DE1571318C

DE1571318C - Verfahren zur Herstellung einer rohen Masse aus feuerfestem Material bzw einer mit Kohlenstoff verbünde nen, totgebrannten feuerfesten Masse

Info

Publication number: DE1571318C
Application number: DE19661571318
Authority: DE
Inventors: Roger Earl Silver Springs Wilson, Md (V St A )
Original assignee: Basic Ine , Cleveland, Ohio(V St A)
Priority date: 1966-01-14
Filing date: 1966-01-14
Publication date: 1973-04-26

Description

Der übergang vom Herdfrischverfahren zur Herstellung von Stahl zu den verhältnismäßig neuen basischen Sauerstoff-Stahl-Herstellungsverfahren hat an die Industrie der feuerfesten Stoffe die Forderung nach neuem und verbessertem Ofenauskleidungsmaterial gestellt. Vorgeformte feuerfeste Massen in Form von Backsteinen oder Blöcken sowie Stampfmassen aus totgebranntem körnigem Material, wie totgebranntem Dolomit, totgebrannter Magnesia oder deren Gemischen, die mit einem kohlenstoffhaltigen Bindemittel aus Kohleteerpech verbunden sind, wurden bereits als feuerfestes Material für diese neuen basischen Sauerstoffkonverter und für andere Stahlerzeugungsöfen verwendet. Die zunehmenden Ansprüche der Stahlerzeuger hinsichtlich einer längeren Lebensdauer dieses mit Pech verbundenen feuerfesten Materials im Ofen machten jedoch die laufende Verbesserung dieser feuerfesten Materialien erforderlich.

Die Verwendung von Kohleteerpech, insbesondere von Steinkohleteerpech, als kohlenstoffhaltiges Bindemittel, das sich unter Ausbildung einer Kohlenstoffbildung zwischen verschiedenen hochtemperaturbeständigen Produkten pyrolytisch zersetzt, ist auf gewissen Produktionsgebieten seit langem bekannt und erfolgt nunmehr auch bei der Herstellung von besonderen feuerfesten Massen.

Beispielsweise ist die Verwendung von kohlenstoffhaltigem Material als Bindemittel für basisches feuerfestes Material, wie totgebrannten Dolomit oder Magnesit, in Form von Teer oder Pech aus der deutschen Auslegeschrift 1167 247 und Härders—Kienow, »Feuerfestkunde«, 1960, S. 769 und 838 ff., be-

!o kannt. Das kohlenstoffhaltige Material zersetzt sich beim Brennen unter Bildung einer Kohlenstoffbindung zwischen den Teilchen des feuerfesten Materials.

Die Dichte und die Druckfestigkeit der gebrannten Masse sind jedoch noch unbefriedigend.

Weiterhin ist es aus den deutschen Auslegeschriften 1 057 942 und 1118 685 bekannt, neben organischen Bindemitteln, wie Teer oder Pech, Kohlenstoff mit Sinterdolomit zu verarbeiten. Ein ähnliches Verfahren ist in der kanadischen Patentschrift 614 742 beschrieben.

Nach den beiden zuerst genannten Vorveröffentlichungen soll es belanglos sein, in welcher Form der Kohlenstoff zugesetzt wird. Als äquivalent sind Stein- _^ kohle, Koks, Graphit oder Ruß genannt. In der dritten ( Literaturstelle wird Graphit als bevorzugte Kohlenstoffart genannt. Koks und Ruß sollen weniger erwünscht sein, da bei deren Verwendung die Dichte des Produktes abnehmen soll.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß bei Verwendung bestimmter Rußarten die Dichte und die Druckfestigkeit des feuerfesten Materials, sowohl im rohen als auch im gebrannten Zustand, nicht abnehmen, sondern sogar noch höher sind als bei Verwendung von Graphit.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer rohen Masse aus feuerfestem Material, insbesondere aus totgebranntem Dolomit und/ oder Magnesia mit feinteiligem Ruß vermischt und das Gemisch mit einem kohlenstoffhaltigen Bindemittel, das sich beim Brennen unter Ausbildung einer Kohlenstoffbindung pyrolytisch zersetzen kann, wie Pech, Kohleteer oder bituminöser Asphalt, bzw. zur Herstellung einer mit Kohlenstoff verbundenen, totgebrannten, feuerfesten Masse durch Brennen der rohen Masse zwecks pyrolytischer Zersetzung des Bindemittels, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man als feinteiligen Ruß einen Ruß mit einem wesentlichen Anteil eines nicht kristallinen, feinen thermischen Spaltrußes (thermal black) mit einer durchschnittliehen Teilchengröße von 180 bis 470 πΐμ und einer

Oberfläche von etwa 6 bis 13 m²/g in Mengen von

etwa 0,5 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, verwendet.

Vorzugsweise wird der Ruß in Mengen von 1 bis 3 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, verwendet.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß man als Ruß ein Gemisch aus dem feinen thermischen Spaltruß (thermal black) und einem Ruß mit einem hohen ölabsorptionsvermögen, vorzugsweise mit einem ölabsorptionsvermögen von mindestens 85 g öl je 100 g Ruß, verwendet, wobei das Gewichtsverhältnis zwischen dem Ruß mit dem hohen ölabsorptionsvermögen und dem thermischen Spaltruß 2:1 bis 1:2, insbesondere etwa 1:1, beträgt.

Die erfindungsgemäß hergestellten rohen Massen aus feuerfestem Material können beispielsweise als

Stampfmassen verwendet werden. Gewöhnlich wird aber die Masse, z. B. durch Pressen, in die gewünschte Form gebracht, beispielsweise in eine Backstein- oder Blockform. Eine rohe Stampfmasse oder ein roher geformter Gegenstand kann entweder unmittelbar verwendet oder zu einem späteren Zeitpunkt zur Ausbesserung bzw. Auskleidung einer Ofenwand oder eines Ofenbodens verwendet werden. Wird der Ofen dann auf die Betriebstemperatur gebracht, so wird das kohlenstoffhaltige Material im Gemisch oder Block pyrolytisch zersetzt oder »verkokt« und bildet in dem Gemisch oder im Block eine Kohlenstoffbindung aus. Falls gewünscht, kann die Verkokung, insbesondere bei Blöcken, gesondert vor dem Einbau in einen Ofen vorgenommen werden.

Sowohl in rohen Massen als auch in den verkokten oder gebrannten Steinen oder Blöcken verbessert der Ruß die physikalischen Eigenschaften der Massen, insbesondere die Oxydationsbeständigkeit, die Druckfestigkeit und die Dichte. Die genaue Wirkungsweise des Rußes bei der Verdichtung der feuerfesten Masse ist noch nicht geklärt. Offenbar verbessert er die Bindeeigenschaften des kohlenstoffhaltigen Bindemittels und somit die Struktur der durch die pyrolytische Zersetzung des Bindemittels gebildeten Kohlenstoffbindung. Bei der pyrolytischen Zersetzung des Bindemittels, die bei etwa 370 bis 1010⁰C erfolgen kann, bildet sich ein Kohlenstoffilm um und zwischen den körnigen Teilchen des feuerfesten Materials, wodurch die Teilchen miteinander verbunden werden. Die Bildung des Kohlenstoffilmes erfolgt gewöhnlich von einer frei liegenden Oberfläche des feuerfesten Materials aus nach innen, beispielsweise durch die Reaktionswärme bei der Stahlerzeugung in einem basischen Sauerstoffkonverter.

Vorzugsweise verwendet man als kohlenstoffhaltiges Bindemittel Peche, insbesondere Steinkohleteerpeche. Diese Steinkohleteerpeche haben z. B. Schmelzpunkte von etwa 40 bis 100° C (bestimmt nach dem A. S. T. M.Test D-36-26). In einigen Fällen wird Steinkohleteer selbst verwendet, obgleich Steinkohleteerpech gewöhnlich bevorzugt wird, da es praktisch frei von den niedrigersiedenden Bestandteilen des Steinkohleteers ist und bei der Zersetzung größere Mengen an Kohlenstoffrückständen liefern. Einige bituminöse Asphalte können ebenfalls verwendet werden, wenn sie sich unter Bildung von Kohlenstoffrückständen pyrolytisch zersetzen. Viele Asphalte haben diese Eigenschaft nicht, sondern destillieren beim Erhitzen vollständig und können deshalb nicht verwendet werden.

Die Eigenschaften einiger erfindungsgemäß
wendbarer Ruße sind in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Rußart

Oberfläche
(m²/g)

Teilchendurchmesser

(ΐημ)

ölabsorption

(g/100 g
Masse)

Gehalt an
flüchtigen
Anteilen

Nichtflüchtiger
Kohlenstoff

pH-Wert

Schüttgewicht
(g/cm³)

Thermischer Spaltruß (Thermal black)

Ruße mit hohem ölabsorptionsvermögen

Normaler Kanalruß
(Regular Channel)

Kanalruß für normalfließende
Druckfarben (Medium Flow
Channel)

Kanalruß für schwerfließende
Druckfarben (Low Flow
Channel)

ülofenruß mit guter elektrischer
Leitfähigkeit (Conductive Oil
Furnace)

ölofenruß (Oil Furnace)

6 bis 13

105 bis 140

200 bis 210

295 bis 360

125 bis 210
30 bis 125

180 bis 470

22 bis 29

23 bis 25

22 bis 28

21 bis 29 20 bis 56 bis 38

bis 130

bis 94

bis 250
bis 115

0,5

5,0

7 bis 7,5

12 bis 13

1,5 bis 2,0
1 bis 1,5

99,5

95,0

92,5 bis 93

87 bis 88

98 bis 98,5
98,5 bis 99

8,5 bis 9

4,5 bis 5
4,0
3,5

8 bis 8,5
8,5 bis 9

0,496 bis 0,528

0,16 bis 0,224 0,176
0,192
0,096

Anmerkung: Nach »UUmanns Encyklopädie der technischen Chemie«, 14. Band (1963), S. 797 bis 806, insbesondere S. 804/805, sind für verschiedene Rußarten die amerikanischen Bezeichnungen international üblich.

Die Menge des kohlenstoffhaltigen Bindemittels, wie Steinkohleteerpech, ist wichtig, weil höhere Mengen an Pech u.dgl. zu einer besseren Festigkeit im verkokten Zustand des feuerfesten Materials in einem Ofen führen. Jedoch ergeben größere Mengen an Pech auch größere Schwierigkeiten bei der Herstellung und Lagerung der feuerfesten Massen.

Wird beispielsweise zuviel Pech verwendet, so läßt sich die Masse nur schwierig verarbeiten, da sie zu klebrig wird und die durch Pressen erhaltene Form nicht beibehält, weil das Steinkohleteerpech auf dieser Stufe in geschmolzener Form vorliegt. Beim Auspressen können Risse auftreten. Werden andererseits die Formen geschlossen gehalten, bis das Pech erstarrt ist, so klebt die Masse an den Formen, und das gesamte Verfahren dauert zu lange. Deshalb ist für eine bestimmte feuerfeste Masse eine Höchstmenge an Pech vorgesehen, die einen Kompromiß zwischen einer zur Erzeugung der gewünschten Bindung ausreichenden Menge und einer zur Formhaltigkeit erforderlichen Menge darstellt. Man kann die zulässige Pechmenge erhöhen, wenn man ein Gemisch aus zwei bestimmten Rußarten verwendet. Ein solches Gemisch besteht aus einem Ruß mit einer hohen ölabsorptionsfähigkeit und einem feinen thermischen Spaltruß (fine thermal black) im Verhältnis 2:1 bis 1:2, insbesondere im Verhältnis 1:1. Dieses Gemisch ergibt die größte Zunahme der Festigkeit einer feuerfesten Masse im rohen und verkokten Zustand, verglichen mit einem anderen Ruß,wenn dieser allein verwendet wird.

Der Ruß mit einem hohen ölabsorptionsvermögen kann entweder ein Kanalruß für gutfließende Druckfarben (long flow channel carbon black) öder ein ölofenruß mit guter Leitfähigkeit (conductive oil furnace carbon black) sein. In beiden Fällen beträgt das ölabsorptionsvermögen mindestens 85 g je 100 g Ruß.

Ein solcher Ruß ist für das verbesserte Pechauf-

nahmevermögen verantwortlich, während der thermische Spaltruß die erforderliche Festigkeit liefert, d. h., es handelt sich um ein echtes synergetisches Zusammenwirken der beiden Komponenten. Bei Verwendung dieses Gemisches ist eine Erhöhung des zulässigen Pechgehaltes von 1% auf 1,5 Gewichtsprozent möglich, ohne daß die Schwierigkeiten, die gewöhnlich bei der Verwendung von zuviel Pech auftreten, zu befürchten sind.

Im allgemeinen werden die Teilchen des totgebrannten basischen feuerfesten Materials zuerst mit Ruß in Mengen von etwa 0,5 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise in Mengen von etwa 1 bis 3%, bezogen auf das Gesamtgewicht der fertigen Masse vermischt. Die Masse wird dann beispielsweise auf etwa 107 bis 163°C erhitzt und mit dem kohlenstoffhaltigen Material, wie Steinkohleteerpech, in einer Menge von etwa 4 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der gesamten Masse, vermischt. Das Pech wird vorzugsweise nur auf eine Temperatur vorerhitzt, bei der es ausreichend flüssig ist und sich leicht mit den Teilchen des feuerfesten Materials vermischt.

Soll die Masse nicht als Stampfmasse verwendet werden, so wird sie in eine gewünschte Form gebracht, beispielsweise in eine Backsteinform, in der sie bei hohen Drücken, beispielsweise bei etwa 700 kg/cm² und/oder unter intensivem Stampfen oder Rütteln gepreßt wird. Nach dem Pressen wird die geformte Masse auf geeigneten ebenen Unterlagen bis auf eine Temperatur abgekühlt, bei der das Pech erstarrt und bei der sich die Masse bei der Weiterverarbeitung nicht mehr verformt. Nach dem Einbau im Ofen oder an einer anderen Verwendungsstelle wird das Steinkohleteerpech beim Brennen auf 1100° C und höher in eine feste Kohlenstoffbindung umgewandelt. Geht die Temperatur der Backsteinmasse durch den Bereich von etwa 260 bis 980° C, so werden die Steinkohleteerpeche durch pyrolytische Reaktionen gespalten oder verkokt. Die pyrolytischen Reaktionen bewirken eine Zersetzung des Teers in eine leichtflüchtige Fraktion, die abdestilliert, wobei der Kohlerückstand, der die Bindung liefert, zurückbleibt.

Falls gewünscht, kann man den Backstein vor seiner Verwendung verkoken, indem man ihn in einem geeigneten Ofen mit einer nicht oxydierenden Atmosphäre brennt. Durch das Brennen, z.B. bei etwa 370 bis 980° C über einen Zeitraum von 12 bis 72 Stunden, was von der Größe der Form abhängt, wird eine teilweise oder vollständige pyrolytische Zersetzung des Peches erzielt, wobei eine feste Kohlenstoffbindung im Backstein hinterbleibt.

Die nachstehenden Beispiele dienen nur zur Erläuterung der Erfindung. In den Beispielen ist die Druckfestigkeit im verkokten Zustand von Proben mit Rußzusätzen gegenüber Proben ohne Kohlenstoffzusätze angegeben. Die in den Tabellen 2 bis 5 angegebenen Werte zeigen, daß die Druckfestigkeit und die Dichte der Proben nicht nur im verkokten Zustand, sondern auch im unverkokten Zustand durch den Rußzusatz erhöht werden. Die Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht.

Beispiel 1

Ein Gemisch aus totgebranntem Dolomit besteht aus 20 Gewichtsteilen einer groben Fraktion, von der etwa 95% durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 9,5 mm hindurchgehen und die auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 1,68 mm praktisch ganz zurückgehalten wird, sowie 40 Gewichtsteilen einer Zwischenfraktion, von der etwa 95% durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 3,36 mm hindurchgehen und die praktisch ganz auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 0,25 mm zurückgehalten wird, wurde auf etwa 150° C erhitzt und gründlich durchgemischt. 40 Gewichtsteile feingemahlene, totgebrannte Magnesia, von der etwa 65% durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 0,074 mm hindurchgehen, wurde dann auf etwa 150°C erhitzt und dem Gemisch zugegeben. Dieses körnige feuerfeste Gemenge wurde mit 5% eines Zusatzes aus geschmolzenem Pechbindemittel mit einer Erweichungstemperatur im Bereich von 80 bis 85° C angemengt und vermischt. Aus dem heißen Ansatz (127 bis 138°C) wurden bei etwa 700kg/cm² Proben mit einem Durchmesser von etwa 89 mm und einer Dicke von etwa 50 mm gepreßt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurden drei von sechs der aus jedem Ansatz gepreßten Proben in dieser Form, d. h. im Rohzustand, geprüft. Die anderen drei Proben wurden in Abwesenheit von Sauerstoff erhitzt und vollständig durchverkokt, bevor sie ausgewertet und der Druckprüfung unterworfen wurden.

An Stelle von 2% der feinteiligen totgebrannten Magnesia wurden dem oben angegebenen Ansatz sehr fein gepulverte Rußarten in der gleichen Menge zugesetzt. Der Ruß wurde zuerst der feinteiligen Magnesia zugemischt und damit eine halbe Stunde in einer Kugelmühle vermählen, worauf das gründlich vermischte Gemisch auf etwa 150⁰C erhitzt und mit der erhitzten körnigen Dolomitfraktion vermischt wurde. Schließlich wurde das Gemisch in der vorstehend angegebenen Weise angemengt. Die Versuchsergebnisse für die auf diese Weise ausgewerteten Ruße sind in Tabelle 2 angegeben. Besonders bemerkenswert ist die hohe Druckfestigkeit der mit thermischem Spaltruß behandelten Massen im Vergleich zu den mit den anderen Rußarten behandelten Massen.

Beispiel 2

Ein Gemisch aus totgebranntem Dolomit, bestehend aus 15 Gewichtsteilen groben Körnern, die durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 9,5 mm hindurchgehen, die aber auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 3,75 mm zurückgehalten werden, 22 Gewichtsteilen einer körnigen Zwischenfraktion, die durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 3,75 mm hindurchgehen, jedoch auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 3,36 mm zurückgehalten werden und 23 Gewichtsteilen feinen Körnern, die praktisch durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 1,68 mm hindurchgehen, wurde auf etwa 150⁰C erhitzt und gründlich durchgemischt. 40 Gewichtsteile erhitzte, totgebrannte Magnesia in feinteiliger Form wurden zu dem Gemisch gegeben, das darauf mit 4,5% geschmolzenem Steinkohleteerpech mit einer Erweichungstemperatur im Bereich von 80 bis 85° C angemengt und gründlich vermischt wurde. Es wurden wie nach Beispiel 1 zylindrische Proben gepreßt und ausgewertet.

Ein bis drei Prozent der feinteiligen, totgebrannten Magnesia wurden durch entsprechende Mengen eines feinen thermischen Spaltrußes ersetzt. Die Zugabe des Kohlenstoffes erfolgte wie im Beispiel 1, d. h. zuerst zu der feinteiligen Magnesia, worauf gemahlen, erhitzt

und dann, wie beschrieben, vermischt wurde. Die Versuchsergebnisse für diese Ersatzstoffe sind in Tabelle 3 angegeben.

Beispiel 3

Unter Anwendung der gleichen feuerfesten Masse und der Arbeitsweise nach Beispiel 2, sowie von 2% Ruß an Stelle des entsprechenden Teils der feinteiligen Magnesia wurden die Anteile des Steinkohleteerpechs erhöht. Als Ersatz für die feinteilige Magnesia wurden drei verschiedene Rußarten verwendet. Die Ergebnisse der Vergleichsversuche für die hergestellten Proben, die die verbesserten Eigenschaften der rußhaltigen Proben gegenüber den rußfreien Proben für verschiedene Pechmengen zeigen, sind in Tabelle 4 angegeben. Bereits die Erhöhung der Bindemittelmenge bewirkt eine Festigkeitserhöhung. Die Menge des Bindemittels liegt vorzugsweise zwischen 4 und 10 Gewichtsprozent. Eine wesentliche Verbesserung der Eigenschaften wird aber erst durch den Rußzusatz erzielt, wobei die Druckfestigkeit der Masse mit feinem thermischem Spaltruß höher als tue der Masse mit Kanalruß ist. Das pechartige Bindemittel kann, je nach dem gewünschten Endergebnis, an Hand seines Erweichungspunktes, der z. B. zwischen

41 und 44° C,

80 und 85°C,

90 und 95°C,

100 und 105⁰C

liegt, ausgewählt werden, jedoch wird ein Pech mit einem Erweichungspunkt zwischen 80 und 85°C bevorzugt.

Beispiel 4

Aus Beispiel 3 und Tabelle 4 ergibt sich, daß eine Erhöhung des Pechgehaltes auch eine Erhöhung der Festigkeit der feuerfesten Masse zur Folge hat, die jedoch nicht so ausgeprägt ist wie bei der Verwendung von 2% thermischem Ruß an Stelle eines Teils der feinen Fraktion eines körnigen, feuerfesten Gemisches.

Versuche, den Pechgehalt dieser Gemische zu erhöhen, lieferten nicht verarbeitbare, äußerst plastische Massen. Es wurde jedoch gefunden, daß kleine Zusätze von normalem Kanalruß (regular channel black), einem Ruß mit hohem ölabsorptionsvermögen, zu den mit feinen thermischen Spaltrußen versetzten Massen die Zugabe von bis zu 6% Pech ermöglichen, wodurch die Masse die mit einem hohen Pechgehalt verbundenen Vorteile erhält.

In diesem Beispiel wird ein Gemisch aus totgebranntem Dolomit, bestehend aus 15 Gewichtsteilen groben Körnern, die durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 9,5 mm hindurchgehen, die jedoch auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 3,75 mm zurückgehalten werden, 22 Teilen von Körnern mittlerer Größe, die durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 3,75 mm hindurchgehen, die jedoch auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 3,36 mm zurückgehalten werden, und 22 Teilen von klassierten Körnern, die praktisch vollständig durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 3,36 mm hindurchgehen, auf etwa 150⁰C erhitzt und gründlich durchgemischt. Feinteilige, totgebrannte Magnesia, die 38 Teile des Ansatzes ausmacht, und von der praktisch 65% durch ein Sieb mit einer lichten Maschen weite von etwa 0,074 mm hindurchgehen, wird auf etwa 150⁰C erhitzt und zu der Dolomitfraktion gegeben.

Zu der feinteiligen Magnesia wurde 2 Gewichtsteile Ruß gegeben, das Gemisch wurde eine halbe Stunde gemahlen, erhitzt und mit den totgebrannten Dolomitkörnern vermischt. Dann wurde das erhaltene Gemisch mit Pech angemengt und wie nach Beispielen 1 bis 3 zu zylindrischen Probekörnern gepreßt. Der Ruß nach dem vorliegenden Beispiel bestand aus feinem thermischem Spaltruß, normalem Kanalruß (regular channel black) oder Gemischen dieser Rußarten. An Stelle des normalen Kanalrußes kann auch ein leitfähiger ölofenruß verwendet werden. Die Mengen des zugesetzten Pechs schwankten zwischen 4,5 und 6%. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 5 angegeben.

Tabelle 2

Messung der Druckfestigkeit und der Dichte; rohe und verkokte Proben; Durchmesser etwa 89 mm, Dicke

etwa 50 mm, gepreßt bei etwa 703 kg/cm²

Ansatz

Totgebrannter Dolomit, grob 20 Gewichtsprozent

Totgebrannter Dolomit, Zwischenfraktion 40 Gewichtsprozent

Totgebrannte Magnesia, fein 38 bis 40% \ ._n „ . ,.

Kohlenstoffzusatz 0 bis 2% j 40 Gewichtsprozent

Rußart*)

Kohlenstoff

Dichte
g/cm³

roh verkokt

Druckfestigkeit
kg/cm²

roh

verkokt

Ohne Zusatz (Kontrolle)

Feiner thermischer Spaltruß

Kanalruß (Vergleich)

Kanalruß für leichtfließende Druckfarben (Vergleich)

2
2
2

5,0
5,0
5,0
5,0

5,0

2,77
2,82
2,82
2,80

2,75

2,64
2,72
2,71
2,71

2,67

500
757
695
605

470

274
675
563
450

372

*) »Encydopedie of Chemical Technology«, K i r k und O t h m e r, The Interscience Encyclopedia, Inc New York 1949 Bd 3 S 34 bis 60. .·,,.,.

209 539/462

Auch die Bindemitteleigenschaften des Steinkohle- Proben ohne Rußzusätze. Tabelle 3 zeigt die Ver-

teerpechs verbessern sich durch Zugabe des fein- besserungen durch Rußzusätze von 1 bis 3%. Es

teiligen thermischen Spaltrußes. Nichtverkokte Pro- können jedoch auch bis zu 10% Ruß zugesetzt

ben zeigen eine ausgeprägte Verbesserung der Druck- werden, ohne daß sich die Eigenschaften verschlech-

festigkeit im rohen Zustand gegenüber ähnlichen 5 tern.

Tabelle 3

etwa 50 mm bei etwa 703 kg/cm² gepreßt

Ansatz

Totgebrannter Dolomit, grob 15 Gewichtsprozent

Totgebrannter Dolomit, Zwischenfraktion 22 Gewichtsprozent

Totgebrannter Dolomit, fein 23 Gewichtsprozent

Totgebrannte Magnesia, fein 37 bis 40% \ ._n „ . ,.

Kohlenstoffzusatz 0 bis 3% ) 40 Gewichtsprozent

Rußart

Kohlenstoff

Dichte
g/cm³

roh verkokt'

Druckfestigkeit kg/cm²

roh verkokt

Ohne Zusatz (Kontrolle) ...
Feiner thermischer Spaltruß
Feiner thermischer Spaltruß
Feiner thermischer Spaltruß
Feiner thermischer Spaltruß
Feiner thermischer Spaltruß

0,0 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5

Tabelle 4

2,87
2,93
2,95
2,98
2,96
2,98

2,68
2,79
2,84
2,85
2,83
2,85

541
760
885
880
1015
815

190 430 520 715 590 680

Messung der Druckfestigkeit und der Dichte; rohe und verkokte Proben; Durchmesser etwa 89 mm; Dicke

etwa 50 mm, gepreßt bei etwa 703 kg/cm²

Ansatz

Totgebrannter Dolomit, grob 15 Gewichtsprozent

Totgebrannter Dolomit, Zwischenfraktion 22 Gewichtsprozent

Totgebrannter Dolomit, fein 23 Gewichtsprozent

Totgebrannte Magnesia, fein '. 38 bis 40%\ ._nr, ,,

Kohlenstoffzusatz 0 bis 2% / ^ Gewichtsprozent

Rußart

Kohlen	Pech	roh	Dichte	verkokt	Druckfestigkeit	kg/cm²
stoff	%	2,87	g/cm³	2,68
%	4,5	2,97		2,86	roh
0,0	4,5	2,93		2,79	542
2,0	5,5	2,93		2,85	880
0,0	5,5	2,91		2,82	785
2,0	6,0	2,91		2,83	845
0,0	6,0				703
2,0	Tabelle 5		845
				■ verkokt
	190
715
448
703
563
775

Ohne Zusatz (Kontrolle)

Feiner thermischer Spaltruß

Ohne Zusatz (Kontrolle)

Normaler Kanalruß (Vergleich)

Ohne Zusatz (Kontrolle)

Kanalruß für leichtfließende Druckfarben (long flow channel) (Vergleich)

etwa 50 mm, gepreßt bei etwa 703 kg/cm²

Ansatz

Totgebrannter Dolomit, grob 15 Gewichtsprozent

Totgebrannter Dolomit, Zwischenfraktion 22 Gewichtsprozent

Totgebrannter Dolomit, fein 23 Gewichtsprozent

Totgebrannte Magnesia, fein 38 Gewichtsprozent

Kohlenstoffzusatz 2 Gewichtsprozent

Fortsetzung

Rußart	Kohlen stoff	Pech	roh	Dichte g/cm³	verkokt	Druckfestigkeit kg/cm²	verkokt
	%	%	2,96		2,84	roh	690
Feiner thermischer Spaltruß	2,0	4,5	2,96		2,82	985	690
Feiner thermischer Spaltruß und Kanalruß für leichtfließende Druckfarben	1,75 0,25	4,5	2,96		2,84	825	775
Feiner thermischer Spaltruß und Kanalruß Für leichtfließende Druckfarben	1,50 0,50	4,5	2,90		2,78	915	505
Kanalruß für leichtfließende Druckfarben (Vergleich)	2,0	5,0	2,98		2,85	755	690
Feiner thermischer Spaltruß und Kanalruß für leichtfließende Druckfarben	1,25 0,75	5,0	2,95		2,83	1010	690
Feiner thermischer Spaltruß und Kanalruß für leichtfließende Druckfarben	1,0 1,0	5,0	2,93		2,80	965	610
Feiner thermischer Spaltruß und Kanalruß für leichtfließende Druckfarben	0,5 1,5	5,0	2,93		2,80	810	725
Feiner thermischer Spaltruß und Kanalruß für leichtfließende Druckfarben	1,0 1,0	5,5	2,93		2,79	895	682
Feiner thermischer Spaltruß und Kanalruß Tür leichtfließende Druckfarben	1,0 1,0	6,0		965

Beispiel 5

Dieses Beispiel zeigt die Überlegenheit des erfindungsgemäß verwendeten Spaltrußes gegenüber Graphit, der nach der kanadischen Patentschrift 614 742 den bevorzugten Zusatz darstellt.

Es wurden drei Ansätze hergestellt. Der erste Ansatz (Kontrolle) enthielt keinen Kohlenstoffzusatz, sondern nur Kohleteerpech als Bindemittel. Im zweiten Ansatz wurden 2 Gewichtsprozent der feinen J Fraktion durch Graphit (Joseph Dixon flake graphite Nr. 1101) ersetzt. Im dritten Ansatz wurden 2 Gewichtsteile der feinteiligen Stoffe durch einen feinen thermischen Spaltruß (Handelsbezeichnung »Sterling FT« der Firma Cabot Corporation) ersetzt.

Die Ansätze bestanden aus klassierten Fraktionen von totgebranntem Dolomit und Periklas (feuerfeste Qualität), wobei die genauen Mengen und Korngrößeverteilungen in Tabelle 6 angegeben sind. Die trockenen Bestandteile dieser Ansätze wurden 2 Minuten in einem Mischer vorerhitzt und miteinander vermischt. Dann wurden 5 Gewichtsprozent eines flüssigen Steinkohleteerpechs mit einem Erweichungspunkt von 78° C zugesetzt, worauf noch 5 Minuten weitergemischt wurde. Alle drei Ansätze wurden in der gleichen Weise hergestellt. Die Gemische wurden bei einer Temperatur von etwa 143° C und einem Druck von etwa 700 kg/cm² zu Formkörpern mit einem Durchmesser von etwa 6,4 cm und einer Höhe von etwa 7,6 cm gepreßt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde die Hälfte der Formkörper aus jedem Ansatz zur Messung der Druckfestigkeit im rohen Zustand verwendet. Die andere Hälfte der Formkörper aus jedem Ansatz wurde in einem Behälter aus korrosionsbeständigem Stahl in Flockengraphit eingepackt und 15 Stunden bei etwa 1000⁰C erhitzt.

Nach 2 Stunden bei dieser Temperatur ließ man den Ofen auf Raumtemperatur abkühlen, und die erhaltenen, gebrannten Proben wurden weiteren Versuchen unterzogen. Die Ergebnisse dieser Versuche sind ebenfalls in Tabelle 6 angegeben.

Tabelle 6

	I	15 22 23 40	Ansatz II	III
Bestandteile in den Ansätzen (Gewichtsprozent) Totgebrannter Dolomit 9,5 bis 4,8 mm . .. Totgebrannter Dolomit 4,8 bis 3,4 mm Totgebrannter Dolomit < 1,7 mm Feinteiliger Periklas 65 bis 80% < 0 074 mm	15 22 23 38	15 22 23 38

Fortsetzung 14

Ansatz

Graphit

Feiner thermischer Spaltruß

Pech (Erweichungspunkt 78°C)

Eigenschaften im rohen Zustand

Dichte g/cm³ (Mittel aus 16 Bestimmungen)

•Druckfestigkeit kg/cm² (Mittel aus 8 Bestimmungen) . Eigenschaften im gebrannten Zustand

Dichte, g/cm³ (Mittel aus 8 Bestimmungen)

Druckfestigkeit, kg/cm² (Mittel aus 8 Bestimmungen) .

Ausdehnung, % (Mittel aus 8 Bestimmungen)

Gewichtsverlust, % (Mittel aus 8 Bestimmungen)

Restkohlenstoffgehalt, % (Mittel aus 2 Bestimmungen).

2,96
575

■ 2,88

251
0,0
2,6
3,23

2
5

2,95
465

2,87
153
0,9
2,4
5,72

2 5

3,05 775

2,96 452 0,0 2,5 5,44

Die Ergebnisse von Tabelle 6 zeigen, daß die erfindungsgemäß hergestellte Masse III sowohl im rohen Zustand als auch im gebrannten Zustand eine höhere Dichte und eine wesentlich höhere Druckfestigkeit hat.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer rohen Masse aus feuerfestem Material, wobei Teilchen aus totgebranntem, feuerfestem Material, insbesondere aus totgebranntem Dolomit und/oder Magnesia mit feinteiligem Ruß vermischt und das Gemisch mit einem kohlenstoffhaltigen Bindemittel, das sich beim Brennen unter Ausbildung einer Kohlenstoffbindung pyrolytisch zersetzen kann, wie Pech, Kohleteer oder bituminöser Asphalt, bzw. zur Herstellung einer mit Kohlenstoff verbundenen, totgebrannten, feuerfesten Masse durch Brennen der rohen Masse zwecks pyrolytischer Zersetzung des Bindemittels, dadurch gekennzeichnet, daß man als feinteiligen Ruß einen Ruß mit einem wesentlichen Anteil eines nicht kristallinen, feinen thermischen Spaltrußes (thermal black) mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 180 bis 470 πΐμ und einer Oberfläche von etwa 6 bis 13 m²/g in Mengen von etwa 0,5 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Ruß in Mengen von 1 bis 3 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ruß ein Gemisch aus dem feinen thermischen Spaltruß (thermal black) und einem Ruß mit einem hohen ölabsorptionsvermögen, vorzugsweise mit einem ölabsorptionsvermögen von mindestens 85 g öl je 100 g Ruß, verwendet, wobei das Gewichtsverhältnis zwischen dem Ruß mit dem hohen ölabsorptionsvermögen und dem thermischen Spaltruß 2:1 bis 1:2, insbesondere etwa 1:1, beträgt.