwierig herzustellen und haben zudem den Nachteil einer verhältnismäßig geringen mechanischen Festigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit, wodurch sie für eine Verwendung in Konvertern nicht in Betracht kommen. Demgegenüber sind die Steine gemäß der Erfindung sehr leicht und ohne jedwede Schwierigkeiten herstellbar, und ihre mechanische Festigkeit ist sehr gut und ihre Temperaturwechselbeständigkeit erhöht, so daß sie auf Grund dieser Eigenschaften insbesondere für eine Verwendung in Konvertern hervorragend geeignet sind, da sie gegen das ansonst bei Konverterauskleidungen gefürchtete Abblättern dünner Schichten durch Temperaturweehsel und örtliche Überhitzungen sowie gegen Schlackeninfiltration und eine mechanische Abnutzung durch die Badbewegung sehr widerstandsfähig sind.

Es sind ferner auch ungebrannte Steine mit mitverpreßten Innenplatten bekannt, die als Bindemittel z. B. Sulfitpech, Dextrin, Leim oder Gummi arabicum enthalten (USA.-Patentschrift 2 652 793). Unter der Bezeichnung »Sulfitpech« ist ein Produkt zu verstehen, das durch Eindicken von Sulfitablauge auf etwa 50 % Trockensubstanzgehalt erhalten wird und teils ungereinigt, teils gereinigt als flüssige bis zähflüssige Dicklauge oder »Zellpech« von 31 bis 35° Be oder in Form eines durch Zerstäubung getrockneten Pulvers mit etwa 5 % Wassergehalt im Handel erhältlich ist. Die Hauptbestandteile dieses Zellpechs oder Sulfitpechs sind Lignin bzw. Ligninsulfosäure und wechselnde Mengen Zucker. Mit Teer ist ein solches Sulfitpech in keiner Weise vergleichbar. Sulfitablauge oder Sulfitpech wird üblicherweise in Mengen von bis zu 2°/o, in sehr seltenen Fällen in Mengen bis zu 2,5 °/o, als Bindemittel für die Herstellung von feuerfesten Steinen verwendet. Größere Mengen an Sulfitablauge oder Sulfitpech erhöhen die Porosität der fertigen Steine, da sie als Ausbrennstoft wirken, und sie sind daher nicht tragbar. Selbst bei Verwendung von 2,5 °/o Sulfitablauge oder Sulfitpech als Bindemittel ist nach einem oxydierenden Brand bei 800° C, wie er z. B. in einem Siemens-Martin-Ofen beim Betrieb zwangläufig erfolgt, der gesamte Kohlenstoff aus dem Bindemittel verschwunden und demnach kein Restkohlenstoff mehr vorhanden. Sogar nach einem reduzierenden Brand bei der angeführten Temperatur sind von 2,5 % Sulfitablauge bzw. Sulfitpech höchstens noch 0,5 % Restkohlenstoff anwesend. Alles das gilt in gleicher Weise auch für Dextrin, Leim, Gummi arabicum und ähnliche organische Bindemittel.

Teer wird hingegen normalerweise in Mengen von 5% und darüber als Bindemittel eingesetzt. Von 5 % Teer bleiben nach einem Brand in reduzierender Atmosphäre bei 800° C Restkohlenstoffmengen von 1,5 bis 2%. Auch nach einem Brand in oxydierender Atmosphäre bei 800° C sind annähernd diese Mengen an Restkohlenstoff noch vorhanden, weil in den betreffenden teergebundenen Steinen trotz einer oxydierenden Außenatmosphäre infolge der Verschwelung bzw. Verdampfung des Teers eine reduzierende Innenatmosphäre vorliegt. Die Wirkung bezüglich des Restkohlenstoffgehalts ist demnach im Fall von Teer ganz anders als im Fall von z. B. Sulfitablauge oder Sulfitpech. Dies ist auch der Grund dafür, warum teergebundene Steine eine viel bessere Wider-Standsfähigkeit gegen Schlackenangriff aufweisen als z. B. mit Sulfitablauge gebundene Steine.

Als Bindemittel für die Steine gemäß der Erfindung werden zweckmäßig 5 bis 7%>, vorzugsweise etwa 5,5% Teer mit einem Gehalt an Hartpech

ίο oder Brikettierpech bzw. Brikettierhartpech von mindestens 65% verwendet. Die Innenplatten enden in kurzem Abstand von den Seitenflächen und sollen den Stein in einzelne Zellen unterteilen. Sehr gute Ergebnisse werden erhalten, wenn die Innenplatten von einer in Längsrichtung des Steines in der Steinmitte verlaufenden Mittelplatte und mindestens einer quer zu dieser Mittelplatte und gleichfalls in Steinlängsrichtung angeordneten Platte gebildet sind. Aus Gründen der Vollständigkeit kann hier festgehalten werden, daß bei einem Ersatz der Innenplatten durch z. B. Drahtnetze oder kleine bzw. kleinflächige Metallelemente, z. B. in Form von Drähten, Stäben oder Stangen, die Temperaturwechselbeständigkeit verschlechtert wird, so daß Steine mit einer solchen Innenbewehrung hinsichtlich der Temperaturwechselbeständigkeit nur wenig besser sind als die gleichen teergebundenen Steine ohne jedwede Innenbewehrung; andererseits wird jedoch selbst schon im Fall von Steinen mit einer solchen Innenbewehrung die Widerstandsfähigkeit gegen eine Rißbildung bei einer Vorerhitzung auf niedrige Temperaturen, z. B. Temperaturen von etwa 300° C, wie sie häufig angewandt wird, erhöht. Um eine gute Temperaturwechselbeständigkeit der Steine zu gewährleisten, sollen die Innenplatten in allen Fällen, wenn sie Zungen od. dgl. zwecks einer besseren Verankerung im Steinmaterial haben, Durchbrechungen nur in einem Ausmaß von höchstens etwa 20% der Plattenfläche aufweisen.

Für den Aufbau von Magnesitsteinen gemäß der Erfindung wird beispielsweise Sintermagnesia der Korngröße 0 bis etwa 10 mm verwendet, wobei die Verteilung der Korngrößen der sich beim Mahlvorgang ergebenden Verteilung entspricht. Es können jedoch auch Kornlücken angewandt werden, z. B. von der Art, wie sie für temperaturwechselbeständige Magnesitsteine an sich bekannt sind (vgl. z. B. österreichische Patentschrift 158 208).

Vorzugsweise soll die Sintermagnesia eine geringe Kornporosität, z. B. eine Kornporosität von unter 6%, aufweisen.

Die Herstellung der Steine erfolgt auf an sich übliche Weise durch gemeinsames Verpressen einer Mischung des feuerfesten Materials und Teer als Bindemittel mit den Innenplatten in einer Preßform. Der Preßdruck soll über 1000 kg/cm², vorzugsweise mindestens 1500 kg/cm², betragen, um den Erhalt bester Ergebnisse bei Verwendung der Steine zu ermöglichen. Die Steine können vor Gebrauch auf niedrige Temperaturen, z. B. Temperaturen von etwa 300° C, erhitzt werden, doch ist dies keineswegs erforderlich.

Die Verwendung der Steine gemäß der Erfindung bringt einen erheblichen technischen Fortschritt mit sich, bezüglich dessen folgendes gesagt werden kann: Bei Verwendung von Teer als Bindemittel in feuerfesten, basischen oder neutralen Steinen ergibt sich der Vorteil, daß das sich beim Brennen der Steine

ausbildende Kohlenstoffgerüst ein Eindringen von Schlacke in die Steine während des Betriebes einerseits in hohem Umfang verhindert und anderseits gegen eindringende Fe,O₃-haltige Schlacken eine reduzierende Wirkung entfaltet.

Bei der Inbetriebnahme von teergebundenen Steinen wird aber nun jener Temperaturbereich durchschritten, bei welchem der Teer noch vor der Verkokung anfängt weich bzw. dünnflüssig zu werden. Auch durch Verwendung hochhartpechartiger Bindemittel läßt sich dies nicht vermeiden, sondern es wird lediglich der Temperaturbereich, in dem diese Erscheinung auftritt, gegen höhere Temperaturen verschoben. Dadurch kann es in einer aus solchen Steinen aufgebauten Auskleidung, insbesondere wenn das feuerfeste Material einen hohen Sintergrad hat, beim Anheizen zu sehr unangenehmen Erscheinungen kommen. Beispielsweise können auf Grund dieses Umstandes Schichten bis zu 5 cm oder gar 10 cm Steindicke abgedrückt werden und in den Ofen hineinfallen. In krassen Fällen kann auf diese Weise die Auskleidung praktisch in vollem Umfang einstürzen. Diese nachteilige Erscheinung läßt sich im Fall von teergebundenen Steinen ohne Innenplatten nur dann einigermaßen verhindern, wenn man den Teergehalt der> Steine innerhalb sehr genauer Grenzen, nämlich in einem Bereich von 5,5 bis 7%, einregelt.

Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß bei

ίο Verwendung von teergebundenen Steinen mit mitverpreßten Innenplatten diese gefürchtete Erscheinung, die als Abrutschen bezeichnet wird, nicht eintritt, und zwar auch dann nicht, wenn der Teergehalt höher ist. Man ist dadurch in der Lage, im Fall der Verwendung von Steinen mit Innenplatten höhere TeeTgehalte anzuwenden, und damit ergibt sich der weitere Vorteil, daß die durch den gebildeten fixen Kohlenstoff bewirkte Verstopfung der Poren und die reduzierende Wirkung gegenüber Fe₂O.,-haltigen Schlacken erhöht werden kann.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Feuerfester, basischer oder neutraler Stein, insbesondere Magnesitstein, der von Außenplatten frei ist, vorzugsweise für die Zustellung von Konvertern, gekennzeichnet durch die Kombination der an sich bekannten Merkmale, daß er Teer ausschließlich als Bindemittel enthält und mitverpreßte Innenplatten aufweist.

2. Feuerfester Stein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 5 bis 7°/o, vorzugsweise etwa 5,5 % Teer mit einem Gehalt an Hartpech oder Brikettierhartpech von mindestens 65% enthält.

3. Feuerfester Stein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenplatten in kurzem Abstand von den Steinflächen enden.

4. Feuerfester Stein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenplatten den Stein in einzelnen Zellen unterteilen.

5. Feuerfester Stein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenplatten von einer in Längsrichtung des Steines in der Steinmitte verlaufenden Mittelplatte und mindestens einer quer zu dieser Mittelplatte und gleichfalls in Steinlängsrichtung angeordneten Platte gebildet sind.

6. Feuerfester Stein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenplatten in Abständen von höchstens etwa 40 mm, vorzugsweise etwa 25 mm, parallel oder annähernd parallel zur heißen Steinfläche verlaufen, wobei sie gegebenenfalls, z. B. durch eine in Steinlängsrichtung verlaufende Platte, miteinander verbunden sind, und sich jeweils praktisch über den gesamten Steinquerschnitt erstrecken.

7. Feuerfester Stein nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Sintermagnesia mit einer Kornporosität von unter 6 % aufgebaut ist.

8. Feuerfester Stein nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er unter einem Preßdruck von über 1000 kg/cm², vorzugsweise mindestens 1500 kg/cm², verpreßt ist.