DE1646656A1 - Feuerfestes Erzeugnis aus Chromit - Google Patents

Description

DIPL.-CHEM. W, RÜCKER DIPL.-ING. S. LEINEi D/DCCD PATENTANWÄLTE

Patentanwälte W. ROcker, S. lein», 3 Hannover, Am Klagesmarkt 10-11 . j 3 HANNOVER, AM KLAGESMARKT IO-11

29. Dezember 1967

TELEFON (OBM) I 24 O2 UND I 24 03

KAISER ALUMINUM & _{KABEL: mKt ΗΑΝΝονΕΒ}

CHEMIOAIi CORPORATION

Untere Zeichen ι

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Feuerfestes Erzeugnis aus Obromit

Es gibt viele feuerfeste Erzeugnisse für die Verwendung bei hoben Temperaturen, z. B. 1400° C und darüber, aber es besteht auch eine Nachfrage naob nicht so hoben Temperaturen ausgesetzten feuerfesten Erzeugnissen, sondern nur z« B. um 1000° C herum, welche aber trotzdem ausgezeichnete Eigenschaften, z. B. Festigkeit, bei diesen mittleren Temperaturen haben müssen. f

Es ist natürlich möglich, bei solchen mittleren Temperatüren hochgebrannte feuerfeste Erzeugnisse mit einer starken keramischen Bindung zu verwenden, aber dies ist unwirteohaft- ! lieh, weil gebrannte oder keramisch gebundene, feuerfeste Erzeugnisse im allgemeinen teurer sind. Es ist deshalb zweckmäßig, bei diesen mittleren Temperaturen obenieob gebundene, feuerfeste Erzeugnisse zu verwenden, das heißt, Erzeugnisse alt einem bei Raumtemperaturen abbindenden Bindemittel· Solehe

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PottKhetkkonto: Hannover 43400 . Commerzbank Hannover 3/2*S31 · Dresdner Sank Hannover 10SM35 · Oauftch· Unk Hannover 7t\t**

chemisch gebundenen, feuerfesten Erzeugnisse haben im allgemeinen geringe Festigkeit gegenüber Temperaturen im Bereich von z. B. 700° G bis 1000° G, Dies ist darauf zurückzuführen, daß das ohemische Bindemittel oft ein organischer Stoff ist, der beim Erhitzen auf diese Temperaturen an Güte einbüßt, während die keramische Bindung noch nicht voll ausgereift ist.

Die Erfindung betrifft ein chemisch gebundenes,^feuerfestes Erzeugnis, insbesondere einen feuerfesten Stein, welcher bei den mittleren Temperaturen höhere Festigkeit aufweist. Die feuerfeste Komponente eines solohen Steins ist in der Hauptsache rohes Gbromerz in Form mehrerer Fraktionen verschiedener Korngrößen, und zwar etwa 20 bis 30 Gew.-# aus dem Durchfall eines Siebes von 325 Haschen, 20 bis 40 Gew.-# aus dem Durchfall eines Siebes von 100 Maschen und etwa 15 bis 35 Gew.-f aus dem Durchfall eines Siebes von 28 Maschen und einem Rückstand auf einem .10G«Masohensieb. Der Rest sind Teilchen mit einem Rückstand auf einen 28-Maecbensieb. Die Fraktion -100 enthält natürlich auch die Teilchen mit einem Durchgang durch ein 325-Maschensieb.

Die feuerfesten Erzeugnisse bestehen in der Hauptsache aus Chromerz und sind im wesentlichen frei von Magnesiumoxid, abgesehen von solchem MgO, wie es zusammen mit andern Oxiden im Chromerz selbst vorkommt. Mit anderen Worten, ed wird dem Chromerz kein Magnesiumoxid oder ein anderes feuerfestes Material beigegeben.

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ORIGINAL INSPECTED

Das Chromerz wird nach wob!bewährter Praxis in verschiedenen Kornfraktionen zusammengestellt, um ein dichtes Gemenge zu erhalten. Die Mischung enthält % B. etwa 25 "bis 65 Gew.-^ einer groben Körnung, z. B. den Durchfall eines 4-Maschensiebes und den Überlauf eines 28-rMaschensiebes, etwa 15 bis 35 Gew.-# einer mittelgroßen Körnung, z. B. den Durchfall eines 28-Maschensiebes und den Überlauf eines 100-Mascbensiebes und etwa 20 bis 40 Gew.-^ einer feten Körnung,, z, B. den Durchfall eines 100-Mascbensiebes einschließlich, wie bereits erwähnt, ™ etwa 20 bis 30 Gew,-56 einer Körnung, die den Durchfall durch ein 325-Mascbensieb haben.

Erfindungsgemäß kann für das feuerfeste Erzeugnis jedes Chromerz verwendet werden, allerdings sind Chromerze mit weniger als 40 $> Cr₂O, besonders geeignet, z. B. das auf den Philippinen abgebaute und unter dem Namen Masinloc bekannte Chromerz und das in der Türkei abgebaute Chromerz.

Das verschiedene Chromerz und die Fraktionen werden mit einem chemischen Bindemittel, z. B. Sulfitablauge in an sich μ bekannter Weise gemischt, und dann wird das Erzeugnis, z. B. unter Druck, geformt.

Es wurde gefunden, daß die Festigkeit des OhromiterZeugnisses bä mittleren Temperaturen, z. B. der Bruchmodul bei 954° C, selbst dann aufrechterhalten werden kann, wenn das Erzeugnis weniger als 20 %, z. B. nur 15 # Chromit enthält, welches den Durchfall durch ein Sieb mit 325 Maschen darstellt, vorausgesetzt, daß dem feuerfesten Erzeugnis etwa 0,5 $ bis

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ORIGINAL INSPECTHO

2,0 $> ßehr fein verteiltes, amorphes Siliziumoxid, z. B. flüchtiges Siliziuooxid, beigegeben wird. Bekanntlich wird flüchtiges Siliziumoxid als Nebenprodukt bei der Herstellung von Ferrosilizium erhalten, wobei das Siliziumoxid aus detiDäapfen auegefällt wird, die aus der Zone kommen, in der Eisenoxid, Kohlenstoff und Siliziumoxid zur Bildung von Ferrosilizium miteinander reagieren. Das flüchtige, gehandelte Siliziumoxid bat einen SiOg-Gehalt von mindestens 90 # und im allgemeinen 95 $>* Eisenoxid, Magnesiumoxid und Aluminiumoxid umfassen insgesamt rund 2,5 #. Andere Verunreinigungen belaufen sioh auf rund 0,5 #. Der typische Glühverlust von 2 % ist auf den Kohlenstoffgehalt zurückzuführen. Im allgemeinen beträgt die Durcbscbnittsgröße der Teilchen flüchtigen Siliziumoxids weniger als 1 Mikron und die spezifische Oberfläche beträgt mehr als 50 ooo cm pro Gramm. Obgleich bei dieser Erfindung das oben'beschriebene flüchtige Siliziumoxid bevorzugt wird, können aber auch andere fein zerteilte Siliziumoxidarten verwendet werden.

Natürlich kann ein fein zerteiltes, amorphes Siliziumoxid, z. B. ein flüchtiges Siliziumoxid, in den Mischungen dieser Erfindung mit mehr als 20 Gew.-96 Chromerz, welches aus dem Durchfall eines Siebes mit 325 Maschen stammt, verwendet werden.

Die feuerfesten Steine gemäß der Erfindung eignen sich besonders für Anwendungen, welche verhältnismäßig hohe Festigkeiten bei mittleren Temperaturen verlangen_? z. B. beim Bau der unteren Schichten von Wärmespeichern oder Wärmetauscber-

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konstruktionen für Glasbehälter. Bekanntlich sind diese Wärmespeicher offene, feuerfeste Konstruktionen, durch welche die Gase hindurchgehen können, wobei die heißen Verbrennungsgase während einer Zeitspanne des Brennabschnittes nach unten

und
ziehen und die Steine erwärmen/die zugeführten Gase für die Verbrennung, im allgemeinen luft, durch die erhitzten Steine einströmen und vorgewärmt werden, bevor sie im laufe der anderen Zeitspanne des Brennvorganges die Brenner erreichen.

Beispiele

In der Tabelle I werden einige Beispiele zur Erläuterung gegeben. Diese Beispiele sind aber nicht nur die einzig möglichen. Jedes der aufgeführten Gemenge bestand aus Fraktionen von Masinloc-Ghromerz oder Obromit mit einem Gewichtsprozentanteil aus dem Durchfall eines Siebes mit 325 Maschen, der in der zweiten Spalte angegeben ist. Bei jedem Gemenge gingen 39, 1 Gew.-# Chromerz durch ein Sieb mit 4 Maschen und wurden auf einem Sieb mit 28 Maschen zurückgehalten, 23»9 Gew.-# gingen durch ein Sieb mit 28 Maschen und wurden auf einem Sieb mit 100 Maschen zurückgehalten, und der Rest ging durch ein Sieb mit 100 Maschen. Das Mäsinloc-Ohromerz hat die in der Tabelle II angegebene chemische Zusammensetzung. Das Chromerz wurde mit 2 Gew.-^ Kalziummagnesiumligninsulfonatpulver als Bindemittel und rund 2 # Wasser gemischt und mit einem Druck

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von 7,9 kp/mm in etwa 7.5 x 11.5 x 22.5 cm große Steine gepreßt. Der Bruchmodul dieser Proben wurde bei 954° C gemessen; 3ie erhaltenen Werte sind in der dritten Spalte der Tabelle I eingetragen.

Die Proben 0, D und B, alle mit mehr als 20 Gew.-^ Material, welches aus dem Durchfall eines Maschensiebes mit 325 Maschen stammte und alle mit einem Bruchmodul von über 70 kp/cm bei 954° 0, beweisen die Überlegenheit der erfindungsgemäß hergestellten Steine.

Die Proben Έ und G hatten die gleichen Abmessungen wie die Proben 0 und wurden »ch in gleicher Weise hergestellt mit der Ausnahme, daß sie 5 Gew.-# bzw. 10 Gew.-?6 Periklaskörnung aufwiesen. Ein Vergleich der Bruchmoduli der Proben i¹ und G mit dem der Probe 0 zeigt den schädlichen Einfluß der Beigabe von Magnesiumoxid. Im allgemeinen erhöbt Magnesiumoxid die Temperatureigenschaften von Cbrom-Magnesit-Verbiöungen, aber bei den nur aus Chrom bestehenden Terbindungen dieser Erfindung hat es sich als nachteilig für die Eigenschaften im mittleren Temperaturbereich erwiesen.

Eb wird darauf hingewiesen, daß die Verbindung mehrerer Ohromerzfeörnungen nicht nur eine Erhöhung der Packungsdichte des Gemenges zum Ziele hat. Aus den Dichtewerten in der vierten Spalte der Tabelle I geht hervor, daß zwischen festigkeit und Dichte keine Wechselbeziehung besteht.

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109836/1054 _0R1G1NAL ,nspeoted

In der Tabelle II sind Angaben über Probekörper enthalten, die aus verschiedenen Chromerzen hergestellt sind. Die Provenienz des Chromerzes ist in der zweiten Tabellenspalte angegeben. Jede Probe hatte 39,1 Gew,-j6 Chromerz im Siebbereich bis 28 und 23,9 Gew.-# im Siebbereioh 28 bia 1QO, der Rest war -100. Alle Proben hatten mehr -325 Material als die von dieser Erfindung geforderten mindestens 20 $>\ die genaue Menge wird in der Tabelle II angegeben. Die höchsten Festigkeiten (Bruchmodul bei 954° C) wurden mit dem Maainloc-Chromerz und dem türkischen Chromerz erhalten. Aus der ebenfalls in der Tabelle II gegebenen chemischen Analyse geht bervor, daß beide Erze unter 40 96 Cr₂O, enthielten, während die Srze aus Transvaal und Südrhodesien mehr als 40 j6 Cr₂O, aufwiesen.

Als ein Beispiel eines Korngemisches, bei welchem flüchtiges Siliziumoxid beigegeben wurde und der Eeetigkeitswert im mittleren Temperaturbereich gehalten wurde, obgleich das Gemisch weniger als 20 Gew.-^ Chromit mit einem Durchfall durch das 325-Maschensieb enthielt , sei das Gemenge H genannt. Es besteht aus 56,5 Teilen Chromit aus dem Durchfall des 4-Maschensiebes u_nd dem Oberlauf des 28-Maschensiebes, 18,5 Teilen Chromit aus dem Durchfall des 28-Maschensiebes und dem Überlauf des 100-Maecbensiebes, 25,0 Teilen Chromit aus dem Durchfall des 100-Maschensiebes einschließlich 15 Teilen aus dem Durchfall durch ein 325-Maschensieb sowie 1,94 Teilen des Bindemittels, welches bei den Proben der Tabelle I verwendet wurde und 1,2 Teilen flüchtigen Siliziumoxids sowie

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. ORIGINAL INSPECTED

1,5 Teilen Wasser, Das Gemisch wurde zu Normsteinen mit einer Dichte von 3.348 kfc/nr nach Trocknung bei 150° C geformt. Der Brucbmodul der Steine betrug im Durchschnitt von 8 Probekörpern bei 954° 0 112,7 kp/cm . Die Festigkeit dieser Mischung R nruß mit den Festigkeiten der Proben A und B der Tabelle I verglichen werden Diese Festigkeiten waren weniger als die Hälfte der Festigkeit der Probe R.

Die Prozentsätze und Teile beziehen sich auf Gewichtsprozente und Gewichtsteile, wenn nichts anderes angegeben ist. Die Siebmaschengrößen sind Tyler-Standardsiebmaschen gemäß "Chemical Engineers' Handbook, John H. Perry, Editor-in-Chief, Third Edition, 195O^w Im Verlag McGraw Hill Book Company, Seite 963. Z. B. entspricht eine Maschenweite 100 147 Mikron und 200 entspricht 74 Mikron. Die Analysen der Mineralbestandteile werden in der üblichen Art angegeben, und zwar als einfache Oxide ausgedrückt, z. B. MgO oder SiO₂, obgleich die Bestandteile in verschiedenen Kombinationen vorkommen können, z. B. als Magnesiumsilikat.

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ORIGINAL INSPECTED

Tabelle I

Probekörper	f> -325	Bruchmoclul	Dichte	Zusatz
	Tyler-	bei 954° C	kp/ra3
	Ma sctaen-	kp/cm
	sieb
A	19,4	47,4	3236	keiner
B	19,7	54,4	3348	keiner
0	23,3	71,8	3316	keiner
D	23,8	* 76,2	3364	keiner
E	25,5	84,4	3300	keiner
I1	23,3	57	3284	5$> Periklas
G	23,3	49,4	3252	IO96 Periklas

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ORIGINAL INSPECTEO

	Chromerz	$> -325 Tyler- sieb	Tabelle II	Dichte kp/ra3	SiO	2	Pe2O3	Chemische Zusammensetzung	Or12O3	CaO	MgO
	Masinloc	23,5		3332	5,	54	14,33	Al2O3	29,88	0,84	21,54
robe	Transvaal	27,1	Bruchmodul bei 954° C fcp/cm	3701	2,	43	27,00	27,87	44,37	0,48	11,82
M	lürfcei	23,8	91,1	3364	7,	28	15,32	13,90	36,02	0,63	19,06
Έ	Südrho- desien	25,1	72	3428	6,	35	12,20	21,69	48,00	1,04	17,28
P		84,4					15,13
Q		44,9

Claims (5)

Patentansprüche

1. Feuerfestes Erzeugnis mit chemischer Bindung aus Ohromit als feuerfeste Komponente, gejiejuiz^iebtiet durch folgende

Etwa 15 bis 30 Gew.-# einer Körnung aus dem Durchfall eines 325-MaschensiebeB, A

etwa 20 bis 40 Gew.-^ aus dem Durchfall eines 100-Maschensiebes und

etwa 15 bis 35 Gew.-# aus dem Durchfall eines 28-Maschensiebes und dem Überlauf eines 100-Maschensiebes und der Rest aus dem Überlauf eines 28-Maschensiebes, wobei die feuerfeste Komponente im wesentlichen frei von Magnesiumoxid ist, ausgenommen das im Chromerz selbst enthaltene MgO.

2. Feuerfestes Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Ligninsulfonat als chemisches Bindemittel enthält.

3. Feuerfestes Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Chromerz weniger als 40 $> Cr gO, enthält.

4. Feuerfestes Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es etwa 0,5 # bis 2,0 $> fein zerteiltes, amorphes Siliziumoxid enthält.

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5. Feuerfestes Erzeugnis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das fein zerteilte, amorphe Siliziumoxid flüchtig ist.

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