DE1671040B1 - Verfahren zur herstellung von feuerfesten steinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Steinen durch Verformen eines Gemisches von feinverteilten Teilchen eines feuerfesten Stoffes mit einem Bindemittel auf der Basis von Kohlenwasserstoffen bei einer Temperatur, bei welcher das Bindemittel eine höhere Plastizität aufweist, Entlüften des Gemisches durch Vibrieren, Fest- und Einstampfen oder Niederdruckstoßpressen und anschließendes Abkühlen der geformten Steine.

Zahlreiche Versuche zur Herstellung von Steinen aus Dolomit und Magnesit oder aus einem Gemisch derselben wurden in den letzten Jahren durchgeführt, insbesondere zur Lösung der zahlreichen Probleme, die das Frischen mit Sauerstoff in der Stahlindustrie, insbesondere für Konverter, Kaldoöfen usw. gestellt hat.

Die Lösung dieser Aufgabe ist besonders schwierig, weil in den Eisenhüttenöfen die Temperaturen sehr hoch ansteigen, wobei sich insbesondere in den Konvertern zum Frischen mit Sauerstoff und in den Kaldoöfen Schlacken mit einem Eisengehalt von mehr als 30% bilden, die flüssig sind und in die Poren der Auskleidungssteine eindringen.

Im allgemeinen weisen die in der Stahlindustrie oder für die Stahlindustrie erzeugten Steine eine Porosität (Volumenverhältnis der Poren) von 3 bis 4«/o auf.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von basischen Ziegeln mit einer bestimmten Form, die im folgenden als »Steine« bezeichnet werden. Diese Steine sollen eine weitaus niedrigere Porosität als die bekannten Steine aufweisen, so daß sie während zahlreicher Vergießungen eine gute Beständigkeit haben. Dabei sollen die Steine weitaus länger als die bekannten Steine gelagert werden können, ohne daß ein Zersetzen oder eine Zerbröckelung erfolgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher dadurch gekennzeichnet, daß die Steine während des Abkühlens zur Verhinderung der Deformation durch eine entsprechende Vorrichtung zusammengehalten werden.

Aus der deutschen Patentschrift 1057 942 und der deutschen Auslegeschrift 1167 246 ist es zwar bereits bekannt, Versätze aus feuerfesten Stoffen und Kohlenwasserstoffen, wie Teer u. dgl., in der Wärme zu verformen. Aus der Monografie von Budnikow, »Technologie der keramischen Erzeugnisse«, VEB-Verlag der Technik, Berlin, 1953, S. 364/365, ist es auch bekannt, die warme Masse in Formen oder Schalungen u. dgl. einzustampfen.

Diese Druckschriften beschreiben aber nur die üblichen technologischen Maßnahmen bei der Herstellung von feuerfesten Körpern und liefern darüber hinaus keine Anregungen für die Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme. Insbesondere sind in diesen Druckschriften keine Hinweise vorhanden, die auf die Beseitigung der Deformationserscheinungen bei der Abkühlung schließen ließen. Die nach diesen in diesen Druckschriften beschriebenen Maßnahmen hergestellten Steine müssen nämlich so lange in den Vertiefungen der Form gehalten werden, bis sie auch im Inneren genügend abgekühlt sind. Hierdurch werden die Vertiefungen der Form viel zu lange in Anspruch genommen, so daß die Produktionsleistung der Herstellungsvorrichtung für die feuerfesten Steine wirtschaftlich völlig unbefriedigend wird. Wenn man andererseits zur Steigerung des Durchsatzes die Steine herausnehmen würde, sobald sie äußerlich abgekühlt, innerlich aber noch warm sind, dann wird der ganze Stein weich und verformt sich.

Demgegenüber ist es nach dem Verfahren der Erfindung möglich, bei gesteigerter Kapazität der Herstellungsvorrichtung Steine zu erzeugen, die sich beim Abkühlungsvorgang in ihrer Form nicht ändern. Diese Umstände sind insbesondere bei Stahlwerken vorteilhaft, bei denen Auskleidungen mit großen Abmessungen hergestellt werden müssen. Bislang war es notwendig, zur Erzielung der nötigen Dicke der Auskleidungen zwei oder drei Reihen von Steinen zu verwenden. Bei Steinen, die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt sind, fallen diese Nachteile jedoch weg.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Gemisch eines feinverteilten basischen Stoffes mit dem Bindemittel bei einer Temperatur, bei welcher letzteres eine ausreichende Plastizität aufweist, verformt, so daß die Ausgangsstoffe verschiedener Korngrößen, die das feuerfeste Material bilden, sich gut unter Zurücklassung eines sehr geringfügigen Hohlraumes absetzen. Weiterhin wird das heiße Gemisch Vibrationen und/oder wiederholtem Feststampfen, gegebenenfalls Niederdruckstoßpressen, ausgesetzt, so daß die Luft fast vollständig entweicht. Der Vorgang kann in den Formen, in welche das Gemisch gegossen wird, durchgeführt werden. Es wurde festgestellt, daß die sich im zu verformenden Gemisch befindende Luft die Ursache zahlreicher Unzulänglichkeiten ist, weil einerseits dabei eine höhere Porosität der Steine entsteht, andererseits die mit der Luft mitgeführte Feuchtigkeit hauptsächlich den Dolomit und auch das Magnesiumoxyd beeinträchtigt. Es konnte festgestellt werden, daß beim Pressen von Steinen infolge der sich zwischen den Teilchen des Gemisches befindenden feuchten Luft Wasser kondensiert wird, welches beim Pressen den Dolomit zersetzt. Außerdem führt Feuchtluft zu einer hohen Porosität der Steine.

Aus diesem Grunde ist es besonders vorteilhaft, den Dolomit oder das Magnesiumoxyd nach Herausnehmen aus dem Sinterofen in Gegenwart sehr trockener Luft zu mahlen.

Das Gemisch wird fest in die Formen entweder durch kräftiges Vibrieren unter hydraulischem Druck oder durch Hochdruckpressen gedrückt. Ebenfalls ist es möglich, das Material in die Formen durch mehrere Niederdruckpreßstöße oder durch wiederholtes Feststampfen zu drücken. Auf diese Weise werden Steine mit der höchsten Dichte und mit der niedrigsten Porosität erhalten.

Anschließend müssen die so hergestellten Steine nach dem Verdichten bis zum Erhalt einer ausreichenden Härte bzw. einer entsprechenden Formbeständigkeit bei dem Herausnehmen aus der Form abgekühlt werden. Es ist besonders wichtig, eine ausreichende Abkühlung des Gemisches von feuerfesten Stoffen und des Bindemittels noch in der Form durchzuführen, so daß das Bindemittel aushärten kann, wobei bei dem Herausnehmen der Steine aus den Formen keine Deformation erfolgt. Es ist empfehlenswert, die Steine (briques de champ) so zu pressen, daß nach dem Herausnehmen aus der Form alle die gleiche Dicke aufweisen, so daß eine regelmäßige Schichtdicke der Auskleidung von Industrieöfen erreicht werden kann. Infolge der Abkühlung

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der Bindemittel, insbesondere von Bindemitteln mit ebenfalls verbessert werden, wenn der Dolomit sofort einem hohen Pechgehalt, ist es möglich, Steine mit nach dem Herausnehmen aus dem Sinterofen zur einer ausreichenden Härte zu erhalten, so daß das Anwendung kommt.

Herausnehmen aus der Form ohne Beeinträchtigung Es ist besonders vorteilhaft, warmen, gesinterten

der geometrischen Form der Steine durchgeführt 5 Dolomit, insbesondere vor dem Abfall der Tempewerden kann. ratur desselben auf unter 100° C, zu verwenden.

Nach dem Herausnehmen der Steine aus den For- Auf diese Weise kann keine Kondensation der Luftmen unter einer entsprechenden Abkühlung der feuchtigkeit erfolgen, wobei sich kein kondensiertes Außenflächen ohne Beeinträchtigung der geometri- Wasser bildet, welches sich mit dem Dolomit verschen Form derselben, müssen die Steine in eine *° binden und somit die Qualität der Steine beeinträch-Aufnahmevorrichtung oder in eine sogenannte tigen könnte.

falsche Form eingeführt werden, wo die Abkühlung Zur Erreichung vorgenannter Temperatur können

vervollständigt wird. Für die Produktion in großem — wie schon erwähnt — warme Ausgangsstoffe zur Umfang ist vorgenannter Abkühlungsvorgang un- Anwendung kommen. Ebenfalls ist es möglich, dieumgänglich notwendig, um die Einrichtung zur Her- 15 selben in einer Vorrichtung, beispielsweise in einem stellung von Steinen nicht allzu lange für die Ab- Ofen oder einem Wärmeschrank, vor dem Kneten kühlung der Formen außer Betrieb zu setzen, was zu erwärmen. Das Erwärmen kann auch während zur Senkung der Produktionskapazität führen würde. des Knetens in einer gesonderten Vorrichtung oder

Beim Einführen der Steine in die Aufnahme- nach dem Kneten durchgeführt werden oder noch vorrichtung oder in die sogenannte falsche Form muß 20 vorteilhafter durch Anwendung beider vorgenannter die Abkühlung genügend lange fortgesetzt werden, Methoden. Auf diese Weise ist es möglich, das Gedamit die Temperatur im Kern der Steine ausreichend misch die ganze Zeit, von der Herstellung desselben sinkt, damit keine Deformationen erfolgen. Sollte bis zur Verformung, auf einer geeigneten Temperatur dies nicht der Fall sein, wurden die Steine aus der zu halten.

Form mit kalten Oberflächen, jedoch mit einem 25 Besondere Vorsichtsmaßnahmen müssen zur Entwarmen Kern herausgenommen werden, wobei an- fernung der Luftfeuchtigkeit ergriffen werden. Insschließend eine Erwärmung der Außenseiten und besondere müssen zur Erwärmung von Dolomit oder somit eine Deformation die Folge wären. An Stelle des Gemisches von Dolomit mit Teer Vorrichtungen von parallelen Oberflächen würden die Steine an- zur Entlüftung oder zum Rauchabzug vorgesehen schwellen, so daß keine regelmäßigen Schichten beim 30 sein, die zum Ablassen des Wasserdampfes dienen, Auskleiden der Öfen mehr erreicht werden können. welcher noch im Dolomit enthalten ist oder sich Die Aufnahmevorrichtung oder die falsche Form noch in der Luft befindet, die mit dem Dolomit wähmuß kräftig mittels Luft oder flüssiger Kühlmittel rend der Erwärmung oder des Knetens desselben abgekühlt werden, so daß die fertigen Steine während mit Teer in Berührung kommt, der Lagerung oder des Transportes nicht deformiert 35 Nach der Zubereitung des Gemisches unter vorwerden können. genannten Bedingungen bei einer geeigneten Tem-

AIs feuerfestes Material kann insbesondere gesin- peratur wird die für jeden Stein erforderliche Menge terter Dolomit oder gesintertes Magnesiumoxyd oder durch Wiegen dosiert, so daß die Ausmaße jedes ein Gemisch derselben zur Anwendung kommen. Das Steines nach dem Pressen desselben die gleichen zu verformende Gemisch kann aus 88 bis 96 Ge- 4° sind.

wichtsprozent gesintertem Dolomit oder gesintertem Das Wiegen kann manuell oder automatisch er-

Magnesiumoxyd oder einem Gemisch derselben be- folgen, so daß die Gewichtsschwankungen bei Steistehen, wobei die feineren Teilchen Magnesiumoxyd nen, die ein Gewicht von 10 bis 50 kg aufweisen, und die gröberen Teilchen Dolomit darstellen. Die nur etwas mehr als 10 g betragen. Insbesondere kann Korngröße des feuerfesten Materials wird in Ab- 45 die Waage mittels eines kleinen Förderers kontihängigkeit der zur Anwendung kommenden Stoffe, nuierlich mit dem Gemisch gespeist werden, wobei insbesondere durch die geometrischen Formen der- die Geschwindigkeit desselben am Ende des Wiegeselben bestimmt. Im allgemeinen besteht das Gemisch Vorganges geringer ist, so daß während des Anaus 25 bis 60% Teilchen, die kleiner als 2 mm sind, haltens des Förderers beim Erreichen des genauen welche für sich 20 bis 60% staubfeine Teilchen (die 50 Gewichtes nur noch eine unwesentliche Menge des durch das Sieb von 0,08 mm passieren) enthalten, Gemisches in die Formen kommt, und 25 bis 75 % Teilchen, die größer als 2 mm Das so hergestellte und dosierte Gemisch wird in

sind. die Formen einer Presse eingeführt, in welcher die

Der Rest des Gemisches kann aus 4 bis 12 Ge- Formen sehr fest gepreßt werden, so daß kompakte wichtsprozent eines Bindemittels auf der Basis von 55 Steine mit optimalen Eigenschaften erhalten werden, bei der Steinkohlen- oder Erdöldestillation erhal- Die Restporosität darf höchstens 1 Gewichtsprozent tenen Kohlenwasserstoffen bestehen. Vorgenanntes betragen.

Bindemittel kann 40 bis 80 % Pech enthalten, wobei Zur Erreichung vorgenannter Dichte wird das sich

der Rest aus Ölen besteht. Reines Pech kann eben- in den Formen befindende Gemisch Vibrationen ausfalls zur Anwendung kommen. 60 gesetzt, so daß sich die Teilchen absetzen und die

Dem Gemisch können eventuell auch geringe Men- Luft während des Pressens leichter entfernt werden gen anderer Stoffe, beispielsweise Eisen, Tonerde, kann. Die Vibrationen können auf das Gemisch Kohle, Kunststoffe oder Weichmacher, die üblicher- durch die Wandungen der Formen übertragen werweise bei der Herstellung von Steinen verwendet den, insbesondere beim vertikalen Pressen des werden, zugesetzt werden. 65 Bodens, der Seiten oder des oberen Teiles der For-

Die Feuer- und Lagerbeständigkeit von Steinen men, die die Funktion einer Druckplatte übernehmen, aus gesintertem Dolomit steigt mit dem Sinterungs- Ebenfalls ist es möglich, am Ende der Verformung

grad derselben an. Vorgenannte Merkmale können ein Pressen unter Vakuum oder ein mehrfaches Pres-

sen mit unterschiedlicher Preßkraft oder nach einem vorbestimmten Zyklus vorzunehmen.

Zur Verhinderung der Deformation der Steine nach dem Herausnehmen derselben aus den Formen werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Steine zuerst in den Formen abgekühlt. Zu diesem Zweck können beispielsweise in den Wandungen der Formen Vorrichtungen zum Abkühlen mit einem flüssigen Kühlmittel, beispielsweise mit Wasser, oder durch Luftumwälzung vorgesehen sein.

Die so verformten Steine müssen genügend lang mit den abgekühlten Wandungen der Formen in Berührung stehen, so daß sie nach dem Herausnehmen aus der Form ihre endgültige Form behalten. Nach einer anderen Methode werden die Steine in einem zweiten Vorgang weiter abgekühlt. In Abhängigkeit von der Temperatur der Masse, der Art des Bindemittels und der Korngröße der feuerfesten Stoffe beträgt die Abkühlung in den Formen im ersten Fall 3 bis 15 Minuten und im zweiten Fall 15 Sekunden bis 3 Minuten.

Zur Erhöhung der Produktivität der Verformungseinrichtung wird im vorgenannten zweiten Fall das Herausnehmen aus den Formen sehr schnell vorgenommen, und zwar nach der Abkühlung der Oberfläche der Steine durch Berühren mit den Wandungen. Es ist jedoch hervorzuheben, daß die Abkühlung nur oberflächlich erfolgt, wobei der Kern der Steine noch warm und weich ist. Die so erreichte Abkühlung ist jedoch ausreichend, um einer Deformation der Steine für kurze Zeit nach dem Herausnehmen derselben aus den Formen vorzubeugen. Die Oberflächen der Steine werden jedoch langsam erwärmt und erweicht, so daß sie zur Deformation neigen.

Erfindungsgemäß wird die kurze Zeit, während welcher die oberflächig abgekühlten Steine nach dem Herausnehmen aus den Formen noch fest sind, dazu verwendet, um die Steine in eine Aufnahmevorrichtung einzuführen, in welcher die Abkühlung ohne Deformation derselben vervollständigt wird.

Die Aufnahmevorrichtung kann eine sogenannte falsche Form darstellen, welche aus vier oder, noch einfacher, nur aus zwei steifen Platten, beispielsweise aus Stahl- oder Aluminiumblech oder aus Holzbrettern besteht. Die Platten werden in einem bestimmten Abstand von den zwei gegenüberliegenden Flächen der Steine gehalten, wobei die Vorrichtung auf einen abgekühlten oder nicht abgekühlten Tisch gelegt wird. Die so genannten falschen Formen können eine einfache, leichte und billige Bauart haben; sie werden durch entsprechende Mittel jeder Art abgekühlt, so daß sie sehr leicht wieder in Betrieb genommen werden können.

Die Fertigerzeugnisse können mit einem Schutzanstrich, beispielsweise auf der Basis von Pech oder Teer, versehen werden.

Es konnte festgestellt werden, daß eine besondere Erhöhung der Qualität der Fertigerzeugnisse durch Anwendung von gesintertem Dolomit mit einem viel höheren Sinterungsgrad als üblich erreicht werden kann. Dabei kann auch geschmolzener Dolomit zur Anwendung kommen. Der Dolomit (oder der Dolomit im Gemisch mit Magnesiumoxyd) wird mit Teer vermischt. In diesem Fall können die Formen aus Graphit bestehen.

Sollte der Dolomit in einem Flammofen oder in einem Lichtbogenofen geschmolzen werden, so kann ein höherer Prozentsatz an Verunreinigungen, wie Kieselerde und Tonerde, beispielsweise von 1 bis 3°/o für SiO₂ und Al₂O₃ zusammen hingenommen werden, obwohl die Anwendung eines möglichst reinen Dolomits üblicherweise vorzuziehen wäre. Es ist hervorzuheben, daß die Anwendung von geschmolzenem Dolomit große Vorteile im Vergleich mit sehr gut gesintertem Dolomit mit sich bringt.

Jedenfalls kann die Abkühlung der warmen Steine sowohl bei Anwendung von gesintertem wie auch von geschmolzenem Dolomit durchgeführt werden.

Prinzipiell kann die Abkühlung durch Umwälzung von Kaltluft in einer Kammer, in welcher sich die Steine befinden, erfolgen. Ebenfalls ist es möglich, die Abkühlung in einem sich auf einem Förderer befindlichen Gehäuse vorzusehen, wobei sie während des Transportes der Steine im Gehäuse erfolgt.

Manchmal ist es besonders vorteilhaft, Vorrichtungen vorzunehmen, bei denen die Steine aus den Formen vor dem Erreichen einer entsprechenden Härte nicht herausgenommen werden können. In diesem Fall können Pressen oder andere Druckvorrichtungen für Steine mit einer endlosen Kette vorgesehen sein, auf welcher sich zahlreiche Formen befinden. Die Dolomit- oder Magnesiumoxydsteine werden gepreßt und verbleiben in den Formen, bis sie mit Luft oder einem anderen Gas, eventuell mit Wasser oder einem anderen flüssigen Kühlmittel, entsprechend abgekühlt sind.

Eine andere Lösung besteht darin, daß die Dolomit- oder Magnesiumoxydsteine in Formen unbeweglich in der Verformungseinrichtung angeordnet sind. Beim Herausnehmen der Steine aus der Einrichtung werden dieselben in andere Formen zur Abkühlung eingeführt, in welchen die geometrische Form der Steine aufrechterhalten wird. Die Abkühlung erfolgt ebenfalls durch die umgebende Luft oder Kaltluft oder eventuell durch den Kreislauf eines flüssigen Kühlmittels in den Wandungen der Kammer oder des Förderers, in welchen sich die Steine befinden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Steinen durch Verformen eines Gemisches von feinverteilten Teilchen eines feuerfesten Stoffes mit einem Bindemittel auf der Basis von Kohlenwasserstoffen bei einer Temperatur, bei welcher das Bindemittel eine höhere Plastizität aufweist, Entlüften des Gemisches durch Vibrieren, Fest- und Einstampfen oder Niederdruckstoßpressen und anschließendes Abkühlen der geformten Steine, dadurch gekennzeichnet, daß die Steine während des Abkühlens zur Verhinderung der Deformation durch eine entsprechende Vorrichtung zusammengehalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verformende Mischung in Hohlformen, deren Wandungen mit Abkühlvorrichtungen versehen sind, gegossen wird, daß die Abkühlung während und nach dem Verformen so lange vorgenommen wird, bis die Steine endgültig ihre Form nach dem Herausnehmen aus der Form behalten oder bis sie an ihrer Oberfläche eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um

aus den Formen herausgenommen und in eine Aufnahmevorrichtung, in welcher die Abkühlung vervollständigt wird, eingeführt zu werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufnahmevorrichtung mindestens zwei steife Platten in einem entsprechenden Abstand zur Anwendung kommen und daß sie gegen die entgegengesetzten Flächen eines Steines gedrückt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus 88 bis 96 Gewichtsprozent feinverteiltem, gesintertem Dolomit oder feinverteiltem, gesintertem Magnesiumoxyd oder einem Gemisch derselben mit 4 bis 12 Gewichtsprozent eines Bindemittels auf der Basis von bei der Steinkohlen- oder Erdöldestillation erhaltenen Kohlenwasserstoffen besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern des Dolomits bzw. des Magnesiumoxyds auf ein Maximum gebracht wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß geschmolzener Dolomit oder geschmolzenes Magnesiumoxyd oder ein Gemisch derselben zur Anwendung kommt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens bei Beginn des Verformungsprozesses die Temperatur 80 bis 300° C beträgt.

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